安防躋身智能建筑系統(tǒng)與樓宇自控深度融合

1、物聯(lián)網(wǎng)知識 2012年國內(nèi)智能建筑智能化項目市場火熱，僅是寫字樓、酒店、智能小區(qū)等三大板塊即接近2000億，其中寫字樓(包含城市綜合體)在600-700億之間，住宅市場900億左右，高檔酒店項目至少300 億，且正以年均20%增長速度大跨步前進。隨著人們生活水平的提高，智能建筑安防應(yīng)用需求不斷提升。在智能建筑歡歌一片的同時，其中的安防系統(tǒng)也悄然發(fā)力，與樓控系統(tǒng)(BA)、通信系統(tǒng)(CA)一道，躋身為智能建筑核心。樓宇自控入駐智能建筑系統(tǒng)近年來，由于不同類型建筑在設(shè)計理念、使用功能上出現(xiàn)新的變化，自動化技術(shù)也在不斷升級，向著功能多樣化、擴展性強、規(guī)范化等方向發(fā)展樓宇自控，利用自動化控制系統(tǒng)可對建筑

2、內(nèi)各種設(shè)備進行控制。近年來，由于不同類型建筑在設(shè)計理念、使用功能上出現(xiàn)新的變化，自動化技術(shù)也在不斷升級，向著功能多樣化、擴展性強、規(guī)范化等方向發(fā)展。樓宇自控覆蓋的范圍很廣，包含住宅樓宇、商業(yè)建筑、公共建筑、功能型場館等不同類型的建筑。各類建筑在使用過程中，內(nèi)部供電、照明、暖通、電梯等系統(tǒng)的智能化控制結(jié)構(gòu)相對簡單，采用主從型的控制系統(tǒng)，能夠滿足穩(wěn)定性、安全性等基本要求，對集成商的要求比較低。隨著建筑功能逐漸增加，人們對于樓宇中各種子系統(tǒng)的功能要求更加細化，而這些要求都是依靠樓宇自控系統(tǒng)的不同子系統(tǒng)來實現(xiàn)的。因此，像太陽能采集、安全保衛(wèi)、住宅區(qū)遠程抄表、建筑內(nèi)網(wǎng)絡(luò)控制、室內(nèi)燈光模式調(diào)節(jié)等系統(tǒng)都將納

3、入樓宇自控的控制范圍之內(nèi)。目前，隨著智能化功能的不斷增加，樓宇自控系統(tǒng)涉及的自動化產(chǎn)品從控制器、溫濕度傳感器、變頻器、運動控制器擴展到智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線通訊、專用以太網(wǎng)、組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。樓宇自控的子系統(tǒng)和自動化產(chǎn)品種類的不斷擴展，使得樓宇自控系統(tǒng)的開放性與擴展性顯得十分重要。據(jù)調(diào)查，封閉的系統(tǒng)與協(xié)議將越來越不能適應(yīng)樓宇自控的要求，未來一段時間，樓宇自控將朝著功能多樣化、開放性強、擴展性強等方向發(fā)展。安防與樓控深度整合雖說智能家居和社區(qū)整體解決方案將會是大部分樓宇對講企業(yè)選擇的發(fā)展模式，可是始終堅持以樓宇對講為發(fā)展主導的企業(yè)也不在少數(shù)。因此，未來的市場還是個未知數(shù)，企業(yè)在慎重選擇發(fā)展

4、模式之際，還應(yīng)該做好品牌，樹立品牌口碑、提高產(chǎn)品性價比，才能在激烈的市場競爭中保證比較有力的競爭優(yōu)勢。在樓宇建筑中人們不僅需要“安全感”還需要“舒適感”，從實際應(yīng)用面來看，能滿足兩者的莫過于安防系統(tǒng)和樓控系統(tǒng)，前者中各子系統(tǒng)如監(jiān)控、門禁、報警等，扮演著警察、保安的角色，保衛(wèi)樓宇建筑內(nèi)人與物的安全;而后者扮演管家、保姆一角，實現(xiàn)對樓宇中空調(diào)、水電、照明、電梯等設(shè)備的自動化控制和管理。安防與樓控這兩大系統(tǒng)從最初的平行關(guān)系走到現(xiàn)在的交集關(guān)系，主要體現(xiàn)在聯(lián)動和整合方面，例如門禁系統(tǒng)聯(lián)動燈光控制、一卡通與電梯聯(lián)動，甚至在許多樓宇建筑中，安防與樓控是在同一個平臺上進行操作，彼此之間數(shù)據(jù)共享，當建筑中發(fā)生突

