文/郝秀杰

高靈敏度的圖像傳感器在監(jiān)控系統(tǒng)的需求定義

眾所周知，圖像傳感器的主要功能就是替代人眼，把人眼所看到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，實(shí)現(xiàn)視覺的延伸。目前廣泛應(yīng)用的面陣圖像傳感器主要分為CCD和CMOS兩大類，在監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機(jī)采用的圖像傳感器一直是CCD的天下，這是為什么呢？

我們生活中無時不刻會用到圖像傳感器芯片，手機(jī)、電腦攝像頭、監(jiān)控、玩具、醫(yī)療影像設(shè)備、Pad、數(shù)碼相機(jī)、Dv等數(shù)碼產(chǎn)品，像素從幾萬像素的膠囊攝像機(jī)，到30萬像素的電腦攝像頭，到幾百萬像素的手機(jī)攝像頭，到幾千萬像素的數(shù)碼相機(jī)，到幾億像素的高端專用相機(jī)。更高的清晰度一直是我們的追求，隨著半導(dǎo)體工藝的不斷提高，由于成本及集成度等諸多優(yōu)勢，目前從幾百萬到幾千萬像素的攝像產(chǎn)品基本上都以CMOS為主流，價格成本也不斷降低，但是時值今日，監(jiān)控攝像機(jī)最高才發(fā)展到兩百萬像素，而且主流監(jiān)控圖像傳感器產(chǎn)品依然以CCD為主，這是為什么呢？

原來，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用場景要比普通的數(shù)碼影像產(chǎn)品更加苛刻，考慮到暗光下的應(yīng)用需求，一般的高清的圖像傳感器無法滿足需求，日本的CCD產(chǎn)品在這一領(lǐng)域（高靈敏度/低照度）一直保持技術(shù)指標(biāo)領(lǐng)先，所以CCD在這一領(lǐng)域保持了長期的優(yōu)勢。

隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，攝像機(jī)的靈敏度越來越高，但是依然不能滿足監(jiān)控的需求，絕大多數(shù)還需要補(bǔ)光才能實(shí)現(xiàn)24小時監(jiān)控。

那么，一般民用的攝像機(jī)的靈敏度還需要多高才能滿足實(shí)際應(yīng)用需求呢？個人認(rèn)為，要達(dá)到人眼的敏感度水平。

這是由于通常的犯罪分子在作案時也需要肉眼視覺才能作案，如果是在完全無光的場景，正常走動恐怕都要要借助頭盔夜視儀的幫助，這顯然不是治安監(jiān)控所要求的場景。

那么肉眼視覺的極限是多少呢？一般來講，人眼在經(jīng)過一段時間的暗適應(yīng)以后，可以在0.1Lux左右的照度情況下正?；顒樱ㄒ蛉硕悾?。而正常情況下，城市及道路的照明或城市輝光可以滿足這一照度需求，所以目前大部分人們活動的夜間區(qū)域可以不用打手電筒。因此，對于公共安全的監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)的照度要達(dá)到這一要求即可滿足使用需求。

目前市面上的攝像機(jī)標(biāo)的照度比0.1Lux好的有很多，有的甚至可以標(biāo)到0.00002Lux，但是仔細(xì)研究才會發(fā)現(xiàn)，這些不過是通過幀累計增加曝光時間所達(dá)到的，所獲得的圖像不能連續(xù)顯示，并沒有實(shí)際的應(yīng)用價值。于是迫不得已，采取了紅外補(bǔ)光這一手段。

高靈敏度圖像傳感器的應(yīng)用價值

為了能夠?qū)崿F(xiàn)24小時不間斷的監(jiān)控，由于目前的監(jiān)控用圖像傳感器的靈敏度依然不夠好，所以紅外攝像機(jī)開始備受推崇。

因?yàn)榻鉀Q了“看得到”的問題，紅外攝像機(jī)一夜之間遍地開花，不管是標(biāo)清的還是百萬的，紅外燈幾乎成為現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)配。其實(shí)，紅外補(bǔ)光這一手段存在著很多弊端，相對客觀冷靜的歐洲市場一直抱有懷疑態(tài)度，國內(nèi)外真正的高端的治安監(jiān)控也不會大量采用。這是因外紅外補(bǔ)光所得到的黑白反差圖像使得人臉識別變得更加困難，反而不利于破案舉證。

此外，紅外燈的光衰、壽命、照射距離、均勻度、丁達(dá)爾現(xiàn)象等諸多問題也是難以解決。為了增加照射距離，不斷地加大功率，甚至使用大功率的激光管尤其危險！由于人眼對近紅外波長并不敏感，所以瞳孔不會收縮，因此，諸多大功率的紅外燈成為我們夜間出行眼睛的“隱形殺手”。

