高清监控市场持续走高,图像品质成决胜关键

上网时间: 2013年08月02日? 作者:刘恒? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:CMOS? 图像处理技术ISP? 高清监控?

根据IMS Research近期的调查显示,高清监控产品的增长速度已超越传统的模拟标清产品,年增长率基本保持在20-60%这一区间,预计未来1-2年内,高清监控产品的市场占有率将超过50%,图像质量已成为市场关注的焦点。更为重要的是,越来越多的业界人士开始意识到,高品质的视频成像效果是一个系统化的工程,它与图像传感器芯片、图像信号处理器(ISP)、镜头、传输、储存、显示等各个环节的设计和选用都息息相关。

高清监控市场持续走高,图像品质成决胜关键_《国际电子商情》晶焱科技股份有限公司创办人/设计研发部副总经理姜信钦_1
晶焱科技股份有限公司创办人/设计研发部副总经理姜信钦

“高清监控代表着巨大的数据量和更快的处理速度,无论图像采集单元、图像处理单元,还是传输、显示和储存单元等都必须具备高速的处理能力,当元器件高速化之后,就很容易受外界噪声的干扰,如ESD、Surge等瞬时噪声。”晶焱科技股份有限公司创办人/设计研发部副总经理姜信钦从电子元器件的角度分析道,因此,开发适合高清视频监控系统使用的ESD/Surge防护元器件也是非常重要的一环。目前,晶焱针对高清视频图像解决方案可提供带ESD防护性能的RS485收发器、ESD保护元器件及Surge保护元器件等,全方位地保障整个高清视频监控系统的数据内容不会受到外界噪声的干扰,达到高清监控的目标。

高清监控市场持续走高,图像品质成决胜关键_《国际电子商情》深圳比亚迪微电子有限公司副总经理兼总工程师冯卫_2
深圳比亚迪微电子有限公司副总经理兼总工程师冯卫

尤其是针对前端摄像机的两大关键部件——成像芯片和图像处理,深圳比亚迪微电子有限公司副总经理兼总工程师冯卫更为直接地指出,高清监控任务要靠整个系统来完成,很多情况下难以把图像处理和成像芯片的问题分开。对于图像传感器芯片厂商而言,需要借助感光技术的进步,通过工艺、感光单元、电路设计、封装等方面的提升,提高图像清晰度和低光成像效果。而作为后端图像处理方案,则需要有充足的适应能力,要求芯片厂商加快技术创新,开发出工作频率更快、芯片功耗更低、性价比更佳的产品方案。

CMOS传感技术迅速崛起

近两年,无论是在模拟监控市场,还是网络监控市场,一个共同的发展变化就是:CMOS图像传感技术的迅速崛起,使得监控前端从过去CCD传感技术一统天下的格局,快速转向CMOS图像传感技术。以比亚迪微电子(BF3003/3108)、Aptina(AR0130/ MT9M034)、Pixelplus(PC1089/3089)、OmniVision(OV8825)等为代表的一批厂商纷纷在市场上掀起了一股以CMOS 图像传感器为核心的监控摄像机开发热潮。

与CCD图像传感器相比,CMOS在低光条件下的成像效果以及高动态范围的性能表现,一直是市场人士诟病的主要问题。对此,Aptina公司汽车、工业和医疗(AIM)事业部高级市场总监Alvin Wong介绍道,传感器的低光照性能对于准确地呈现图像和保持图像的真实色彩是至关重要的。然而,低光照性能的一个关键因素是像素尺寸,因为它与灵敏度直接相关,即使像素技术在不断进步,较大像素尺寸具有较高灵敏度的准则仍然适用,但对于给定的分辨率,较大的像素尺寸由于需要使用成本较高的透镜,这通常也意味着较高的系统成本。而在另一方面,更高的动态性能是指图像传感器必需具备同时准确捕获极亮和低光照场景的能力,即保证明亮和黑暗场景能够同时适当曝光。但高动态功能也增加了系统的成本和复杂性,一般都需要附加的传感器存储器和更复杂的图像处理程序。因此,目前各家图像传感器供应商面对的同一个挑战是——既要满足低光照和高动态性能要求,又不能有太高的总体系统成本。

高清监控市场持续走高,图像品质成决胜关键_《国际电子商情》Aptina公司汽车、工业和医疗(AIM)事业部高级市场总监Alvin Wong_3
Aptina公司汽车、工业和医疗(AIM)事业部高级市场总监Alvin Wong

为了提高CMOS图像传感器的灵敏度,最大限度地降低读取噪声,同时优化像素布局和模拟电路架构,Aptina采用DR-PixTM技术,通过使用不同的像素内(In-pixel)存储和增益,优化了不同光照条件下主要噪声源的控制,使图像传感器可达到极低光照环境下的优越性能。Aptina最新推出1/3英寸AR0130百万像素级图像传感器产品正是集成了DR-PixTM技术,在单次曝光应用中具有业界领先的低光照和动态范围性能;另一款MT9M034传感器则基于这一基础像素技术,并在单一帧周期内多次曝光捕获,以获得115dB量级的高动态范围性能。据悉,Aptina还将于今年下半年陆续发布具有更高性价比的新产品系列。

另一个比较明显的趋势是,在CMOS感光芯片内部集成ISP,以进一步弥补在感光度和信噪比上不足的SoC芯片,是厂商们目前主推的一种解决方案。与后端分离式的ISP或DSP方案相比,冯卫指出这两大技术方案各有优缺点。“后端处理的SP或DSP方案能够在图像处理上获得更多的缓存,因而可以采用更复杂的图像处理算法,处理时间和空间更宏观,图像效果也更佳;当然,这样的方案往往集成度稍差,成本较高,需要感光芯片、DSP工程师一起配合进行开发,开发时间稍长,应用成本、生产损失也相对偏高。” 而对于COMS内集成ISP的SoC芯片,他认为,由于要考虑到散热及芯片面积等问题,图像处理算法方面的资源有限,但其优势是可以提供高度集成的单芯片方案,方便工程开发、备料,并缩短产品的上市周期等,可为客户带来高性价比的技术方案,因此,厂商可以根据实际的应用需求来选择不同的技术开发路线。

以比亚迪微电子新近推出的BF3108监控级CMOS图像传感器为例,从产品的立项开始,就以方便客户使用为原则,围绕Turn-key方案、可编程差异化、集成系统功能这三大重点来进行产品的定义及设计。BF3108作为国内本土开发的第一款1/3英寸CMOS安防监控图像传感器,具有高性价比优势,主打高线、高清晰度图像传感品质,内部集成红外滤光片控制模块,帧内高动态、多制式Color Filter等功能,图像性能媲美部分CCD,并且针对特殊需求,可同时提供和支持专业DSP,方便了用户使用成像芯片的灵活性,在缩短用户开发时间的同时,模组的成本、良率、可靠度等方面也得到了较大的改善。

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本文下一页:灵活满足图像处理的多样性

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  • CMOS是什么
  • CMOS全称是Complementary Metal-Oxide Semiconductor(本意是指互补金属氧化物半导体存储嚣,是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料)是微机主板上的一块可读写的RAM芯片,主要用来保存当前系统的硬件配置和操作人员对某些参数的设定。CMOS RAM芯片由系统通过一块后备电池供电,因此无论是在关机状态中,还是遇到系统掉电情况,CMOS信息都不会丢失。

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