监控摄像头芯片

发布网友 发布时间：2022-04-20 03:52

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热心网友 时间：2023-07-16 06:22

　　世界范围内对公共安全和公众保护日益增长的需求刺激了监控摄像系统在安全领域的广泛应用。为满足这种需求，基于高度集成的数字图像处理／控制芯片的新一代摄像头正在使采用CMOS成像传感器的监控摄像系统逐渐成为这个市场的主流产品。这种高度集成的处理／控制芯片让设计者在获得低成本、低功耗等优点的同时，还额外获得了数字化、互联性、智能化等功能，从而引发了监控摄像头市场的根本性变化。
　　在为下一代监控摄像头选择解决方案时，数字控制芯片及其功能是决定能否满足用户需求的关键。本文将介绍在为下一代基于CMOS成像传感器的监控系统选择控制芯片时需考虑的一些关键问题。
　　如图1所示，最新的基于CMOS成像传感器的监控摄像头基本上是双芯片解决方案，包含一颗标准的CMOS成像传感器和一颗集成了包括CMOS成像传感器接口、数字图像处理单元、微控制器、电视编码器及外设接口等各种数字图像处理功能的控制芯片。这种具有强大数字化功能的系统结构，从根本上满足了对监控摄像头的数字功能日益增长的需求。目前，这种双芯片方案从经济上更为合理――由于良率和CMOS制程的差别，把很多数字处理功能和相关存储单元与CMOS成像传感器集成在一起缺乏经济上的可行性。
　　
　　高质量的CMOS成像传感器可以提供一系列技术优势，包括低噪声、大动态范围、高帧率和小尺寸等，而数字图像处理技术的最新进展可以帮助监控摄像系统提高图像质量并增加更多的智能化功能。这些改进不仅推动了民用安全监控应用，还推动了商用安全监控应用，在刺激现有市场规模增长的同时，也创造了新的产品机会。
　　CMOS成像传感器要求特殊的制程，一般采用180nm或250nm工艺，这是因为每个像素点必须保证合理的面积已达到足够的灵敏度。这种电路的生产良率一般低于80％，而数字电路可以采用最新的130nm甚至90nm工艺，并且良率可达90％以上。
　　因此，采用双芯片的系统划分能够为新一代基于CMOS成像传感器的监控摄像系统提供最佳性价比。这种系统划分也为系统设计者提供了更大的灵活性，允许数字控制芯片配合具有不同分辨率(CIF、VGA、130万像素等)和不同输出数据格式(Bayer和YUV)的最新CMOS成像传感器，从而为需求多样且快速成长的民用和商用市场开发种类多样、功能丰富的监控摄像系统。
　　
　　数字图像处理
　　
　　数字图像处理单元是数字控制芯片的核心，它能提供丰富的已经在数码相机等产品中实现的各种最新功能，如图像调整、数字缩放和自动变焦等。一些最新的控制芯片甚至支持以往只在高端数字电视芯片中才支持的帧间去噪功能，从而在低照度环境(接近0.11x)下仍能获得较为清晰的图像。
　　
　　自适应帧率控制
　　
　　市场上大多数CMOS成像传感器只能输出30f/s VGA大小的逐行视频图像，而电视显示需要50f/s(PAL制式)或60f/s(NTSC制式)的隔行视频图像。为了解决帧率不匹配问题，控制芯片中需要嵌入自适应帧率控制模块和片内帧存储器以获得流畅的视频流。但是，除非绝对必要，大容量的片内帧存储器应尽量避免，因为一般来讲，它会增加芯片面积并且降低芯片制造的良率。采用常用的图像压缩技术，如JPEG或ADPCM等，可以进一步降低对片内帧存储器容量的要求。
　　
　　数字存储
　　
　　当有事件发生时记录下相应的视频片断是很重要的。过去，监控摄像系统依靠模拟录像带来完成这一工作，不可避免地增加整个系统的成本和体积。此外，由于视频是以模拟电视的格式录制的，要转到PC上做进一步分析也十分麻烦，通常需要增加一块PCI视频采集卡和相应的驱动软件，在新的CMOS成像传感器系统中，数字控制芯片一般集成了一个与通用数字存储媒体(如NAND闪存、CF卡和SD卡等)的接口，这些存储卡体积小价格低。如果数字控制芯片集成了功能强大的图像压缩编码器，存储文件的容量可以进一步降低。录制的视频片断可以送给电视回放，或者通过广泛使用的读卡器转移到PC上分析或备份。
　　
　　互联性
　　
　　无线数据服务正在迅速被世界各地的服务提供商采用，在数字监控摄像头中集成无线通信模块(如GPRS)即可实现无线监控业务。这种应用中，摄像头可以在有事件发生时实时地发送视频片断或图像到任意移动设备上，对不太紧急的应用可以提供保存并转发操作，即视频以标准压缩格式记录和存储，然后按预设的时间表或需求发送。
　　
　　智能化
　　
　　新一代基于CMOS成像传感器的监控摄像头与早先产品的一个重要差别是其能为最终用户提供一定的人工智能功能。例如，在许多监控应用中，运动检测和跟踪是人们重点关注的，因此，准确的运动检测是非常有价值的一个功能。
　　当监控场景中的运动被检测到时，在发出报警信号的同时，录像功能启动。运动检测是通过数字控制芯片中内置的微处理器和数字图像处理单元实现的，而不是以前监控摄像头常用的靠外置运动检测单元实现。
　　在另外一个例子中，数字控制芯片中包含一个特殊模块可以检测背光条件(如人站在光源前面)，并进行适当的曝光补偿以拍摄到清晰的画面。在以前的监控系统中，常采用手工控制固定级数背光补偿开关的方式，既不方便，又容易出错(曝光不足或曝光过度)。
　　凭借CMOS制程工艺的最新进展(一些领先芯片厂的65nm工艺已经达到量产水平)和更强大的图像处理单元，越来越多诸如人脸检测、交通模式检测和运动跟踪等先进功能将集成到数字控制芯片中，而且不会带来整个系统成本和功耗的增加。