安防行業(yè)存儲(chǔ)主流技術(shù)剖析

1、物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)在安防日夜發(fā)展的今天，抑或今后一段很長(zhǎng)的時(shí)間，哪一種存儲(chǔ)技術(shù)會(huì)引領(lǐng)* ，其目前的市場(chǎng)主流技術(shù)都有哪些呢?本文為您解答。安防存儲(chǔ)需求首先，安防存儲(chǔ)對(duì)于海量存儲(chǔ)的需求。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)是7 24 小時(shí)寫入，存放時(shí)間從7 天、 15天.甚至到 1 年，數(shù)據(jù)量隨時(shí)間增加線性增長(zhǎng)。對(duì)于一個(gè)平安城市項(xiàng)目而言，總的監(jiān)控路數(shù)通常幾千到上萬路，上千TB 的項(xiàng)目比較常見，這對(duì)于傳統(tǒng)的存儲(chǔ)行業(yè)是難以想象的。其次，性能的要求。視頻監(jiān)控主要是視頻碼流的寫入，表征性能的是存儲(chǔ)能支持多少路碼流 ( 通常是 384Kbps-2Mbps) 。在多路并發(fā)寫的情況下， 對(duì)帶寬、數(shù)據(jù)能力、 緩存等都有較大影響，對(duì)存儲(chǔ)的壓力很大，這

2、時(shí)候存儲(chǔ)需要有專門針對(duì)視頻性能的優(yōu)化處理。第三，安防存儲(chǔ)價(jià)格的敏感。安防監(jiān)控行業(yè)的海量存儲(chǔ)，由于總?cè)萘看?，造成總的價(jià)格成本上升。反而言之，對(duì)單位容量成本(每 TB 價(jià)格 )的要求很高。第五，集中管理的要求。安防監(jiān)控應(yīng)用中，由于需要大量存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)設(shè)備中的海量數(shù)據(jù)，必須被有效的管理起來，對(duì)最終用戶的使用提供方便、可靠、透明的支持。最后，網(wǎng)絡(luò)化要求。 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)是安防監(jiān)控技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，基于 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)技術(shù)將在安防監(jiān)控技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程中發(fā)揮不可替代的作用?；趯?duì)以上應(yīng)用的理解，存儲(chǔ)給了我們一個(gè)值得借鑒的結(jié)論：監(jiān)控領(lǐng)域的安防存儲(chǔ)可能朝著兩大領(lǐng)域發(fā)展， 一對(duì)于節(jié)點(diǎn)不

3、是太多的中小型應(yīng)用中，NVR 是未來的主要發(fā)展方向;其次是大型的監(jiān)控系統(tǒng)，視頻管理平臺(tái)+SAN 存儲(chǔ) (以 ISCSI 存儲(chǔ)為主 )仍舊是大型監(jiān)控系統(tǒng)的不二選擇。安防存儲(chǔ)技術(shù)1、DVR 存儲(chǔ)。 DVR 存儲(chǔ)是目前最常見的一種存儲(chǔ)模式，編解碼器設(shè)備直接掛接硬盤，目前最多可帶8 盤硬盤。但由于編解碼設(shè)備性能的限制，一般采用硬盤順序?qū)懭氲哪Ｊ?，沒有應(yīng)用 RAID 冗余技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)。隨著硬盤容量的不斷增大，單片硬盤故障導(dǎo)致關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失的幾率在同步增長(zhǎng)，且 DVR 性能上的局限性也影響了圖像數(shù)據(jù)的共享及分析。這種方式的特點(diǎn)是：價(jià)格便宜，使用起來方便，通過遙控器和鍵盤就可以操作;DVR 方式適合

4、于小規(guī)模、分布式的部署。國(guó)產(chǎn)DVR 產(chǎn)品例如海康、大華的產(chǎn)品，都已經(jīng)十分成熟。2、編碼器直連存儲(chǔ)。編解碼器外掛存儲(chǔ)設(shè)備，通過編解碼器的外部存儲(chǔ)接口連接，主要采用 SATA 、 USB、 iSCSI 和 NAS 等存儲(chǔ)協(xié)議擴(kuò)展。這種方式可以實(shí)現(xiàn)編解碼器容量的再擴(kuò)展，適合于中小規(guī)模安防存儲(chǔ)的部署，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)通過RAID 技術(shù)在可靠性上得到了一定保證。其中 SATA/USB 模式采用的直連方式， 不能共享并且擴(kuò)展能力較低， 目前應(yīng)用逐漸被淘汰 ;IP網(wǎng)絡(luò) (iSCSI 和 NAS) 方式下具有更好的擴(kuò)展能力和共享能力。比如的系列網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)產(chǎn)品就可和多個(gè)主流廠商的編碼設(shè)備實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的直接寫入，減少了

5、服務(wù)器中轉(zhuǎn)這一環(huán)節(jié)，在性能提升的同時(shí)也節(jié)省了用戶的投資，但是這種方式由于需要依靠流媒體服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和檢索，容易在流媒體轉(zhuǎn)發(fā)這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸，且目前直寫通常采用NAS 存儲(chǔ)方式，由于NAS 自身的文件協(xié)議等原因，導(dǎo)致在多節(jié)點(diǎn)并發(fā)寫入數(shù)據(jù)時(shí)效率不高。3、集中存儲(chǔ)。服務(wù)器連接前端編解碼器，通過流媒體協(xié)議下載數(shù)據(jù)，然后存放到存儲(chǔ)設(shè)備上。服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間可以通過SAS、iSCSI 、NAS 、FC 協(xié)議連接。集中存儲(chǔ)方式適合于大中型平臺(tái)的部署。集中存儲(chǔ)方式中， IP 連接模式 (iSCSI)和 FC 連接模式有良好的擴(kuò)展能力和可管理性，是目前采用較多的方式之一。從實(shí)際的部署和效果來講， FC

6、 存儲(chǔ)由于強(qiáng)大的性能和數(shù)據(jù)處理能力，在節(jié)點(diǎn)較多的監(jiān)控環(huán)境里較為合適;而 IP存儲(chǔ)由于性能和擴(kuò)展性的限制，在中小型應(yīng)用中能具備更高的性價(jià)比。4、NVR 存儲(chǔ)。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中， NVR 是模擬錄像機(jī)和硬盤錄像機(jī)的理想升級(jí)換代產(chǎn)品，是在原來 DVR 基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的免除視窗操作系統(tǒng)和電腦配合的單機(jī)獨(dú)立操作設(shè)備。由于NVR 采取高度集成化的芯片技術(shù)，擁有先進(jìn)的數(shù)字化錄像、存儲(chǔ)和重放功能，不需要更換和存儲(chǔ)錄像帶，無需電腦配合和日常維護(hù)，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率(可達(dá)到 Full-D1 分辨率 )、高質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且簡(jiǎn)單易用。 簡(jiǎn)單來說， NVR 系統(tǒng)的安防存儲(chǔ)將傳統(tǒng)的視頻、音頻及控制信號(hào)數(shù)字化，通過 NV

