圖像傳感技術在安防中的應用及發(fā)展趨勢

文/李俊江

圖像傳感技術應用非常廣泛，凡是視頻應用領域都需要圖像傳感技術。我們首先要明確一個基本概念，安防監(jiān)控的意義在于偵破和預防犯罪，有別于消費類產(chǎn)品更注重視覺體驗。因此，筆者專門針對安全防范領域?qū)D像傳感技術的應用特點和發(fā)展趨勢進行介紹。

從安防監(jiān)控的核心價值來說，攝像機按順序要解決以下三個問題：一要能看得見，二要能看得清，三要能看得舒服漂亮。所以引發(fā)出圖像傳感器在傳統(tǒng)的安防行業(yè)里有三大核心指標: 一、感光靈敏度，解決看不看的見的問題，二、清晰度，解決看不看得輕的問題，三、色彩還原，解決看得是否真實，是否舒服的問題。

可見度

攝像機是否“看得見”，也就是能夠采集到圖像，主要取決于圖像傳感器的感光靈敏度，靈敏度越高，感光能力越強，更適用低光照環(huán)境。從這個角度出發(fā)，提高感光靈敏度，是圖像傳感器的發(fā)展趨勢。首先我們知道，圖像傳感器（CMOS、CCD、MCCD）實質(zhì)上就是一種光電轉(zhuǎn)換元件，理論上講，Sensor能感應的光子越多，光子的存儲轉(zhuǎn)換能力越強，靈敏度也就越高。那就需要提高Sensor的光子感應能力和光子的存儲轉(zhuǎn)換能力。在不考慮工藝和設計水平的情況下，Sensor的感光單元pixel越大，感應能力越強；存儲和轉(zhuǎn)換光子的能力主要取決于設計水平，MCCD就采用了三級Fd技術，不僅大幅提高了光電轉(zhuǎn)換的能力，也提高了動態(tài)范圍。BSI技術是可以在不改變 Pixel size情況下，大幅提升感光靈敏度的新一代技術，盡管目前BSI技術盡在手機消費類上應用較為成熟，但由于在大像素Sensor上應用尚不成熟，安防界當下只能期待，也值得期待。從技術難度上講，提高靈敏度要比增加像素點要難得多。

清晰度

攝像機能否“看得清”，主要取決于圖像傳感器的有效像素。所以從這個角度上講，把sensor的像素點布得越多，在光照條件足夠的情況下，有效像素就越多，畫面也就越清晰。所以圖像傳感器從CIF、VGA、D1逐步發(fā)展到960H、HD 720P、Full HD 1080P。特別是隨著4K的興起，圖像傳感器將為監(jiān)控畫面帶來前所未有的高清晰度。

色彩還原能力

攝像機能否看得漂亮真實，主要取決于圖像傳感器的色彩還原能力，也取決于DSP的圖象處理技術。圖像效果在光照足夠看得見的情況下，就得考慮圖像傳感器和DSP的圖像還原和處理能力，考慮幀率是否足夠、動態(tài)范圍是否足夠?qū)?，DSP是否有3D降噪，幀累積，電子快門等功能。另外圖像傳感器還需要發(fā)展高信噪比，有好的信噪比就能有好的增益空間，就能留給DSP更大的自由度來調(diào)整需要的圖像效果。當然也有的DSP和技術專家可以把圖像效果處理得更漂亮，色彩不一定很真實，但看起來很舒服，這也是部分終端消費者喜歡CMOS圖像效果的原因。

