淺析IP高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)圖像傳感器的特征

IP高清攝像機(jī)從本意上講超越了傳統(tǒng)常用的模擬攝像機(jī)?，F(xiàn)在市面上的高清監(jiān)控攝像機(jī)已經(jīng)形成以百萬像素為基礎(chǔ)，200萬像素，300萬像素為先導(dǎo)的多元化產(chǎn)品格局。一臺(tái)IP高清網(wǎng)攝像機(jī)主要由視頻采集、視頻編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葞撞糠纸M成。一臺(tái)IP高清攝像機(jī)可以被看作一臺(tái)高清攝像機(jī)和一臺(tái)電腦的結(jié)合體。它通過CMOS/CCD感光器進(jìn)行逐行掃描，將光信號(hào)直接能夠捕獲影像并通過SoC單芯片處理，直接通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，從而使用戶能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的基于IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)架在本地或者遠(yuǎn)程地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)觀看、存儲(chǔ)和管理高清視頻數(shù)據(jù)。

IP高清攝像機(jī)以核心部件的圖像傳感器(ImageSensor)做分類的話，主要有CCD和CMOS兩種。其中CMOS又細(xì)分為傳統(tǒng)的CMOS和ExmorCMOS即背照式CMOS。CCD和CMOS就基本結(jié)構(gòu)和工作原理來說，區(qū)別如下：

CCD是ChargeCoupledDevice(電荷耦合器件)的縮寫，它是一種半導(dǎo)體成像器件，CCD電荷耦合器存儲(chǔ)的電荷信息，需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜。

CMOS是ComplementaryMetal-OxideSemiconductor(互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體)的縮寫，和CCD一樣同為在高清攝像機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體，CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流(或電壓)信號(hào)，信號(hào)讀取十分簡單，兩者的特點(diǎn)如下。

CCD電荷耦合器需在同步時(shí)鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢;

CMOS光電傳感器采集光信號(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，還能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多;

CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大;

CMOS光電傳感器只需使用一個(gè)電源，耗電量非常小，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢。

IP高清攝像機(jī)的“大腦”：核心處理芯片

高清IPC的設(shè)計(jì)方案很多，但從架構(gòu)上來看，主要包括兩種：其一，采用CCD/CMOS傳感器作為圖像采集設(shè)備，配套提供實(shí)現(xiàn)圖像處理和編碼功能的SoC芯片;其二，采用前端攝影機(jī)模塊，作為圖像采集設(shè)備，和一個(gè)通用的ASIC或DSP進(jìn)行編碼和傳輸。由于第一種架構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，廣泛被廠家采用。

在圖像處理方面有三種實(shí)現(xiàn)方案：第一種方案采用專用的ISP處理芯片和編碼處理部分，該方案較靈活，采用專用的ISP芯片穩(wěn)定性好，能夠保證圖像的質(zhì)量;第二種方案采用集成ISP的編碼芯片，該方案靈活性次于第一種方案，且專用的ISP處理芯片穩(wěn)定性雖高，但圖像質(zhì)量一般、成本較高;第三種方案采用FPGA等芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理及編碼功能，該方案靈活性最強(qiáng)，但是穩(wěn)定性差、成本最高、圖像質(zhì)量難于保證。專用ISP方案設(shè)計(jì)靈活、性價(jià)比高、可以保證圖像的質(zhì)量，適用于高清IPC的設(shè)計(jì)。