7、R 設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)接口，以 IP 包的形式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，在 DVR 的基礎(chǔ)上， 實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。 nextpage應(yīng)用當(dāng)中， 盡管 NVR 系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)快速處理能力、 數(shù)字信息抗干擾能力、 便于快速查詢記錄、視頻圖像清晰及單機(jī)顯示多路圖像等優(yōu)點(diǎn)。但是，從本質(zhì)上來講， NVR 不僅沒有解決DVR系統(tǒng)中存在的模擬傳輸?shù)娜毕?，也沒有很好地解決網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻流后帶來的更多管理問題。實(shí)際上，每個(gè)NVR 形成了一個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控中心，給全網(wǎng)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)造成了更大的復(fù)雜性。在諸如遠(yuǎn)程控制、多層級(jí)擴(kuò)展性以及組網(wǎng)能力等方面，還有待提高。視頻應(yīng)用存儲(chǔ)特點(diǎn)在一些中小視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的性能瓶頸經(jīng)常會(huì)出在視頻服務(wù)器而

8、不是存儲(chǔ)設(shè)備端，存儲(chǔ)設(shè)備所能提供的帶寬往往是視頻監(jiān)控實(shí)際總帶寬的兩倍或三倍，IOPS 也是實(shí)際需求的3-5倍左右。存儲(chǔ)設(shè)備控制器長(zhǎng)時(shí)間處于半負(fù)荷工作狀態(tài)，大量的高性能資源被浪費(fèi)。為保障高可用性、高效性、穩(wěn)定性和安全性，存儲(chǔ)設(shè)備的控制器部分一般都是專門設(shè)計(jì)的，并采用專用的處理器和緩存，其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和性能均高于普通PC 服務(wù)器。 為了有效地利用存儲(chǔ)的富余資源，可在存儲(chǔ)設(shè)備控制器部分中內(nèi)嵌特殊功能的應(yīng)用軟件，存儲(chǔ)設(shè)備不僅為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，還能提供一定的軟件應(yīng)用服務(wù)器，這種存儲(chǔ)設(shè)備就稱為應(yīng)用存儲(chǔ)。應(yīng)用存儲(chǔ)架構(gòu)對(duì)視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)而言，應(yīng)用存儲(chǔ)設(shè)備是一種新型的、具有媒體管理和專用軟件應(yīng)用功能

9、的、高性能的存儲(chǔ)設(shè)備。與普通的存儲(chǔ)相比，應(yīng)用存儲(chǔ)除了具有基本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和安全保護(hù)等功能特點(diǎn)外，還具有網(wǎng)絡(luò)管理、媒體資產(chǎn)管理、視頻轉(zhuǎn)碼、視頻點(diǎn)播和存儲(chǔ)共享管理等功育旨。應(yīng)用存儲(chǔ)是指當(dāng)存儲(chǔ)設(shè)備本身所能提供的性能遠(yuǎn)超過系統(tǒng)需求時(shí)，借用存儲(chǔ)設(shè)備的高可靠性和穩(wěn)定性，在存儲(chǔ)上運(yùn)行一定的應(yīng)用軟件服務(wù)。與普通存儲(chǔ)設(shè)備相對(duì)，應(yīng)用存儲(chǔ)除了增加了許多軟件應(yīng)用及服務(wù)功能，也將改變很多應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。存儲(chǔ)設(shè)備一般都是基于模塊化、冗余的、支持熱插拔的原則而設(shè)計(jì)的，消除了內(nèi)部的單點(diǎn)故障，其安全性和穩(wěn)定性遠(yuǎn)超于系統(tǒng)中采用的普通PC 服務(wù)器，應(yīng)用軟件和服務(wù)器內(nèi)在存儲(chǔ)，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供更高的穩(wěn)定性和系統(tǒng)安全性。高效性：存儲(chǔ)設(shè)備

10、的核心，即控制器，一般都采用專門設(shè)計(jì)的總線結(jié)構(gòu)、專門的處理芯片和緩存，在數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳輸方面做了優(yōu)化。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行情況下，應(yīng)用存儲(chǔ)不僅能保證軟件和服務(wù)器功能的安全和穩(wěn)定，還能保證具有比普通PC 服務(wù)器具有更高的運(yùn)行和計(jì)算效率，可為系統(tǒng)提供更高的服務(wù)質(zhì)量。系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單：由于應(yīng)用存儲(chǔ)中集中的許多軟件應(yīng)用和服務(wù)功能，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就可以節(jié)省大量的 PC 服務(wù)器和與之相連接的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口卡，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單化有利用優(yōu)化系統(tǒng)的工作流程，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。同時(shí)由于減少系統(tǒng)所需的設(shè)備類型及數(shù)量，也可以大大減小系統(tǒng)的建設(shè)成本。節(jié)省帶寬：若采用應(yīng)用存儲(chǔ)，視頻轉(zhuǎn)碼等軟件或服務(wù)運(yùn)

11、行在應(yīng)用存儲(chǔ)設(shè)備，完成視頻文件轉(zhuǎn)碼的整個(gè)過程中， 數(shù)據(jù)僅在存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)部的控制器和磁盤之間傳輸， 不需要外部服務(wù)器參與，也不需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行傳輸和交換，因而也不需要占用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的帶寬。外部服務(wù)器和工作站可獲得更多的網(wǎng)絡(luò)資料進(jìn)行其它的操作。當(dāng)今的 CMOS 圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅服務(wù)于“傳統(tǒng)的”工業(yè)圖像處理，而且還憑借其卓越的性能和靈活性而被日益廣泛的新穎消費(fèi)應(yīng)用所接納。此外，它還能確保汽車駕駛時(shí)的高安全性和舒適性。最初， CMOS 圖像傳感器被應(yīng)用于工業(yè)圖像處理；在那些旨在提高生產(chǎn)率、質(zhì)量和生產(chǎn)工藝經(jīng)濟(jì)性的全新自動(dòng)化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的一環(huán)。據(jù)市場(chǎng)研究IMS Research 的預(yù)測(cè)，在

12、未來的幾年中，歐洲工業(yè)圖像處理市場(chǎng)的年成長(zhǎng)率將達(dá)到6%，其中，在相機(jī)中集成了軟件功能的智能型解決方案的市場(chǎng)份額將不斷擴(kuò)大。在德國(guó)，據(jù)其全國(guó)工具機(jī)供應(yīng)商協(xié)會(huì)VDMA 提供的數(shù)據(jù)，2004 年的圖像處理市場(chǎng)增長(zhǎng)率達(dá)到了14%。市場(chǎng)調(diào)研 In-Stat/MDR 亦指出，單就圖像傳感器的次級(jí)市場(chǎng)而言，其年成長(zhǎng)率將高達(dá)30%以上，而且這種情況將持續(xù)到2008 年。最為重要的是：CMOS 傳感器的成長(zhǎng)速度將達(dá)到CCD 傳感器的七倍，照相手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的迅速普及是這種需求的主要推動(dòng)因素。顯然，人們?nèi)绱丝春肅MOS 圖像轉(zhuǎn)換器的成長(zhǎng)前景是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即：與壟斷該領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá) 30 多年的 CCD 技術(shù)相比，

