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低照度高清网络摄像机技术原理深度分析
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近几年,前端摄像机市场的竞争已经白热化,如何在这片红海中树立起自己的航标?以当前的市场格局来看,用户需求的细分化程度越来越深入,“超低照度”、“宽动态”、“智能透雾”等等这些从前只在高端产品中出现的名词,如今已渗透到各个应用领域。特别是超低照度摄像机,如今大多数生产厂家都已推出各具特色的不同价位的低照度高清网络摄像机,下面我们就从超低照度的技术发展路线和相关注意要点来逐步分析探讨。

一、“超低照度”到底是什么?

根据标准化的定义,目前安防行业将前端摄像机分为四个等级:普通级摄像机,一般照度均大于0.1Lux;照度范围在0.1 Lux0.01 Lux之间的摄像机,一般被称为低照度高清网络摄像机;而被称为月光级的摄像机,其照度范围均在0.01Lux0.001Lux;当照度范围达到并超过了0.0001Lux的时候,便达到了“星光级”的超低照度摄像机。

上面的数值虽然一直以来都被用作衡量摄像机产品是否是低照度的标准,但是仅以此视作低照度产品的标杆,是完全不够的,也是不负责任的一种表现。

那么,我们所说的“超低照度”到底是什么呢?根据无线电工程学会(IEEE)给出的标准定义:在广播级视频电平中,任何视频信号在播放时的亮度电平都不能超过100IRE。当视频输出电平的振幅低于原始振幅的30%时,视频信号提供的图像将视为不可用。

加上了IRE标注的低照度产品就能视为可信吗?回答依然是否定的,因为“光”的开口还被另一个器件——镜头把关着。

镜头的光圈大小,即f值的大小直接决定了产品的价格。光圈越大,f值越小,价格越高;反之亦然。一个需要镜头光圈f=0.9开口的星光级摄像机与一个需要镜头光圈f=1.2开口的星光级摄像机,你会选择哪个产品?这个问题或许不好回答,但如果我们换种方式提问:一个价格2万多元的星光级摄像机与一个价格只需要两千元左右的摄像机,两者功能无差异,只有镜头不同,大多数客户都会选择后者。

因此,本着“用户至上,诚信为本”的原则,以笔者所在的东莞迈视电子有限公司为例,我们将在f=1.2,振幅电平等于50%IRE情况下,照度达到0.001Lux0.0001Lux的摄像机叫做“月光级”和“星光级”摄像机,也只有这两类产品才属于“超低照度”摄像机的行列。以迅通的超低照度百万像素宽动态高清网络半球(月光级产品)为例,在同样的几乎无光的实验室内,其图像表现,我们能够捕捉到无光环境下的物品放置位置及亮光的存在。

1CCD的超低照度之路

一块CCD传感器即是一个感光面,但其光感性能却是由每个像素位的光感性能综合决定的。以经典的Sony HAD系列CCD传感器为例,在HAD系列传感器诞生之前,受限于当时电子制造业水平,CCD的光感性能在一段时间内遭遇了难以逾越的物理屏障。

如何在越来越小的传感器上得到质量良好的成像与低照度表现,第一代Super HAD传感器给出了答案:通过在每个像素点上安装经过形状优化设计的镀膜微小镜片,以保证光线准确到达传感器底部的基层板上,从而达到提高光利用率,使画面更清晰,照度更低。简而言之,Super HAD技术就是一个放在传感器前面的高效率放大镜,把光正确的引导至每个微小的像素孔里面,把原本灰暗的部分给点扫灭了。有了Super HAD技术的支撑,各大厂商纷纷推出了低照度摄像机产品,即在f=1.2的情况下,在光照强度不足0.1 Lux的环境中,输出图像依然能达到或超过30%IRE

2CMOS的超低照度之旅 

图像传感器的次级市场年成长率高达30%以上,其中80%的份额属于CMOS传感器。

是什么原因让CMOS发展如此惊人呢?对比CCD传感器,CMOS的光感性能决定于整块传感器的受光面积,而非各像素点的入射光强度。这个特性对于科研人员来说,就如同要其去用斧子去劈一块木桩与一根头发的区别。劈木桩,你只要考虑木桩在哪,斧子是否够利;然而要劈头发,首先得在动斧子之前找到那根头发,还得祈祷斧子下去时不要把头发给吹走。

有了方向,对应的方法就很简单了。斧头劈不开,那就换个可以倒立的木桩,如图3;斧子劈不到中心,那就找个小点的“树皮”薄点的木桩。通过如此举措,CMOS传感器成了“高性能”“低价格”的代名词,也逐步被市场认同和接受。本文出自于东莞安视电子有限公司,

 

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