安防行業(yè)發(fā)展中CCD與CMOS的市場(chǎng)博弈

　　日前，安防市場(chǎng)技術(shù)更新?lián)Q代頻率很快，其中圖像傳感技術(shù)尤為突出。CCD較為明顯的優(yōu)勢一直在市場(chǎng)中廣泛運用，但隨著(zhù)高清網(wǎng)絡(luò )監控對CMOS的大量運用，對CCD的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了嚴峻的考驗。深圳保千里電子有限公司安防渠道部總監吳雪芳表示，這之間的競爭和博弈，不同程度的促使行業(yè)不斷創(chuàng )新，技術(shù)不斷升級，為行業(yè)發(fā)展帶來(lái)新的活力。

　　保千里安防渠道部總監吳雪芳

　　視頻監控系統的核心部分就是圖像傳感技術(shù)，有CMOS和CCD兩種，這兩種傳感器各有長(cháng)短，在不同的應用場(chǎng)景下各有優(yōu)勢。

　　CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的工藝，具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特點(diǎn)，最近幾年在寬動(dòng)態(tài)、低照度方面發(fā)展迅速。其互補性金屬氧化物半導體，主要是利用硅和鍺兩種元素所做成的半導體，通過(guò)CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來(lái)實(shí)現基本的功能。

　　CCD具有低照度效果好、信噪比高、通透感強、色彩還原能力佳、工藝技術(shù)好等優(yōu)點(diǎn)，目前在交通、醫療等高端領(lǐng)域中得到廣泛應用。由于其成像方面特有的優(yōu)勢，很長(cháng)一段時(shí)間內占據鏡頭市場(chǎng)的主導地方，并且在很長(cháng)時(shí)間內還會(huì )延續采用。

　　從技術(shù)的角度比較，CCD與CMOS的不同點(diǎn)：

　　1、信息讀取方式：CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實(shí)施轉移后讀取，電荷信息轉移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉換后直接產(chǎn)生電流(或電壓)信號，信號讀取十分簡(jiǎn)單。

　　2、速度：CCD電荷耦合器需在同步時(shí)鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢;而CMOS光電傳感器采集光信號的同時(shí)就可以取出電信號，還能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。

　　3、電源及耗電量：CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大;CMOS光電傳感器只需使用一個(gè)電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節能方面具有很大優(yōu)勢。

　　4、成像質(zhì)量：CCD電荷耦合器制作技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，采用PN結或二氧化硅(SiO2)隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質(zhì)量影響很大，使CMOS光電傳感器很長(cháng)一段時(shí)間無(wú)法進(jìn)入實(shí)用。近年，隨著(zhù)CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

　　保千里系列安防產(chǎn)品

　　安防行業(yè)中的應用情況

　　與CCD圖像傳感器相比，CMOS在低光條件下的成像效果以及高動(dòng)態(tài)范圍的性能表現，這也是市場(chǎng)人士詬病的主要問(wèn)題。對此，對于目前市場(chǎng)上高清的發(fā)展趨勢，傳感器的低光照性能對于準確地呈現圖像和保持圖像的真實(shí)色彩是至關(guān)重要的。CCD技術(shù)在攝像中分辨率、靈敏度、信噪比，彩色還原性具有明顯優(yōu)勢。

　　1、當攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時(shí)，CCD能在監視器(應比攝像機的分辨率高)上能夠看到的的最多線(xiàn)數，當超過(guò)這一線(xiàn)數時(shí)，屏幕上就不能分辨出黑白相間的條紋。普解的分辨率一般為350TVL線(xiàn)(水平中心)，高解的分辨率一般為480TVL((水平中心)。

　　2、靈敏度性是反映攝像機光電轉換性能高低的一個(gè)指標。目前，監控系統所用CCD攝像機的靈敏度用最低照度來(lái)衡量，照度越低，表明靈敏度越高，光電轉換性能越好。目前一般彩色CCD攝像機的最低照度可以達到1Lux，黑白的一般可以達到0.1Lux,低照度的可以達到0.01Lux。

　　3、信噪比是指信號電壓對于噪聲電壓的比值。CD攝像機信噪比的典型值一般為45~55dB，工程應用中要求≥40dB。當在低照系統使用時(shí)，其信噪比不得低于25dB。

　　4、度色彩還原度是指經(jīng)過(guò)CCD攝像機攝取并通過(guò)處理后的目標色彩與物體真實(shí)色彩的差異程度。色彩分為色調和飽和度，色調決定色彩的性質(zhì)，飽和度決定色彩的濃淡。我們圖象對色彩評判標準是100-0-75-0彩條，需要說(shuō)明的是色彩的還原度與景物的光照條件及光源的色溫有著(zhù)非常密切的關(guān)系。當前的單片彩色CCD式，器件從理論上講，它是不能完全真實(shí)地重現原物體的色彩。

　　5、白平衡是彩色CCD攝像機的重要參數，它直接影響重現圖像的彩色效果，當攝像機的白平衡不當時(shí)，重現圖像就會(huì )出現偏色現象，特別是會(huì )使原本不帶色彩的景物(如白色的墻壁)也著(zhù)上了顏色。