13、它能夠更好地滿足用戶對(duì)各種應(yīng)用中新型圖像傳感器不斷提升的品質(zhì)要求，如更加靈活的圖像捕獲、更高的靈敏度、更寬的動(dòng)態(tài)范圍、更高的分辨率、更低的功耗以及更加優(yōu)良的系統(tǒng)集成等。此外，CMOS 圖像轉(zhuǎn)換器還造就了一些迄今為止尚不能以經(jīng)濟(jì)的方式來實(shí)現(xiàn)的新穎應(yīng)用。另外，還有一些有利于CMOS 傳感器的“軟”標(biāo)準(zhǔn)在起作用，包括：應(yīng)用支持、抗輻射性、快門類型、開窗口和光譜覆蓋率等。不過，這種區(qū)別稍帶幾分任意性，因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)的重要程度將由于應(yīng)用的不同(消費(fèi)、工業(yè)或汽車 )而發(fā)生變化。細(xì)節(jié)表現(xiàn)中所面臨的難題就像我們從模擬攝影所獲知的那樣，拍攝一幅完整場(chǎng)景的照片是一件相當(dāng)普通的事情，照相手機(jī)同樣如此。但是，對(duì)于工業(yè)或

14、汽車應(yīng)用來說，情況就大不一樣了：有些場(chǎng)合并不需要很高的全幀數(shù)據(jù)速率。比如，在監(jiān)控?cái)z像機(jī)中，只要能夠發(fā)現(xiàn)一幅場(chǎng)景中出現(xiàn)的變化（因?yàn)檫@種變化可能預(yù)示著某種可疑情況），那么分辨率低一點(diǎn)也是完全可以接受的。在此基礎(chǔ)之上才需要借助全分辨率來采集更多的細(xì)節(jié)信息。跟著發(fā)生的動(dòng)作將只在攝像機(jī)視場(chǎng)的某一部分當(dāng)中進(jìn)行播放，而且，在所捕獲的場(chǎng)景中，只有這一部分才是監(jiān)控人員所關(guān)注的。對(duì)于只提供全幀圖像的CCD 圖像傳感器而言， 只有采用一個(gè)分離的評(píng)估電路才能夠提供兩個(gè)觀測(cè)角度，這意味著處理時(shí)間和成本的增加。然而，CMOS 圖像傳感器的工作原理則與RAM 相似，所有的存儲(chǔ)位均可單獨(dú)讀出。CMOS 傳感器的二次采樣雖然提

15、供了較低的分辨率，但是幀速率較高；而開窗口則允許隨機(jī)選擇一塊感興趣的區(qū)域。CMOS 傳感器坐擁高靈敏度、寬動(dòng)態(tài)范圍和低功耗優(yōu)勢(shì)最新 CMOS 傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個(gè)衡量尺度是填充因子( 感光面積與整個(gè)像素面積之比)與量子效率 (由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量) 的乘積。 CCD 傳感器因其技術(shù)的固有特性而擁有一個(gè)很大的填充因子。而在CMOS 圖像傳感器中，為了實(shí)現(xiàn)堪與CCD 轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標(biāo)和靈敏度水平，人們給CMOS 圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS) ，并且導(dǎo)致填充因子降低，原因是像素表面相當(dāng)

16、大的一部分面積被放大器晶體管所占用，留給光電二極管的可用空間較小。所以，當(dāng)今CMOS 傳感器的一個(gè)重要的開發(fā)目標(biāo)就是擴(kuò)大填充因子。賽普拉斯(FillFactory) 通過其獲得專利授權(quán)的一項(xiàng)技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標(biāo)準(zhǔn) CMOS 硅芯片最大的一部分面積變?yōu)橐粔K感光區(qū)域。nextpage另外，對(duì)于一個(gè)典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多場(chǎng)景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進(jìn)行的，因此擁有較大的動(dòng)態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS 圖像傳感器通過多斜率操作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)： 轉(zhuǎn)換曲線由傾度不同的直線部分所組成，它們共同形成了一個(gè)非線性特征曲線。因此，一幅場(chǎng)景的黑暗部分有可能占據(jù)

17、集成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換范圍的很大一部分：轉(zhuǎn)換特征曲線在這里最為陡峭，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和對(duì)比度。特征曲線上半部分的平整化將在圖像的明亮部分捕獲幾個(gè)數(shù)量級(jí)的過度曝光，并以一個(gè)更加細(xì)致的標(biāo)度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運(yùn)作 LUPA-4000 將使高達(dá) 90dB 的光動(dòng)態(tài)范圍與一個(gè)10 位 A/D 轉(zhuǎn)換范圍相匹配。具有 VGA 分辨率的 IM-001 系列 CMOS 圖像傳感器在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步； 它們是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。其像素由光電二極管組成，可提供高達(dá)120dB 的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍。面向汽車應(yīng)用的ACM 100 相機(jī)模塊就采用了這些傳感器，這種相機(jī)模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機(jī)解

18、決方案：該視覺解決方案被看作是面向駕駛者保護(hù)、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導(dǎo)向的未來汽車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。此外，對(duì)于獨(dú)立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱的 CMOS 技術(shù)還具有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：CMOS 圖像傳感器是針對(duì) 5V 和 3.3V 電源電壓而設(shè)計(jì)的。 而 CCD 芯片則需要大約 12V 的電源電壓，因此不得不采用一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，從而導(dǎo)致功耗增加。在總功耗方面，把控制和系統(tǒng)功能集成到 CMOS 傳感器中將帶來另一個(gè)好處： 它去除了與其他半導(dǎo)體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動(dòng)器如今已遭棄用，這是因?yàn)樵谛酒瑑?nèi)部進(jìn)行通信所消耗的能量要比通過PCB 或襯底的外部實(shí)現(xiàn)方式低得多。擴(kuò)展光

19、譜靈敏度和提高分辨率是大趨勢(shì)在現(xiàn)代 CMOS 圖像傳感器中， 一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)是其光譜靈敏度擴(kuò)展到了近紅外區(qū)NIR( 至約1,100nm 的波長(zhǎng) )。配備了 IM-001CMOS 圖像傳感器的汽車應(yīng)用將改善霧穿透力和夜視能力。由于工業(yè)圖像捕獲技術(shù)開始運(yùn)用更多波長(zhǎng)位于NIR 之中的光源，而且生物技術(shù)也在利用該光譜區(qū)域中的有趣現(xiàn)象，因此，新開發(fā)的IBIS 5-AE-1300 傳感器具有700 900nm 的 NIR 靈敏度。在面向消費(fèi)應(yīng)用的圖像捕獲技術(shù)中，另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是繼續(xù)提高分辨率。到2005 年年中， 70%左右的手機(jī)相機(jī)已具有VGA 格式分辨率 (640 480 像素 ) ；但隨后的20

