百萬高清一體化機芯的關鍵技術和選擇標準

文/仲偉

百萬高清一體化機芯的關鍵技術和選擇標準

文/仲偉

高清機芯市場需求激增

面對視頻監控高清化、網絡化和智能化的發展趨勢,隨著百萬高清監控以成熟的技術和合理的價格對整個視頻監控市場的滲透，百萬高清的數字視頻監控時代已經來臨，并在進一步完善和提高。

目前，傳統機芯的價格每年約有10%左右的下降，但是新的高像素、高清晰度的機芯價格仍舊比較高，利潤豐厚，從2009年下半年開始，國外廠商加大對高清產品的開發和推廣力度，日韓公司率先推出了高清機芯產品。2010年索尼和三星主推模擬高清機芯，而日立公司則推出了數字高清機芯。百萬像素的數字高清將原來D1的40萬像素提高到百萬像素，使得日立的130萬像素高清一體化攝像機迅速占領了高清機芯的市場，并且供不應求。2011年Sony、日立先后又推出了200萬像素數字高清一體化機芯，市場反應良好。2012年三星也推出了自己的200萬像素機芯。

除了日韓公司外，國內機芯企業推出的大都是130萬像素的高清機芯，200萬像素的機芯產品都還未量產發布。目前，200萬高清球型攝像機使用都大多是日立、索尼的機芯。國外雖然在高清技術方面走的比較靠前，但針對高清一體化機芯這一塊產品也剛開始起步，同時國外的產品價格比較高，不適合大規模應用。國內一些大的安防公司，比如大華股份正是抓住了這樣一個機遇，適時推出200萬高清一體化機芯，很好的補全了更高像素的高清一體化機芯的類型，能更好的滿足市場的需求。

高清一體化機芯之所以很受市場歡迎，除了因為有模擬機芯不能比擬的圖像清晰度外，還因為其配上球機后優秀的控制功能，能針對一些場景進行快速的跟拍、抓拍。目前，在社會治安監控、平安城市、平安校園等項目的建設中，很多客戶指明必須使用高清機芯，以便為查處違法車輛、犯罪嫌疑人等提供重要的技術手段和證據。

高清機芯技術發展更為嚴格

高清機芯是集嵌入式系統技術、圖像處理技術、鏡頭控制技術、自動聚焦技術等結合在一起的新技術。近兩年來，機芯產品雖是在不斷推陳出新，但圖像質量、變焦速度、聚焦速度依然是衡量高清機芯性能的重要指標。圖像質量的好壞是用戶最直觀的體驗。圖像質量大致可以分為兩方面，白天用戶會強調圖像的清晰度、色彩還原；夜晚會強調低照效果。如何才能獲取更好的圖像質量，這是一個很難回答的問題，它與傳感器，鏡頭、圖像處理等都有很大的關系。

一體機鏡頭及相關光學部分是一體化攝像機機芯的成像系統，其直接影響一體化攝像機機芯的品質。由于一體機鏡頭受到體積及成本的限制，鏡頭要做到長焦距，高解析，同時保證進光量等難度相對較大。目前高端的鏡頭主要被日本廠商所掌握，如騰龍、富士能等。標清一體機鏡頭焦距已經有10倍、12倍、18倍、22倍、26倍、36倍，37倍甚至更高。隨著高清攝像機需求的凸顯，騰龍2010年推出了18倍百萬像素的高解析度的一體機鏡頭。但是隨著一體化攝像機機芯對圖像效果要求越來越高，日韓的機芯廠商如三星已經自己著手開發鏡頭，如改大標清鏡頭光學孔徑，配合1/3英寸的圖像傳感器來提升機芯的圖像效果，研制高解析的標清鏡頭提高圖像線數，開發百萬像素高清鏡頭來降低成本，這些都使得機芯產品更有競爭力。

一體化機芯用的圖像傳感器主要有CCD和CMOS兩種，由于CCD工藝復雜、成本較高，像素提升難度大，后端DSP處理技術較CMOS難度大，同時，最新的CMOS在低噪度方面有很大提高，CMOS傳感器用于高清一體化攝像機機芯越來越多。日立最先推出的130萬像素的機芯是采用CCD傳感器，后續索尼、日立、三星推出的200萬高清機芯都是采用CMOS作為傳感器，而且隨著CMOS傳感器技術的積累與發展，如Sony的Exmor技術，飽受詬病的CMOS的低照效果等都有了很大改善，有些甚至好于CCD，可以預見CMOS圖像傳感器會逐漸成為高清機芯的主流。