5、發(fā)事件時彼此配合保障樓宇建筑安全。據(jù)業(yè)內(nèi)人士統(tǒng)計，通過整合應(yīng)用可實現(xiàn)樓宇建筑節(jié)能10%20%左右，此外通過集中控制、優(yōu)化運行、可以有效控制設(shè)備的維修周期，節(jié)省維護費用。據(jù)浙江浙大中控信息技術(shù)有限智能建筑事業(yè)部常務(wù)副總裁姚建民說：“安防系統(tǒng)在樓宇建筑節(jié)能方面節(jié)省了人力成本，并且還可以跟其他系統(tǒng)進行聯(lián)動，優(yōu)化建筑管理體系，實現(xiàn)建筑內(nèi)部有機的節(jié)能?！碑斀竦腃MOS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應(yīng)用所接納。此外，它還能確保汽車駕駛時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)

6、濟性的全新自動化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的一環(huán)。據(jù)市場研究IMS Research的預(yù)測，在未來的幾年中，歐洲工業(yè)圖像處理市場的年成長率將達到6%，其中，在相機中集成了軟件功能的智能型解決方案的市場份額將不斷擴大。在德國，據(jù)其全國工具機供應(yīng)商協(xié)會VDMA提供的數(shù)據(jù)，2004年的圖像處理市場增長率達到了14%。市場調(diào)研In-Stat/MDR亦指出，單就圖像傳感器的次級市場而言，其年成長率將高達30%以上，而且這種情況將持續(xù)到2008年。最為重要的是：CMOS傳感器的成長速度將達到CCD傳感器的七倍，照相手機和數(shù)碼相機的迅速普及是這種需求的主要推動因素。顯然，人們?nèi)绱丝春肅MOS圖像轉(zhuǎn)換器

7、的成長前景是基于這樣一個事實，即：與壟斷該領(lǐng)域長達30多年的CCD技術(shù)相比，它能夠更好地滿足用戶對各種應(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)濟的方式來實現(xiàn)的新穎應(yīng)用。另外，還有一些有利于CMOS傳感器的“軟”標準在起作用，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，因為這些標準的重要程度將由于應(yīng)用的不同(消費、工業(yè)或汽車)而發(fā)生變化。細節(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

8、完整場景的照片是一件相當普通的事情，照相手機同樣如此。但是，對于工業(yè)或汽車應(yīng)用來說，情況就大不一樣了：有些場合并不需要很高的全幀數(shù)據(jù)速率。比如，在監(jiān)控攝像機中，只要能夠發(fā)現(xiàn)一幅場景中出現(xiàn)的變化（因為這種變化可能預(yù)示著某種可疑情況），那么分辨率低一點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節(jié)信息。跟著發(fā)生的動作將只在攝像機視場的某一部分當中進行播放，而且，在所捕獲的場景中，只有這一部分才是監(jiān)控人員所關(guān)注的。對于只提供全幀圖像的CCD圖像傳感器而言，只有采用一個分離的評估電路才能夠提供兩個觀測角度，這意味著處理時間和成本的增加。然而，CMOS圖像傳感器的工作原理則與RAM相

9、似，所有的存儲位均可單獨讀出。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選擇一塊感興趣的區(qū)域。CMOS傳感器坐擁高靈敏度、寬動態(tài)范圍和低功耗優(yōu)勢最新CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個衡量尺度是填充因子(感光面積與整個像素面積之比)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很大的填充因子。而在CMOS圖像傳感器中，為了實現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標和靈敏度水平，人們給CMOS圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS)，并且

10、導致填充因子降低，原因是像素表面相當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，當今CMOS傳感器的一個重要的開發(fā)目標就是擴大填充因子。賽普拉斯(FillFactory)通過其獲得專利授權(quán)的一項技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標準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，對于一個典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多場景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進行的，因此擁有較大的動態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS圖像傳感器通過多斜率操作實現(xiàn)了這一目標：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非線性特征曲線。因此，一幅

11、場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，以實現(xiàn)高靈敏度和對比度。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數(shù)量級的過度曝光，并以一個更加細致的標度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運作LUPA-4000將使高達90dB的光動態(tài)范圍與一個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)上更進一步；它們是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計的。其像素由光電二極管組成，可提供高達120dB的自適應(yīng)動態(tài)范圍。面向汽車應(yīng)用的ACM 100相機模塊就采用了這些傳感器，這種相機模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機解決方案：

12、該視覺解決方案被看作是面向駕駛者保護、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導向的未來汽車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。此外，對于獨立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱的CMOS技術(shù)還具有一個明顯的優(yōu)勢：CMOS圖像傳感器是針對5V和3.3V電源電壓而設(shè)計的。而CCD芯片則需要大約12V的電源電壓，因此不得不采用一個電壓轉(zhuǎn)換器，從而導致功耗增加。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好處：它去除了與其他半導體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動器如今已遭棄用，這是因為在芯片內(nèi)部進行通信所消耗的能量要比通過PCB或襯底的外部實現(xiàn)方式低得多。擴展光譜靈敏度和提高分辨率是大趨勢在現(xiàn)代CMO

