[讨论]高清网络摄像机技术解析...

近年来，高清视频监控技术逐步进入人们的眼帘，成为未来安防监控领域技术发展的方向之一。越多来越多的厂商开始推出高清化的产品。其中，作为高清视频监控的“排头兵”——高清网络摄像机，更是受到广大厂商的青睐，五花八门的产品层出不穷，各式各样的技术名词更是让广大用户眼花缭乱。如何把握好高清网络摄像机的脉搏，了解其未来的发展方向?本文将从技术发展角度出发，对高清网络摄像机未来的发展趋势进行简要的介绍和展望。
　　分辨率不断提高
　　高清的定义，最早来源于数字电视领域。高清电视，又叫“HDTV”，是由美国电影电视工程师协会确定的高清晰度电视标准格式。电视的清晰度，是以水平扫描线数作为计量的，它将高清划分为：720p格式(750条垂直扫描线，720条可见垂直扫描线，16∶9，分辨率为1280×720，逐行/60Hz，行频为45KHz);1080i格式(1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，16∶9，分辨率为1920×1080，隔行/60Hz，行频为33.75KHz); 1080p格式(1125条垂直扫描线，1080条可见垂直扫描线，16∶9，分辨率为1920×1080，逐行扫式)。
　　监控行业借鉴了广电行业的相关标准。上海市于2010年9月颁布了国内第一个针对安防监控用数字摄像机的地方性技术规范，规范中将数字摄像机按清晰度由低到高分为A、B、C三级。其中，B级要求分辨率≥1280×720，C级要求分辨率≥1920×1080。可见，720p和1080p已经成为业界高清网络摄像机的一种标准。
　　然而，有的厂商对于高清网络摄像机还有着其它的命名方式，比如百万像素高清网络摄像机，200万像素高清网络摄像机等等，这可以理解为“非标准”命名，它和“标准”有一定关联，但不能简单对应。比如，720p的像素为92.16万，1080p的像素为207.36万，可以分别叫做百万像素和200万像素，但常见的130万像素其实际分辨率为1280×1024，虽然也具有较高清晰度，但并不符合广电行业标准。
　　就分辨率而言，高清网络摄像机的发展可以说是一日千里，除了目前接触较多的百万像素、130万像素、200万像素外，300万像素、500万像素、800万像素的产品已经在市场上出现，甚至千万及千万以上像素的产品也开始在监控行业中露出端倪。可以说，人们在追求看得更清楚的路上将永不止步。
　　COMS逐渐取代CCD
　　感光器件是摄像机最为核心的部件，目前普遍采用的主要有CCD(Charge Coupled Device，感光耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体)两种。两者都是利用光敏二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字信号，而其主要差异是数字信号传送的方式不同。CCD在数据传送时不会失真，因为各个像素的数据是逐点传输到输出端再进行放大处理;而CMOS传感器是每个像素都有放大器，其放大效果保持均衡很困难，因而最后整合会产生噪声。也正由于其数据传输方式不同，CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异。通常认为CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。
　　针对CMOS传感器性能的不足之处，业界正在通过不断的技术革新加以改善，其中最主要的技术突破点在于低照度条件下的成像性能提升和降低图像中的噪声信号。
　　以提升低照度性能而言，业界提出了微透镜(Micro Lens)阵列技术，让更多的光能导入到CMOS传感器的每个像素(光电二极管)上，从而增加感应的亮度，不过微透镜技术已属微机电系统(MEMS)的层次，而非原有的单纯半导体电路层次，所以挑战难度的增加自是不难想像。
　　对于降低图像中的噪声信号，一种做法是对原有半导体制程进行改进，在CMOS电路的硅表面上掺入杂质，以此形成一个针扎层(Pinning Layer)，此结构可将光吸收到硅晶片的内部，进而降低(光电二极管)表面的噪声，此种作法也称为针扎光电二极管(Pinned Photodiode)。目前此种作法确实改善了噪声问题，使图像品质提升，不过现阶段此种制程也会增加晶片的制造成本。
　　随着技术的发展，CMOS传感器的性能正在得到快速提升。此外，尽管相同尺寸的CCD传感器分辨率优于CMOS传感器，但如果不考虑尺寸限制，CMOS传感器在成品率上的优势可以有效克服大尺寸感光原件制造的困难，这样CMOS传感器在更高分辨率下将更有优势。另外，CMOS传感器响应速度比CCD快，因此更适合高清监控的大数据量特点。