“高清監(jiān)控代表著巨大的數(shù)據(jù)量和更快的處理速度，無論圖像采集單元、圖像處理單元，還是傳輸、顯示和儲存單元等都必須具備高速的處理能力，當(dāng)元器件高速化之后，就很容易受外界噪聲的干擾，如ESD、Surge等瞬時噪聲。”晶焱科技股份有限公司創(chuàng)辦人/設(shè)計研發(fā)部副總經(jīng)理姜信欽從電子元器件的角度分析道，因此，開發(fā)適合高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用的ESD/Surge防護元器件也是非常重要的一環(huán)。目前，晶焱針對高清視頻圖像解決方案可提供帶ESD防護性能的RS485收發(fā)器、ESD保護元器件及Surge保護元器件等，全方位地保障整個高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容不會受到外界噪聲的干擾，達到高清監(jiān)控的目標。
尤其是針對前端攝像機的兩大關(guān)鍵部件——成像芯片和圖像處理，深圳比亞迪微電子有限公司副總經(jīng)理兼總工程師馮衛(wèi)更為直接地指出，高清監(jiān)控任務(wù)要靠整個系統(tǒng)來完成，很多情況下難以把圖像處理和成像芯片的問題分開。對于圖像傳感器芯片廠商而言，需要借助感光技術(shù)的進步，通過工藝、感光單元、電路設(shè)計、封裝等方面的提升，提高圖像清晰度和低光成像效果。而作為后端圖像處理方案，則需要有充足的適應(yīng)能力，要求芯片廠商加快技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出工作頻率更快、芯片功耗更低、性價比更佳的產(chǎn)品方案。
CMOS傳感技術(shù)迅速崛起
近兩年，無論是在模擬監(jiān)控市場，還是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場，一個共同的發(fā)展變化就是：CMOS圖像傳感技術(shù)的迅速崛起，使得監(jiān)控前端從過去CCD傳感技術(shù)一統(tǒng)天下的格局，快速轉(zhuǎn)向CMOS圖像傳感技術(shù)。以比亞迪微電子(BF3003/3108)、Aptina(AR0130/MT9M034)、Pixelplus(PC1089/3089)、OmniVision(OV8825)等為代表的一批廠商紛紛在市場上掀起了一股以CMOS圖像傳感器為核心的監(jiān)控攝像機開發(fā)熱潮。
與CCD圖像傳感器相比，CMOS在低光條件下的成像效果以及高動態(tài)范圍的性能表現(xiàn)，一直是市場人士詬病的主要問題。對此，Aptina公司汽車、工業(yè)和醫(yī)療(AIM)事業(yè)部高級市場總監(jiān)AlvinWong介紹道，傳感器的低光照性能對于準確地呈現(xiàn)圖像和保持圖像的真實色彩是至關(guān)重要的。然而，低光照性能的一個關(guān)鍵因素是像素尺寸，因為它與靈敏度直接相關(guān)，即使像素技術(shù)在不斷進步，較大像素尺寸具有較高靈敏度的準則仍然適用，但對于給定的分辨率，較大的像素尺寸由于需要使用成本較高的透鏡，這通常也意味著較高的系統(tǒng)成本。而在另一方面，更高的動態(tài)性能是指圖像傳感器必需具備同時準確捕獲極亮和低光照場景的能力，即保證明亮和黑暗場景能夠同時適當(dāng)曝光。但高動態(tài)功能也增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，一般都需要附加的傳感器存儲器和更復(fù)雜的圖像處理程序。因此，目前各家圖像傳感器供應(yīng)商面對的同一個挑戰(zhàn)是——既要滿足低光照和高動態(tài)性能要求，又不能有太高的總體系統(tǒng)成本。
為了提高CMOS圖像傳感器的靈敏度，最大限度地降低讀取噪聲，同時優(yōu)化像素布局和模擬電路架構(gòu)，Aptina采用DR-PixTM技術(shù)，通過使用不同的像素內(nèi)(In-pixel)存儲和增益，優(yōu)化了不同光照條件下主要噪聲源的控制，使圖像傳感器可達到極低光照環(huán)境下的優(yōu)越性能。Aptina最新推出1/3英寸AR0130百萬像素級圖像傳感器產(chǎn)品正是集成了DR-PixTM技術(shù)，在單次曝光應(yīng)用中具有業(yè)界領(lǐng)先的低光照和動態(tài)范圍性能；另一款MT9M034傳感器則基于這一基礎(chǔ)像素技術(shù)，并在單一幀周期內(nèi)多次曝光捕獲，以獲得115dB量級的高動態(tài)范圍性能。據(jù)悉，Aptina還將于今年下半年陸續(xù)發(fā)布具有更高性價比的新產(chǎn)品系列。
另一個比較明顯的趨勢是，在CMOS感光芯片內(nèi)部集成ISP，以進一步彌補在感光度和信噪比上不足的SoC芯片，是廠商們目前主推的一種解決方案。與后端分離式的ISP或DSP方案相比，馮衛(wèi)指出這兩大技術(shù)方案各有優(yōu)缺點。“后端處理的SP或DSP方案能夠在圖像處理上獲得更多的緩存，因而可以采用更復(fù)雜的圖像處理算法，處理時間和空間更宏觀，圖像效果也更佳；當(dāng)然，這樣的方案往往集成度稍差，成本較高，需要感光芯片、DSP工程師一起配合進行開發(fā)，開發(fā)時間稍長，應(yīng)用成本、生產(chǎn)損失也相對偏高。”而對于COMS內(nèi)集成ISP的SoC芯片，他認為，由于要考慮到散熱及芯片面積等問題，圖像處理算法方面的資源有限，但其優(yōu)勢是可以提供高度集成的單芯片方案，方便工程開發(fā)、備料，并縮短產(chǎn)品的上市周期等，可為客戶帶來高性價比的技術(shù)方案，因此，廠商可以根據(jù)實際的應(yīng)用需求來選擇不同的技術(shù)開發(fā)路線。
以比亞迪微電子新近推出的BF3108監(jiān)控級CMOS圖像傳感器為例，從產(chǎn)品的立項開始，就以方便客戶使用為原則，圍繞Turn-key方案、可編程差異化、集成系統(tǒng)功能這三大重點來進行產(chǎn)品的定義及設(shè)計。BF3108作為國內(nèi)本土開發(fā)的第一款1/3英寸CMOS安防監(jiān)控圖像傳感器，具有高性價比優(yōu)勢，主打高線、高清晰度圖像傳感品質(zhì)，內(nèi)部集成紅外濾光片控制模塊，幀內(nèi)高動態(tài)、多制式ColorFilter等功能，圖像性能媲美部分CCD，并且針對特殊需求，可同時提供和支持專業(yè)DSP，方便了用戶使用成像芯片的靈活性，在縮短用戶開發(fā)時間的同時，模組的成本、良率、可靠度等方面也得到了較大的改善。
