文/吳德鐘

高清一體機機芯技術特點

文/吳德鐘

高清一體化攝像機一般專指使用百萬像素鏡頭內嵌、可自動聚焦的攝像機，它主要有高清一體化槍機、高清球形攝像機(高清球機)等，在這些產品中核心部件為高清一體化攝像機機芯。 相比普通高清攝像機，使用高清一體機機芯機芯的攝像機監(jiān)控范圍廣，特別是高清球機，它能實現全方位遠距離監(jiān)控。相比標清一體化攝像機，高清一體化攝像機圖像細致清晰、色彩準確而亮麗、畫面通透感好、無行間閃爍，其畫質是標清一體化攝像機無可比擬的。普通攝像機稍遠距離監(jiān)控只能達到“看得見”程度，球機在這個距離可以表現到“看得清”，而配備高清一體機機芯機芯的高清球機更是將這個效果表現到極致。

高清一體機機芯機芯的技術構造與特點

鏡頭

高清一體機機芯機芯主要由三個重要部分構成：鏡頭（光學部分）、傳感器（光電轉換）和ISP（影像處理）。一體化攝像機鏡頭采用變倍變焦鏡頭，分標清鏡頭和高清鏡頭兩類，統(tǒng)稱一體機鏡頭。除光學鏡片組外，一體機鏡頭還包括濾光片切換部件、步進電機控制部件、光圈控制部件等，在標清一體機機芯中，很多產品省略了濾光片切換部件及光圈控制部件，但在高清一體機機芯機芯中，這些部件是必不可少的。評判高清一體機機芯鏡頭品質的標準大致可以分為：光學性能、關鍵部件的穩(wěn)定性和一致性。光學性能主要參考各種光學倍數下鏡頭的解像力；其它還包括鬼影、紫邊、色散等問題嚴重性。關鍵部件主要包括鏡片組、光圈、馬達和濾光片切換等，這些部件的穩(wěn)定性、一致性將影響高清一體機機芯的穩(wěn)定性與一致性。

目前高清一體機機芯鏡頭大致可以分為日系鏡頭和國產鏡頭。經過多年的發(fā)展，國產標清一體化攝像機鏡頭已基本成熟，已有多家國內廠家技術水平已接近日系鏡頭，并以其性價比優(yōu)勢成為目前市場標清一體機的主流選擇。在標清一體機多年技術和經驗積累的基礎上，部分國內廠家也已研發(fā)出高清一體機機芯鏡頭，經過我們的測試評估，其性能也基本達到或接近日系鏡頭水平。盡管目前市場上高清一體機機芯鏡頭大多采用日系鏡頭，但相信不久的將來國產高清一體機機芯鏡頭仍將被市場普遍認可。

傳感器

傳感器是攝像機中至關重要的部件，它決定了攝像機的極限性能。監(jiān)控用攝像機的特點是適應各種環(huán)境下全天侯持續(xù)使用，這既要求傳感器達到低照所需靈敏度，同時也要求其適應達到工業(yè)級標準的耐用性和可靠性。在標清攝像機時代，傳感器主要采用CCD傳感器，主要由索尼公司和SHARP公司提供，CCD傳感器的高靈敏度和耐用性可靠性高的特點是它相比CMOS傳感器的最大優(yōu)勢。在高清攝像機的初期，傳感器仍主要采用CCD，隨著索尼、松下等公司在技術上的突破，CMOS傳感器的靈敏度及耐用性可靠性也已接近或達到CCD的水平，因此高清攝像機時代，CCD傳感器將逐步為CMOS傳感器取代。

目前市面上高性能CMOS傳感器主要有索尼公司的IMX122/IMX136系列CMOS高清傳感器和PANASONIC公司最新推出的MN34031/MN34041 CMOS高清傳感器，其低照性能和耐用性已經接近或達到CCD水平，Aptina公司推出的9M034和AR0331 CMOS高清傳感器的低照性能也較好，價格也相對低廉一些，也是一個選擇。 從技術上看，CMOS易于實現高解析度，DSP處理和發(fā)熱方面也相對優(yōu)于CCD。目前采用最新的CMOS圖像傳感器的攝像機在圖像質量方面明顯優(yōu)于CCD。因此，CMOS傳感器用于高清攝像機將是未來發(fā)展的趨勢。

ISP（image signal processor）

高清一體機機芯的性能除鏡頭和傳感器外很大程度由ISP性能決定。ISP的主要功能包括亮色分離、3A（AE、AWB、AF）、圖像后處理（亮度增強、銳化、降噪等），其中AF實現一體機的對焦功能，是一體機區(qū)別普通攝像機的特有功能。

