百萬高清一體化機(jī)芯的關(guān)鍵技術(shù)和選擇標(biāo)準(zhǔn)

文/仲偉

百萬高清一體化機(jī)芯的關(guān)鍵技術(shù)和選擇標(biāo)準(zhǔn)

文/仲偉

高清機(jī)芯市場(chǎng)需求激增

面對(duì)視頻監(jiān)控高清化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì),隨著百萬高清監(jiān)控以成熟的技術(shù)和合理的價(jià)格對(duì)整個(gè)視頻監(jiān)控市場(chǎng)的滲透，百萬高清的數(shù)字視頻監(jiān)控時(shí)代已經(jīng)來臨，并在進(jìn)一步完善和提高。

目前，傳統(tǒng)機(jī)芯的價(jià)格每年約有10%左右的下降，但是新的高像素、高清晰度的機(jī)芯價(jià)格仍舊比較高，利潤(rùn)豐厚，從2009年下半年開始，國(guó)外廠商加大對(duì)高清產(chǎn)品的開發(fā)和推廣力度，日韓公司率先推出了高清機(jī)芯產(chǎn)品。2010年索尼和三星主推模擬高清機(jī)芯，而日立公司則推出了數(shù)字高清機(jī)芯。百萬像素的數(shù)字高清將原來D1的40萬像素提高到百萬像素，使得日立的130萬像素高清一體化攝像機(jī)迅速占領(lǐng)了高清機(jī)芯的市場(chǎng)，并且供不應(yīng)求。2011年Sony、日立先后又推出了200萬像素?cái)?shù)字高清一體化機(jī)芯，市場(chǎng)反應(yīng)良好。2012年三星也推出了自己的200萬像素機(jī)芯。

除了日韓公司外，國(guó)內(nèi)機(jī)芯企業(yè)推出的大都是130萬像素的高清機(jī)芯，200萬像素的機(jī)芯產(chǎn)品都還未量產(chǎn)發(fā)布。目前，200萬高清球型攝像機(jī)使用都大多是日立、索尼的機(jī)芯。國(guó)外雖然在高清技術(shù)方面走的比較靠前，但針對(duì)高清一體化機(jī)芯這一塊產(chǎn)品也剛開始起步，同時(shí)國(guó)外的產(chǎn)品價(jià)格比較高，不適合大規(guī)模應(yīng)用。國(guó)內(nèi)一些大的安防公司，比如大華股份正是抓住了這樣一個(gè)機(jī)遇，適時(shí)推出200萬高清一體化機(jī)芯，很好的補(bǔ)全了更高像素的高清一體化機(jī)芯的類型，能更好的滿足市場(chǎng)的需求。

高清一體化機(jī)芯之所以很受市場(chǎng)歡迎，除了因?yàn)橛心M機(jī)芯不能比擬的圖像清晰度外，還因?yàn)槠渑渖锨驒C(jī)后優(yōu)秀的控制功能，能針對(duì)一些場(chǎng)景進(jìn)行快速的跟拍、抓拍。目前，在社會(huì)治安監(jiān)控、平安城市、平安校園等項(xiàng)目的建設(shè)中，很多客戶指明必須使用高清機(jī)芯，以便為查處違法車輛、犯罪嫌疑人等提供重要的技術(shù)手段和證據(jù)。

高清機(jī)芯技術(shù)發(fā)展更為嚴(yán)格

高清機(jī)芯是集嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、鏡頭控制技術(shù)、自動(dòng)聚焦技術(shù)等結(jié)合在一起的新技術(shù)。近兩年來，機(jī)芯產(chǎn)品雖是在不斷推陳出新，但圖像質(zhì)量、變焦速度、聚焦速度依然是衡量高清機(jī)芯性能的重要指標(biāo)。圖像質(zhì)量的好壞是用戶最直觀的體驗(yàn)。圖像質(zhì)量大致可以分為兩方面，白天用戶會(huì)強(qiáng)調(diào)圖像的清晰度、色彩還原；夜晚會(huì)強(qiáng)調(diào)低照效果。如何才能獲取更好的圖像質(zhì)量，這是一個(gè)很難回答的問題，它與傳感器，鏡頭、圖像處理等都有很大的關(guān)系。

