圖像傳感器為視頻監控帶來了新趨勢

視頻監控行業正在經歷一場重要的轉變，從傳統的主要基于模擬技術的CCD閉路電視（CCTV）系統轉向更先進的數字互聯網協議（IP）監控解決方案。監控攝像頭的一個關鍵根本趨勢是轉向720P和1080P兩種高清晰度（HD）視頻格式。新趨勢包括融合寬動態范圍（WDR）和立體成像能力。此外，相較于目前使用的CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器具有同樣或更好的圖像性能、更低的成本、更高的集成度、更低的功耗和更快的速度，因而在網絡攝像頭中的應用不斷增加。

在該市場上，CMOS圖像傳感器的出色技術可以實現許多新特點和新功能，并可為監控系統OEM廠商提供關鍵的差異化特性。此外，采用CMOS圖像傳感器可以使IP監控系統實現更經濟和安裝更容易，從而在市場競爭當中脫穎而出，而吸引到更多客戶。例如，某些具有前瞻性思維的監控系統OEM廠商正在開發全新的、潛在大批量的、自己制作（DIY）的監控細分市場。家用甚至是小型的辦公室DIY監控系統可能僅需花費100美元，因此可以引發比基于CCD的CCTV系統大得多的市場。相比CCTV系統，IP攝像頭系統具有多項優勢，包括擺脫數十年前所建立的國家電視系統委員會（NTSC）制式和逐行倒相制式（PAL）分辨率標準的種種限制，為采用百萬像素圖像傳感器以提高性能提供了機會。

高清攝像頭

圖像傳感器技術的創新激勵著監控市場轉向高清視頻標準并同時轉向IP解決方案，從而能夠逐漸脫離模擬（CCTV）安保攝像方案。全高清視頻圖像能夠提供清晰的細節、更好的總體視覺體驗和信息，但是攝取高品質視頻卻需要高幀率和適應從極高對比度到極暗場景的各種光照條件的能力。實現高品質、高清晰度視頻需要高水平的創新和非凡的像素技術。

IP攝像頭系統中使用的圖像傳感器必須具有相對較高的分辨率，在60幀/秒等高幀率下能夠達到720P或1080P.雖然標準的視頻幀率為30fps，但60fps的幀率為攝像頭廠商提供了更大的靈活性，可以調整快門寬度以擷取場景內快速移動的物體。另外，賭場之類的應用場合也需要使用高視頻幀率的監控，以擷取認定違規的必要證據。

高速HD視頻攝像頭轉向CMOS傳感器的原因之一是CMOS具有更低功耗的固有特性。功耗更低的CMOS圖像傳感器還綜合了多項省電功能，如門控時鐘設計、可變幀率和采用CMOS工藝技術實現的低待機電流。此外，對于數字或IP攝像頭來說，接口選項的數量增多，千兆位以太網、HDCCTV和同軸線纜IP等都可作為高清視頻的接口選擇。

寬動態范圍攝像頭

現今許多IP攝像頭系統都采用寬動態范圍技術，這項技術解決了在極暗和極亮環境下擷取影像的相關技術難題，使得攝像頭幾乎可以放置在任何地點。沒有寬動態范圍功能的攝像頭將具有曝光過度和曝光不足的風險，而使得影像無法使用，這是監控產品所無法接受的。

最新的趨勢是在圖像傳感器上集成寬動態范圍功能和寬動態范圍影像處理，以提供細節清晰的流暢視頻。盡管當今攝影頭系統的圖像分辨率在不斷提高，但像素動態范圍卻隨像素尺度的縮小而不斷縮小，從而限制了攝像頭產生保留有光影分布的逼真影像。為此，人們提出了各種實現寬動態范圍的像素方案，包括對數像素、橫向溢出法、幀多重曝光（ME）和幀內多重曝光（IFME）。

這些寬動態范圍技術的目的是要獲得較大的場景內動態范圍，這意味著一個場景內的黑暗區域和明亮區域都可以被適當曝光。其實現方法通常是利用多幀方案對一個影像進行多次曝光或多次幀擷取，或是利用一種非線性信號處理方式來降低更高曝光強度下像素的回應度。這些技術一般都能夠在一個影像中獲得高于100dB的超高動態范圍，這對許多應用都非常有益。比如，即使場景其余部分被陽光或刺眼的光線照射到，監控攝像頭也可以清晰記錄下人的臉孔。

3D/立體攝像頭

越來越多以視頻分析形式出現的技術正在用于安保攝像頭中，這些技術主要用于人體偵測和人員追蹤?；炯夹g包括背景建模、前景萃取、BLOB分析和光流分析能力所需的算法。雖然器（DSP）和現場可編程門陣列（FPGA）的計算能力不斷提高，但在視頻分析中卻仍然存在許多挑戰。嚴苛的真實環境（如擁擠的房間、不斷改變的光線和物體遮擋對2D攝影技術的影響）帶來了許多嚴峻的挑戰。但是，不斷改變的光線和外觀顏色卻不會對3D成像技術造成影響，故可在動態光照環境下保持追蹤精度。此外，3D立體攝像頭能夠建立景深效果，這樣就可精確偵測到某個場景（甚至非常擁擠的環境）中的人和運動。3D影像只需一個能夠拍攝目標物體局部的立體攝像頭，就可實現對其精確跟蹤；使用多個攝像頭則可用來擴展系統的監控面和應對嚴重的遮蔽環境。3D攝像頭深度感測處理實例如圖1所示。

圖像傳感器實現監控攝像頭的創新

Aptina的AR0331高清監控圖像傳感器具有卓越的性能、寬動態范圍、支持3D攝像頭和弱光下的靈敏度，以期創建下一代全高清和3D視頻應用的攝像頭。AR0331是世界上首款可在線性和多重曝光寬動態范圍兩種模式下實現1080p分辨率和60fps幀率的監控圖像傳感器，它采用了1/3英寸光學格式，具有低于1lux的弱光性能和寬動態范圍，帶有內置的自適應區域色調映射功能。配合高效H.264編碼和IP帶寬管理功能，AR0331可讓監控攝像頭設計人員實現在最嚴苛的環境中擷取到全高清視頻影像。此外，AR0331還采用了Aptina的A-Pix技術，能夠最大限度地增強光線的收集能力，以提高弱光下的靈敏度（圖2）。

AR0331的技術創新并不僅是可在各種光照條件下擷取高清視頻，除此之外，它還支持3D/立體攝像技術。在典型的雙攝像頭視差立體設計中，高復雜性、慢響應速度、高功耗及高系統成本，使得攝像頭的設計步履艱難。而通過在AR0331中增加3D/立體攝像頭支持功能，即可提供立體攝像能力，使立體攝像頭在同步模式工作。一個傳感器用作主傳感器，其它則作為從傳感器，從而簡化了高效3D攝像頭的設計并節省了設計成本。
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