20、06 年，幾百萬像素的傳感器就將占領(lǐng) 50%的市場(chǎng)份額，而到 2008年，其市場(chǎng)占有率預(yù)計(jì)將進(jìn)一步攀升至90%以上。為此，賽普拉斯開發(fā)了一種用于蜂窩電話的300 萬像素圖像傳感器，該產(chǎn)品采用了Autobrite技術(shù)，可進(jìn)行 12 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換，并提供了72dB 的寬廣動(dòng)態(tài)范圍，而目前市面上的10 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍僅為60dB 。逐行掃描模式中的幀速率高達(dá)30幀 /秒，因而可錄制實(shí)況視頻節(jié)目。在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中，這種發(fā)展趨勢(shì)也很明顯：賽普拉斯已推出一款用于Kodak 數(shù)碼相機(jī)的1,300 萬像素 /35mm 圖像傳感器，另外， 660 萬像素的 IBIS4-6600 傳感器正

21、在一種面向弱視人群的自動(dòng)閱讀輔助裝置中證明自己的卓越品質(zhì)它可在一幅完整的標(biāo)準(zhǔn)A4 頁面上提供出色的分辨率。編輯 swvfswk 服務(wù)的主配置文件httpd.conf，查找配置項(xiàng)“ ServerName”，在附近添加一行內(nèi)容“蘇州網(wǎng)思通信 ServerName W” , 用于設(shè)置網(wǎng)站名稱。憑借技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成由于蜂窩電話、數(shù)碼相機(jī)、MP3 播放機(jī)和 PDA 等傳統(tǒng)分離型功能設(shè)備的加速數(shù)字融合 ( 即成為一部緊湊的消費(fèi)型電子產(chǎn)品)，導(dǎo)致人們?cè)絹碓较Ｍ辽倬哂胁糠肿灾餍缘淖酉到y(tǒng)能夠在一部設(shè)備中提供極為寬泛的功能。這種趨勢(shì)還將對(duì)專業(yè)測(cè)量技術(shù)產(chǎn)生影響：利用包含一個(gè)數(shù)碼相機(jī)

22、、PDA 用戶接口和WLAN聯(lián)網(wǎng)能力的便攜式檢驗(yàn)工具，光測(cè)試和監(jiān)視的應(yīng)用范圍將得到有效的拓展。作為一種平臺(tái)技術(shù)，CMOS 符合這一發(fā)展潮流：CCD 圖像轉(zhuǎn)換器仍然需要采用外部邏輯電路來實(shí)現(xiàn)控制和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能， 而 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件則能夠把傳感器、控制器、轉(zhuǎn)換器和評(píng)估邏輯電路等全部集成到一塊芯片之中。一個(gè)典型的例子如專門針對(duì)要求苛刻的消費(fèi)應(yīng)用而制作的CYIWCSC1300AA 芯片的圖像捕獲電路。 它基于 130 萬像素圖像傳感器 CYIWOSC1300AA和一個(gè)用于提供誤差插補(bǔ)、 黑電平調(diào)整、透鏡校正、信號(hào)互串校正、彩色馬賽克修補(bǔ)、彩色校正、自動(dòng)曝光、噪聲抑制、特效和 校正等等諸多

23、功能的附加信號(hào)處理器。集成更多的系統(tǒng)功能(一直到自主型光電傳感器系統(tǒng))是可行的，這主要取決于諸如市場(chǎng)容量和開發(fā)成本等經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和限制因素。當(dāng)今的 CMOS 圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅服務(wù)于“傳統(tǒng)的”工業(yè)圖像處理，而且還憑借其卓越的性能和靈活性而被日益廣泛的新穎消費(fèi)應(yīng)用所接納。此外，它還能確保汽車駕駛時(shí)的高安全性和舒適性。最初， CMOS 圖像傳感器被應(yīng)用于工業(yè)圖像處理；在那些旨在提高生產(chǎn)率、質(zhì)量和生產(chǎn)工藝經(jīng)濟(jì)性的全新自動(dòng)化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的一環(huán)。據(jù)市場(chǎng)研究 IMS Research 的預(yù)測(cè)，在未來的幾年中，歐洲工業(yè)圖像處理市場(chǎng)的年成長(zhǎng)率將達(dá)到6%，其中，在相機(jī)中集成了軟件功能的智能型解決方

24、案的市場(chǎng)份額將不斷擴(kuò)大。在德國(guó)，據(jù)其全國(guó)工具機(jī)供應(yīng)商協(xié)會(huì)VDMA 提供的數(shù)據(jù)， 2004 年的圖像處理市場(chǎng)增長(zhǎng)率達(dá)到了14%。市場(chǎng)調(diào)研 In-Stat/MDR 亦指出，單就圖像傳感器的次級(jí)市場(chǎng)而言，其年成長(zhǎng)率將高達(dá)30%以上，而且這種情況將持續(xù)到2008 年。最為重要的是： CMOS 傳感器的成長(zhǎng)速度將達(dá)到CCD 傳感器的七倍，照相手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的迅速普及是這種需求的主要推動(dòng)因素。顯然，人們?nèi)绱丝春肅MOS 圖像轉(zhuǎn)換器的成長(zhǎng)前景是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即：與壟斷該領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá) 30 多年的 CCD 技術(shù)相比，它能夠更好地滿足用戶對(duì)各種應(yīng)用中新型圖像傳感器不斷提升的品質(zhì)要求，如更加靈活的圖像捕獲、更高的

25、靈敏度、更寬的動(dòng)態(tài)范圍、更高的分辨率、更低的功耗以及更加優(yōu)良的系統(tǒng)集成等。此外，CMOS 圖像轉(zhuǎn)換器還造就了一些迄今為止尚不能以經(jīng)濟(jì)的方式來實(shí)現(xiàn)的新穎應(yīng)用。另外，還有一些有利于 CMOS 傳感器的“軟”標(biāo)準(zhǔn)在起作用，包括：應(yīng)用支持、抗輻射性、快門類型、開窗口和光譜覆蓋率等。不過，這種區(qū)別稍帶幾分任意性，因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)的重要程度將由于應(yīng)用的不同(消費(fèi)、工業(yè)或汽車)而發(fā)生變化。細(xì)節(jié)表現(xiàn)中所面臨的難題就像我們從模擬攝影所獲知的那樣，拍攝一幅完整場(chǎng)景的照片是一件相當(dāng)普通的事情，照相手機(jī)同樣如此。但是，對(duì)于工業(yè)或汽車應(yīng)用來說，情況就大不一樣了：有些場(chǎng)合并不需要很高的全幀數(shù)據(jù)速率。比如，在監(jiān)控?cái)z像機(jī)中，只要

