图像传感技术在安防中的应用及发展趋势

文/李俊江

图像传感技术应用非常广泛，凡是视频应用领域都需要图像传感技术。我们首先要明确一个基本概念，安防监控的意义在于侦破和预防犯罪，有别于消费类产品更注重视觉体验。因此，笔者专门针对安全防范领域对图像传感技术的应用特点和发展趋势进行介绍。

从安防监控的核心价值来说，摄像机按顺序要解决以下三个问题：一要能看得见，二要能看得清，三要能看得舒服漂亮。所以引发出图像传感器在传统的安防行业里有三大核心指标: 一、感光灵敏度，解决看不看的见的问题，二、清晰度，解决看不看得轻的问题，三、色彩还原，解决看得是否真实，是否舒服的问题。

可见度

摄像机是否“看得见”，也就是能够采集到图像，主要取决于图像传感器的感光灵敏度，灵敏度越高，感光能力越强，更适用低光照环境。从这个角度出发，提高感光灵敏度，是图像传感器的发展趋势。首先我们知道，图像传感器（CMOS、CCD、MCCD）实质上就是一种光电转换元件，理论上讲，Sensor能感应的光子越多，光子的存储转换能力越强，灵敏度也就越高。那就需要提高Sensor的光子感应能力和光子的存储转换能力。在不考虑工艺和设计水平的情况下，Sensor的感光单元pixel越大，感应能力越强；存储和转换光子的能力主要取决于设计水平，MCCD就采用了三级Fd技术，不仅大幅提高了光电转换的能力，也提高了动态范围。BSI技术是可以在不改变 Pixel size情况下，大幅提升感光灵敏度的新一代技术，尽管目前BSI技术尽在手机消费类上应用较为成熟，但由于在大像素Sensor上应用尚不成熟，安防界当下只能期待，也值得期待。从技术难度上讲，提高灵敏度要比增加像素点要难得多。

清晰度

摄像机能否“看得清”，主要取决于图像传感器的有效像素。所以从这个角度上讲，把sensor的像素点布得越多，在光照条件足够的情况下，有效像素就越多，画面也就越清晰。所以图像传感器从CIF、VGA、D1逐步发展到960H、HD 720P、Full HD 1080P。特别是随着4K的兴起，图像传感器将为监控画面带来前所未有的高清晰度。

色彩还原能力

摄像机能否看得漂亮真实，主要取决于图像传感器的色彩还原能力，也取决于DSP的图象处理技术。图像效果在光照足够看得见的情况下，就得考虑图像传感器和DSP的图像还原和处理能力，考虑帧率是否足够、动态范围是否足够宽，DSP是否有3D降噪，帧累积，电子快门等功能。另外图像传感器还需要发展高信噪比，有好的信噪比就能有好的增益空间，就能留给DSP更大的自由度来调整需要的图像效果。当然也有的DSP和技术专家可以把图像效果处理得更漂亮，色彩不一定很真实，但看起来很舒服，这也是部分终端消费者喜欢CMOS图像效果的原因。

图像传感器是矛盾结合体

然而在图像传感器的设计中，“看得见”跟“看得清”却是一个矛盾的结合体。同一个靶面大小的图像传感器，比如说1/2.7”, 做成720P，pixel可以是4.5um*4.5um;但要做成1080P，pixel size就得缩小为3.2um*3.2um；不考虑工艺和设计水平的情况下，同样是1/2.7”的Sensor, 720P的最高像素就要比1080P小一半，感光灵敏度就比1080P要好，比如Sony的IMX238和IMX222，前者的夜视能力就比后者好，但像素点要少近一半。也就是说，保持sensor靶面不变的情况下，提高清晰度就得降低灵敏度，反之，提高灵敏度就得减少像素点。如果在灵敏度不变的情况下提高清晰度，就必须增大Sensor靶面。这也就是锐芯BG0701做到大pixel size 5.5um*5.5um，1288*728pixels必须做到1/2”靶面的原因，既满足高清HD的要求，也在感光能力上实现了向上差异化，为星光级网络高清摄像机打下了坚实了的基础。传统的星光级网络高清成本在700元以上，BG0701让200元以内的星光级摄像机成为现实，这是安防界的福音。大靶面还有一个尚未发挥出的方案价值，即视场角更大，比如，同样是3.4mm的镜头，配合1/3”的水平视场角为83度，配合1/2”的水平视场角就增大为125度，将监控范围大幅提高了50%。

星航洋科技不仅针对1/2” 760H、720P和ISP开发了系列星光级应用方案，并开发了1M-3M系列1/2” M12和CS镜头，以及合作开发1/2”IRCUT，解决了早前1/2”配套难的问题，从系统上解决既“看得见”也“看得清”的安防需求。同时也推出了相对经济型的1/2.7” 720P和1/4”720P，2015年下半年也将顺势推出1080P。

然而，技术的发展往往阶段性地受到市场统治阶层的影响比较大，比如在中国安防界，海康主推的产品方案，不管是出于技术发展，还是贸易壁垒，一定能够推动这种方案较大程度的发展。但站在技术角度上讲，市场有时候并非理性的，当下追求网络高清的热度，就跟当初Iphone4出来你不用就过时了一般。中国的安防市场从720P热到1080P热，周期竟然不超过1年！终端用户配套资源根本来不及反应，这就是非理性；但提供图像传感技术的厂家需要明白的是，市场要的是噱头，能赚到钱的噱头，不在乎产品的好坏贵贱，这就是市场的理性。别人1080P不成熟，我的先成熟，好比象棋占先，在未来的市场战争中就能有更大的机会获胜，这就是理性。这也是个别企业搞300万、500万的目的，搞差异化，打广告，炒作噱头。其实，真正的市场需求不可能那么快就培育出来。美国3年才集中更换监控设备，中国更是需要4年的时间。虽然像中国这样的发展中国家有足够的消费能力和新消费项目，能够引领产业的推动，但同样是僧多粥少。这有点像挤地铁，即使在深圳挤地铁比上海容易，但在深圳挤地铁并不会让人更开心。在笔者看来，当前中国安防产业的症结就在于，竞争过于饱和，人人自危，如果没有上战场的意识，就无需再待在安防行业。往后的发展将会是平台服务的综合竞争和和排他性抱团战略取胜。在这种形势压力下，如果认不清自己，身份定位不准，选不对共担风险的伙伴或者行业靠山，那就无异于陪太子读书，花钱赚吆喝，更有可能被激烈的洪流冲得粉身碎骨。不出意外，能带来更好夜视效果的图像传感器解决方案将是近1-2年内不可忽视的一股潮流。安防企业准备好了吗？