日前，安防市場(chǎng)技術(shù)更新?lián)Q代頻率很快，其中圖像傳感技術(shù)尤為突出。CCD較為明顯的優(yōu)勢(shì)一直在市場(chǎng)中廣泛運(yùn)用，但隨著高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對(duì)CMOS的大量運(yùn)用，對(duì)CCD的未來發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。深圳保千里電子有限公司安防渠道部總監(jiān)吳雪芳表示，這之間的競(jìng)爭(zhēng)和博弈，不同程度的促使行業(yè)不斷創(chuàng)新，技術(shù)不斷升級(jí)，為行業(yè)發(fā)展帶來新的活力。

保千里安防渠道部總監(jiān)吳雪芳

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分就是圖像傳感技術(shù)，有CMOS和CCD兩種，這兩種傳感器各有長(zhǎng)短，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下各有優(yōu)勢(shì)。

CMOS傳感器采用一般半導(dǎo)體電路最常用的工藝，具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特點(diǎn)，最近幾年在寬動(dòng)態(tài)、低照度方面發(fā)展迅速。其互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體，主要是利用硅和鍺兩種元素所做成的半導(dǎo)體，通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實(shí)現(xiàn)基本的功能。

CCD具有低照度效果好、信噪比高、通透感強(qiáng)、色彩還原能力佳、工藝技術(shù)好等優(yōu)點(diǎn)，目前在交通、醫(yī)療等高端領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。由于其成像方面特有的優(yōu)勢(shì)，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)占據(jù)鏡頭市場(chǎng)的主導(dǎo)地方，并且在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還會(huì)延續(xù)采用。

從技術(shù)的角度比較，CCD與CMOS的不同點(diǎn)： 

1、信息讀取方式：CCD電荷耦合器存儲(chǔ)的電荷信息，需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流(或電壓)信號(hào)，信號(hào)讀取十分簡(jiǎn)單。

2、速度：CCD電荷耦合器需在同步時(shí)鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢;而CMOS光電傳感器采集光信號(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，還能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。

3、電源及耗電量：CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大;CMOS光電傳感器只需使用一個(gè)電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢(shì)。

4、成像質(zhì)量：CCD電荷耦合器制作技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅(SiO2)隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對(duì)CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢(shì)。由于CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴(yán)重，噪聲對(duì)圖像質(zhì)量影響很大，使CMOS光電傳感器很長(zhǎng)一段時(shí)間無法進(jìn)入實(shí)用。近年，隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

保千里系列安防產(chǎn)品

安防行業(yè)中的應(yīng)用情況

與CCD圖像傳感器相比，CMOS在低光條件下的成像效果以及高動(dòng)態(tài)范圍的性能表現(xiàn)，這也是市場(chǎng)人士詬病的主要問題。對(duì)此，對(duì)于目前市場(chǎng)上高清的發(fā)展趨勢(shì)，傳感器的低光照性能對(duì)于準(zhǔn)確地呈現(xiàn)圖像和保持圖像的真實(shí)色彩是至關(guān)重要的。CCD技術(shù)在攝像中分辨率、靈敏度、信噪比，彩色還原性具有明顯優(yōu)勢(shì)。

1、當(dāng)攝像機(jī)攝取等間隔排列的黑白相間條紋時(shí)，CCD能在監(jiān)視器(應(yīng)比攝像機(jī)的分辨率高)上能夠看到的的最多線數(shù)，當(dāng)超過這一線數(shù)時(shí)，屏幕上就不能分辨出黑白相間的條紋。普解的分辨率一般為350TVL線(水平中心)，高解的分辨率一般為480TVL((水平中心)。

2、靈敏度性是反映攝像機(jī)光電轉(zhuǎn)換性能高低的一個(gè)指標(biāo)。目前，監(jiān)控系統(tǒng)所用CCD攝像機(jī)的靈敏度用最低照度來衡量，照度越低，表明靈敏度越高，光電轉(zhuǎn)換性能越好。目前一般彩色CCD攝像機(jī)的最低照度可以達(dá)到1Lux，黑白的一般可以達(dá)到0.1Lux,低照度的可以達(dá)到0.01Lux。

3、信噪比是指信號(hào)電壓對(duì)于噪聲電壓的比值。CD攝像機(jī)信噪比的典型值一般為45~55dB，工程應(yīng)用中要求≥40dB。當(dāng)在低照系統(tǒng)使用時(shí)，其信噪比不得低于25dB。

4、度色彩還原度是指經(jīng)過CCD攝像機(jī)攝取并通過處理后的目標(biāo)色彩與物體真實(shí)色彩的差異程度。色彩分為色調(diào)和飽和度，色調(diào)決定色彩的性質(zhì)，飽和度決定色彩的濃淡。我們圖象對(duì)色彩評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是100-0-75-0彩條，需要說明的是色彩的還原度與景物的光照條件及光源的色溫有著非常密切的關(guān)系。當(dāng)前的單片彩色CCD式，器件從理論上講，它是不能完全真實(shí)地重現(xiàn)原物體的色彩。

