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CMOS傳感器應用優勢解析
2014-4-15 閱讀(1226)
CMOS傳感器應用優勢解析
隨著互聯網的高速發展與普及，安防監控行業也由模擬時代跨入了網絡時代，向著網絡化、高清化、智能化的方向發展。正因為如此，對前端監控攝像機產品的需求也發生了變化，高清網絡攝像機就是在這種需求的推動下逐步發展成熟起來的。從目前的情況來看，雖然模擬監控攝像機仍然占據著很大的*，但高清網絡監控攝像機發展迅速，必將在未來的幾年成為監控市場的主流。
在前些年，CMOS傳感器技術還不成熟，CCD憑借著的成像質量、成熟的技術、穩定的性能和出色的夜視能力等優點被廣泛應用于各個主流廠家的模擬監控攝像機中。zui近幾年，隨著CMOS技術的發展和制作工藝的不斷優化，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。尤其是在高清網絡監控方案上，CMOS更是有一些CCD所不可比擬的優勢。
1、成本
CCD結構復雜，對加工制作工藝要求非常高，目前僅有少數幾個廠家可以掌握CCD的制作技術。而CMOS應用半導體工業常用的MOS制程，其生產工藝可以隨著傳統半導體工藝的不斷發展而進行不斷的提升和優化，使得成本越來越低。
2、速度
CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下，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。對于高分辨率和高幀率的處理有著優勢。
3、功耗
CCD電荷耦合器需要多路電壓傳輸信號電荷，且一般都需要較高電壓驅動電荷移動，而CMOS光電傳感器只需一個電源，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勢，對產品的散熱結構要求也隨之降低。
4、體積
CCD傳感器外圍電路較為復雜，而CMOS傳感器將所有的邏輯和控制電路都集成在芯片內部，集成度高，體積小，有利于設備的小型化。
正是由于CMOS的以上優勢，才使得它可以隨著安防行業網絡化的浪潮成為高清IPC的方案，打破了CCD在模擬時代的壟斷地位。可以說未來高清網絡監控市場的需求也就決定了CMOS在安防領域的發展方向。主要有以下幾個趨勢：
1、更高的分辨率和幀率
高清分為三個等級，準高清720P，實際分辨率為1280×720，有效像素92萬，通常被稱為百萬像素；全高清1080P，實際分辨率為1920×1080，有效像素207萬，通常被稱為兩百萬像素；zui主流的超高清分辨率為2560×1920，有效像素492萬，通常被稱為五百萬像素。目前市場上zui常見的是720P和1080P，占據了高清IPC的大部分市場，其中720P更是以其低成本優勢成為了的主流。隨著整個信息產業的不斷發展，網絡帶寬越來越高、千兆以太網和光纖逐步普及、支持1080P的顯示設備越來越多，因此可以預見在未來幾年，兩百萬1080P網絡監控攝像機的占比會逐步提高，對更高分辨率和更高幀率的需求也會愈加強烈，這就要求CMOS能夠支持高速輸出。隨著半導體工藝的發展，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，現在攝影行業所使用的CMOS傳感器分辨率已經在千萬像素以上，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、數據壓縮、網絡傳輸、視頻存儲等配套環節能否跟上。
CMOS傳感器應用優勢解析
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的圖像。前些年，相比CCD來說，低照度感光能力和噪點控制一直是CMOS的劣勢，zui近幾年來，通過采用新技術，CMOS的低照拍攝水平不斷提升，已經達到甚至超過了CCD.
反轉硅基板表面技術，即背照式CMOS技術。通過將傳統的感光組件基板上方的受光面配線位置進行改動，將它放到了基板的后方（下方），使光線不會受到配線、晶體管等干擾影響，增大了光線的入射量，使得單個像素點的受光條件更佳，低照效果大幅提升。該技術由SONY公司zui先提出并實際應用，現在已經被各個CMOS生產廠家廣泛采用，雖然各家之間實現的細節有所不同，但其原理都一樣。
堆棧式CMOS技術，即SONY聲稱的下一代背照技術。其與傳統制程設計的不同之處，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格下得到更多的空間來獲得更大面積的感光范圍，而受惠于此設計，也使得原本因為整體面積過大，而需要在組件下方加上一片支撐整塊芯片的支持基板設計得以取消，更是大幅度減少了組件制作的復雜程度，并且讓CMOS的芯片尺寸進一步縮小。
3、寬動態技術
寬動態技術是在明暗對比強烈的情況下讓攝像機同時能夠看清亮處和暗處細節而運用的一種技術，在實際監控場景中應用非常廣泛。比如說車庫入口、白天看窗戶外的場景等。寬動態技術的提升除了依靠后端的圖像處理技術外，SENSOR本身動態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攝像機的寬動態范圍zui多也只有66dB，而CMOS寬動態攝像機在現有技術下其動態范圍已能達到160dB.市面上主流的寬動態CMOS有SONY的IMX222和Aptina的9M034等，天地偉業公司推出的S3E系列IPC就采用了此技術以提高相機的寬動態效果。
除此以外，CMOS-DPS技術在未來更加值得關注。CMOS-DPS即CMOS數字像素傳感器技術，與傳統的CMOS傳感器不同，CMOS-DPS每個像素點都包含一個獨立的AD轉換器，使用32位ARM控制每個像素，使每個像素獨立完成采樣和曝光，并直接轉換成數字信號，是目前市面上*的、真正的全數字圖像處理系統。一些主流廠商已經推出了使用此技術的超寬動態攝像機。寬動態技術在監控領域有著*的使用價值，必將成為未來高清IPC的標準配置。
4、低成本百萬像素高清方案
網絡化讓安防監控從以前的專業市場迅速擴展到普通民用消費市場，安防監控產品對價格也就變得更加敏感。百萬像素IPC就是在這種環境下應運而生的，它滿足了用戶對高清IPC的基本要求：720P高清、網絡傳輸控制、低成本。目前安防市場上的百萬像素高清相機一般選用1/4寸超低成本CMOS，整機成本可以控制在和普通標清模擬攝像機相差不大的水平上。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市場的入門產品。
個人估計其僅屬于過渡產品，在不久后隨著130萬、200萬產品成本的降低就會逐漸失去其優勢，zui終被取代。
隨著監控技術的提高和行業應用的不斷發展，高清網絡攝像機的市場地位迅速提升，在技術上會面臨著更多的變革。同樣，為了滿足市場的需求，做為高清網絡攝像機核心的CMOS圖像傳感器也必將會不斷的完善與發展。只有不斷的進步，才能保證自身的優勢地位和發展空間，否則只有被市場所淘汰。
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