中国安防论坛

 找回密码
 注册
查看: 5395|回复: 1

CMOS图像传感器在安防摄像机中的应用

[复制链接]
发表于 2012-2-24 08:53:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
  CMOS和CCD图像传感器概述
- q# w% b- K6 E0 ^3 b) Y/ h1 s8 d- K6 N& F* c& @# _" t& O
  随着各式消费性电子的兴起,图像传感器已成为半导体业中最耀眼的明星产品之一,而在图像传感器中,CCD传感器与新兴成长的 CMOS Sensor也逐渐找到自己的应用市场,希望成为市场上的主流技术。CMOS图像传感器与CCD传感器相比具有感光度低、信噪比高的缺点,但是其仍具有低功耗、低成本等优点。针对全球Image Sensor (影像传感器) IC组件市场分析,2010年全球Image Sensor 组件应用市场规模为7.1亿美元,在经过金融风暴的影响后,仍持续呈现正成长趋势。TRI预估在2012年Image Sensor市场之规模将近8.5亿美元;Image Sensor市场占比尤以CMOS Sensor之比重为高,平均占比约在9成左右。" O6 |% p+ V7 ^- D2 ~" C" f% v! O* s
2 l& ]6 D8 d$ r1 Z* E
 ; S+ q8 k9 ~& B8 \4 O! u6 u7 l
 + B7 a+ ^% _4 p6 p! m+ d. {& X8 E

' ?) g& B( n- a0 F  针对CMOS Sensor市场规模分析,2010年CMOS Sensor 组件整体市场规模为6.3亿美元,占整体Image Sensor市场89%,整体市场趋势平均维持90%的区间范围。而在各项消费性电子搭载的渗透率偏高的状态下,未来成长幅度趋缓进入产业成长成熟期,TRI预估CMOS Sensor在2011年年成长率为13%,未来将追求在技术像素及制造成本上的进步。
$ c* W, R7 H$ g  CMOS Sensor为摄像机模块应用市场最重要的影像传感器应用组件,其中应用占比最高的为通讯电子商品,占整体CMOS Sensor市场的70%,而CMOS Sensor市场的主要应用包括安全系统、车用系统、PC相关周边应用、数码相机等。IPad带动的平板电脑市场是CMOS Sensor成长最快的应用市场。
# |5 q) @$ A6 e/ ^
; B. b3 q) a; |, r  安防摄像机的应用市场占图像传感器市场值1成之间,过去多使用CCD作为影像传感器,近年来CMOS Sensor的性能不断提升,开始打入长久为CCD Sensor独占的市场,主要偏向较低价的安防摄像机。& c. d$ w+ K6 h5 m+ J. K  n
: \% d3 v$ m; m4 n6 n
    CCD与CMOS的技术特点
% ^/ n9 z3 _3 a# n  E5 T# A8 D   
% Q& u  k$ B! J/ h( L8 Z       CCD与CMOS的技术特点主要在于成像过程、集成度、功耗、性能指标等方面。1 g: W0 Q! Q. k. l

* F, E5 }, i9 {! G! K: q
- ~4 m% C% g2 ?7 ?/ C 9 t2 @8 n: O1 `' a
  成像过程
5 f; B: p5 \: j; g  A
' t  r2 G4 g2 D' c3 p  CCD和CMOS使用相同的光敏材料,因而受光后产生电子的基本原理相同,但是读取过程不同:CCD是在同步信号和时钟信号的配合下以帧或行的方式转移,整个电路非常复杂,读出速率慢;CMOS则以类似DRAM的方式读出信号,电路简单,读出速率高。$ u5 Y$ q$ n$ B0 s' U
, x2 C, M0 F" }, p  t( D7 ?
  集成度
' h4 @3 n- g0 u) a( `2 x3 s9 c) K/ j8 l/ t7 r9 V
  采用特殊制造工艺的CCD读出电路比较复杂,很难将A/D转换、信号处理、自动增益控制、精密放大和存储功能集成到一块芯片上,一般需要多个芯片组合实现,同时还需要一个多通道非标准供电电压。借助于大规模集成制造工艺,CMOS图像传感器能非常容易地把上述功能集成到单一芯片上,多数CMOS图像传感器同时具有模拟和数字输出信号。9 z+ x$ U4 f9 u! ?) g