區(qū)別于標清一體機，高清一體機機芯不再采用模擬聚焦技術，且更多采用集成在ISP芯片內的AF功能實現聚焦。鏡頭及傳感器是通用部件，因此高清一體機機芯的好壞將主要由ISP芯片的性能及運用的好壞決定。目前用于高清產品的ISP芯片大多數來自于國外廠商，如日立、索尼、韓國Nextchip等， 另外TI的365/368、海思的3516等媒體處理芯片也內置ISP模塊，采用這些芯片都是實現高清一體機機芯的可能途徑。國內方面，除海思3516外，成都動力視訊公司也研發(fā)出專門針對高清一體機機芯的專用ISP芯片PV8112，目前已進入樣機推廣階段，預計芯片將于2012年3季度正式銷售。PV8112芯片于高清一體機機芯有很強的針對性，其運用簡潔，方案完整，可適用國內外各種鏡頭和傳感器。從目前的樣機看，PV8112聚焦性能和畫質接近進口水平，是性價比較高的選擇。

自動聚焦（AF）

聚焦速度與聚焦觀感

好的一體機要求在保證好的聚焦觀感同時實現快速聚焦。聚焦觀感差的一體機往往需要多次較大范圍的來回往復聚焦，聚焦速度越快來回擺動范圍越大，這是因為大步長調焦造成在焦點的大幅度跨越。好的一體機通過在遠離焦點采用大步長調焦，在焦點附近采用小步長調焦的方式實現快速聚焦及良好聚焦觀感的兼顧，達到這一技術目標的難點是在調焦過程中如何判斷焦點的遠近。

小信號聚焦

小信號是指聚焦目標為平面物體且物體上的聚焦信息很少，如白墻上的縫隙。面對大小信號目標均能成功聚焦而不相互誤判是其難點，涉及對目標信號大小的準確分析判斷。差的一體機往往放棄對小信號的聚焦功能。

變倍跟蹤

好的一體機要求在變倍時圖像始終清晰且無明顯的來回聚焦現象。差的一體機往往通過截除部分長焦段來達到這一目的。好的變倍跟蹤技術涉及對鏡頭參數大量的數學分析及產品的在線參數修正。

低照下的對焦

在聚焦算子中，往往有相應的噪聲抑制參數，在低照條件下通過配置相應參數實現最佳低照聚焦。低照聚焦性能的好壞取決于聚焦算子及其參數的使用水平。

預置位聚焦

高速球大多工作在預置位巡航狀態(tài)，因此預置位的速度和穩(wěn)定性是十分重要的，而大家選擇一體機時往往忽略了這一性能。好的高清一體機機芯預置位聚焦速度可達兩秒，這可充分配合高速球的高速轉動。步進馬達軟硬件驅動的設計目標是實現鏡頭的極限速度。

除AF功能外，高清一體機機芯的優(yōu)越性還體現在與普通機相比更好的畫質上。鏡頭的鏡片組、濾光片對亮色分離和白平衡的效果影響極大，只有好的亮色分離才能獲得最佳清晰度和色彩還原性。一體機由于其集成的特點可通過針對鏡頭、濾光片對ISP參數的最佳配置而獲得最佳畫質。

目前，自動聚焦核心技術主要還是集中在日韓企業(yè)手上，不過，隨著技術的發(fā)展，國內企業(yè)對技術不斷深入學習與研究，目前也有部分國企在自動聚焦技術上有一定技術體現。如深圳菲特數碼公司在標清一體機自動對焦技術上擁有多年的研發(fā)經驗，并且已經研發(fā)出自動對焦專用處理芯片在市場上大量銷售；依托在標清自動對焦技術基礎，菲特公司在高清自動對焦技術也有獨到之處，即將推出的高清一體機機芯機芯無論在聚焦效果還是畫質效果都接近于日系廠商產品，它將是一款極具競爭力的產品。

數字高清一體機機芯機芯將成趨勢

安防行業(yè)正在經歷“數字化、網絡化、高清化、智能化”的方向發(fā)展，一體機機芯也不例外。一體機機芯在邁入高清時代，日韓公司率先推出了高清機芯產品。2010年索尼和三星主推模擬高清機芯，而日立公司則推出了數字高清機芯。模擬高清相對D1標清來說，參數指標上由原來480TVL提升到640TVL，而數字高清則由原來D1的40萬像素提高到百萬像素。因此，單從參數指標上可以看出模擬高清比標清整體效果提高了1/3，而數字高清提高了1倍多。同時，與數字高清一體機機芯比較，模擬高清一體機機芯在色彩還原上也有很大的差距。

另外，由于模擬高清在傳輸過程中的損耗較大，而百萬高清僅僅是高清最低的要求，因此，數字高清在圖像效果上要比模擬高清有更大優(yōu)勢。因此，數字高清一體機機芯機芯必將是一體機機芯發(fā)展的主要趨勢。

作者單位：深圳市菲特數碼技術有限公司