高清时代CMOS大有可为

    【CPS中安网 cps.com.cn】在视频监控摄像机领域里，图像传感器是决定图像分辨率的关键因素之一。作为监控摄像机的核心部件，图像传感器不仅决定着图像的质量，同时也是摄像机成本高低的重要因素。目前，CCD和CMOS图像传感器在安防监控领域都有着各自的市场份额。在IP监控领域，CMOS比CCD具备更好的图像性能、更低的成本、更高的集成度、更低的功耗和更快的速度，因而在网络摄像机中的应用不断增加，CMOS图像传感器将在高清监控中大面积普及。

　　CCD与CMOS的技术特点

　　据了解，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。

　　成像过程

　　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。

　　集成度

　　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。

　　电源、功耗和体积

　　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。

　　性能指标

　　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。

　　CMOS传感器关键技术取得突破

　　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。

　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。

　　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。

　　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。

　　CMOS比CCD更适合高清监控

　　在标清监控时代，无论是模拟摄像机还是标清网络摄像机，使用最广泛的是CCD。而在高清监控时代，情况将会有所改变。尽管CMOS传感器图像品质总体上还不如CCD，但它在成本上的优势对CCD还是造成了非常大的威胁。当然，两者博弈的结果最终将由性价比决定，谁既能保证比较好的图像品质又不贵谁就胜出。

　　从目前的趋势来看，CMOS胜出的机会明显更大。

　　一方面，随着技术的发展，CMOS的灵敏度正在得到快速改善，据悉目前市场上致力于CMOS研究的厂商已经研发出灵敏度性能与CCD接近的720P与1080P专用CMOS器件。另一方面，尽管相同尺寸的CCD传感器分辨率优于CMOS传感器，但如果不考虑尺寸限制，CMOS在量率上的优势可以有效克服大尺寸感光原件制造的困难，这样CMOS在更高分辨率下

　　将更有优势。另外，CMOS响应速度比CCD快，因此更适合高清监控的大数据量特点。

　　网络监控系统中使用的CMOS图像传感器必须具有相对较高的分辨率，在60帧/秒等高帧率下能够达到720P或1080P。虽然标准的视频帧率为30fps，但60fps的帧率为摄像头厂商提供了更大的灵活性，可以调整快门宽度以撷取场景内快速移动的物体。

　　高清视频监控转向CMOS图像传感器的原因之一是CMOS具有更低功耗的固有特性。功耗更低的CMOS图像传感器还综合了多项省电功能。此外，对于数字或网络摄像机来说，接口选项的数量增多，千兆位以太网、HDCCTV和同轴线缆IP等都可作为高清视频的接口选择。

　　因此，尽管CCD摄像机与CMOS摄像机在不同的应用场景下各有优势，但随着CMOS工艺和技术的不断提升，以及高端CMOS价格的不断下降，未来高清网络摄像机将更多选择CMOS。

　　结束语

　　随着CMOS技术的改进，其低照效果和噪声控制得到了很大的改善，在低照这方面已将达到可以媲美CCD的效果。作为百万像素高清网络摄像机的核心部件，CMOS图像传感器以已经有逐渐取代CCD感光器的趋势。随着目前市场上视频监控系统向高清化与智能化的方向发展，CCD摄像机自身的劣势已变得越来越突出，而CMOS能更好地适应视频监控网络化、集成化、高清化与智能化方向发展的需要。

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