26、能夠發(fā)現(xiàn)一幅場(chǎng)景中出現(xiàn)的變化（因?yàn)檫@種變化可能預(yù)示著某種可疑情況），那么分辨率低一點(diǎn)也是完全可以接受的。在此基礎(chǔ)之上才需要借助全分辨率來采集更多的細(xì)節(jié)信息。跟著發(fā)生的動(dòng)作將只在攝像機(jī)視場(chǎng)的某一部分當(dāng)中進(jìn)行播放，而且，在所捕獲的場(chǎng)景中，只有這一部分才是監(jiān)控人員所關(guān)注的。對(duì)于只提供全幀圖像的CCD 圖像傳感器而言， 只有采用一個(gè)分離的評(píng)估電路才能夠提供兩個(gè)觀測(cè)角度，這意味著處理時(shí)間和成本的增加。然而，CMOS 圖像傳感器的工作原理則與RAM 相似，所有的存儲(chǔ)位均可單獨(dú)讀出。CMOS 傳感器的二次采樣雖然提供了較低的分辨率，但是幀速率較高；而開窗口則允許隨機(jī)選擇一塊感興趣的區(qū)域。CMOS 傳感器坐擁

27、高靈敏度、寬動(dòng)態(tài)范圍和低功耗優(yōu)勢(shì)最新 CMOS 傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個(gè)衡量尺度是填充因子( 感光面積與整個(gè)像素面積之比)與量子效率 (由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量) 的乘積。 CCD 傳感器因其技術(shù)的固有特性而擁有一個(gè)很大的填充因子。而在CMOS 圖像傳感器中，為了實(shí)現(xiàn)堪與CCD 轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標(biāo)和靈敏度水平，人們給CMOS 圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS) ，并且導(dǎo)致填充因子降低，原因是像素表面相當(dāng)大的一部分面積被放大器晶體管所占用，留給光電二極管的可用空間較小。所以，當(dāng)今CMOS 傳感器的

28、一個(gè)重要的開發(fā)目標(biāo)就是擴(kuò)大填充因子。賽普拉斯(FillFactory) 通過其獲得專利授權(quán)的一項(xiàng)技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標(biāo)準(zhǔn) CMOS 硅芯片最大的一部分面積變?yōu)橐粔K感光區(qū)域。nextpage另外，對(duì)于一個(gè)典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多場(chǎng)景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進(jìn)行的，因此擁有較大的動(dòng)態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS 圖像傳感器通過多斜率操作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)： 轉(zhuǎn)換曲線由傾度不同的直線部分所組成，它們共同形成了一個(gè)非線性特征曲線。因此，一幅場(chǎng)景的黑暗部分有可能占據(jù)集成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換范圍的很大一部分：轉(zhuǎn)換特征曲線在這里最為陡峭，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和對(duì)比度。

29、特征曲線上半部分的平整化將在圖像的明亮部分捕獲幾個(gè)數(shù)量級(jí)的過度曝光，并以一個(gè)更加細(xì)致的標(biāo)度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運(yùn)作 LUPA-4000 將使高達(dá) 90dB 的光動(dòng)態(tài)范圍與一個(gè)10 位 A/D 轉(zhuǎn)換范圍相匹配。具有 VGA 分辨率的 IM-001 系列 CMOS 圖像傳感器在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步； 它們是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。其像素由光電二極管組成，可提供高達(dá)120dB 的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍。面向汽車應(yīng)用的ACM 100 相機(jī)模塊就采用了這些傳感器，這種相機(jī)模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機(jī)解決方案：該視覺解決方案被看作是面向駕駛者保護(hù)、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導(dǎo)向的未來汽車安全系統(tǒng)的

30、關(guān)鍵元件。此外，對(duì)于獨(dú)立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱的 CMOS 技術(shù)還具有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：CMOS 圖像傳感器是針對(duì) 5V 和 3.3V 電源電壓而設(shè)計(jì)的。 而 CCD 芯片則需要大約 12V 的電源電壓，因此不得不采用一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，從而導(dǎo)致功耗增加。在總功耗方面，把控制和系統(tǒng)功能集成到 CMOS 傳感器中將帶來另一個(gè)好處： 它去除了與其他半導(dǎo)體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動(dòng)器如今已遭棄用，這是因?yàn)樵谛酒瑑?nèi)部進(jìn)行通信所消耗的能量要比通過PCB 或襯底的外部實(shí)現(xiàn)方式低得多。擴(kuò)展光譜靈敏度和提高分辨率是大趨勢(shì)在現(xiàn)代 CMOS 圖像傳感器中， 一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)是其光譜靈敏度

31、擴(kuò)展到了近紅外區(qū)NIR( 至約1,100nm 的波長(zhǎng) )。配備了 IM-001 CMOS 圖像傳感器的汽車應(yīng)用將改善霧穿透力和夜視能力。由于工業(yè)圖像捕獲技術(shù)開始運(yùn)用更多波長(zhǎng)位于NIR 之中的光源，而且生物技術(shù)也在利用該光譜區(qū)域中的有趣現(xiàn)象，因此，新開發(fā)的IBIS 5-AE-1300 傳感器具有 700 900nm 的 NIR 靈敏度。在面向消費(fèi)應(yīng)用的圖像捕獲技術(shù)中，另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是繼續(xù)提高分辨率。到2005 年年中， 70%左右的手機(jī)相機(jī)已具有VGA 格式分辨率 (640 480 像素 ) ；但隨后的2006 年，幾百萬像素的傳感器就將占領(lǐng) 50%的市場(chǎng)份額，而到2008 年，其市場(chǎng)占有率預(yù)計(jì)

32、將進(jìn)一步攀升至90%以上。為此，賽普拉斯開發(fā)了一種用于蜂窩電話的300 萬像素圖像傳感器，該產(chǎn)品采用了Autobrite技術(shù)，可進(jìn)行 12 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換，并提供了72dB 的寬廣動(dòng)態(tài)范圍，而目前市面上的10 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍僅為60dB 。逐行掃描模式中的幀速率高達(dá)30幀 /秒，因而可錄制實(shí)況視頻節(jié)目。在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中，這種發(fā)展趨勢(shì)也很明顯：賽普拉斯已推出一款用于Kodak 數(shù)碼相機(jī)的1,300 萬像素 /35mm 圖像傳感器，另外， 660 萬像素的 IBIS4-6600 傳感器正在一種面向弱視人群的自動(dòng)閱讀輔助裝置中證明自己的卓越品質(zhì)它可在一幅完整的標(biāo)準(zhǔn)A4 頁面上提