圖像傳感器是矛盾結合體

然而在圖像傳感器的設計中，“看得見”跟“看得清”卻是一個矛盾的結合體。同一個靶面大小的圖像傳感器，比如說1/2.7”, 做成720P，pixel可以是4.5um*4.5um;但要做成1080P，pixel size就得縮小為3.2um*3.2um；不考慮工藝和設計水平的情況下，同樣是1/2.7”的Sensor, 720P的最高像素就要比1080P小一半，感光靈敏度就比1080P要好，比如Sony的IMX238和IMX222，前者的夜視能力就比后者好，但像素點要少近一半。也就是說，保持sensor靶面不變的情況下，提高清晰度就得降低靈敏度，反之，提高靈敏度就得減少像素點。如果在靈敏度不變的情況下提高清晰度，就必須增大Sensor靶面。這也就是銳芯BG0701做到大pixel size 5.5um*5.5um，1288*728pixels必須做到1/2”靶面的原因，既滿足高清HD的要求，也在感光能力上實現(xiàn)了向上差異化，為星光級網(wǎng)絡高清攝像機打下了堅實了的基礎。傳統(tǒng)的星光級網(wǎng)絡高清成本在700元以上，BG0701讓200元以內(nèi)的星光級攝像機成為現(xiàn)實，這是安防界的福音。大靶面還有一個尚未發(fā)揮出的方案價值，即視場角更大，比如，同樣是3.4mm的鏡頭，配合1/3”的水平視場角為83度，配合1/2”的水平視場角就增大為125度，將監(jiān)控范圍大幅提高了50%。

星航洋科技不僅針對1/2” 760H、720P和ISP開發(fā)了系列星光級應用方案，并開發(fā)了1M-3M系列1/2” M12和CS鏡頭，以及合作開發(fā)1/2”IRCUT，解決了早前1/2”配套難的問題，從系統(tǒng)上解決既“看得見”也“看得清”的安防需求。同時也推出了相對經(jīng)濟型的1/2.7” 720P和1/4”720P，2015年下半年也將順勢推出1080P。

然而，技術的發(fā)展往往階段性地受到市場統(tǒng)治階層的影響比較大，比如在中國安防界，?？抵魍频漠a(chǎn)品方案，不管是出于技術發(fā)展，還是貿(mào)易壁壘，一定能夠推動這種方案較大程度的發(fā)展。但站在技術角度上講，市場有時候并非理性的，當下追求網(wǎng)絡高清的熱度，就跟當初Iphone4出來你不用就過時了一般。中國的安防市場從720P熱到1080P熱，周期竟然不超過1年！終端用戶配套資源根本來不及反應，這就是非理性；但提供圖像傳感技術的廠家需要明白的是，市場要的是噱頭，能賺到錢的噱頭，不在乎產(chǎn)品的好壞貴賤，這就是市場的理性。別人1080P不成熟，我的先成熟，好比象棋占先，在未來的市場戰(zhàn)爭中就能有更大的機會獲勝，這就是理性。這也是個別企業(yè)搞300萬、500萬的目的，搞差異化，打廣告，炒作噱頭。其實，真正的市場需求不可能那么快就培育出來。美國3年才集中更換監(jiān)控設備，中國更是需要4年的時間。雖然像中國這樣的發(fā)展中國家有足夠的消費能力和新消費項目，能夠引領產(chǎn)業(yè)的推動，但同樣是僧多粥少。這有點像擠地鐵，即使在深圳擠地鐵比上海容易，但在深圳擠地鐵并不會讓人更開心。在筆者看來，當前中國安防產(chǎn)業(yè)的癥結就在于，競爭過于飽和，人人自危，如果沒有上戰(zhàn)場的意識，就無需再待在安防行業(yè)。往后的發(fā)展將會是平臺服務的綜合競爭和和排他性抱團戰(zhàn)略取勝。在這種形勢壓力下，如果認不清自己，身份定位不準，選不對共擔風險的伙伴或者行業(yè)靠山，那就無異于陪太子讀書，花錢賺吆喝，更有可能被激烈的洪流沖得粉身碎骨。不出意外，能帶來更好夜視效果的圖像傳感器解決方案將是近1-2年內(nèi)不可忽視的一股潮流。安防企業(yè)準備好了嗎？