13、S圖像傳感器中，一個重要的發(fā)展趨勢是其光譜靈敏度擴展到了近紅外區(qū)NIR(至約1,100nm的波長)。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)開始運用更多波長位于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700900nm的NIR靈敏度。在面向消費應(yīng)用的圖像捕獲技術(shù)中，另一個發(fā)展趨勢是繼續(xù)提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手機相機已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但隨后的2006年，幾百萬像素的傳感器就將占領(lǐng)50%的市場份額，而到2008年，其市場占有率預(yù)

14、計將進一步攀升至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)，可進行12位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，并提供了72dB的寬廣動態(tài)范圍，而目前市面上的10位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍僅為60dB。逐行掃描模式中的幀速率高達30幀/秒，因而可錄制實況視頻節(jié)目。在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中，這種發(fā)展趨勢也很明顯：賽普拉斯已推出一款用于Kodak數(shù)碼相機的1,300萬像素/35mm圖像傳感器，另外，660萬像素的IBIS 4-6600傳感器正在一種面向弱視人群的自動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準A4頁面上提供出色的分辨率。憑借技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)

15、集成 由于蜂窩電話、數(shù)碼相機、MP3播放機和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型電子產(chǎn)品)，導致人們越來越希望至少具有部分自主性的子系統(tǒng)能夠在一部設(shè)備中提供極為寬泛的功能。這種趨勢還將對專業(yè)測量技術(shù)產(chǎn)生影響：利用包含一個數(shù)碼相機、PDA用戶接口和WLAN聯(lián)網(wǎng)能力的便攜式檢驗工具，光測試和監(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現(xiàn)控制和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能，而CMOS標準邏輯器件則能夠把傳感器、控制器、轉(zhuǎn)換器和評估邏輯電路等全部集成到一塊芯片之中。一個典型的例子如專門針對要求苛刻的消費應(yīng)用而

16、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和一個用于提供誤差插補、黑電平調(diào)整、透鏡校正、信號互串校正、彩色馬賽克修補、彩色校正、自動曝光、噪聲抑制、特效和校正等等諸多功能的附加信號處理器。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容量和開發(fā)成本等經(jīng)濟目標和限制因素。當今的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應(yīng)用所接納。此外，它還能確保汽車駕駛時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)

17、率、質(zhì)量和生產(chǎn)工藝經(jīng)濟性的全新自動化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的一環(huán)。據(jù)市場研究IMS Research的預(yù)測，在未來的幾年中，歐洲工業(yè)圖像處理市場的年成長率將達到6%，其中，在相機中集成了軟件功能的智能型解決方案的市場份額將不斷擴大。在德國，據(jù)其全國工具機供應(yīng)商協(xié)會VDMA提供的數(shù)據(jù)，2004年的圖像處理市場增長率達到了14%。市場調(diào)研In-Stat/MDR亦指出，單就圖像傳感器的次級市場而言，其年成長率將高達30%以上，而且這種情況將持續(xù)到2008年。最為重要的是：CMOS傳感器的成長速度將達到CCD傳感器的七倍，照相手機和數(shù)碼相機的迅速普及是這種需求的主要推動因素。顯然，人們?nèi)绱丝?/p>

18、好CMOS圖像轉(zhuǎn)換器的成長前景是基于這樣一個事實，即：與壟斷該領(lǐng)域長達30多年的CCD技術(shù)相比，它能夠更好地滿足用戶對各種應(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)濟的方式來實現(xiàn)的新穎應(yīng)用。另外，還有一些有利于CMOS傳感器的“軟”標準在起作用，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，因為這些標準的重要程度將由于應(yīng)用的不同(消費、工業(yè)或汽車)而發(fā)生變化。細節(jié)表現(xiàn)中所面臨的難題就像我們從模擬攝影所

19、獲知的那樣，拍攝一幅完整場景的照片是一件相當普通的事情，照相手機同樣如此。但是，對于工業(yè)或汽車應(yīng)用來說，情況就大不一樣了：有些場合并不需要很高的全幀數(shù)據(jù)速率。比如，在監(jiān)控攝像機中，只要能夠發(fā)現(xiàn)一幅場景中出現(xiàn)的變化（因為這種變化可能預(yù)示著某種可疑情況），那么分辨率低一點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節(jié)信息。跟著發(fā)生的動作將只在攝像機視場的某一部分當中進行播放，而且，在所捕獲的場景中，只有這一部分才是監(jiān)控人員所關(guān)注的。對于只提供全幀圖像的CCD圖像傳感器而言，只有采用一個分離的評估電路才能夠提供兩個觀測角度，這意味著處理時間和成本的增加。然而，CMOS圖像傳感器的