一體機(jī)鏡頭及相關(guān)光學(xué)部分是一體化攝像機(jī)機(jī)芯的成像系統(tǒng)，其直接影響一體化攝像機(jī)機(jī)芯的品質(zhì)。由于一體機(jī)鏡頭受到體積及成本的限制，鏡頭要做到長(zhǎng)焦距，高解析，同時(shí)保證進(jìn)光量等難度相對(duì)較大。目前高端的鏡頭主要被日本廠商所掌握，如騰龍、富士能等。標(biāo)清一體機(jī)鏡頭焦距已經(jīng)有10倍、12倍、18倍、22倍、26倍、36倍，37倍甚至更高。隨著高清攝像機(jī)需求的凸顯，騰龍2010年推出了18倍百萬像素的高解析度的一體機(jī)鏡頭。但是隨著一體化攝像機(jī)機(jī)芯對(duì)圖像效果要求越來越高，日韓的機(jī)芯廠商如三星已經(jīng)自己著手開發(fā)鏡頭，如改大標(biāo)清鏡頭光學(xué)孔徑，配合1/3英寸的圖像傳感器來提升機(jī)芯的圖像效果，研制高解析的標(biāo)清鏡頭提高圖像線數(shù)，開發(fā)百萬像素高清鏡頭來降低成本，這些都使得機(jī)芯產(chǎn)品更有競(jìng)爭(zhēng)力。

一體化機(jī)芯用的圖像傳感器主要有CCD和CMOS兩種，由于CCD工藝復(fù)雜、成本較高，像素提升難度大，后端DSP處理技術(shù)較CMOS難度大，同時(shí)，最新的CMOS在低噪度方面有很大提高，CMOS傳感器用于高清一體化攝像機(jī)機(jī)芯越來越多。日立最先推出的130萬像素的機(jī)芯是采用CCD傳感器，后續(xù)索尼、日立、三星推出的200萬高清機(jī)芯都是采用CMOS作為傳感器，而且隨著CMOS傳感器技術(shù)的積累與發(fā)展，如Sony的Exmor技術(shù)，飽受詬病的CMOS的低照效果等都有了很大改善，有些甚至好于CCD，可以預(yù)見CMOS圖像傳感器會(huì)逐漸成為高清機(jī)芯的主流。

對(duì)國(guó)內(nèi)廠家而言，傳感器和鏡頭都是選用別家的，而將精力集中在圖像處理上，以提高自己的核心競(jìng)爭(zhēng)力。每家的圖像處理技術(shù)都是各有千秋，圖像風(fēng)格也不盡相同，有些廠家喜歡柔和的畫面，有些廠家喜歡對(duì)比度高的圖像，有些以Sony套片為平臺(tái)，有些采用FPGA作為平臺(tái)。圖像的清晰度不能只靠實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的線數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)，還要看實(shí)際場(chǎng)景。因?yàn)槟承└咔鍣C(jī)芯燈箱線數(shù)很高，但看實(shí)際場(chǎng)景圖像卻顯的很不透徹。各家對(duì)圖像色彩還原性的理解上也不一樣。由于算法原理上的原因，無論哪家機(jī)芯都不能保證對(duì)每個(gè)顏色的還原都是正確的。比如日立130萬機(jī)芯的白平衡主要是針對(duì)西方人，所以東方人看起來就覺得顏色就偏黃，偏亮。而大華的高清圖像處理平臺(tái)，則以真實(shí)的還原再現(xiàn)圖像為原則，適用的色溫范圍很廣，為用戶提高高清晰度、最接近于實(shí)際場(chǎng)景的畫面。

自動(dòng)聚焦技術(shù)可以說是機(jī)芯的核心技術(shù)，百萬像素級(jí)的聚焦算法更是需要有獨(dú)到之處。目前國(guó)內(nèi)只有少數(shù)廠家有自己的自動(dòng)聚焦技術(shù)，多數(shù)廠家還是購(gòu)買日韓的聚焦方案。使用別人的聚焦方案開發(fā)產(chǎn)品雖快，但因?yàn)殪`活性差，不能根據(jù)市場(chǎng)、客戶需求持續(xù)優(yōu)化，使用別人的聚焦方案不是長(zhǎng)久之計(jì)，久而久之，能在日益激烈的機(jī)芯市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中存活下來的只有那些有自己聚焦算法的公司。自動(dòng)聚焦不僅需要速度快，比如用戶使用機(jī)芯做道路監(jiān)控，需要大倍抓拍遠(yuǎn)處車牌，當(dāng)他從小倍變倍到大倍后，圖像一般不是最清楚，需要聚焦才能最清楚，聚焦的時(shí)間就要求很快，否則需要抓拍的車輛已經(jīng)開過了。除了快外，自動(dòng)聚焦還需要穩(wěn)定，同樣以道路監(jiān)控為例，就不能受來來往往的人、車的影響，不能總是反復(fù)觸發(fā)聚焦。

高清機(jī)芯的選擇標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)機(jī)芯廠家來說，支持哪些控制協(xié)議、電源電壓范圍、使用什么線纜傳輸?shù)榷紝⑹且紤]的問題。因?yàn)檫@將決定使用機(jī)芯做二次開發(fā)的球機(jī)客戶的工作量，這些客戶通常都是先采用過索尼，日立的機(jī)芯。事實(shí)上，索尼接口與日立接口已經(jīng)成為公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)廠家在開發(fā)自己機(jī)芯的時(shí)候通常兼容他們的接口以及協(xié)議。