　　然而，低光照性能的一個(gè)關(guān)鍵因素是像素尺寸，因為它與靈敏度直接相關(guān)，即使像素技術(shù)在不斷進(jìn)步，較大像素尺寸具有較高靈敏度的準則仍然適用，但對于給定的分辨率，較大的像素尺寸由于需要使用成本較高的透鏡，這通常也意味著(zhù)較高的系統成本。

　　目前，在高清安防視頻監控領(lǐng)域，CMOS芯片產(chǎn)品已經(jīng)被大量應用至各式各樣的產(chǎn)品。

　　通常，大家認為圖像畫(huà)質(zhì)優(yōu)秀的設備都采用CCD傳感器，而低成本產(chǎn)品則使用CMOS傳感器。但是新的CMOS芯片技術(shù)已經(jīng)克服了早期CMOS傳感器的技術(shù)弱點(diǎn)，傳感器的設計上相比老產(chǎn)品提升了低照性能、曝光模式等。拿目前流行的背照式CMOS傳感器來(lái)說(shuō)，在傳統的CMOS圖像傳感器中，感光二極管位于電路晶體管后方，光線(xiàn)會(huì )通過(guò)微透鏡和光電二極管之間的電路和晶體管，那么進(jìn)光量就會(huì )因遮擋而受到影響。

　　背照式CMOS傳感器在圖像傳感器原件內部的結構上做了優(yōu)化，它將感光層的原件調轉方向，讓光線(xiàn)從圖像傳感器比傳統CMOS傳感器在感光靈敏度上有質(zhì)的飛躍，在低照度環(huán)境下，采用背照式CMOS傳感器的高清攝像機在聚焦能力、圖像畫(huà)質(zhì)表現、圖像噪點(diǎn)控制等方面有了極大的性能提升。

　　而我們常見(jiàn)的CCD傳感器攝像機只能夠720p@25fps，支持1080P格式的CCD傳感器造價(jià)高昂。背照式CMOS傳感器像素可以再高些。雖說(shuō)無(wú)論是背照CMOS或是CCD，都可以提高有效像素。但是背照式CMOS的構造決定了傳感器面積不變的情況下，可以將有效像素進(jìn)一步提高，畫(huà)質(zhì)也能夠保持得比較好。相比之下CCD盲目提高像素的話(huà)，畫(huà)質(zhì)就會(huì )很差，而且隨著(zhù)像素提高，芯片尺寸也在變大造成成本幾何倍數上升。

　　在模擬攝像機以及標清網(wǎng)絡(luò )攝像機中，CCD的使用最為廣泛，長(cháng)期以來(lái)都在市場(chǎng)上占有主導地位。CCD的特點(diǎn)是靈敏度高，但響應速度較低，不適用于高清監控攝像機采用的高分辨率逐行掃描方式，因此進(jìn)入高清監控時(shí)代以后，CMOS逐漸被人們所認識，高清監控攝像機普遍采用CMOS感光器件。

　　目前已經(jīng)研發(fā)出的720P與1080P專(zhuān)用的背照式CMOS器件，其靈敏度性能已經(jīng)與CCD接近。與表面照射型CMOS傳感器相比，背照式CMOS在靈敏度(S/N)上具有很大優(yōu)勢，顯著(zhù)提高低光照條件下的拍攝效果，因此在低照度環(huán)境下拍攝，能夠大幅降低噪點(diǎn)。

　　雖然目前以CMOS技術(shù)為基礎的百萬(wàn)像素攝像機產(chǎn)品在低照度環(huán)境和信噪處理方面存在不足，但這并不會(huì )根本上影響它的應用前景。而且相關(guān)國際大企業(yè)正在加大力度解決這兩個(gè)問(wèn)題，相信在不久的將來(lái)，CMOS的效果會(huì )越來(lái)越接近CCD的效果，并且CMOS設備的價(jià)格會(huì )低于CCD設備。

　　安防行業(yè)使用CMOS多于CCD已經(jīng)成為不爭的事實(shí)，盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優(yōu)于CMOS傳感器，但如果不考慮尺寸限制，CMOS在量率上的優(yōu)勢可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難，這樣CMOS在更高分辨率下將更有優(yōu)勢。另外，CMOS響應速度比CCD快，因此更適合高清監控的大數據量特點(diǎn)。

　　CCD與CMOS的未來(lái)市場(chǎng)前景

　　CCD在影像品質(zhì)等方面均優(yōu)于CMOS，CMOS的低成本、低功耗、以及高整合度等特點(diǎn)也比較明顯。不過(guò)，隨著(zhù)CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異在逐漸減小，新一代的CCD傳感器一直在功耗上作改進(jìn)，而CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足。相信不斷改進(jìn)的CCD與CMOS傳感器將為我們帶來(lái)更加美好的數碼影像世界。

　　無(wú)論是CCD還是COMS，都有各自得優(yōu)勢和缺點(diǎn)，存在即是需要，CCD與COMS的博弈或許是一個(gè)長(cháng)期的過(guò)程，短時(shí)間內很難有所定奪，而兩者的較量必將為促進(jìn)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步升級，從而促進(jìn)行業(yè)的不斷發(fā)展。