20、工作原理則與RAM相似，所有的存儲位均可單獨讀出。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選擇一塊感興趣的區(qū)域。CMOS傳感器坐擁高靈敏度、寬動態(tài)范圍和低功耗優(yōu)勢最新CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個衡量尺度是填充因子(感光面積與整個像素面積之比)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很大的填充因子。而在CMOS圖像傳感器中，為了實現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標和靈敏度水平，人們給CMOS圖像傳感器裝配上了有源像素傳

21、感器(APS)，并且導致填充因子降低，原因是像素表面相當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，當今CMOS傳感器的一個重要的開發(fā)目標就是擴大填充因子。賽普拉斯(FillFactory)通過其獲得專利授權(quán)的一項技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標準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，對于一個典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多場景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進行的，因此擁有較大的動態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS圖像傳感器通過多斜率操作實現(xiàn)了這一目標：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非線性

22、特征曲線。因此，一幅場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，以實現(xiàn)高靈敏度和對比度。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數(shù)量級的過度曝光，并以一個更加細致的標度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運作LUPA-4000將使高達90dB的光動態(tài)范圍與一個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)上更進一步；它們是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計的。其像素由光電二極管組成，可提供高達120dB的自適應(yīng)動態(tài)范圍。面向汽車應(yīng)用的ACM 100相機模塊就采用了這些傳感器，這種相機模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全

23、集成化相機解決方案：該視覺解決方案被看作是面向駕駛者保護、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導向的未來汽車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。此外，對于獨立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱的CMOS技術(shù)還具有一個明顯的優(yōu)勢：CMOS圖像傳感器是針對5V和3.3V電源電壓而設(shè)計的。而CCD芯片則需要大約12V的電源電壓，因此不得不采用一個電壓轉(zhuǎn)換器，從而導致功耗增加。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好處：它去除了與其他半導體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動器如今已遭棄用，這是因為在芯片內(nèi)部進行通信所消耗的能量要比通過PCB或襯底的外部實現(xiàn)方式低得多。擴展光譜靈敏度和提高分辨率

24、是大趨勢在現(xiàn)代CMOS圖像傳感器中，一個重要的發(fā)展趨勢是其光譜靈敏度擴展到了近紅外區(qū)NIR(至約1,100nm的波長)。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)開始運用更多波長位于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700900nm的NIR靈敏度。在面向消費應(yīng)用的圖像捕獲技術(shù)中，另一個發(fā)展趨勢是繼續(xù)提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手機相機已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但隨后的2006年，幾百萬像素的傳感器就將占領(lǐng)50%的市場份額，而到200

25、8年，其市場占有率預(yù)計將進一步攀升至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)，可進行12位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，并提供了72dB的寬廣動態(tài)范圍，而目前市面上的10位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍僅為60dB。逐行掃描模式中的幀速率高達30幀/秒，因而可錄制實況視頻節(jié)目。在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中，這種發(fā)展趨勢也很明顯：賽普拉斯已推出一款用于Kodak數(shù)碼相機的1,300萬像素/35mm圖像傳感器，另外，660萬像素的IBIS 4-6600傳感器正在一種面向弱視人群的自動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準A4頁面上提供出色的分辨

26、率。憑借技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)集成 由于蜂窩電話、數(shù)碼相機、MP3播放機和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型電子產(chǎn)品)，導致人們越來越希望至少具有部分自主性的子系統(tǒng)能夠在一部設(shè)備中提供極為寬泛的功能。這種趨勢還將對專業(yè)測量技術(shù)產(chǎn)生影響：利用包含一個數(shù)碼相機、PDA用戶接口和WLAN聯(lián)網(wǎng)能力的便攜式檢驗工具，光測試和監(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現(xiàn)控制和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能，而CMOS標準邏輯器件則能夠把傳感器、控制器、轉(zhuǎn)換器和評估邏輯電路等全部集成到一塊芯片之中。編輯swvfswk服務(wù)的

27、主配置文件httpd.conf，查找配置項“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。一個典型的例子如專門針對要求苛刻的消費應(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和一個用于提供誤差插補、黑電平調(diào)整、透鏡校正、信號互串校正、彩色馬賽克修補、彩色校正、自動曝光、噪聲抑制、特效和校正等等諸多功能的附加信號處理器。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容量和開發(fā)成本等經(jīng)濟目標和限制因素。當今的CMOS圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅服務(wù)于“傳統(tǒng)的

28、”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應(yīng)用所接納。此外，它還能確保汽車駕駛時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)濟性的全新自動化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的一環(huán)。據(jù)市場研究IMS Research的預(yù)測，在未來的幾年中，歐洲工業(yè)圖像處理市場的年成長率將達到6%，其中，在相機中集成了軟件功能的智能型解決方案的市場份額將不斷擴大。在德國，據(jù)其全國工具機供應(yīng)商協(xié)會VDMA提供的數(shù)據(jù)，2004年的圖像處理市場增長率達到了14%。市場調(diào)研In-Stat/MDR亦指出，單就圖像傳感器的次級市場而言，其年

