高清未来永无止境

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快门模式的发展

在某些特殊监控应用领域(比如抓拍),通常用户会抱怨采用CMOS的摄像机不能满足要求。这还得从 CMOS 图像传感器的工作方式说起。CMOS 传感器的工作方式并不是像很多人想象的那样通过一个信号线就可以控制曝光的开始和结束。传感器的感光二极管不停的在捕获入射光子并转换成电子存储在电荷井中,控制部分可以将其读出和清零,但不能停止曝光。在这个过程中,并没有实际意义上的快门存在,这也叫电子快门。那么电子快门是怎么实现的呢?

一种是 Rolling Shutter(卷帘式快门)。目前大多数 CMOS 传感器采用这种快门。对任一像素,在曝光开始时现将其清零,然后等待曝光时间过后,将信号值读出。数据的读出采用串行方式,所以清零/曝光/读出也只能逐行顺序进行,通常是从上至下。Rolling Shutter 可以达到更高的像素和帧率,但由于扫描速度和数据读出速度的差异,无法实现和现有的闪光灯同步。但当曝光不当或物体移动较快时,会出现部分曝光、倾斜、抖动等现象。这一特性也催生了长延时闪光灯的诞生,以解决现有 Rolling Shutter 模式下的闪光同步问题。

另外一种是 Global Shutter(全局快门)。最主要的区别是在每个像素处增加了采样保持单元,在指定时间达到后对数据进行采样然后顺序读出,这样虽然后读出的像素仍然在进行曝光,但存储在采样保持单元中的数据却并未改变。相当于是整体统一进行一次性曝光。Global Shutter 曝光时间更短,适合抓拍场合应用。但是由于增加了每个像素的元件数目,使得填充系数降低,所以很难设计出高像素数的传感器,另外采样保持单元还引入了新的噪音源,增加了 RMS 读出噪声。

通常情况下,曝光时间短的应用(如<500μs)适合 Global Shutter,曝光时间长(如大于500μs)时,选择 Rolling Shutter 可以有更低的噪声和更高的帧率。目前,很多图像传感器厂商也在将 Global Shutter 技术引入安防监控用的芯片中,相信很快就会有配合传统闪光灯抓拍应用的高性价比产品。

IP未来将是一体机的天下

可更换镜头的传统枪式摄像机,由于起步早,技术成熟拥有价格上的优势。用户可以根据监控场景选配不同的镜头,安装起来比较灵活。但若是用户或施工人员的专业技术不足,对摄像机与镜头搭配不合理,也会影响摄像机性能。特别是安装在恶劣环境下使用,很容易受到潮气、振动、热胀冷缩等环境因素的影响,在使用一段时间后就很可能会出现摄像机聚焦点偏移、背焦(后焦)失焦、图像模糊等问题。一旦出现问题,用户(或工程商)通常只有派技术人员到现场进行处理,如果监控前端设备分布较远,监控维护成本会大大提高;而少数厂商也在摄像机中加入电子后焦调整机构,但这无疑也增加了摄像机的成本。这些都只能是暂时的解决办法而决非长远解决之道。

与传统枪型摄像机相比,集成变焦镜头的一体化摄像机集成度高,体积小巧、美观,安装非常简单。同时,高清网络一体机可以通过网络实现变倍、聚焦和光圈控制,后期基本可以做到免维护。此外,高清网络一体化摄像机清晰度更高、监控范围更广,不需要另外选配高清镜头,综合性价比高。一体化摄像机优势是显而易见的,它以体积小巧、自动聚焦、稳定性好、在安装和控制方面所具有的优势,被越来越多的用户所接受。目前市场上高清一体化网络摄像机(和机芯)还不是很多,技术大多为国外厂商所垄断。随着精密集成电子技术的发展和国内高清安防市场的成熟,以艾普视达为代表的国内IP高清开拓者们正迎头赶上,推出一系列高性价比的一体机产品和解决方案,不但具有一体机远程变焦和自动聚焦便捷的控制性能,又具备枪机的价格优势。随着后续技术的完善和产量的提升,一体化摄像机再也不是昂贵的代名词。高清一体机产品的价格将会越来越低,一体机的普及将锐不可当。我们深信,IP高清的未来必将是一体机的天下。

高清未来永无止境

视频监控正朝着“高清化、数字化、智能化”方向发展。经过数字视频开拓者们的努力,从标清到高清,基本解决了视频监控图像清晰度的问题,让看到的图像更清晰,记录下来的图像更有价值。视频监控的图像像素从720P 的百万像素发展到 1080P 的210万像素,再到现在的 320 万像素和 500 万像素,甚至未来的 4K 超高清(UHD);图像画质也在不断提升,从 400 线到 700 线再到现在的超过 1000TVL。数字化、IP 化以后,安防监控系统更智能更易用,一切变得皆有可能。看得更清,看得更远,永远是人们不懈的追求。高清的未来永无止境,未来的发展仍然由市场需求来决定。

(本文由:四川艾普视达数码科技有限公司市场部 范清华 原创发布,转载请注明出处。本文已发表至《安全自动化》2011.11 月第 154 期)

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