33、供出色的分辨率。憑借技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成由于蜂窩電話、數(shù)碼相機(jī)、MP3 播放機(jī)和 PDA 等傳統(tǒng)分離型功能設(shè)備的加速數(shù)字融合 ( 即成為一部緊湊的消費(fèi)型電子產(chǎn)品)，導(dǎo)致人們?cè)絹碓较Ｍ辽倬哂胁糠肿灾餍缘淖酉到y(tǒng)能夠在一部設(shè)備中提供極為寬泛的功能。這種趨勢(shì)還將對(duì)專業(yè)測(cè)量技術(shù)產(chǎn)生影響：利用包含一個(gè)數(shù)碼相機(jī)、PDA 用戶接口和 WLAN聯(lián)網(wǎng)能力的便攜式檢驗(yàn)工具，光測(cè)試和監(jiān)視的應(yīng)用范圍將得到有效的拓展。作為一種平臺(tái)技術(shù)，CMOS 符合這一發(fā)展潮流：CCD 圖像轉(zhuǎn)換器仍然需要采用外部邏輯電路來實(shí)現(xiàn)控制和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能， 而 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件則能夠把傳感器、控制器、轉(zhuǎn)換器和評(píng)估邏輯電路等全部集成到一塊

34、芯片之中。一個(gè)典型的例子如專門針對(duì)要求苛刻的消費(fèi)應(yīng)用而制作的CYIWCSC1300AA 芯片的圖像捕獲電路。 它基于 130 萬像素圖像傳感器 CYIWOSC1300AA和一個(gè)用于提供誤差插補(bǔ)、 黑電平調(diào)整、透鏡校正、信號(hào)互串校正、彩色馬賽克修補(bǔ)、彩色校正、自動(dòng)曝光、噪聲抑制、特效和 校正等等諸多功能的附加信號(hào)處理器。集成更多的系統(tǒng)功能(一直到自主型光電傳感器系統(tǒng))是可行的，這主要取決于諸如市場(chǎng)容量和開發(fā)成本等經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和限制因素。當(dāng)今的 CMOS 圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅服務(wù)于“傳統(tǒng)的”工業(yè)圖像處理，而且還憑借其卓越的性能和靈活性而被日益廣泛的新穎消費(fèi)應(yīng)用所接納。此外，它還能確保汽車駕駛時(shí)的高安全性和

35、舒適性。最初， CMOS 圖像傳感器被應(yīng)用于工業(yè)圖像處理；在那些旨在提高生產(chǎn)率、質(zhì)量和生產(chǎn)工藝經(jīng)濟(jì)性的全新自動(dòng)化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的一環(huán)。據(jù)市場(chǎng)研究 IMS Research 的預(yù)測(cè)，在未來的幾年中，歐洲工業(yè)圖像處理市場(chǎng)的年成長(zhǎng)率將達(dá)到6%，其中，在相機(jī)中集成了軟件功能的智能型解決方案的市場(chǎng)份額將不斷擴(kuò)大。在德國(guó)，據(jù)其全國(guó)工具機(jī)供應(yīng)商協(xié)會(huì)VDMA 提供的數(shù)據(jù)，2004 年的圖像處理市場(chǎng)增長(zhǎng)率達(dá)到了14%。市場(chǎng)調(diào)研 In-Stat/MDR 亦指出，單就圖像傳感器的次級(jí)市場(chǎng)而言，其年成長(zhǎng)率將高達(dá)30%以上，而且這種情況將持續(xù)到2008 年。最為重要的是： CMOS 傳感器的成長(zhǎng)速度將

36、達(dá)到CCD 傳感器的七倍，照相手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的迅速普及是這種需求的主要推動(dòng)因素。顯然，人們?nèi)绱丝春肅MOS 圖像轉(zhuǎn)換器的成長(zhǎng)前景是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即：與壟斷該領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá) 30 多年的 CCD 技術(shù)相比，它能夠更好地滿足用戶對(duì)各種應(yīng)用中新型圖像傳感器不斷提升的品質(zhì)要求，如更加靈活的圖像捕獲、更高的靈敏度、更寬的動(dòng)態(tài)范圍、更高的分辨率、更低的功耗以及更加優(yōu)良的系統(tǒng)集成等。此外，CMOS 圖像轉(zhuǎn)換器還造就了一些迄今為止尚不能以經(jīng)濟(jì)的方式來實(shí)現(xiàn)的新穎應(yīng)用。另外，還有一些有利于CMOS 傳感器的“軟”標(biāo)準(zhǔn)在起作用，包括：應(yīng)用支持、抗輻射性、快門類型、開窗口和光譜覆蓋率等。不過，這種區(qū)別稍帶幾分任意性，因

37、為這些標(biāo)準(zhǔn)的重要程度將由于應(yīng)用的不同(消費(fèi)、工業(yè)或汽車 )而發(fā)生變化。細(xì)節(jié)表現(xiàn)中所面臨的難題就像我們從模擬攝影所獲知的那樣，拍攝一幅完整場(chǎng)景的照片是一件相當(dāng)普通的事情，照相手機(jī)同樣如此。但是，對(duì)于工業(yè)或汽車應(yīng)用來說，情況就大不一樣了：有些場(chǎng)合并不需要很高的全幀數(shù)據(jù)速率。比如，在監(jiān)控?cái)z像機(jī)中，只要能夠發(fā)現(xiàn)一幅場(chǎng)景中出現(xiàn)的變化（因?yàn)檫@種變化可能預(yù)示著某種可疑情況） ，那么分辨率低一點(diǎn)也是完全可以接受的。在此基礎(chǔ)之上才需要借助全分辨率來采集更多的細(xì)節(jié)信息。跟著發(fā)生的動(dòng)作將只在攝像機(jī)視場(chǎng)的某一部分當(dāng)中進(jìn)行播放，而且，在所捕獲的場(chǎng)景中，只有這一部分才是監(jiān)控人員所關(guān)注的。對(duì)于只提供全幀圖像的CCD 圖像傳

38、感器而言， 只有采用一個(gè)分離的評(píng)估電路才能夠提供兩個(gè)觀測(cè)角度，這意味著處理時(shí)間和成本的增加。然而，CMOS 圖像傳感器的工作原理則與RAM 相似，所有的存儲(chǔ)位均可單獨(dú)讀出。CMOS 傳感器的二次采樣雖然提供了較低的分辨率，但是幀速率較高；而開窗口則允許隨機(jī)選擇一塊感興趣的區(qū)域。CMOS 傳感器坐擁高靈敏度、寬動(dòng)態(tài)范圍和低功耗優(yōu)勢(shì)最新 CMOS 傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個(gè)衡量尺度是填充因子( 感光面積與整個(gè)像素面積之比)與量子效率 (由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量) 的乘積。 CCD 傳感器因其技術(shù)的固有特性而擁有一

39、個(gè)很大的填充因子。而在CMOS 圖像傳感器中，為了實(shí)現(xiàn)堪與CCD 轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標(biāo)和靈敏度水平，人們給CMOS 圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS) ，并且導(dǎo)致填充因子降低，原因是像素表面相當(dāng)大的一部分面積被放大器晶體管所占用，留給光電二極管的可用空間較小。所以，當(dāng)今CMOS 傳感器的一個(gè)重要的開發(fā)目標(biāo)就是擴(kuò)大填充因子。賽普拉斯(FillFactory) 通過其獲得專利授權(quán)的一項(xiàng)技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標(biāo)準(zhǔn) CMOS 硅芯片最大的一部分面積變?yōu)橐粔K感光區(qū)域。nextpage另外，對(duì)于一個(gè)典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多場(chǎng)景的拍攝都是在照明條件很差的情況