29、成長率將高達30%以上，而且這種情況將持續(xù)到2008年。最為重要的是：CMOS傳感器的成長速度將達到CCD傳感器的七倍，照相手機和數(shù)碼相機的迅速普及是這種需求的主要推動因素。顯然，人們?nèi)绱丝春肅MOS圖像轉(zhuǎn)換器的成長前景是基于這樣一個事實，即：與壟斷該領(lǐng)域長達30多年的CCD技術(shù)相比，它能夠更好地滿足用戶對各種應(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)濟的方式來實現(xiàn)的新穎應(yīng)用。另外，還有一些有利于CMOS傳感器的“軟”標準在起作用，包括：應(yīng)用

30、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，因為這些標準的重要程度將由于應(yīng)用的不同(消費、工業(yè)或汽車)而發(fā)生變化。細節(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，拍攝一幅完整場景的照片是一件相當普通的事情，照相手機同樣如此。但是，對于工業(yè)或汽車應(yīng)用來說，情況就大不一樣了：有些場合并不需要很高的全幀數(shù)據(jù)速率。比如，在監(jiān)控攝像機中，只要能夠發(fā)現(xiàn)一幅場景中出現(xiàn)的變化（因為這種變化可能預(yù)示著某種可疑情況），那么分辨率低一點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節(jié)信息。跟著發(fā)生的動作將只在攝像機視場的某一部分當中進行播放，而且，在所捕獲的

31、場景中，只有這一部分才是監(jiān)控人員所關(guān)注的。對于只提供全幀圖像的CCD圖像傳感器而言，只有采用一個分離的評估電路才能夠提供兩個觀測角度，這意味著處理時間和成本的增加。然而，CMOS圖像傳感器的工作原理則與RAM相似，所有的存儲位均可單獨讀出。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選擇一塊感興趣的區(qū)域。CMOS傳感器坐擁高靈敏度、寬動態(tài)范圍和低功耗優(yōu)勢最新CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個衡量尺度是填充因子(感光面積與整個像素面積之比)與量子效率(由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)

32、量)的乘積。CCD傳感器因其技術(shù)的固有特性而擁有一個很大的填充因子。而在CMOS圖像傳感器中，為了實現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標和靈敏度水平，人們給CMOS圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS)，并且導致填充因子降低，原因是像素表面相當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，當今CMOS傳感器的一個重要的開發(fā)目標就是擴大填充因子。賽普拉斯(FillFactory)通過其獲得專利授權(quán)的一項技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標準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，對于一個典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多

33、場景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進行的，因此擁有較大的動態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS圖像傳感器通過多斜率操作實現(xiàn)了這一目標：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非線性特征曲線。因此，一幅場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，以實現(xiàn)高靈敏度和對比度。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數(shù)量級的過度曝光，并以一個更加細致的標度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運作LUPA-4000將使高達90dB的光動態(tài)范圍與一個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)上更進一

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

35、另一個好處：它去除了與其他半導體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動器如今已遭棄用，這是因為在芯片內(nèi)部進行通信所消耗的能量要比通過PCB或襯底的外部實現(xiàn)方式低得多。擴展光譜靈敏度和提高分辨率是大趨勢在現(xiàn)代CMOS圖像傳感器中，一個重要的發(fā)展趨勢是其光譜靈敏度擴展到了近紅外區(qū)NIR(至約1,100nm的波長)。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)開始運用更多波長位于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700900nm的NIR靈敏度。在面向消費應(yīng)用的圖像捕獲技術(shù)中

36、，另一個發(fā)展趨勢是繼續(xù)提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手機相機已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但隨后的2006年，幾百萬像素的傳感器就將占領(lǐng)50%的市場份額，而到2008年，其市場占有率預(yù)計將進一步攀升至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)，可進行12位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，并提供了72dB的寬廣動態(tài)范圍，而目前市面上的10位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍僅為60dB。逐行掃描模式中的幀速率高達30幀/秒，因而可錄制實況視頻節(jié)目。在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中，這種發(fā)展趨勢也很明顯：賽普拉斯已推出一款用于Kodak數(shù)碼相機

37、的1,300萬像素/35mm圖像傳感器，另外，660萬像素的IBIS 4-6600傳感器正在一種面向弱視人群的自動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準A4頁面上提供出色的分辨率。憑借技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)集成 由于蜂窩電話、數(shù)碼相機、MP3播放機和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型電子產(chǎn)品)，導致人們越來越希望至少具有部分自主性的子系統(tǒng)能夠在一部設(shè)備中提供極為寬泛的功能。這種趨勢還將對專業(yè)測量技術(shù)產(chǎn)生影響：利用包含一個數(shù)碼相機、PDA用戶接口和WLAN聯(lián)網(wǎng)能力的便攜式檢驗工具，光測試和監(jiān)視的應(yīng)用范圍將得到有效的拓展。作為一種平臺技術(shù)，CMOS符合這一發(fā)展潮流

