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                          視頻監控核心技術解析——圖像傳感技術

                          技術動態    發布于:2021-05-21 11:28
                            

                            圖像傳感技術是在光電技術基礎上發展起來的,利用光電器件的光-電轉化功能,將其感光面上的光信號轉換為與光信號成對應比例關系的電信號"圖像"的一門技術,該技術將光學圖像轉換成一維時序信號,其關鍵器件是圖像傳感器,F有的圖像探測系統包括固態光圖像傳感系統、紅外光成像系統、超聲成Ψ像系統、微波影像系統等,已廣泛應用于視頻、測量、監控、醫療、人工智能等領域。

                            視頻安防監控系統的核心部分就是對于視頻圖像的傳播,對于監控攝像頭的畫面傳感從CCD向CMOS轉變,從兩種技術來看是各有千秋,基于CCD的探頭相比,CMOS探頭的集成度更高,因為CMOS傳感器集成了許多外圍處理功能,所需器件比CCD探頭少,且CMOS探頭的功耗要低得多。從整個系統來看,CMOS傳感器可將成本大大降低。但是,CCD既沒有能力記錄圖形數據,也沒有能力永久保存下來,甚至不具備"曝光"能力。而將CMOS加工也可以作為數碼相機中的感光傳感器,可以在很大程度上面降低成本。

                            CCD存儲的電荷信息,需在同步信號控制下一位一位地實施轉移后讀取,電荷信息轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合,整個電路較為復雜,速度較慢。CMOS光電傳感器經光電轉換后直接產生電壓信號,信號讀取十分簡單,還能同時處理各單元的圖像信息,速度比CCD快得多。

                            CCD與CMOS兩種傳感器在"內部結構"和"外部結構"上都是不同的。CCD器件的成像點為X-Y縱橫矩陣排列,每個成像點由一個光電二極管和其控制的一個電荷存儲區組成;CCD僅能輸出模擬電信號,輸出的電信號還需經后續地址譯碼器、模數轉換器、圖像信號處理器處理,并且還需提供三相不同電壓的電源和同步時鐘控制電路。CMOS器件的集成度高、體積小、重量輕,它最大的優勢是具有高度系統整合的條件,因為采用數字--模擬信號混合設計,從理論上講,圖像傳感器所需的所有功能,如垂直位移、水平位移暫存器、傳感器陣列驅動與控制系統(CDS)、模數轉換器(ADC)接口電路等完全可以集成在一起,實現單芯片成像,避免使用外部芯片和設備,極大地減小了器件的體積和重量。

                            從功耗和兼容性來看,CCD需要外部控制信號和時鐘信號來獲得滿意的電荷轉移效率,還需要多個電源和電壓調節器,因此功耗大;而CMOS-APS使用單一工作電壓,功耗低,僅相當于CCD的1/10-1/100,還可以與其他電路兼容,具有功耗低、兼容性好的特點。

                            CCD傳感器需要特殊工藝,使用專用生產流程,成本高;而CMOS傳感器使用與制造半導體器件90%的相同基本技術和工藝,且成品率高,制造成本低,目前用于攝像的50萬像素的CMOS傳感器不到10美元。

                            CCD使用電荷移位寄存器,當寄存器溢出時就會向相鄰的像素泄漏電荷,導致亮光彌散,在圖像上產生不需要的條紋。而CMOS-APS中光探測部件和輸出放大器都是每個像素的一部分,積分電荷在像素內就被轉為電壓信號,通過X-Y輸出線輸出,這種行列編址方式使窗口『操作成為可能,可以進行在片平移、旋轉和縮放,沒有拖影、光暈等假信號,圖像質量高。

                            高速性是CMOS電路的固有特性,CMOS圖像傳感器可以極快地驅動成像陣列的列總線,并且ADC在片內工作具有極快的速率,對輸出信號和外部接口干擾具有低敏感性,有利于與下一級處理器連接。CMOS圖像傳感器具有很強的靈活性,可以對局部像素圖像進行隨機訪問,增加了工作靈活性。

                            CMOS圖像傳感器最初被應用于工業圖像處理,隨著各式消費性電子的興起,它憑借其卓越的性能和靈活性而被日益廣泛采用,監控攝像頭的圖像傳感器已成為半導體業中最耀眼的明星產品之一。圖像傳感器可分為CCD和CMOS兩種類型,這幾年,它們都逐〗漸有了自己的應用市場,成為市場上的主流圖像生成技術。相對來說,CMOS與CCD相比,其感光度低、信噪比高,但它具有更低功耗、低成

                            CMOS圖像傳感器最初被應用于工業圖像處理,隨著各式消費性電子的興起,它憑借其卓越的性能和靈活性而被日益廣泛采用,監控攝像頭的圖像傳感器已成為半導體業中最耀眼的明星產品之一。圖像傳感器可分為CCD和CMOS兩種類型,這幾年,它們都逐漸有了自己的應用市場,成為市場上的主流圖像生成技術。相對來說,CMOS與CCD相比,其感光度低、信噪比高,但它具有更低功耗、低成本等優點。

                            CMOS感光器件受到光照之后產生電子,從而產生信號,信號讀取方式采用@ DRAM的方式,外圍電路簡單,讀出速率高。采用特殊制造工藝的CCD讀出電路比較復雜,很難把模數轉換、信號處理、自動增益控制、精密放大和存儲功能等集成到一塊芯片上,一般需要多個芯片組合才能實現,同時還需要多種電壓體制進行供電。有了大規模集成制造工藝,CMOS圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上,大部分CMOS圖像傳感器同時兼有模擬和數字輸出信號功能。

                            CMOS傳感器是相機模塊應用市場最重要的影像應用組件,其中應用占比最高的為通訊電子商品,占整體CMOS傳感器市場的百分之七十,而CMOS傳感器市場的主要應用包括安全系統、車用系統、PC相關周邊應用等等,F在,由IPad帶動的平板電腦市場的增長也給CMOS傳感器帶來新的商機。

                            CMOS傳感器近年來發展很快,很大一部分CCD市場被其取代,隨著電子商品的逐漸開發,其應用還在不斷增大,低功耗和低成本使得它成為圖像傳感器發展的趨勢。


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