關(guān)于CMOS高清攝像機的夜視局限問(wèn)題及與技術(shù)突破

2010年以來(lái)，經(jīng)過(guò)兩年多的市場(chǎng)培育，高清攝像機正從“趨勢”變成“現實(shí)”。許多高清攝像機廠(chǎng)家如雨后春筍般涌現出來(lái)，傳統的模擬攝像機廠(chǎng)家也逐步往高清領(lǐng)域轉型。在市場(chǎng)上，越來(lái)越多的的代理商、工程商和用戶(hù)認可了高清?？梢哉f(shuō)，2012年以來(lái)，高清攝像機開(kāi)始迎來(lái)發(fā)展的高峰期。

具體來(lái)看，盡管仍被籠統地稱(chēng)為“百萬(wàn)高清”，但高清攝像機的清晰度已有了很大的提升，像素從60萬(wàn)、130萬(wàn)、200萬(wàn)到500萬(wàn)遞增，有的廠(chǎng)家甚至宣稱(chēng)已將像素級別提升至2000萬(wàn)；在傳輸方式上，IP與HD-SDI均得到了較快發(fā)展，并各自占據了不小的市場(chǎng)份額。此外，在色彩還原度和智能分析等方面，高清攝像機也有了很大的改進(jìn)。

但由于技術(shù)不夠成熟、成本較高等因素，高清攝像機產(chǎn)品的主流應用集中于政府、銀行等高端市場(chǎng)，其他領(lǐng)域則仍以模擬產(chǎn)品為主。其中，目前高清攝像機普遍采用CMOS芯片，其色彩飽和度較低，質(zhì)感和銳度的表現也略遜一籌，在光線(xiàn)不足的夜間，拍攝效果往往不太理想?；诖?，一些廠(chǎng)家推出了960HCCD網(wǎng)絡(luò )高清產(chǎn)品，采用索尼Effio-EN700線(xiàn)方案，低照度、純數字界面，影像像素達到60萬(wàn)左右，不僅白天能實(shí)現高清晰拍攝，夜間也能清晰彩色成像，有效地解決了高清攝像機的夜視難題。

CMOS高清攝像機的局限性

所謂CMOS，即互補性金屬氧化物半導體，主是是用硅和鍺所做成的半導體，通過(guò)CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來(lái)實(shí)現其基本功能。與CCD(電荷耦合器件，是一種把從圖像半導體中出來(lái)的電子組織起來(lái)的方法)一樣，它們使用的都是“圖像半導體”傳感器，它是一種PN半導體，能將轉換光線(xiàn)的光子結合成為成比例數量的電子。但為了將兩者相區別，我們習慣性地分別稱(chēng)之為CMOS傳感器或CCD傳感器，但并不表明其處理影像的方法。

與CCD傳感器相比，CMOS傳感器不需要復雜的信號處理過(guò)程，直接將圖像半導體產(chǎn)生的電子轉變成電壓信號，可在短時(shí)間內處理大量數據，輸出高清晰度視頻，因此適應高清晰度攝像機需要?；诟呒啥鹊膬?yōu)勢，它的自動(dòng)增益控制、自動(dòng)曝光控制、伽馬校正、背光補償和自動(dòng)黑點(diǎn)校正等功能都遠強于CCD傳感器。同時(shí)，為了使影像更便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )傳輸，攝像機廠(chǎng)家正不斷提高圖像編碼壓縮處理的效率。如今，在130萬(wàn)(720P)以上像素高清攝像機的芯片技術(shù)上，CMOS已占據絕對優(yōu)勢。

但在感光度方面，人眼能看到1Lux照度(相當于滿(mǎn)月的晴天夜晚環(huán)境)以下的目標；CCD傳感器僅比人眼略好，在0.1～3Lux之間；而CMOS傳感器的感光度一般在6～15Lux之間，相當于CCD傳感器的1/10～1/3，噪點(diǎn)亦高出CCD傳感器近10倍。因此，在夜間光線(xiàn)不足的環(huán)境下，CMOS攝像機拍攝效果遠遜于CCD傳感器。盡管將CMOS傳感器做得非常大后，其感光度可與CCD傳感器相當，但對DSP處理速度的要求也非常高，無(wú)形中拉升了CMOS攝像機的價(jià)格，短期內還無(wú)法大規模應用。

未來(lái)，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )帶寬問(wèn)題的逐步解決，兼具大型工程建設成本和升級維護便利性等優(yōu)勢的高清攝像機將更大范圍的應用，乃至成為監控攝像機的主流。但從目前來(lái)看，由于夜視等技術(shù)尚未成熟，加之成本較高，極大地制約了高清攝像機的普及。

對絕大多數用戶(hù)而言，夜間是各類(lèi)違法犯罪事件的高發(fā)時(shí)段，亦即安防視頻監控的關(guān)鍵時(shí)段。選擇一款夜視效果不佳的攝像機，將使視頻監控在時(shí)間上出現一個(gè)極大的盲區，無(wú)法滿(mǎn)足全天候不間斷安防的要求。但另一方面，“用戶(hù)對看得更清楚”以及遠程監控、智能分析等的需求同樣迫切。這就要求攝像機在白天與夜間拍攝效果上找到一個(gè)平衡點(diǎn)，而不能簡(jiǎn)單地退回模擬攝像機的老路。由此，960H網(wǎng)絡(luò )高清技術(shù)進(jìn)入攝像機廠(chǎng)家的視野。

SonyEffio-EN方案的夜視原理

2009年，日本索尼公司推出Effio-E方案，官方標準方案是：4127+4816+673。通過(guò)Effio-EDSP與960HCCD(EXviewHADCCDⅡ)搭配，能達到700TVlines水準的解析度，影像像素達到60萬(wàn)像素(pixel)左右。與以往方案相比，它能提供更清晰的影像畫(huà)面、更好的顏色飽和度和亮度。

作為模擬攝像領(lǐng)域最領(lǐng)先的芯片技術(shù)之一，索尼Effio-E方案具有高分辨率、高信噪比和高色彩還原度的“三高”優(yōu)勢。它在電子變焦后展示出更精細的圖像，并通過(guò)3D降噪技術(shù)，有效降低低照度環(huán)境下的圖像雜訊，保持圖像的清晰度。加之更高的色彩還原度、寬范圍的白平衡自動(dòng)調整以及分區補償功能，有效改善暗區細節和曝光過(guò)度的損失，最大限度地保證了所拍攝影像的完整性。

在實(shí)際應用中，索尼Effio-E方案攝像機常搭配紅外高清鏡頭，圖像細節呈現優(yōu)異，色彩還原真實(shí)艷麗、鮮艷、不偏色，而且圖像銳利、光線(xiàn)亮度處理能力強，具有逼真的層次感，最大限度地實(shí)現日/夜成像畫(huà)面。同時(shí)，采用最新一代點(diǎn)陣式LED光源(即IRⅣ技術(shù))，光電轉化效率更高、功耗更低；伴以智能光技術(shù)，紅外燈與白光燈同時(shí)補光，夜視可達到純彩色效果。

2012年，索尼公司對Effio-E方案進(jìn)行升級，Effio-EN方案應運而生。與Effio-E方案相比，新的DSP的影像畫(huà)質(zhì)、感光度和顏色飽和度更趨于完美。特別是在傳輸方式上，從模擬傳輸升級為數字傳輸，在影像的保真度上有了質(zhì)的突破。

采用數字信號傳輸

在信號傳輸過(guò)程中，傳統的模擬攝像機須先通過(guò)傳感器將光信號轉換成模擬電信號，接著(zhù)轉換成數字信號以進(jìn)行模數轉換與色度、亮度處理，再將數字信號模數轉換并調制成PAL/NTSC制式標準模擬視頻信號進(jìn)行輸出，到達DVR等后端設備時(shí)，由視頻采集芯片將模擬信號轉換成數字信號。在這過(guò)程中，共發(fā)生3次AD轉換，可能造成一定程度的畫(huà)質(zhì)受損。當攝像機采用SonyEffio-ENF方案時(shí)，這種傳輸方式已無(wú)法滿(mǎn)足要求。

因此，一些攝像機廠(chǎng)家對960HCCD攝像機的傳輸方式進(jìn)行了改進(jìn)，在攝像機內置網(wǎng)絡(luò )模塊，采用純數字接口，省去了信號壓縮轉換的環(huán)節，提升了傳輸速度，并避免了傳輸過(guò)程中的信號受損。在傳輸方式和后端配備等方面，和百萬(wàn)網(wǎng)絡(luò )高清攝像機實(shí)現了資源共享。

當前，模擬攝像機仍占據著(zhù)絕大多數市場(chǎng)份額，在高清特別是CMOS高清攝像機技術(shù)仍不夠成熟、成本也無(wú)法迅速下降的情勢下，模擬視頻監控仍將長(cháng)期存在。盡管在政府、銀行等高端市場(chǎng)，高清攝像機已率先應用，但對小區、店鋪、小型超市、辦公樓等中小型監控系統而言，模擬攝像機仍是性?xún)r(jià)比較高的選擇。

但也應看到，我國安防監控正從模擬視頻監控向高清視頻監控過(guò)渡，用戶(hù)對“看得更清楚”以及遠程監控、智能分析的要求越來(lái)越高，模擬攝像機的市場(chǎng)份額將逐漸縮小，高清攝像機則代表著(zhù)行業(yè)的未來(lái)。在過(guò)渡期內，960HCCD高清攝像機憑借白天與夜間效果同樣出眾的優(yōu)勢，有望在占行業(yè)多數的中小型監控領(lǐng)域得到更廣泛的應用。進(jìn)入全面高清時(shí)代后，它的夜視技術(shù)也可帶給高清攝像機廠(chǎng)家一定的啟迪。