作為監(jiān)控系統(tǒng)的眼睛，機(jī)芯的穩(wěn)定性相當(dāng)重要。構(gòu)成機(jī)芯的每個(gè)部件都是相當(dāng)精密的儀器，不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等產(chǎn)品，機(jī)芯鏡頭上有可運(yùn)動(dòng)的部件——馬達(dá)。我們見到過某些廠家的機(jī)芯在東北等寒冷天氣的地區(qū)因?yàn)殓R頭馬達(dá)被凍住不能聚焦，見過機(jī)芯在廣東等熱帶地區(qū)下死機(jī)，這些都是因?yàn)闄C(jī)芯廠家研發(fā)過程中沒有做充分的測(cè)試，也是對(duì)客戶不負(fù)責(zé)的做法。機(jī)芯需要在各種環(huán)境下正常工作，以大華為例，他們的樣機(jī)都要經(jīng)過-10～60攝氏度的高低溫測(cè)試、更高溫度的可靠性測(cè)試、30天無故障的穩(wěn)定性測(cè)試，生產(chǎn)上嚴(yán)格的質(zhì)量控制，保證批量出廠的每一臺(tái)機(jī)芯都能達(dá)到最佳效果。

機(jī)芯的功能，目前各家的產(chǎn)品都相差不多，比如背光補(bǔ)償、曝光補(bǔ)償?shù)?，這些都是標(biāo)配，每個(gè)機(jī)芯都會(huì)有。為了突出自己的產(chǎn)品，各家開始著手與新功能的開發(fā)，比如寬動(dòng)態(tài)、隱私遮擋等。但也有只為了吸引眼球不實(shí)用的功能，比如防抖動(dòng)，這個(gè)功能的效果目前都不明顯。一些廠家玩起了“概念”，對(duì)舊的概念做下保證，然后當(dāng)做新功能推出。這對(duì)客戶在產(chǎn)品的選擇上也找成了一些困擾。產(chǎn)品的選擇上，建議按需選取，這樣既能保證滿足需求，又能節(jié)省整個(gè)監(jiān)控工程的費(fèi)用。比如，在人流量、車流量多的廣場(chǎng)、路口，推薦使用分辨率更高的200萬像素高清機(jī)芯；如果機(jī)芯經(jīng)常工作在背光場(chǎng)景，寬動(dòng)態(tài)機(jī)芯是個(gè)很好的選擇，而在非背光場(chǎng)景，就不用選擇帶寬動(dòng)態(tài)機(jī)芯，因?yàn)閹拕?dòng)態(tài)功能的相機(jī)普遍會(huì)比非寬動(dòng)態(tài)的價(jià)格貴；某些山寨公司的機(jī)芯雖然價(jià)格便宜，但穩(wěn)定性差，重要監(jiān)控點(diǎn)就需要選擇大品牌、有質(zhì)量保證的機(jī)芯。

創(chuàng)新高清機(jī)芯的發(fā)展動(dòng)力

現(xiàn)在的高清機(jī)芯市場(chǎng)上主要還是以130萬像素、200萬像素為主，倍數(shù)一般也只有20倍。機(jī)芯的核心部件鏡頭、傳感器、圖像處理技術(shù)、聚焦技術(shù)等，每一個(gè)模塊都制約著機(jī)芯的發(fā)展。創(chuàng)新是機(jī)芯發(fā)展的唯一出路，只有不斷創(chuàng)新，持續(xù)改進(jìn)才能在日益激烈的安防行業(yè)生存下去。不創(chuàng)新，像Nokia、Motorola這樣的巨頭也會(huì)落后。雖然目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還是以日韓的高清機(jī)芯居多，但昂貴的價(jià)格、偏慢的客戶響應(yīng)速度都制約著它的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)高清機(jī)芯雖是后來者，但追趕之勢(shì)很猛，正在逐步縮小與日韓巨頭的差別。

隨著機(jī)芯鏡頭與傳感器技術(shù)的發(fā)展，肯定會(huì)有更高分辨率、更高倍數(shù)、更低照度的機(jī)芯面世來滿足用戶更高的監(jiān)控需求。圖像處理技術(shù)會(huì)更智能，使得圖像還原更佳，并能根據(jù)場(chǎng)景自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像參數(shù)，比如現(xiàn)在機(jī)芯的寬動(dòng)態(tài)功能，需要針對(duì)寬動(dòng)態(tài)場(chǎng)景手動(dòng)開啟，并調(diào)節(jié)強(qiáng)度，今后的機(jī)芯將會(huì)更加智能，能做到自動(dòng)識(shí)別出寬動(dòng)態(tài)場(chǎng)景并調(diào)整圖像參數(shù)。聚焦也會(huì)越來越快，為用戶帶來更好的用戶體驗(yàn)?？傊?，高清機(jī)芯的性能會(huì)越來越強(qiáng)，價(jià)格卻會(huì)越來越便宜。

作者單位：浙江大華技術(shù)股份有限公司