對國內廠家而言，傳感器和鏡頭都是選用別家的，而將精力集中在圖像處理上，以提高自己的核心競爭力。每家的圖像處理技術都是各有千秋，圖像風格也不盡相同，有些廠家喜歡柔和的畫面，有些廠家喜歡對比度高的圖像，有些以Sony套片為平臺，有些采用FPGA作為平臺。圖像的清晰度不能只靠實驗室測試的線數作為標準，還要看實際場景。因為某些高清機芯燈箱線數很高，但看實際場景圖像卻顯的很不透徹。各家對圖像色彩還原性的理解上也不一樣。由于算法原理上的原因，無論哪家機芯都不能保證對每個顏色的還原都是正確的。比如日立130萬機芯的白平衡主要是針對西方人，所以東方人看起來就覺得顏色就偏黃，偏亮。而大華的高清圖像處理平臺，則以真實的還原再現圖像為原則，適用的色溫范圍很廣，為用戶提高高清晰度、最接近于實際場景的畫面。

自動聚焦技術可以說是機芯的核心技術，百萬像素級的聚焦算法更是需要有獨到之處。目前國內只有少數廠家有自己的自動聚焦技術，多數廠家還是購買日韓的聚焦方案。使用別人的聚焦方案開發產品雖快，但因為靈活性差，不能根據市場、客戶需求持續優化，使用別人的聚焦方案不是長久之計，久而久之，能在日益激烈的機芯市場競爭中存活下來的只有那些有自己聚焦算法的公司。自動聚焦不僅需要速度快，比如用戶使用機芯做道路監控，需要大倍抓拍遠處車牌，當他從小倍變倍到大倍后，圖像一般不是最清楚，需要聚焦才能最清楚，聚焦的時間就要求很快，否則需要抓拍的車輛已經開過了。除了快外，自動聚焦還需要穩定，同樣以道路監控為例，就不能受來來往往的人、車的影響，不能總是反復觸發聚焦。

高清機芯的選擇標準

對機芯廠家來說，支持哪些控制協議、電源電壓范圍、使用什么線纜傳輸等都將是要考慮的問題。因為這將決定使用機芯做二次開發的球機客戶的工作量，這些客戶通常都是先采用過索尼，日立的機芯。事實上，索尼接口與日立接口已經成為公認的行業標準，國內廠家在開發自己機芯的時候通常兼容他們的接口以及協議。

作為監控系統的眼睛，機芯的穩定性相當重要。構成機芯的每個部件都是相當精密的儀器，不同于傳統的網絡攝像機等產品，機芯鏡頭上有可運動的部件——馬達。我們見到過某些廠家的機芯在東北等寒冷天氣的地區因為鏡頭馬達被凍住不能聚焦，見過機芯在廣東等熱帶地區下死機，這些都是因為機芯廠家研發過程中沒有做充分的測試，也是對客戶不負責的做法。機芯需要在各種環境下正常工作，以大華為例，他們的樣機都要經過-10～60攝氏度的高低溫測試、更高溫度的可靠性測試、30天無故障的穩定性測試，生產上嚴格的質量控制，保證批量出廠的每一臺機芯都能達到最佳效果。

機芯的功能，目前各家的產品都相差不多，比如背光補償、曝光補償等，這些都是標配，每個機芯都會有。為了突出自己的產品，各家開始著手與新功能的開發，比如寬動態、隱私遮擋等。但也有只為了吸引眼球不實用的功能，比如防抖動，這個功能的效果目前都不明顯。一些廠家玩起了“概念”，對舊的概念做下保證，然后當做新功能推出。這對客戶在產品的選擇上也找成了一些困擾。產品的選擇上，建議按需選取，這樣既能保證滿足需求，又能節省整個監控工程的費用。比如，在人流量、車流量多的廣場、路口，推薦使用分辨率更高的200萬像素高清機芯；如果機芯經常工作在背光場景，寬動態機芯是個很好的選擇，而在非背光場景，就不用選擇帶寬動態機芯，因為帶寬動態功能的相機普遍會比非寬動態的價格貴；某些山寨公司的機芯雖然價格便宜，但穩定性差，重要監控點就需要選擇大品牌、有質量保證的機芯。

創新高清機芯的發展動力

現在的高清機芯市場上主要還是以130萬像素、200萬像素為主，倍數一般也只有20倍。機芯的核心部件鏡頭、傳感器、圖像處理技術、聚焦技術等，每一個模塊都制約著機芯的發展。創新是機芯發展的唯一出路，只有不斷創新，持續改進才能在日益激烈的安防行業生存下去。不創新，像Nokia、Motorola這樣的巨頭也會落后。雖然目前國內市場還是以日韓的高清機芯居多，但昂貴的價格、偏慢的客戶響應速度都制約著它的發展，國產高清機芯雖是后來者，但追趕之勢很猛，正在逐步縮小與日韓巨頭的差別。

隨著機芯鏡頭與傳感器技術的發展，肯定會有更高分辨率、更高倍數、更低照度的機芯面世來滿足用戶更高的監控需求。圖像處理技術會更智能，使得圖像還原更佳，并能根據場景自動調節圖像參數，比如現在機芯的寬動態功能，需要針對寬動態場景手動開啟，并調節強度，今后的機芯將會更加智能，能做到自動識別出寬動態場景并調整圖像參數。聚焦也會越來越快，為用戶帶來更好的用戶體驗。總之，高清機芯的性能會越來越強，價格卻會越來越便宜。

作者單位：浙江大華技術股份有限公司