圖像傳感器實(shí)現監控攝像頭創(chuàng )新應用

視頻監控行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)重要的轉變，從傳統的主要基于模擬技術(shù)的CCD閉路電視（CCTV）系統轉向更先進(jìn)的數字互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）監控解決方案。監控攝像頭的一個(gè)關(guān)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(dòng)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 )攝像頭中的應用不斷增加。

在該市場(chǎng)上，CMOS圖像傳感器的出色技術(shù)可以實(shí)現許多新特點(diǎn)和新功能，并可為監控系統OEM廠(chǎng)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監控系統實(shí)現更經(jīng)濟和安裝更容易，從而在市場(chǎng)競爭當中脫穎而出，而吸引到更多客戶(hù)。例如，某些具有前瞻性思維的監控系統OEM廠(chǎng)商正在開(kāi)發(fā)全新的、潛在大批量的、自己制作（DIY）的監控細分市場(chǎng)。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(fā)比基于CCD的CCTV系統大得多的市場(chǎng)。相比CCTV系統，IP攝像頭系統具有多項優(yōu)勢，包括擺脫數十年前所建立的國家電視系統委員會(huì )（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(wàn)像素圖像傳感器以提高性能提供了機會(huì )。

高清攝像頭

圖像傳感器技術(shù)的創(chuàng )新激勵著(zhù)監控市場(chǎng)轉向高清視頻標準并同時(shí)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(jué)體驗和信息，但是攝取高品質(zhì)視頻卻需要高幀率和適應從極高對比度到極暗場(chǎng)景的各種光照條件的能力。實(shí)現高品質(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(chǎng)商提供了更大的靈活性，可以調整快門(mén)寬度以擷取場(chǎng)景內快速移動(dòng)的物體。另外，賭場(chǎng)之類(lèi)的應用場(chǎng)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(mén)控時(shí)鐘設計、可變幀率和采用CMOS工藝技術(shù)實(shí)現的低待機電流。此外，對于數字或IP攝像頭來(lái)說(shuō)，接口選項的數量增多，千兆位以太網(wǎng)、HDCCTV和同軸線(xiàn)纜IP等都可作為高清視頻的接口選擇。

寬動(dòng)態(tài)范圍攝像頭

現今許多IP攝像頭系統都采用寬動(dòng)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(diǎn)。沒(méi)有寬動(dòng)態(tài)范圍功能的攝像頭將具有曝光過(guò)度和曝光不足的風(fēng)險，而使得影像無(wú)法使用，這是監控產(chǎn)品所無(wú)法接受的。

最新的趨勢是在圖像傳感器上集成寬動(dòng)態(tài)范圍功能和寬動(dòng)態(tài)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(dòng)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(shí)現寬動(dòng)態(tài)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(dòng)態(tài)范圍技術(shù)的目的是要獲得較大的場(chǎng)景內動(dòng)態(tài)范圍，這意味著(zhù)一個(gè)場(chǎng)景內的黑暗區域和明亮區域都可以被適當曝光。其實(shí)現方法通常是利用多幀方案對一個(gè)影像進(jìn)行多次曝光或多次幀擷取，或是利用一種非線(xiàn)性信號處理方式來(lái)降低更高曝光強度下像素的回應度。這些技術(shù)一般都能夠在一個(gè)影像中獲得高于100dB的超高動(dòng)態(tài)范圍，這對許多應用都非常有益。比如，即使場(chǎng)景其余部分被陽(yáng)光或刺眼的光線(xiàn)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(lái)越多以視頻分析形式出現的技術(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。雖然數字信號處理器（DSP）和現場(chǎng)可編程門(mén)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(shí)環(huán)境（如擁擠的房間、不斷改變的光線(xiàn)和物體遮擋對2D攝影技術(shù)的影響）帶來(lái)了許多嚴峻的挑戰。但是，不斷改變的光線(xiàn)和外觀(guān)顏色卻不會(huì )對3D成像技術(shù)造成影響，故可在動(dòng)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(gè)場(chǎng)景（甚至非常擁擠的環(huán)境）中的人和運動(dòng)。3D影像只需一個(gè)能夠拍攝目標物體局部的立體攝像頭，就可實(shí)現對其精確跟蹤；使用多個(gè)攝像頭則可用來(lái)擴展系統的監控面和應對嚴重的遮蔽環(huán)境。3D攝像頭深度感測處理實(shí)例如圖1所示。

圖1:3D攝像頭深度感測處理實(shí)例。