40、下進(jìn)行的，因此擁有較大的動(dòng)態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS 圖像傳感器通過多斜率操作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)： 轉(zhuǎn)換曲線由傾度不同的直線部分所組成，它們共同形成了一個(gè)非線性特征曲線。因此，一幅場(chǎng)景的黑暗部分有可能占據(jù)集成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換范圍的很大一部分：轉(zhuǎn)換特征曲線在這里最為陡峭，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和對(duì)比度。特征曲線上半部分的平整化將在圖像的明亮部分捕獲幾個(gè)數(shù)量級(jí)的過度曝光，并以一個(gè)更加細(xì)致的標(biāo)度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運(yùn)作 LUPA-4000 將使高達(dá) 90dB 的光動(dòng)態(tài)范圍與一個(gè)10 位 A/D 轉(zhuǎn)換范圍相匹配。具有 VGA 分辨率的 IM-001 系列 CMOS 圖像傳感器在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步；

41、 它們是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。其像素由光電二極管組成，可提供高達(dá)120dB 的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍。面向汽車應(yīng)用的ACM 100 相機(jī)模塊就采用了這些傳感器，這種相機(jī)模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機(jī)解決方案：該視覺解決方案被看作是面向駕駛者保護(hù)、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導(dǎo)向的未來汽車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。此外，對(duì)于獨(dú)立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱的 CMOS 技術(shù)還具有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：CMOS 圖像傳感器是針對(duì) 5V 和 3.3V 電源電壓而設(shè)計(jì)的。 而 CCD 芯片則需要大約 12V 的電源電壓，因此不得不采用一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，從而導(dǎo)致功耗增加。在總功耗方面，把控制和系統(tǒng)功能集

42、成到 CMOS 傳感器中將帶來另一個(gè)好處： 它去除了與其他半導(dǎo)體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動(dòng)器如今已遭棄用，這是因?yàn)樵谛酒瑑?nèi)部進(jìn)行通信所消耗的能量要比通過PCB 或襯底的外部實(shí)現(xiàn)方式低得多。擴(kuò)展光譜靈敏度和提高分辨率是大趨勢(shì)在現(xiàn)代 CMOS 圖像傳感器中， 一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)是其光譜靈敏度擴(kuò)展到了近紅外區(qū)NIR( 至約1,100nm 的波長(zhǎng) )。配備了 IM-001 CMOS 圖像傳感器的汽車應(yīng)用將改善霧穿透力和夜視能力。由于工業(yè)圖像捕獲技術(shù)開始運(yùn)用更多波長(zhǎng)位于NIR 之中的光源，而且生物技術(shù)也在利用該光譜區(qū)域中的有趣現(xiàn)象，因此，新開發(fā)的IBIS 5-AE-1300 傳感器具有700

43、900nm 的 NIR 靈敏度。在面向消費(fèi)應(yīng)用的圖像捕獲技術(shù)中，另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是繼續(xù)提高分辨率。到2005 年年中， 70%左右的手機(jī)相機(jī)已具有VGA 格式分辨率 (640 480 像素 ) ；但隨后的2006 年，幾百萬像素的傳感器就將占領(lǐng) 50%的市場(chǎng)份額，而到2008年，其市場(chǎng)占有率預(yù)計(jì)將進(jìn)一步攀升至90%以上。為此，賽普拉斯開發(fā)了一種用于蜂窩電話的300 萬像素圖像傳感器，該產(chǎn)品采用了Autobrite 技術(shù)，可進(jìn)行 12 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換，并提供了72dB 的寬廣動(dòng)態(tài)范圍，而目前市面上的10 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍僅為60dB 。逐行掃描模式中的幀速率高達(dá)30幀 /秒，因而

44、可錄制實(shí)況視頻節(jié)目。在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中，這種發(fā)展趨勢(shì)也很明顯：賽普拉斯已推出一款用于Kodak數(shù)碼相機(jī)的1,300 萬像素 /35mm 圖像傳感器，另外，660 萬像素的 IBIS4-6600 傳感器正在一種面向弱視人群的自動(dòng)閱讀輔助裝置中證明自己的卓越品質(zhì)它可在一幅完整的標(biāo)準(zhǔn)A4 頁面上提供出色的分辨率。憑借技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成由于蜂窩電話、數(shù)碼相機(jī)、MP3 播放機(jī)和 PDA 等傳統(tǒng)分離型功能設(shè)備的加速數(shù)字融合( 即成為一部緊湊的消費(fèi)型電子產(chǎn)品)，導(dǎo)致人們?cè)絹碓较Ｍ辽倬哂胁糠肿灾餍缘淖酉到y(tǒng)能夠在一部設(shè)備中提供極為寬泛的功能。這種趨勢(shì)還將對(duì)專業(yè)測(cè)量技術(shù)產(chǎn)生影響：利用包含一個(gè)數(shù)碼相機(jī)、PDA 用戶

45、接口和WLAN聯(lián)網(wǎng)能力的便攜式檢驗(yàn)工具，光測(cè)試和監(jiān)視的應(yīng)用范圍將得到有效的拓展。作為一種平臺(tái)技術(shù)，CMOS 符合這一發(fā)展潮流：CCD 圖像轉(zhuǎn)換器仍然需要采用外部邏輯電路來實(shí)現(xiàn)控制和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能， 而 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件則能夠把傳感器、控制器、轉(zhuǎn)換器和評(píng)估邏輯電路等全部集成到一塊芯片之中。一個(gè)典型的例子如專門針對(duì)要求苛刻的消費(fèi)應(yīng)用而制作的CYIWCSC1300AA芯片的圖像捕獲電路。 它基于 130 萬像素圖像傳感器CYIWOSC1300AA和一個(gè)用于提供誤差插補(bǔ)、黑電平調(diào)整、透鏡校正、信號(hào)互串校正、彩色馬賽克修補(bǔ)、彩色校正、自動(dòng)曝光、噪聲抑制、特效和 校正等等諸多功能的附加信號(hào)處理器

46、。集成更多的系統(tǒng)功能(一直到自主型光電傳感器系統(tǒng))是可行的，這主要取決于諸如市場(chǎng)容量和開發(fā)成本等經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和限制因素。當(dāng)今的 CMOS 圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅服務(wù)于“傳統(tǒng)的”工業(yè)圖像處理，而且還憑借其卓越的性能和靈活性而被日益廣泛的新穎消費(fèi)應(yīng)用所接納。此外，它還能確保汽車駕駛時(shí)的高安全性和舒適性。最初， CMOS 圖像傳感器被應(yīng)用于工業(yè)圖像處理；在那些旨在提高生產(chǎn)率、質(zhì)量和生產(chǎn)工藝經(jīng)濟(jì)性的全新自動(dòng)化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的一環(huán)。據(jù)市場(chǎng)研究IMS Research 的預(yù)測(cè)，在未來的幾年中，歐洲工業(yè)圖像處理市場(chǎng)的年成長(zhǎng)率將達(dá)到6%，其中，在相機(jī)中集成了軟件功能的智能型解決方案的市場(chǎng)份額將不斷擴(kuò)大