除此之外，也許大家沒有考慮到，經(jīng)過幾年使用后報廢的紅外Led由于封裝的樹脂材料在自然環(huán)境中很難降解所以產(chǎn)生的污染會很大。

幾年前在德國，我曾感到很奇怪，為何這個工業(yè)化如此發(fā)達(dá)的國家居然交通信號燈，鐵路信號等還采用燈泡，而在當(dāng)時國內(nèi)的壽命長效率高的Led指示燈已經(jīng)非常普及，當(dāng)?shù)厝说幕卮鹗撬麄兛紤]到環(huán)保的問題所以并不推薦大量使用。

對于公共治安監(jiān)控，歐洲大多采用高靈敏度的攝像機(jī)的解決方案，一方面有利于得到真實(shí)的圖像信息，以利于破案舉證，另一方面，在系統(tǒng)的使用壽命、穩(wěn)定性、環(huán)保等諸多方面有長遠(yuǎn)的使用價值。

高靈敏度圖像傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域及現(xiàn)實(shí)意義

由消費(fèi)類電子的圖像傳感器應(yīng)用可以看出，百萬像素的圖像傳感器技術(shù)門檻并不高，大量使用在手機(jī)、Pad、電腦等數(shù)碼產(chǎn)品中的200-500萬的模組也只要十幾元人民幣，可是能實(shí)現(xiàn)高靈敏度的圖像傳感器由于芯片成本相對較高，所以用量不如普通的大。傳統(tǒng)的高靈敏度CCD圖像傳感器主要應(yīng)用在軍事，邊防海防，道路監(jiān)控，森林防火等高端應(yīng)用領(lǐng)域。

如果可以將圖像傳感器靈敏度在可見光及近紅外的范圍做的更高，并能夠相對控制較低的成本，可以在安防監(jiān)控、汽車夜視、警用夜視、專用設(shè)備等很多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

總結(jié)起來如下：1、在需要重要的監(jiān)控場景，隱蔽安裝的場景，或者不允許有紅暴的場景，如鐵路監(jiān)控。可以不使用850Nm紅外補(bǔ)光而使用940Nm的無紅爆的小功率補(bǔ)光。2、在城市治安監(jiān)控可以免除或減少紅外補(bǔ)光，減小監(jiān)控攝像機(jī)的功耗和體積，提高錄像效果的真實(shí)性，延長系統(tǒng)壽命及穩(wěn)定性，減少光污染及降解污染。3、在消費(fèi)類監(jiān)控產(chǎn)品如嬰兒監(jiān)控攝像機(jī)，大幅減少紅外補(bǔ)光或免除紅外補(bǔ)光這一手段，為嬰兒的視覺健康助力。4、實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的汽車夜視儀，行車記錄儀等產(chǎn)品，為交通安全助力。5、實(shí)現(xiàn)體積小、重量輕、便攜高效的警用夜視監(jiān)視設(shè)備。6、實(shí)現(xiàn)野外夜間監(jiān)控更大觀測范圍，打獵攝像機(jī)、釣魚攝像機(jī)應(yīng)用。

中國的高靈敏度圖像傳感器的市場前景展望

在目前的監(jiān)控市場格局下，日本的CCD產(chǎn)品在高靈敏度上還是據(jù)有一定的優(yōu)勢，少數(shù)Ip攝像機(jī)廠家宣傳的高靈敏度百萬像素CMOS攝相機(jī)大多是在幀率，曝光時間，或圖像處理算法上做了些文章，其結(jié)果類似于幀累計，應(yīng)用的場景十分有限，真正在本質(zhì)上提高圖像傳感器的靈敏度和信噪比以及動態(tài)范圍等硬指標(biāo)才是解決攝像機(jī)“看得到”的根本辦法。

免除或減少紅外補(bǔ)光的使用，減少功耗、體積、污染，提高系統(tǒng)產(chǎn)品的可靠性，真實(shí)還原低照度場景下的圖像色彩，細(xì)節(jié)等諸多的應(yīng)用優(yōu)勢必定會給高靈敏度圖像傳感器芯片提供無限的市場前景。

由于網(wǎng)絡(luò)信息安全，國家安全等綜合因素，中國需要自己整套的自主核心技術(shù)的高端安防監(jiān)控芯片產(chǎn)品，完全自主知識產(chǎn)權(quán)高靈敏度的圖像傳感器芯片必將大顯身手。