38、：CCD圖像轉(zhuǎn)換器仍然需要采用外部邏輯電路來實現(xiàn)控制和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能，而CMOS標準邏輯器件則能夠把傳感器、控制器、轉(zhuǎn)換器和評估邏輯電路等全部集成到一塊芯片之中。一個典型的例子如專門針對要求苛刻的消費應(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和一個用于提供誤差插補、黑電平調(diào)整、透鏡校正、信號互串校正、彩色馬賽克修補、彩色校正、自動曝光、噪聲抑制、特效和校正等等諸多功能的附加信號處理器。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容量和開發(fā)成本等經(jīng)濟目標和限制因素。當今的CMOS圖像轉(zhuǎn)換技

39、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應(yīng)用所接納。此外，它還能確保汽車駕駛時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)濟性的全新自動化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的一環(huán)。據(jù)市場研究IMS Research的預(yù)測，在未來的幾年中，歐洲工業(yè)圖像處理市場的年成長率將達到6%，其中，在相機中集成了軟件功能的智能型解決方案的市場份額將不斷擴大。在德國，據(jù)其全國工具機供應(yīng)商協(xié)會VDMA提供的數(shù)據(jù)，2004年的圖像處理市場增長率達到了14%。市場調(diào)研In-Stat/MDR亦指出，單就圖像傳感器

40、的次級市場而言，其年成長率將高達30%以上，而且這種情況將持續(xù)到2008年。最為重要的是：CMOS傳感器的成長速度將達到CCD傳感器的七倍，照相手機和數(shù)碼相機的迅速普及是這種需求的主要推動因素。顯然，人們?nèi)绱丝春肅MOS圖像轉(zhuǎn)換器的成長前景是基于這樣一個事實，即：與壟斷該領(lǐng)域長達30多年的CCD技術(shù)相比，它能夠更好地滿足用戶對各種應(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)濟的方式來實現(xiàn)的新穎應(yīng)用。另外，還有一些有利于CMOS傳感器的“軟”標準

41、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，因為這些標準的重要程度將由于應(yīng)用的不同(消費、工業(yè)或汽車)而發(fā)生變化。細節(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，拍攝一幅完整場景的照片是一件相當普通的事情，照相手機同樣如此。但是，對于工業(yè)或汽車應(yīng)用來說，情況就大不一樣了：有些場合并不需要很高的全幀數(shù)據(jù)速率。比如，在監(jiān)控攝像機中，只要能夠發(fā)現(xiàn)一幅場景中出現(xiàn)的變化（因為這種變化可能預(yù)示著某種可疑情況），那么分辨率低一點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節(jié)信息。跟著發(fā)生的動作將只在攝像機視場的某一部分當中進行播

42、放，而且，在所捕獲的場景中，只有這一部分才是監(jiān)控人員所關(guān)注的。對于只提供全幀圖像的CCD圖像傳感器而言，只有采用一個分離的評估電路才能夠提供兩個觀測角度，這意味著處理時間和成本的增加。然而，CMOS圖像傳感器的工作原理則與RAM相似，所有的存儲位均可單獨讀出。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選擇一塊感興趣的區(qū)域。CMOS傳感器坐擁高靈敏度、寬動態(tài)范圍和低功耗優(yōu)勢最新CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個衡量尺度是填充因子(感光面積與整個像素面積之比)與量子效率(由轟擊屏幕的

43、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很大的填充因子。而在CMOS圖像傳感器中，為了實現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標和靈敏度水平，人們給CMOS圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS)，并且導致填充因子降低，原因是像素表面相當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，當今CMOS傳感器的一個重要的開發(fā)目標就是擴大填充因子。賽普拉斯(FillFactory)通過其獲得專利授權(quán)的一項技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標準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，對于一個典型的工業(yè)用圖象

44、傳感器而言，由于許多場景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進行的，因此擁有較大的動態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS圖像傳感器通過多斜率操作實現(xiàn)了這一目標：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非線性特征曲線。因此，一幅場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，以實現(xiàn)高靈敏度和對比度。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數(shù)量級的過度曝光，并以一個更加細致的標度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運作LUPA-4000將使高達90dB的光動態(tài)范圍與一個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

