主頁（http://www.130131.com）：DPS VS.CCD 誰與爭鋒 從30年前發(fā)展至今，CCD圖像傳感器從最初簡單的8像數(shù)位移寄存器到現(xiàn)在，已具有數(shù)百萬至上千萬像數(shù)。而采用CCD技術(shù)的攝像機(jī)一路走來，今天仍以技術(shù)完善、成像質(zhì)量、分辨率、靈敏度等優(yōu)勢，成為高端監(jiān)控?cái)z像機(jī)市場的主力軍。但是近幾年來，采用另一種傳感技術(shù)CMOS的攝像機(jī)，也在以低成本、功耗小等特點(diǎn)奮力追趕CCD。 然而，此次擂臺(tái)賽還未見分曉，如今又殺出一種新概念的圖像傳感和處理系統(tǒng)——DPS。此種技術(shù)在1990年由美國斯坦福大學(xué)的幾位教授提出，在經(jīng)過十幾年的發(fā)展和完善后，至今日形成了一個(gè)不同于傳統(tǒng)CCD傳感器的數(shù)字圖像傳感和處理系統(tǒng)（Digital Pixel System）。 對(duì)于DPS未來的應(yīng)用市場，擁有此技術(shù)專利的美國Pixim公司副總裁Todd E. Rockoff博士指出：“最近一連串恐怖爆炸事件將極大地推動(dòng)高端安全監(jiān)控市場的發(fā)展，這對(duì)采用DPS技術(shù)的攝像機(jī)市場前景有一個(gè)非常正面的影響�！� 那么將來，到底誰會(huì)登上攝像機(jī)市場的頭把交椅？是CCD還是DPS，或者是另有其他？本期話題，我們特邀了JVC（中國）投資有限公司的張智勇、慧友電子有限公司的鐘紀(jì)祥、PELCO的閆毅、景陽智能的張波以及天下數(shù)碼的韓冰，來探討此話題。讓我們一起分享他們的精辟見解！ DPS現(xiàn)在還屬于應(yīng)用早期，目前不會(huì)取代CCD DPS英文全稱Digital pixel system，即數(shù)字像素系統(tǒng)，這是一種新型的成像器，是成像技術(shù)的突破。 與傳統(tǒng)CCD相比，DPS最明顯的特點(diǎn)是在寬動(dòng)態(tài)范圍上。由于DPS的核心是在采集的每一個(gè)圖像像素中都含有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），這樣成像器直接輸出的是關(guān)于每個(gè)像素的數(shù)字信號(hào)。而CCD成像器輸出的還是模擬信號(hào)，從其模擬信號(hào)到DSP數(shù)字處理過程的時(shí)間要比DPS長。所以DPS大大節(jié)省了信號(hào)的無效傳輸，將像素陣列的信號(hào)衰減和串?dāng)_降低到最小，做到了更好的降噪。另外，DPS采用的是高速無損多次采用技術(shù)，每一個(gè)像素獨(dú)自確立自己的曝光時(shí)間，在本質(zhì)上相當(dāng)于幾十萬個(gè)攝像機(jī)同時(shí)進(jìn)行操作，而不象CCD由整個(gè)場景的平均亮度決定曝光時(shí)間進(jìn)行操作，后者會(huì)導(dǎo)致明亮處曝光過度，黑暗處曝光不足。正因如此，DPS的寬動(dòng)態(tài)范圍最高可達(dá)到120dB。 其次，DPS的優(yōu)點(diǎn)還表現(xiàn)在集成度和電耗上。DPS包括圖像傳感器和圖像處理器，集成度很高，體積小。而CCD集成度相對(duì)較低，體積較大。另一方面，DPS在主芯片電路幾乎沒有靜態(tài)電量損耗，CCD卻由于電路復(fù)雜，需要外部控制信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)來獲得滿意的電荷轉(zhuǎn)移效率，還需要多個(gè)電源和電壓調(diào)節(jié)器，因此功耗大。不過從目前來看，CCD還是有一定的優(yōu)勢，表現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展比較成熟，圖像具有高靈敏度和較寬的溫度范圍，市場認(rèn)可和接受度較高。 值得關(guān)注的是，在當(dāng)前的監(jiān)控領(lǐng)域中，已經(jīng)產(chǎn)生了一種在Pixim DPS基礎(chǔ)上采用SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）成像處理技術(shù)的攝像機(jī)。其大大提高了運(yùn)算速度，給用戶提供了定制的圖像質(zhì)量，以及多種預(yù)定義的圖像配置文件和多個(gè)附加的用戶自定義文件，如高清晰度、寬動(dòng)態(tài)、室內(nèi)、室外、窗口、賭場等。并且在保證色彩再生方面提供了多種白平衡選項(xiàng)，保證了在不同色溫環(huán)境下的色彩還原性…… 目前，DPS做為一種新型的技術(shù)已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用在監(jiān)控領(lǐng)域，并由于其卓越的寬動(dòng)態(tài)性能和色彩再生能力使其應(yīng)用范圍變得更為廣泛。