47、。在德國(guó)，據(jù)其全國(guó)工具機(jī)供應(yīng)商協(xié)會(huì)VDMA 提供的數(shù)據(jù)， 2004 年的圖像處理市場(chǎng)增長(zhǎng)率達(dá)到了14%。市場(chǎng)調(diào)研 In-Stat/MDR 亦指出，單就圖像傳感器的次級(jí)市場(chǎng)而言，其年成長(zhǎng)率將高達(dá)30%以上，而且這種情況將持續(xù)到2008 年。最為重要的是： CMOS 傳感器的成長(zhǎng)速度將達(dá)到CCD 傳感器的七倍，照相手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的迅速普及是這種需求的主要推動(dòng)因素。顯然，人們?nèi)绱丝春肅MOS 圖像轉(zhuǎn)換器的成長(zhǎng)前景是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即：與壟斷該領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá) 30 多年的 CCD 技術(shù)相比，它能夠更好地滿足用戶對(duì)各種應(yīng)用中新型圖像傳感器不斷提升的品質(zhì)要求，如更加靈活的圖像捕獲、更高的靈敏度、更寬的動(dòng)態(tài)范圍

48、、更高的分辨率、更低的功耗以及更加優(yōu)良的系統(tǒng)集成等。此外，CMOS 圖像轉(zhuǎn)換器還造就了一些迄今為止尚不能以經(jīng)濟(jì)的方式來實(shí)現(xiàn)的新穎應(yīng)用。另外，還有一些有利于CMOS 傳感器的“軟”標(biāo)準(zhǔn)在起作用，包括：應(yīng)用支持、抗輻射性、快門類型、開窗口和光譜覆蓋率等。不過，這種區(qū)別稍帶幾分任意性，因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)的重要程度將由于應(yīng)用的不同(消費(fèi)、工業(yè)或汽車 )而發(fā)生變化。細(xì)節(jié)表現(xiàn)中所面臨的難題就像我們從模擬攝影所獲知的那樣，拍攝一幅完整場(chǎng)景的照片是一件相當(dāng)普通的事情，照相手機(jī)同樣如此。但是，對(duì)于工業(yè)或汽車應(yīng)用來說，情況就大不一樣了：有些場(chǎng)合并不需要很高的全幀數(shù)據(jù)速率。比如，在監(jiān)控?cái)z像機(jī)中，只要能夠發(fā)現(xiàn)一幅場(chǎng)景中出現(xiàn)

49、的變化（因?yàn)檫@種變化可能預(yù)示著某種可疑情況），那么分辨率低一點(diǎn)也是完全可以接受的。在此基礎(chǔ)之上才需要借助全分辨率來采集更多的細(xì)節(jié)信息。跟著發(fā)生的動(dòng)作將只在攝像機(jī)視場(chǎng)的某一部分當(dāng)中進(jìn)行播放，而且，在所捕獲的場(chǎng)景中，只有這一部分才是監(jiān)控人員所關(guān)注的。對(duì)于只提供全幀圖像的CCD 圖像傳感器而言， 只有采用一個(gè)分離的評(píng)估電路才能夠提供兩個(gè)觀測(cè)角度，這意味著處理時(shí)間和成本的增加。然而，CMOS 圖像傳感器的工作原理則與RAM 相似，所有的存儲(chǔ)位均可單獨(dú)讀出。CMOS 傳感器的二次采樣雖然提供了較低的分辨率，但是幀速率較高；而開窗口則允許隨機(jī)選擇一塊感興趣的區(qū)域。CMOS 傳感器坐擁高靈敏度、寬動(dòng)態(tài)范圍和

50、低功耗優(yōu)勢(shì)最新 CMOS 傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個(gè)衡量尺度是填充因子( 感光面積與整個(gè)像素面積之比)與量子效率 (由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量) 的乘積。 CCD 傳感器因其技術(shù)的固有特性而擁有一個(gè)很大的填充因子。而在CMOS 圖像傳感器中，為了實(shí)現(xiàn)堪與CCD 轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標(biāo)和靈敏度水平，人們給CMOS 圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS) ，并且導(dǎo)致填充因子降低，原因是像素表面相當(dāng)大的一部分面積被放大器晶體管所占用，留給光電二極管的可用空間較小。所以，當(dāng)今CMOS 傳感器的一個(gè)重要的開發(fā)目標(biāo)就是

51、擴(kuò)大填充因子。賽普拉斯(FillFactory) 通過其獲得專利授權(quán)的一項(xiàng)技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標(biāo)準(zhǔn) CMOS 硅芯片最大的一部分面積變?yōu)橐粔K感光區(qū)域。nextpage另外，對(duì)于一個(gè)典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多場(chǎng)景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進(jìn)行的，因此擁有較大的動(dòng)態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS 圖像傳感器通過多斜率操作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)： 轉(zhuǎn)換曲線由傾度不同的直線部分所組成，它們共同形成了一個(gè)非線性特征曲線。因此，一幅場(chǎng)景的黑暗部分有可能占據(jù)集成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換范圍的很大一部分：轉(zhuǎn)換特征曲線在這里最為陡峭，以實(shí)現(xiàn)高靈敏度和對(duì)比度。特征曲線上半部分的平整

52、化將在圖像的明亮部分捕獲幾個(gè)數(shù)量級(jí)的過度曝光，并以一個(gè)更加細(xì)致的標(biāo)度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運(yùn)作 LUPA-4000 將使高達(dá)90dB 的光動(dòng)態(tài)范圍與一個(gè)10 位 A/D 轉(zhuǎn)換范圍相匹配。具有 VGA 分辨率的IM-001 系列 CMOS 圖像傳感器在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步；它們是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。其像素由光電二極管組成，可提供高達(dá)120dB 的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍。面向汽車應(yīng)用的ACM 100 相機(jī)模塊就采用了這些傳感器，這種相機(jī)模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機(jī)解決方案：該視覺解決方案被看作是面向駕駛者保護(hù)、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導(dǎo)向的未來汽車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。此外，對(duì)于獨(dú)立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱的 CMOS 技術(shù)還具有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：CMOS 圖像傳感器是針對(duì) 5V 和 3.3V 電源電壓而設(shè)計(jì)的。 而 CCD 芯片則需要大約 12V 的電源電壓，因此不得不采用一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，從而導(dǎo)致功耗增加。在總功耗方面，把控制和系統(tǒng)功能集成到 CMOS 傳感器中將帶來另一個(gè)好