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云子科技分析关于四大高新技术助力高清监控IPC市场迸发
访问次数 :1127  添加时间:2015-05-11 10:16:57

在视频监控领域,由网络监控剥离出来的高清网络监控正以超乎想像的速度发展着。刚刚过去的3年,网络摄像机与模拟摄像机的产销量与市占率构成比例已经发生了显著的变化,网络摄像机从之前的5%比重增长到如今的25%。造成这一变化的原因多种多样,比如网络摄像机技术的发展实现了高清实时图像,产品类型越来越丰富,网络环境的改善带来了更大的带宽和更高的网速等等。

高清网络摄像机主要针对图像清晰度要求比较高的高端监控市场的应用需求,包括:高速公路、银行、远程医疗、安检关口等领域。但是随着安防监控由高端专用领域日趋民用化,高清摄像机的应用范围也越来越广泛,很多监控条件差、光线昏暗的地方也要求安装功能多样的摄像机,网络高清监控正以成熟的技术和合理的价格逐渐进入增长期和普及阶段,已经被越来越多的用户所接受。

像素与分辨率赛跑

网络摄像机顾名思义,便是整合了传统摄像机与网络的功能,它将视频信号数字化并且压缩,然后通过自身具备的网络接口通过IP网络进行传输,并且记录在装有视频管理软件的电脑主机或专用的IPSAN里面。米卡(中国)有限公司副总经理侯武东认为:“现在很多主流大厂的IPC清晰度已经在向500万像素靠拢(需要清楚认知的是本文所谈的是真实像素,而非很多所谓的插值像素),但是我们要看到其实摄影业界所采用的成像清晰度已经在千万像素以上了,我们安防监控行业在新技术的采用上还是稍稍落后了半拍;因此,未来的网络摄像机应该会和DV机等摄影行业的标准更为贴近。”

目前,安防行业的高清监控摄像机经历了分辨率为720P与1080P两种格式后,如果将高清分为3个等级,被业界定义为准高清的720P即1280×720分辨率严格算来只能达到约等于百万像素的92万像素;被定义为全高清的1080P则是1920×1080,像素值超过200万达到了207万,其中后缀“P”代表的是逐行扫描。对于移动目标的图像采集,相对隔行扫描,逐行扫描可以获得更好的动态图像,视觉方面几乎不会产生拖尾,因此对安防监控应用来说逐行扫描更加适合;而目前最高端、最主流的高达2560×1920分辨率约等于500万(实际有效像素为492万)则被行业公认为超高清摄像机。当然,像素值的发展也不是永无止境的,APS-C幅面影像传感器最高只能达到1800万像素值的瓶颈,因此,未来用于视频监控的高清摄像机在像素值方面还会有所提升,但是受限于CMOS和CCD的发展,只能等待全新半导体材料影像传感器的诞生来解决这个问题。另外,根据国外最新研究成果,如果将搭载了全画幅大尺寸CMOS的两台高清高像素摄像机并列同时打开快门摄像,可以得到超过1亿像素的静态画面,但转为动态的话,则会损失大量像素。

深圳波粒智能科技有限公司总经理毛忠彪指出,目前百万高清IPC应用以720P作为普及,重要通道采用1080P,而特殊监控则采用500万像素,从使用量上看还是720P占多。摄像机单纯提升像素并不难,但是考虑硬盘占用、网络带宽、视频压缩处理压力、低照度、大数据处理稳定性、后端主机与配套,以目前的状况,还不能过分贪图太高的像素。由此可见,偏于低端的100万像素仍占多数,在这个层面上,CCD与CMOS两型影像传感器各领风骚,台系映佳、智源、赛灵思以及国产的海思等方案占主体;200万像素基本是厂商宣称的“真高清”阵地,这里可以算是韩系主阵地,荟萃了三星、LG等我们所熟知的品牌,韩系Nextchip、美国德仪TI、Ambarella等方案在此

领域均有建树;300万像素阵营因为SONY、Panasonic的加入而显得底气十足,Exmor和MOS两大CMOS影像传感器分立潮头,与之相匹配的是仍旧是原汁原味的原厂方案和表现出色的德仪TI方案;400万像素与500万像素区别不是很大,方案也是以TI为主,主要是CMOS的选材和方案算法的升级才造就了像素值的不同,这里汇集了美赞美、爱锐康特、海康威视、MOBOTIX、Basler等专业、高端品牌。

相对于传统的4:3图像比例,高清图像的16:9格式更适合安防监控的应用。监控场景往往是需要对大范围横向区域进行监看,比如高速公路收费站、铁路沿线、体育场馆出入检票口等,这些场所的特点都是以横向排列的方式出现在画面中,而画面顶部的天空和底部的路面往往是我们不关心的内容。所以16:9的画面可以去除这些不

重要的区域,而增大我们关心的监控目标的面积。以往要用好几支模拟摄像机横向排列才能监控的区域,现在只要一只高清网络摄像机就可以覆盖,不仅提高了清晰度,也节省了成本。

两强相遇“清”者胜

图像传感器有CMOS和CCD两种模式。CMOS既互补性金属氧化物半导体,CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。不像由二级管组成的CCD和CMOS电路几乎没有静态电量消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右,CMOS重要问题是在处理快速变换的影像时,由于电流变换过于频繁而过热。暗电流抑制的好就问题不大,如果抑制的不好就十分容易出现噪点。

众所周知,感光器件是摄像机最为核心的部件,在模拟摄像机以及标清网络摄像机中,最为广泛使用的是CCD,而CCD长期以来都在市场上占有主导地位,出货量遥遥领先。进入高清监控时代以后,CMOS逐渐被人们所认识。CCD的特点是灵敏度高,但响应速度较低,不适用于高清监控摄像机采用的高分辨率逐行扫描方式,因此高清监控摄像机普遍采用CMOS感光器件。对于相同尺寸的感光器件,像素越高,意味着每个像素的进光量越少,因此目前高清监控摄像机的突出问题是清晰度提高,灵敏度降低。幸运的是,目前已经研发出720P与1080P专用的CMOS器件,其灵敏度性能已经与CCD接近。索尼大名鼎鼎的Exmor背照式COMS图像传感器,这种背照式CMOS被SONY广泛应用于Cyber-shot系列DC和Handycam系列DV上面,Exmor改变了传统传感器二极管位于电路晶体管下方的布局,让光线首先到达感光二极管,由于不受金属线路和晶体管的阻碍,开口率可提高至近100%。与表面照射型CMOS传感器相比,背照式CMOS在灵敏度(S/N)上具有很大优势,显著提高低光照条件下的拍摄效果,因此在低照度环境下拍摄,能够大幅降低噪点。传统表面照射型CMOS传感器每个像素点都要搭配一个对应的A/D转换器以及对应的放大电路,因此,这部分电路会占用更多的像素面积,直接导致光电二极管实际感光的面积变小,感光能力变弱。而ExmorCMOS将光电二极管放置在传感器芯片的最上层,把A/D转换器及放大电路放到传感器芯片的“背面”。这样一来,通过微透镜和色彩滤镜进来的光线就可以最大限度地被光电二极管利用,开口率得以大幅度提高,即便是小尺寸的影像传感器,也能获得优良的高感光度能力。根据计划,索尼2011年将在长崎投资1000亿日元,包括收购东芝的半导体工厂,意在将Exmor传感器产量提高一倍,但不知该计划是否收到地震的影响。


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