45、感器在此基礎(chǔ)上更進一步；它們是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計的。其像素由光電二極管組成，可提供高達120dB的自適應(yīng)動態(tài)范圍。面向汽車應(yīng)用的ACM 100相機模塊就采用了這些傳感器，這種相機模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機解決方案：該視覺解決方案被看作是面向駕駛者保護、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導向的未來汽車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。此外，對于獨立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱的CMOS技術(shù)還具有一個明顯的優(yōu)勢：CMOS圖像傳感器是針對5V和3.3V電源電壓而設(shè)計的。而CCD芯片則需要大約12V的電源電壓，因此不得不采用一個電壓轉(zhuǎn)換器，從而導致功耗增加。在總功耗方面，把控制和系統(tǒng)功能集成到C

46、MOS傳感器中將帶來另一個好處：它去除了與其他半導體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動器如今已遭棄用，這是因為在芯片內(nèi)部進行通信所消耗的能量要比通過PCB或襯底的外部實現(xiàn)方式低得多。擴展光譜靈敏度和提高分辨率是大趨勢在現(xiàn)代CMOS圖像傳感器中，一個重要的發(fā)展趨勢是其光譜靈敏度擴展到了近紅外區(qū)NIR(至約1,100nm的波長)。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)開始運用更多波長位于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700900nm的NIR靈敏度。在面向消費

47、應(yīng)用的圖像捕獲技術(shù)中，另一個發(fā)展趨勢是繼續(xù)提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手機相機已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但隨后的2006年，幾百萬像素的傳感器就將占領(lǐng)50%的市場份額，而到2008年，其市場占有率預(yù)計將進一步攀升至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)，可進行12位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，并提供了72dB的寬廣動態(tài)范圍，而目前市面上的10位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍僅為60dB。逐行掃描模式中的幀速率高達30幀/秒，因而可錄制實況視頻節(jié)目。在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中，這種發(fā)展趨勢也很明顯：賽普拉斯已推出一款用

48、于Kodak數(shù)碼相機的1,300萬像素/35mm圖像傳感器，另外，660萬像素的IBIS 4-6600傳感器正在一種面向弱視人群的自動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準A4頁面上提供出色的分辨率。憑借技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)集成 由于蜂窩電話、數(shù)碼相機、MP3播放機和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型電子產(chǎn)品)，導致人們越來越希望至少具有部分自主性的子系統(tǒng)能夠在一部設(shè)備中提供極為寬泛的功能。這種趨勢還將對專業(yè)測量技術(shù)產(chǎn)生影響：利用包含一個數(shù)碼相機、PDA用戶接口和WLAN聯(lián)網(wǎng)能力的便攜式檢驗工具，光測試和監(jiān)視的應(yīng)用范圍將得到有效的拓展。作為一種平臺技術(shù)，CM

49、OS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現(xiàn)控制和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能，而CMOS標準邏輯器件則能夠把傳感器、控制器、轉(zhuǎn)換器和評估邏輯電路等全部集成到一塊芯片之中。一個典型的例子如專門針對要求苛刻的消費應(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和一個用于提供誤差插補、黑電平調(diào)整、透鏡校正、信號互串校正、彩色馬賽克修補、彩色校正、自動曝光、噪聲抑制、特效和校正等等諸多功能的附加信號處理器。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容量和開發(fā)成本等經(jīng)濟目標和限制因素。當今

50、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應(yīng)用所接納。此外，它還能確保汽車駕駛時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)濟性的全新自動化解決方案中，它至今仍然是至關(guān)重要的一環(huán)。據(jù)市場研究IMS Research的預(yù)測，在未來的幾年中，歐洲工業(yè)圖像處理市場的年成長率將達到6%，其中，在相機中集成了軟件功能的智能型解決方案的市場份額將不斷擴大。在德國，據(jù)其全國工具機供應(yīng)商協(xié)會VDMA提供的數(shù)據(jù)，2004年的圖像處理市場增長率達到了14%。市場調(diào)研In-Stat/MDR亦

51、指出，單就圖像傳感器的次級市場而言，其年成長率將高達30%以上，而且這種情況將持續(xù)到2008年。最為重要的是：CMOS傳感器的成長速度將達到CCD傳感器的七倍，照相手機和數(shù)碼相機的迅速普及是這種需求的主要推動因素。顯然，人們?nèi)绱丝春肅MOS圖像轉(zhuǎn)換器的成長前景是基于這樣一個事實，即：與壟斷該領(lǐng)域長達30多年的CCD技術(shù)相比，它能夠更好地滿足用戶對各種應(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)濟的方式來實現(xiàn)的新穎應(yīng)用。另外，還有一些有利于CMO

52、S傳感器的“軟”標準在起作用，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，因為這些標準的重要程度將由于應(yīng)用的不同(消費、工業(yè)或汽車)而發(fā)生變化。細節(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，拍攝一幅完整場景的照片是一件相當普通的事情，照相手機同樣如此。但是，對于工業(yè)或汽車應(yīng)用來說，情況就大不一樣了：有些場合并不需要很高的全幀數(shù)據(jù)速率。比如，在監(jiān)控攝像機中，只要能夠發(fā)現(xiàn)一幅場景中出現(xiàn)的變化（因為這種變化可能預(yù)示著某種可疑情況），那么分辨率低一點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節(jié)信息。跟著發(fā)生的動作將只在攝像機視場

