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圖像傳感器技術(shù):視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心

點(diǎn)擊:6061 日期:2015.06.12
【摘要】視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分就是圖像傳感技術(shù),目前,監(jiān)控攝像機(jī)的圖像傳感器正逐漸從傳統(tǒng)的CCD向CMOS轉(zhuǎn)變。這兩種傳感器各有長短,但,CMOS的缺點(diǎn)漸漸減少。CMOS圖像傳感器低成本、高集成度、讀取速度快、耗電量低、成像質(zhì)量的快速提升,使得CMOS取代CCD將成為必然。

目前,監(jiān)控攝像機(jī)的圖像傳感器正逐漸從傳統(tǒng)的CCD向CMOS轉(zhuǎn)變

我們都知道,視頻監(jiān)控系統(tǒng)中很重要的步奏就是前端采集,監(jiān)控攝像機(jī)作為數(shù)據(jù)采集的重要設(shè)備,在整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)中起著重要的作用。圖像傳感器就是決定監(jiān)控攝像機(jī)采集質(zhì)量好壞的重要因素。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分就是圖像傳感技術(shù),目前,監(jiān)控攝像機(jī)的圖像傳感器正逐漸從傳統(tǒng)的CCD向CMOS轉(zhuǎn)變。這兩種傳感器各有長短,但一直以來,CMOS傳感器的缺點(diǎn)漸漸減少。CMOS圖像傳感器低成本、高集成度為其主要特點(diǎn),圖像質(zhì)量已不輸于CCD。與基于CCD的探頭相比,CMOS探頭的 集成度更高,因?yàn)镃MOS傳感器集成了許多外圍處理功能,所需器件比CCD探頭少,且CMOS探頭的功耗要低得多。從整個系統(tǒng)來看,CMOS傳感器可將成本大大降低。

圖像傳感器技術(shù):視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心

CMOS傳感器與CCD傳感器的比較

CCD(ChargeCoupledDevice),即“電荷耦合器件”,以百萬像素為單位。數(shù)碼相機(jī)規(guī)格中的多少百萬像素,指的就是CCD的分辨 率。CCD是一種感光半導(dǎo)體芯片,用于捕捉圖形,廣泛運(yùn)用于掃描儀、復(fù)印機(jī)以及無膠片相機(jī)等設(shè)備。與膠卷的原理相似,光線穿過一個鏡頭,將圖形信息投射到 CCD上。但與膠卷不同的是,CCD既沒有能力記錄圖形數(shù)據(jù),也沒有能力永久保存下來,甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據(jù)都會不停留地送入一個“模- 數(shù)”轉(zhuǎn)換器,一個信號處理器以及一個存儲設(shè)備(比如內(nèi)存芯片或內(nèi)存卡)。CCD有各式各樣的尺寸和形狀,最大的有2×2平方英寸。1970美國貝爾實(shí)驗(yàn)室 發(fā)明了CCD。二十年后,人們利用這一技術(shù)制造了數(shù)碼相機(jī),將影像處理行業(yè)推進(jìn)到一個全新領(lǐng)域。

CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor),即“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”。它是計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片,保存了系統(tǒng)引導(dǎo)所需的大量資料。有人發(fā)現(xiàn),將CMOS加工也可以作為數(shù)碼相機(jī)中的感光傳感器,其便于大規(guī)模生產(chǎn)和成本低廉的特性是商家們夢寐以求的。

從技術(shù)的角度比較,CCD與CMOS有如下四個方面的不同:

  1. 信息讀取方式:CCD電荷耦合器存儲的電荷信息,需在同步信號控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取,電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合,整個電路較為復(fù)雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流(或電壓)信號,信號讀取十分簡單。
  2. 速度:CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下,以行為單位一位一位地輸出信息,速度較慢;而CMOS光電傳感器采集光信號的同時就可以取出電信號,還能同時處理各單元的圖像信息,速度比CCD電荷耦合器快很多。
  3. 電源及耗電量:CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電,耗電量較大;CMOS光電傳感器只需使用一個電源,耗電量非常小,僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10,CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢。
  4. 成像質(zhì)量:CCD電荷耦合器制作技術(shù)起步早,技術(shù)成熟,采用PN結(jié)或二氧化硅(SiO2)隔離層隔離噪聲, 成像質(zhì)量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS光電傳感器集成度高,各光電傳感元件、電路之間距離很近,相互之間的光、電、磁干擾較嚴(yán)重,噪聲對圖像質(zhì)量影響很大,使CMOS光電傳感器很長一段時間無法進(jìn)入實(shí)用。近年,隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展,為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

CMOS傳感器與CCD傳感器商業(yè)應(yīng)用

目前,CCD技術(shù)主要掌握在索尼、佳能、奧林巴斯等幾大廠商手中。主流的數(shù)碼相機(jī)均采用CCD作為光敏傳感器件,像素數(shù)一般為三百萬左右。其制造工藝復(fù)雜,功耗大,成本較高。未來,采用CCD傳感器的數(shù)碼相機(jī)將繼續(xù)朝著提高像素數(shù),增加拍攝功能,提高照片質(zhì)量的方向發(fā)展,力爭在各項指標(biāo)上早日達(dá)到傳統(tǒng) 相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。

采用CMOS傳感器的數(shù)碼相機(jī)一般低于130萬像素,主要面向以家庭、個人用戶為主的低端市場。其時尚化、多功能、價格低的優(yōu)勢受到了普通消費(fèi)者的歡 迎。國內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)廠商對CMOS數(shù)碼相機(jī)傾注了極高的熱情,包括海鷗、先科、喜馬拉雅等先后推出了相應(yīng)產(chǎn)品。CMOS可塑性較高,未來除了數(shù)碼相機(jī)之 外,將在傳真機(jī)、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、安全偵測系統(tǒng)等方面得到廣泛應(yīng)用。目前市場上CMOS產(chǎn)品不多,但在美國,包括Intel、ATI在內(nèi)的多家公司都 在積極研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。今年7月,歐洲的獨(dú)立半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)IMEC公布了兩個有關(guān)CMOS的研發(fā)項目,其中探索CMOS技術(shù)極限的 “Advanced Device Implementation Program”,其目標(biāo)是確立國際半導(dǎo)體技術(shù)規(guī)劃(ITRS)的最新版本,并提出面向 60nm~30nm的技術(shù)。

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