$ r" C4 F! u9 K! P. c* @  电 源、功 耗 和 体 积
+ ^% g1 o6 O, H( d/ {- Q* ?' Q8 G* i/ c$ ]9 v- [
  CCD需多种电源供电,功耗较大,体积也比较大。CMOS只需一个单电源(3V~5V)供电,其功耗相当于CCD的1/10,高度集成CMOS芯片可以做的相当小。; G8 w0 L. O4 y/ S4 R7 U7 `

2 E# O& _! I% ^( U5 h' _9 B  性能指标3 s# m, W/ w& a6 l' q, w/ T
! \8 H! q5 d, E9 t3 |( Y7 q
  CCD技术已经相当成熟,而CMOS正处于蓬勃发展时期,虽然目前高端CMOS图像质量暂时不如CCD,但有些指标(如传输速率等方面)已超过CCD。由于CMOS具有诸多优点,国内外许多机构已经应用CMOS图像传感器开发出众多产品。1 }2 Z7 c% u/ o. H

" P* D8 L3 r9 c: m: m+ j& {* W# B
  CMOS传感器关键技术取得突破

) w& C" j) a4 L: j
       CMOS传感器的技术发展跟随摩尔定律快速发展,尤其是几年来在市场需求的推动下,关键技术不断取得突破。对于用户关注的CMOS的照度和噪点等问题,实际上可见光下CMOS的信噪比远高于CCD。一方面,随着国际CMOS大厂的不断改进,CMOS还继续在成像的通透性、对实物的色彩还原能力等方面迎头赶上。研发了感光度增强技术,进而通过使用大尺寸传感器提高开口率,这正是提高CMOS感光能力的最直接办法。即便是在噪音控制方面,有公司将专门的噪声检测算法直接整合于CMOS图像传感器的控制逻辑中。通过这项技术,固定噪声就可以成功剔除了。更何况CMOS的价格远低于CCD设备。另一方面,在ISP中采用多种技术革新,如去噪技术来提升CMOS的噪点问题。
( ^/ N0 y9 c) A$ D4 Q
  此外,从工艺上来讲,CCD每提升100万像素就需要对其生产线进行改造,研发生产的成本比较高。如果CCD尺寸仍然维持在2/3英寸的话,单位电极的间隙就被限制在0.4微米以内,进而导致制造中产生的损品率与生产成本大幅度攀升。

+ D; k% M  L, Q; ~$ x  在各主力厂商的不断努力下,新的CMOS器件不断推陈出新,高动态范围CMOS器件已经出现,这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛校正的需要。另外由于CMOS先天的可塑性,可以做出高分辨率像素的大型CMOS感光器而成本却不上升多少。相对于CCD的停滞不前相比,CMOS作为新生事物而展示出了蓬勃的活力。CMOS图像传感器正在向高分辨率、高动态范围、高灵敏度、数字化、多功能化的多元化的细分市场发展。随着CMOS图像传感器技术的不断进度,CMOS传感器在安防摄像机的应用会不断增大。

) I9 S1 `1 h0 F  结束语
% h0 p1 R; B; y" U% ~5 _! Q
       ISP是CMOS和CCD摄像机中的重要器件,ISP主要负责对传感器中出来的图像数据进行后处理。直接从传感器中得到的图像是很糟糕的,不论色彩还是细节都与实际图像有很大差距,只能看到图像的中物体的大致轮廓。经过ISP的处理,包括内插、去噪、去坏点、边缘加强、肤色矫正、白平衡等操作后,可以使图像变的更加细腻,更加贴近真实世界中的图像。ISP的主要功能包括线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等。
% `: w7 U! f0 P# }, [7 C
  随着CMOS传感器和ISP芯片技术的快速进步,广大摄像机厂家将会有更多的功能丰富的方案选择,CMOS传感器在安防摄像机中将会得到越来越多的应用。

* C8 _+ l1 ~, }! C. M# G8 u+ F本文来源于CPS中安网http://www.cps.com.cn/jsfa/xpdh/2012/0223/yNMDAwMDM2OTQyNQ.html

0 A; i+ P$ M% ]; x% C
中国安防论坛管理员。关于论坛,任何问题建议请致电中安网400-036-9898

安防小学生

Rank: 2

积分
97
发表于 2012-2-24 09:04:19 | 显示全部楼层
学习了,谢谢。
合肥优视科技(www.besovideo.com),专业研发、生产3G无线视频监控产品的设计公司。
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

安豆网|Archiver|手机版|中国安防论坛 ( 粤ICP备09063021号 )

GMT+8, 2025-4-7 10:20 , Processed in 0.195787 second(s), 19 queries .

Powered by Discuz! X3.4 Licensed

© 2001-2017 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表