【安防百科】百萬(wàn)高清攝像機清晰度剖析
百萬(wàn)高清晰度成像的技術(shù)原理
百萬(wàn)高清度，是指網(wǎng)絡(luò )攝像機清晰度的一個(gè)級別，一般是指百萬(wàn)及百萬(wàn)以上像素和720P/1080i/1080P以上分辨率的高清攝像機，主要是跟攝像機所應用的傳感器有效像素數有關(guān)，另外跟攝像機輸出的分辨率也有關(guān)，像素越高，分辨率越大，清晰度越高。而傳統模擬相機因為是模擬信號，所以用掃描線(xiàn)來(lái)表達清晰度。
目前在安防領(lǐng)域，百萬(wàn)成為高清的分水嶺，市面上主流攝像機有百萬(wàn)像素、130萬(wàn)像素、200萬(wàn)像素、甚至到500萬(wàn)像素，1280×720分辨率實(shí)際像素數為92萬(wàn)，從嚴格意義上講未達到百萬(wàn)級別，所以也有人稱(chēng)之為準高清，而1920×1080分辨率200萬(wàn)畫(huà)質(zhì)才是被公認的高清圖像。
從成像原理上講，其實(shí)跟傳統的模擬相機基本一致，圖像通過(guò)鏡頭傳遞到傳感器上，通過(guò)傳感器感光后產(chǎn)生電信號，再通過(guò)ISP(Image Signal Processing)圖像處理，中間輔以3A專(zhuān)用電路進(jìn)行曝光、光圈和聚焦等處理，最后進(jìn)行按照特定的接口進(jìn)行編碼輸出。
大家在市場(chǎng)上經(jīng)常會(huì )看到一些，高清200W，或高清1080P的宣傳，這時(shí)候有部分人就有點(diǎn)暈了，那高清的標準應該是什么呢，這里要注意一個(gè)誤區，單純的200W或1080P并不能完整的代表實(shí)際圖像的清晰度，實(shí)際圖像的清晰度需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的測試才能夠準確的判斷。比如：使用一百萬(wàn)的傳感器，后面通過(guò)芯片放大至1080P進(jìn)行編碼，那么實(shí)際輸出的圖像是無(wú)法達到200W的效果，反之將一個(gè)使用二百萬(wàn)傳感器的攝像機配置為720P輸出，那么輸出的圖像也同樣不能夠達到200W的效果。
所以，在實(shí)際應用中要求圖像傳感器實(shí)際像素數和最終輸出分辨率都達到所對應清晰度以上標準才能實(shí)現所需要的清晰度。
百萬(wàn)高清清晰度對芯片和傳感器要求
根據成像原理上不難看出，攝像機的清晰度，跟鏡頭、傳感器、ISP密切相關(guān)，傳感器尤為重要，目前市場(chǎng)上的圖像傳感器分為CCD和CMOS兩大類(lèi)，主要有Sony、Aptina、Omnivison等主流廠(chǎng)商供應。由于兩者之間的構造不同，CCD采用電荷耦合傳遞方式輸出，同一放大器進(jìn)行信號放大，而CMOS則是每一個(gè)像素都有獨立的放大器，所以在相同面積及相同像素點(diǎn)時(shí)，CMOS的感光面積要小于CCD，同時(shí)由于每個(gè)放大器放大系數不一致的原因，所以CMOS在低照度情況下，CCD效果會(huì )更好一些，CMOS躁點(diǎn)較大。此外由于CMOS傳感器采用半導體最常見(jiàn)的CMOS工藝，可以輕易的將周邊電路集成到芯片中，工藝較CCD簡(jiǎn)單，成本較低，并且隨著(zhù)工藝的提升，CMOS在高像素、信號處理速度上的優(yōu)勢逐漸體現，以及通過(guò)后端ISP對圖像效果的提升，CMOS在高清監控領(lǐng)域越來(lái)越多的被應用在高清攝像機中。
后端ISP及編碼芯片，用于處理前端傳感器采集到的視頻信號，直接影響到呈現給用戶(hù)的圖像品質(zhì)，不同的ISP用來(lái)匹配不同廠(chǎng)商的圖像傳感器。
早期后端芯片一般由ISP和接口芯片組成，ISP用于進(jìn)行圖像處理，處理后再進(jìn)行壓縮或編碼處理，通過(guò)不同的接口輸出給用戶(hù)，一般有非壓縮輸出和壓縮輸出兩種，在安防監控相機中一般有SDI高清攝像機和網(wǎng)絡(luò )高清攝像機，SDI高清攝像機是采用非壓縮方式的串行視頻信號輸出，網(wǎng)絡(luò )高清攝像機是按照H.264/MPEG/MJPEG算法編碼壓縮并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議發(fā)送的視頻信號輸出。SDI因非壓縮緣故，視頻數據清晰度高，但帶寬要求也高，傳輸距離有限，在高清監控剛發(fā)展階段曾一度和網(wǎng)絡(luò )高清產(chǎn)品競爭。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )高清的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )高清已占據了大部分的高清監控市場(chǎng)，但在特定的應用場(chǎng)合，SDI還是具備一定的優(yōu)勢。
在早期應用方案中，ISP一般由廠(chǎng)商在FPGA或DSP芯片上自主開(kāi)發(fā)，或選擇專(zhuān)用ASIC，主要有SONY等主流傳感器廠(chǎng)商以套片的方式提供，隨著(zhù)行業(yè)的發(fā)展，Nextchip、Pixelplus等廠(chǎng)商也推出相關(guān)ISP芯片。ISP芯片主要搭載自動(dòng)曝光、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)白平衡電路，用于對圖像的線(xiàn)性糾正、噪聲去除、壞點(diǎn)去除、邊緣加強、白平衡、自動(dòng)曝光控制等，使圖像更能接近真實(shí)的效果，所以ISP算法的優(yōu)劣對圖像的質(zhì)量影響是至關(guān)重要的。
后端接口芯片，在上文中提到一般有非壓縮輸出和壓縮輸出兩種，非壓縮輸出一般不會(huì )造成圖像質(zhì)量的下降，而壓縮輸出的攝像機，會(huì )根據壓縮算法及壓縮比，對圖像造成不同程度的失真。市場(chǎng)上常見(jiàn)的壓縮編碼類(lèi)SOC有TI、Hislicon、NXP、Ambarella等廠(chǎng)商。
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，大部分廠(chǎng)商已經(jīng)將ISP及壓縮編碼融合在一起，形成單芯片解決方案，甚至還集成了智能分析的應用，如運動(dòng)檢測、人臉識別、越界報警、自動(dòng)去霧等功能，大大降低了高清攝像機的開(kāi)發(fā)難度和BOM成本，這也是促進(jìn)高清監控發(fā)展的關(guān)鍵因素。
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