圖像傳感器實現(xiàn)監(jiān)控攝像頭創(chuàng)新應(yīng)用

視頻監(jiān)控行業(yè)正在經(jīng)歷一場重要的轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)的主要基于模擬技術(shù)的CCD閉路電視（CCTV）系統(tǒng)轉(zhuǎn)向更先進(jìn)的數(shù)字互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）監(jiān)控解決方案。監(jiān)控攝像頭的一個關(guān)鍵根本趨勢是轉(zhuǎn)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(tài)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(wǎng)絡(luò)攝像頭中的應(yīng)用不斷增加。

在該市場上，CMOS圖像傳感器的出色技術(shù)可以實現(xiàn)許多新特點和新功能，并可為監(jiān)控系統(tǒng)OEM廠商提供關(guān)鍵的差異化特性。此外，采用CMOS圖像傳感器可以使IP監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)和安裝更容易，從而在市場競爭當(dāng)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(jiān)控系統(tǒng)OEM廠商正在開發(fā)全新的、潛在大批量的、自己制作（DIY）的監(jiān)控細(xì)分市場。家用甚至是小型的辦公室DIY監(jiān)控系統(tǒng)可能僅需花費100美元，因此可以引發(fā)比基于CCD的CCTV系統(tǒng)大得多的市場。相比CCTV系統(tǒng)，IP攝像頭系統(tǒng)具有多項優(yōu)勢，包括擺脫數(shù)十年前所建立的國家電視系統(tǒng)委員會（NTSC）制式和逐行倒相制式（PAL）分辨率標(biāo)準(zhǔn)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(jī)會。

高清攝像頭

圖像傳感器技術(shù)的創(chuàng)新激勵著監(jiān)控市場轉(zhuǎn)向高清視頻標(biāo)準(zhǔn)并同時轉(zhuǎn)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(xì)節(jié)、更好的總體視覺體驗和信息，但是攝取高品質(zhì)視頻卻需要高幀率和適應(yīng)從極高對比度到極暗場景的各種光照條件的能力。實現(xiàn)高品質(zhì)、高清晰度視頻需要高水平的創(chuàng)新和非凡的像素技術(shù)。

IP攝像頭系統(tǒng)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(dá)到720P或1080P.雖然標(biāo)準(zhǔn)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(diào)整快門寬度以擷取場景內(nèi)快速移動的物體。另外，賭場之類的應(yīng)用場合也需要使用高視頻幀率的監(jiān)控，以擷取認(rèn)定違規(guī)的必要證據(jù)。

高速HD視頻攝像頭轉(zhuǎn)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(shè)計、可變幀率和采用CMOS工藝技術(shù)實現(xiàn)的低待機(jī)電流。此外，對于數(shù)字或IP攝像頭來說，接口選項的數(shù)量增多，千兆位以太網(wǎng)、HDCCTV和同軸線纜IP等都可作為高清視頻的接口選擇。

寬動態(tài)范圍攝像頭

現(xiàn)今許多IP攝像頭系統(tǒng)都采用寬動態(tài)范圍技術(shù)，這項技術(shù)解決了在極暗和極亮環(huán)境下擷取影像的相關(guān)技術(shù)難題，使得攝像頭幾乎可以放置在任何地點。沒有寬動態(tài)范圍功能的攝像頭將具有曝光過度和曝光不足的風(fēng)險，而使得影像無法使用，這是監(jiān)控產(chǎn)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(tài)范圍功能和寬動態(tài)范圍影像處理，以提供細(xì)節(jié)清晰的流暢視頻。盡管當(dāng)今攝影頭系統(tǒng)的圖像分辨率在不斷提高，但像素動態(tài)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(chǎn)生保留有光影分布的逼真影像。為此，人們提出了各種實現(xiàn)寬動態(tài)范圍的像素方案，包括對數(shù)像素、橫向溢出法、幀多重曝光（ME）和幀內(nèi)多重曝光（IFME）。

這些寬動態(tài)范圍技術(shù)的目的是要獲得較大的場景內(nèi)動態(tài)范圍，這意味著一個場景內(nèi)的黑暗區(qū)域和明亮區(qū)域都可以被適當(dāng)曝光。其實現(xiàn)方法通常是利用多幀方案對一個影像進(jìn)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(qiáng)度下像素的回應(yīng)度。這些技術(shù)一般都能夠在一個影像中獲得高于100dB的超高動態(tài)范圍，這對許多應(yīng)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(jiān)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(xiàn)的技術(shù)正在用于安保攝像頭中，這些技術(shù)主要用于人體偵測和人員追蹤?；炯夹g(shù)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。雖然數(shù)字信號處理器（DSP）和現(xiàn)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(zhàn)。嚴(yán)苛的真實環(huán)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(shù)的影響）帶來了許多嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。但是，不斷改變的光線和外觀顏色卻不會對3D成像技術(shù)造成影響，故可在動態(tài)光照環(huán)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(huán)境）中的人和運(yùn)動。3D影像只需一個能夠拍攝目標(biāo)物體局部的立體攝像頭，就可實現(xiàn)對其精確跟蹤；使用多個攝像頭則可用來擴(kuò)展系統(tǒng)的監(jiān)控面和應(yīng)對嚴(yán)重的遮蔽環(huán)境。3D攝像頭深度感測處理實例如圖1所示。

圖1:3D攝像頭深度感測處理實例。