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百万高清监控摄像机清晰度原理剖析

来源:随州IT网作者:Superserver网址:http://www.suizhouit.com浏览数:1198 

百万高清度,是指网络摄像机清晰度的一个级别,一般是指百万及百万以上像素和720P/1080i/1080P以上分辨率的,主要是跟摄像机所应用的传感器有效像素数有关,另外跟摄像机输出的分辨率也有关,像素越高,分辨率越大,清晰度越高。而传统模拟相机因为是模拟信号,所以用扫描线来表达清晰度。

  目前在安防领域,百万成为高清的分水岭,市面上主流摄像机有百万像素、130万像素、、甚至到,1280×720分辨率实际像素数为92万,从严格意义上讲未达到百万级别,所以也有人称之为准高清,而1920×1080分辨率200万画质才是被公认的高清图像。

  从成像原理上讲,其实跟传统的模拟相机基本一致,图像通过镜头传递到传感器上,通过传感器感光后产生电信号,再通过ISP(ImageSignalProcessing)图像处理,中间辅以3A专用电路进行曝光、光圈和聚焦等处理,最后进行按照特定的接口进行编码输出。

  大家在市场上经常会看到一些,高清200W,或高清1080P的宣传,这时候有部分人就有点晕了,那高清的标准应该是什么呢,这里要注意一个误区,单纯的200W或1080P并不能完整的代表实际图像的清晰度,实际图像的清晰度需要经过专业的测试才能够准确的判断。比如:使用一百万的传感器,后面通过芯片放大至1080P进行编码,那么实际输出的图像是无法达到200W的效果,反之将一个使用二百万传感器的摄像机配置为720P输出,那么输出的图像也同样不能够达到200W的效果。

  所以,在实际应用中要求图像传感器实际像素数和最终输出分辨率都达到所对应清晰度以上标准才能实现所需要的清晰度。

  百万高清清晰度对芯片和传感器要求

  根据成像原理上不难看出,摄像机的清晰度,跟镜头、传感器、ISP密切相关,传感器尤为重要,目前市场上的图像传感器分为CCD和CMOS两大类,主要有、Aptina、Omnivison等主流厂商供应。由于两者之间的构造不同,CCD采用电荷耦合传递方式输出,同一放大器进行信号放大,而CMOS则是每一个像素都有独立的放大器,所以在相同面积及相同像素点时,CMOS的感光面积要小于CCD,同时由于每个放大器放大系数不一致的原因,所以CMOS在低照度情况下,CCD效果会更好一些,CMOS躁点较大。此外由于CMOS传感器采用半导体最常见的CMOS工艺,可以轻易的将周边电路集成到芯片中,工艺较CCD简单,成本较低,并且随着工艺的提升,CMOS在高像素、信号处理速度上的优势逐渐体现,以及通过后端ISP对图像效果的提升,CMOS在高清监控领域越来越多的被应用在高清摄像机中。

  后端ISP及编码芯片,用于处理前端传感器采集到的视频信号,直接影响到呈现给用户的图像品质,不同的ISP用来匹配不同厂商的图像传感器。

  早期后端芯片一般由ISP和接口芯片组成,ISP用于进行图像处理,处理后再进行压缩或编码处理,通过不同的接口输出给用户,一般有非压缩输出和压缩输出两种,在安防监控相机中一般有SDI高清摄像机和网络高清摄像机,SDI高清摄像机是采用非压缩方式的串行视频信号输出,网络高清摄像机是按照H.264/MPEG/MJPEG算法编码压缩并通过网络协议发送的视频信号输出。SDI因非压缩缘故,视频数据清晰度高,但带宽要求也高,传输距离有限,在高清监控刚发展阶段曾一度和网络高清产品竞争。随着网络高清的快速发展,网络高清已占据了大部分的高清监控市场,但在特定的应用场合,SDI还是具备一定的优势。

  在早期应用方案中,ISP一般由厂商在FPGA或DSP芯片上自主开发,或选择专用ASIC,主要有SONY等主流传感器厂商以套片的方式提供,随着行业的发展,Nextchip、Pixelplus等厂商也推出相关ISP芯片。ISP芯片主要搭载自动曝光、自动聚焦、自动白平衡电路,用于对图像的线性纠正、噪声去除、坏点去除、边缘加强、白平衡、自动曝光控制等,使图像更能接近真实的效果,所以ISP算法的优劣对图像的质量影响是至关重要的。

  后端接口芯片,在上文中提到一般有非压缩输出和压缩输出两种,非压缩输出一般不会造成图像质量的下降,而压缩输出的摄像机,会根据压缩算法及压缩比,对图像造成不同程度的失真。市场上常见的压缩编码类SOC有TI、Hislicon、NXP、Ambarella等厂商。

  随着技术的发展,大部分厂商已经将ISP及压缩编码融合在一起,形成单芯片解决方案,甚至还集成了智能分析的应用,如运动检测、人脸识别、越界报警、自动去雾等功能,大大降低了高清摄像机的开发难度和BOM成本,这也是促进高清监控发展的关键因素。