53、的某一部分當中進行播放，而且，在所捕獲的場景中，只有這一部分才是監(jiān)控人員所關(guān)注的。對于只提供全幀圖像的CCD圖像傳感器而言，只有采用一個分離的評估電路才能夠提供兩個觀測角度，這意味著處理時間和成本的增加。然而，CMOS圖像傳感器的工作原理則與RAM相似，所有的存儲位均可單獨讀出。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選擇一塊感興趣的區(qū)域。CMOS傳感器坐擁高靈敏度、寬動態(tài)范圍和低功耗優(yōu)勢最新CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個衡量尺度是填充因子(感光面積與整個像素面積之比)與量

54、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很大的填充因子。而在CMOS圖像傳感器中，為了實現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標和靈敏度水平，人們給CMOS圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS)，并且導致填充因子降低，原因是像素表面相當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，當今CMOS傳感器的一個重要的開發(fā)目標就是擴大填充因子。賽普拉斯(FillFactory)通過其獲得專利授權(quán)的一項技術(shù)，可以大幅度地提高填充因子，這種技術(shù)可以把一顆標準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，對于

55、一個典型的工業(yè)用圖象傳感器而言，由于許多場景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進行的，因此擁有較大的動態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS圖像傳感器通過多斜率操作實現(xiàn)了這一目標：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非線性特征曲線。因此，一幅場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，以實現(xiàn)高靈敏度和對比度。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數(shù)量級的過度曝光，并以一個更加細致的標度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運作LUPA-4000將使高達90dB的光動態(tài)范圍與一個10位A/D轉(zhuǎn)換范圍相匹配。具有VGA分辨率的IM-00

56、1系列CMOS圖像傳感器在此基礎(chǔ)上更進一步；它們是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計的。其像素由光電二極管組成，可提供高達120dB的自適應(yīng)動態(tài)范圍。面向汽車應(yīng)用的ACM 100相機模塊就采用了這些傳感器，這種相機模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機解決方案：該視覺解決方案被看作是面向駕駛者保護、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導向的未來汽車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。此外，對于獨立于電網(wǎng)的便攜式應(yīng)用而言，以低功耗特性而著稱的CMOS技術(shù)還具有一個明顯的優(yōu)勢：CMOS圖像傳感器是針對5V和3.3V電源電壓而設(shè)計的。而CCD芯片則需要大約12V的電源電壓，因此不得不采用一個電壓轉(zhuǎn)換器，從而導致功耗增加。在總功耗方面，把控

57、制和系統(tǒng)功能集成到CMOS傳感器中將帶來另一個好處：它去除了與其他半導體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動器如今已遭棄用，這是因為在芯片內(nèi)部進行通信所消耗的能量要比通過PCB或襯底的外部實現(xiàn)方式低得多。擴展光譜靈敏度和提高分辨率是大趨勢在現(xiàn)代CMOS圖像傳感器中，一個重要的發(fā)展趨勢是其光譜靈敏度擴展到了近紅外區(qū)NIR(至約1,100nm的波長)。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)開始運用更多波長位于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700900nm的NI

58、R靈敏度。在面向消費應(yīng)用的圖像捕獲技術(shù)中，另一個發(fā)展趨勢是繼續(xù)提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手機相機已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但隨后的2006年，幾百萬像素的傳感器就將占領(lǐng)50%的市場份額，而到2008年，其市場占有率預(yù)計將進一步攀升至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)，可進行12位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，并提供了72dB的寬廣動態(tài)范圍，而目前市面上的10位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍僅為60dB。逐行掃描模式中的幀速率高達30幀/秒，因而可錄制實況視頻節(jié)目。在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域中，這種發(fā)展趨勢也很明顯：

59、賽普拉斯已推出一款用于Kodak數(shù)碼相機的1,300萬像素/35mm圖像傳感器，另外，660萬像素的IBIS 4-6600傳感器正在一種面向弱視人群的自動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準A4頁面上提供出色的分辨率。憑借技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)集成 由于蜂窩電話、數(shù)碼相機、MP3播放機和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型電子產(chǎn)品)，導致人們越來越希望至少具有部分自主性的子系統(tǒng)能夠在一部設(shè)備中提供極為寬泛的功能。這種趨勢還將對專業(yè)測量技術(shù)產(chǎn)生影響：利用包含一個數(shù)碼相機、PDA用戶接口和WLAN聯(lián)網(wǎng)能力的便攜式檢驗工具，光測試和監(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