特別針對(duì)于光線條件比較苛刻的地方，比如銀行的進(jìn)出口、ATM取款機(jī)、高速公路的收費(fèi)站、車輛進(jìn)出口、建筑物出入口走廊、娛樂場所、港口碼頭等具有挑戰(zhàn)性光照條件下的應(yīng)用。舉例說明，目前國內(nèi)很多高速收費(fèi)站大都采用的是1/2英寸的CCD成像器，其成像靶面大，通光量大，視野角度大，但價(jià)格昂貴。DPS由于成品率高，制造成本低，加之其優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)光處理能力，在此方面基本可以替代傳統(tǒng)的CCD。 不過，總的來說，DPS現(xiàn)在還屬于應(yīng)用早期，目前不會(huì)取代CCD。但DPS圖像傳感器主要朝著高分辨率、高動(dòng)態(tài)范圍、高靈敏度、超微型化、數(shù)字化、多功能化的方向發(fā)展，以小型化和低功耗DPS圖像傳感器為核心的攝像機(jī)將會(huì)成為監(jiān)控產(chǎn)品的主流，為圖像傳感器市場帶來巨大的發(fā)展。 DPS在原理上屬于CMOS工藝改良器件的一種 DPS在原理上屬于CMOS工藝改良器件的一種。CMOS器件是一種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)名稱，也是其制造工藝的名稱，它的中文名稱是“互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體”，是利用硅和鍺兩種元素制成的半導(dǎo)體器件，在其上共存著帶N（帶－電）和P（帶+電）級(jí)的半導(dǎo)體，隨著外接觸發(fā)極控制量的變化，讀取其中互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流，即可解碼，輸出成影像。JVC公司在2003年底推出了采用該類型器件的攝像機(jī)，目前市面上推廣的一些鈣類產(chǎn)品（DPS）在性能及原理上與JVC的TK-WD310EC基本相同。 據(jù)筆者所知，利用CMOS結(jié)構(gòu)制作感光器件的探索已經(jīng)有很多年的歷史了，現(xiàn)在應(yīng)用已經(jīng)非常普及了，例如電腦城里滿柜臺(tái)的USB小攝像頭就是此技術(shù)的應(yīng)用。由于這些產(chǎn)品應(yīng)用的是低端CMOS器件，此類攝像頭給用戶極壞的印象，圖像動(dòng)態(tài)范圍很窄，照度范圍不適當(dāng)，很容易造成曝光過度或曝光不足；而且分辨率較低，噪波較大。 經(jīng)過對(duì)CMOS本身的改良及應(yīng)用電路的優(yōu)化，該器件現(xiàn)在的表現(xiàn)已經(jīng)有了很大的提高，例如CANON公司的EOS 1D MARKⅡ和SONY公司的DCR-PC1000E攝像機(jī)，前者是價(jià)值2萬余元的專業(yè)數(shù)碼照相機(jī)，后者是最新的、價(jià)值萬元的民用3片感光器件攝錄一體機(jī)。 從當(dāng)前的應(yīng)用中去分析，CMOS器件的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的： 首先，CMOS是一種傳統(tǒng)工藝，生產(chǎn)流程簡單，成品率、產(chǎn)量高，使得理論上價(jià)格低廉。其二，集成度高，相同性能要求下可以制造出微型化攝像機(jī)，相同尺寸下可以制造出更高的分辨率，甚至可以將驅(qū)動(dòng)電路直接做在感光器件上，相對(duì)比較節(jié)省空間。其三，靈敏度高，由于是逐像素輸出（IT CCD是逐行輸出），加之期間集成度很高，所以一般在每個(gè)像素上直接制作一個(gè)前置放大電路，就地放大，在消除了拖尾及開花效應(yīng)的同時(shí)，其原始靈敏度可以做到很高。另外，運(yùn)行速度快，其最大輸出速度是CCD的5倍以上；電力消耗低，約為CCD的1/3到1/8…… 不過，至目前為止，CMOS器件仍存在著一些不足：期間本身的原始動(dòng)態(tài)范圍較小，比CCD還要小一點(diǎn)；其次，熱噪波高，由于集成度高、結(jié)構(gòu)特殊，早期低端產(chǎn)品極易受溫度影響，不過高端產(chǎn)品在此方面有了很大的改進(jìn)；另有關(guān)鍵的一點(diǎn)是怕靜電，電子行業(yè)內(nèi)的前輩曾經(jīng)依據(jù)其英文發(fā)音和易被靜電燒毀的現(xiàn)象起了一個(gè)外號(hào)——“誰摸（誰）死”，很是形象。 然而，總結(jié)以上方面，相對(duì)于CMOS來說，現(xiàn)有的CCD器件劣勢還是比較明顯。雖然其具有極高的信噪比、很強(qiáng)的感光靈敏度和良好的動(dòng)態(tài)范圍，但CCD生產(chǎn)過程復(fù)雜、產(chǎn)量低、成品率低，價(jià)格貴。為了克服CCD的不足，因此人們才研發(fā)和推出了新型的CMOS影像傳感器。 (中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮) |
