隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展與普及，安防監(jiān)控行業(yè)也由模擬時(shí)代跨入了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，向著網(wǎng)絡(luò)化、高清化、智能化的方向發(fā)展。正因?yàn)槿绱?，?duì)前端監(jiān)控?cái)z像機(jī)產(chǎn)品的需求也發(fā)生了變化，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)就是在這種需求的推動(dòng)下逐步發(fā)展成熟起來(lái)的。從目前的情況來(lái)看，雖然模擬監(jiān)控?cái)z像機(jī)仍然占據(jù)著很大的市場(chǎng)份額，但高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)發(fā)展迅速，必將在未來(lái)的幾年成為監(jiān)控市場(chǎng)的絕對(duì)主流。

　　在前些年，CMOS傳感器技術(shù)還不成熟，CCD憑借著優(yōu)秀的成像質(zhì)量、成熟的技術(shù)、穩(wěn)定的性能和出色的夜視能力等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)主流廠家的模擬監(jiān)控?cái)z像機(jī)中。最近幾年，隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展和制作工藝的不斷優(yōu)化，在感光性能、信噪比等方面有了很大的提升，與CCD的差距在逐漸縮小。尤其是在高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方案上，CMOS更是有一些CCD所不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　1、成本

　　CCD結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)加工制作工藝要求非常高，目前僅有少數(shù)幾個(gè)廠家可以掌握CCD的制作技術(shù)。而CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的MOS制程，其生產(chǎn)工藝可以隨著傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展而進(jìn)行不斷的提升和優(yōu)化，使得成本越來(lái)越低。

　　2、速度

　　CCD電荷耦合器需在同步時(shí)鐘的控制下，所有電荷由單一通道輸出，速度較慢;而CMOS光電傳感器采集光信號(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，還能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。對(duì)于高分辨率和高幀率的處理有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

　　3、功耗

　　CCD電荷耦合器需要多路電壓傳輸信號(hào)電荷，且一般都需要較高電壓驅(qū)動(dòng)電荷移動(dòng)，而CMOS光電傳感器只需一個(gè)電源，其功耗僅為CCD電荷耦合器的1/8~1/10，在功耗上具有極大優(yōu)勢(shì)，對(duì)產(chǎn)品的散熱結(jié)構(gòu)要求也隨之降低。

　　4、體積

　　CCD傳感器外圍電路較為復(fù)雜，而CMOS傳感器將所有的邏輯和控制電路都集成在芯片內(nèi)部，集成度高，體積小，有利于設(shè)備的小型化。

　　正是由于CMOS的以上優(yōu)勢(shì)，才使得它可以隨著安防行業(yè)網(wǎng)絡(luò)化的浪潮成為高清IPC的首選方案，打破了CCD在模擬時(shí)代的壟斷地位。可以說(shuō)未來(lái)高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場(chǎng)的需求也就決定了CMOS在安防領(lǐng)域的發(fā)展方向。主要有以下幾個(gè)趨勢(shì)：

　　1、更高的分辨率和幀率

　　高清分為三個(gè)等級(jí)，準(zhǔn)高清720P，實(shí)際分辨率為1280×720，有效像素92萬(wàn)，通常被稱(chēng)為百萬(wàn)像素;全高清1080P，實(shí)際分辨率為 1920×1080，有效像素207萬(wàn)，通常被稱(chēng)為兩百萬(wàn)像素;最高端主流的超高清分辨率為2560×1920，有效像素492萬(wàn)，通常被稱(chēng)為五百萬(wàn)像素。目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的是720P和1080P，占據(jù)了高清IPC的大部分市場(chǎng)，其中720P更是以其低成本優(yōu)勢(shì)成為了絕對(duì)的主流。隨著整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)帶寬越來(lái)越高、千兆以太網(wǎng)和光纖逐步普及、支持1080P的顯示設(shè)備越來(lái)越多，因此可以預(yù)見(jiàn)在未來(lái)幾年，兩百萬(wàn)1080P網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的占比會(huì)逐步提高，對(duì)更高分辨率和更高幀率的需求也會(huì)愈加強(qiáng)烈，這就要求CMOS能夠支持高速輸出。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，CMOS單像素尺寸逐年減小，使得同樣尺寸下分辨率可以做的更大，SENSOR可以做的更小，現(xiàn)在攝影行業(yè)所使用的CMOS傳感器分辨率已經(jīng)在千萬(wàn)像素以上，因此高清IPC要單純的提高分辨率并不難，難度在于高分辨率高幀率的情況下，后端的圖像處理、數(shù)據(jù)壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸、視頻存儲(chǔ)等配套環(huán)節(jié)能否跟上。

　　2、更好的低照效果

　　低照效果好壞直接影響夜間的圖像效果，高清時(shí)代不僅僅要求白天能夠看得清，夜晚同樣也需要能夠輸出高品質(zhì)的圖像。前些年，相比CCD來(lái)說(shuō)，低照度感光能力和噪點(diǎn)控制一直是CMOS的劣勢(shì)，最近幾年來(lái)，通過(guò)采用新技術(shù)，CMOS的低照拍攝水平不斷提升，已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了CCD。

　　反轉(zhuǎn)硅基板表面技術(shù)，即背照式CMOS技術(shù)。通過(guò)將傳統(tǒng)的感光組件基板上方的受光面配線(xiàn)位置進(jìn)行改動(dòng)，將它放到了基板的后方(下方)，使光線(xiàn)不會(huì)受到配線(xiàn)、晶體管等干擾影響，增大了光線(xiàn)的入射量，使得單個(gè)像素點(diǎn)的受光條件更佳，低照效果大幅提升。該技術(shù)由SONY公司最先提出并實(shí)際應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)被各個(gè)CMOS生產(chǎn)廠家廣泛采用，雖然各家之間實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)有所不同，但其原理都一樣。

　　堆棧式CMOS技術(shù)，即SONY聲稱(chēng)的下一代背照技術(shù)。其與傳統(tǒng)制程設(shè)計(jì)的不同之處，在于它采用堆棧的方式將原本需緊靠感光組件的電路部份置于感光組件的下方，這樣的做法可使整顆組件在同尺寸規(guī)格下得到更多的空間來(lái)獲得更大面積的感光范圍，而受惠于此設(shè)計(jì)，也使得原本因?yàn)檎w面積過(guò)大，而需要在組件下方加上一片支撐整塊芯片的支持基板設(shè)計(jì)得以取消，更是大幅度減少了組件制作的復(fù)雜程度，并且讓CMOS的芯片尺寸進(jìn)一步縮小。

　　3、寬動(dòng)態(tài)技術(shù)

　　寬動(dòng)態(tài)技術(shù)是在明暗對(duì)比強(qiáng)烈的情況下讓攝像機(jī)同時(shí)能夠看清亮處和暗處細(xì)節(jié)而運(yùn)用的一種技術(shù)，在實(shí)際監(jiān)控場(chǎng)景中應(yīng)用非常廣泛。比如說(shuō)車(chē)庫(kù)入口、白天看窗戶(hù)外的場(chǎng)景等。寬動(dòng)態(tài)技術(shù)的提升除了依靠后端的圖像處理技術(shù)外，SENSOR本身動(dòng)態(tài)范圍的提升也很重要。由于CCD的固有特性，即便是采用多次曝光方式，CCD攝像機(jī)的寬動(dòng)態(tài)范圍最多也只有66dB，而CMOS寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)在現(xiàn)有技術(shù)下其動(dòng)態(tài)范圍已能達(dá)到160dB。市面上主流的寬動(dòng)態(tài)CMOS有 SONY的IMX222和Aptina的9M034等，天地偉業(yè)公司推出的S3E系列IPC就采用了此技術(shù)以提高相機(jī)的寬動(dòng)態(tài)效果。

　　除此以外，CMOS-DPS技術(shù)在未來(lái)更加值得關(guān)注。CMOS-DPS即CMOS數(shù)字像素傳感器技術(shù)，與傳統(tǒng)的CMOS傳感器不同，CMOS-DPS每個(gè)像素點(diǎn)都包含一個(gè)獨(dú)立的AD轉(zhuǎn)換器，使用32位ARM精確控制每個(gè)像素，使每個(gè)像素獨(dú)立完成采樣和曝光，并直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，是目前市面上唯一的、真正的全數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。一些國(guó)際主流廠商已經(jīng)推出了使用此技術(shù)的超寬動(dòng)態(tài)攝像機(jī)。寬動(dòng)態(tài)技術(shù)在監(jiān)控領(lǐng)域有著極強(qiáng)的使用價(jià)值，必將成為未來(lái)高清IPC的標(biāo)準(zhǔn)配置。

　　4、低成本百萬(wàn)像素高清方案

　　網(wǎng)絡(luò)化讓安防監(jiān)控從以前的專(zhuān)業(yè)市場(chǎng)迅速擴(kuò)展到普通民用消費(fèi)市場(chǎng)，安防監(jiān)控產(chǎn)品對(duì)價(jià)格也就變得更加敏感。百萬(wàn)像素IPC就是在這種環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的，它滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)高清IPC的基本要求：720P高清、網(wǎng)絡(luò)傳輸控制、低成本。目前安防市場(chǎng)上的百萬(wàn)像素高清相機(jī)一般選用1/4寸超低成本CMOS，整機(jī)成本可以控制在和普通標(biāo)清模擬攝像機(jī)相差不大的水平上。但由于受傳感器尺寸及成本的限制，百萬(wàn)像素的低照效果都比較一般，噪聲控制較差，屬于高清IPC市場(chǎng)的入門(mén)產(chǎn)品。個(gè)人估計(jì)其僅屬于過(guò)渡產(chǎn)品，在不久后隨著130萬(wàn)、200萬(wàn)產(chǎn)品成本的降低就會(huì)逐漸失去其優(yōu)勢(shì)，最終被取代。

　　隨著監(jiān)控技術(shù)的提高和行業(yè)應(yīng)用的不斷發(fā)展，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的市場(chǎng)地位迅速提升，在技術(shù)上會(huì)面臨著更多的變革。同樣，為了滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，做為高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)核心的CMOS圖像傳感器也必將會(huì)不斷的完善與發(fā)展。只有不斷的進(jìn)步，才能保證自身的優(yōu)勢(shì)地位和發(fā)展空間，否則只有被市場(chǎng)所淘汰。

【作者單位：天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司】

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