5、白平衡是彩色CCD攝像機(jī)的重要參數(shù)，它直接影響重現(xiàn)圖像的彩色效果，當(dāng)攝像機(jī)的白平衡不當(dāng)時(shí)，重現(xiàn)圖像就會(huì)出現(xiàn)偏色現(xiàn)象，特別是會(huì)使原本不帶色彩的景物(如白色的墻壁)也著上了顏色。

然而，低光照性能的一個(gè)關(guān)鍵因素是像素尺寸，因?yàn)樗�與靈敏度直接相關(guān)，即使像素技術(shù)在不斷進(jìn)步，較大像素尺寸具有較高靈敏度的準(zhǔn)則仍然適用，但對(duì)于給定的分辨率，較大的像素尺寸由于需要使用成本較高的透鏡，這通常也意味著較高的系統(tǒng)成本。

目前，在高清安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域，CMOS芯片產(chǎn)品已經(jīng)被大量應(yīng)用至各式各樣的產(chǎn)品。

通常，大家認(rèn)為圖像畫質(zhì)優(yōu)秀的設(shè)備都采用CCD傳感器，而低成本產(chǎn)品則使用CMOS傳感器。但是新的CMOS芯片技術(shù)已經(jīng)克服了早期CMOS傳感器的技術(shù)弱點(diǎn)，傳感器的設(shè)計(jì)上相比老產(chǎn)品提升了低照性能、曝光模式等。拿目前流行的背照式CMOS傳感器來說，在傳統(tǒng)的CMOS圖像傳感器中，感光二極管位于電路晶體管后方，光線會(huì)通過微透鏡和光電二極管之間的電路和晶體管，那么進(jìn)光量就會(huì)因遮擋而受到影響。

背照式CMOS傳感器在圖像傳感器原件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)上做了優(yōu)化，它將感光層的原件調(diào)轉(zhuǎn)方向，讓光線從圖像傳感器比傳統(tǒng)CMOS傳感器在感光靈敏度上有質(zhì)的飛躍，在低照度環(huán)境下，采用背照式CMOS傳感器的高清攝像機(jī)在聚焦能力、圖像畫質(zhì)表現(xiàn)、圖像噪點(diǎn)控制等方面有了極大的性能提升。

而我們常見的CCD傳感器攝像機(jī)只能夠720p@25fps，支持1080P格式的CCD傳感器造價(jià)高昂。背照式CMOS傳感器像素可以再高些。雖說無論是背照CMOS或是CCD，都可以提高有效像素。但是背照式CMOS的構(gòu)造決定了傳感器面積不變的情況下，可以將有效像素進(jìn)一步提高，畫質(zhì)也能夠保持得比較好。相比之下CCD盲目提高像素的話，畫質(zhì)就會(huì)很差，而且隨著像素提高，芯片尺寸也在變大造成成本幾何倍數(shù)上升。

在模擬攝像機(jī)以及標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，CCD的使用最為廣泛，長(zhǎng)期以來都在市場(chǎng)上占有主導(dǎo)地位。CCD的特點(diǎn)是靈敏度高，但響應(yīng)速度較低，不適用于高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用的高分辨率逐行掃描方式，因此進(jìn)入高清監(jiān)控時(shí)代以后，CMOS逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)普遍采用CMOS感光器件。

目前已經(jīng)研發(fā)出的720P與1080P專用的背照式CMOS器件，其靈敏度性能已經(jīng)與CCD接近。與表面照射型CMOS傳感器相比，背照式CMOS在靈敏度（S/N）上具有很大優(yōu)勢(shì)，顯著提高低光照條件下的拍攝效果，因此在低照度環(huán)境下拍攝，能夠大幅降低噪點(diǎn)。

雖然目前以CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)的百萬像素?cái)z像機(jī)產(chǎn)品在低照度環(huán)境和信噪處理方面存在不足，但這并不會(huì)根本上影響它的應(yīng)用前景。而且相關(guān)國(guó)際大企業(yè)正在加大力度解決這兩個(gè)問題，相信在不久的將來，CMOS的效果會(huì)越來越接近CCD的效果，并且CMOS設(shè)備的價(jià)格會(huì)低于CCD設(shè)備。

安防行業(yè)使用CMOS多于CCD已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)，盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優(yōu)于CMOS傳感器，但如果不考慮尺寸限制，CMOS在量率上的優(yōu)勢(shì)可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難，這樣CMOS在更高分辨率下將更有優(yōu)勢(shì)。另外，CMOS響應(yīng)速度比CCD快，因此更適合高清監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量特點(diǎn)。

CCD與CMOS的未來市場(chǎng)前景

CCD在影像品質(zhì)等方面均優(yōu)于CMOS，CMOS的低成本、低功耗、以及高整合度等特點(diǎn)也比較明顯。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異在逐漸減小，新一代的CCD傳感器一直在功耗上作改進(jìn)，而CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足。相信不斷改進(jìn)的CCD與CMOS傳感器將為我們帶來更加美好的數(shù)碼影像世界。

無論是CCD還是COMS，都有各自得優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，存在即是需要，CCD與COMS的博弈或許是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，短時(shí)間內(nèi)很難有所定奪，而兩者的較量必將為促進(jìn)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步升級(jí)，從而促進(jìn)行業(yè)的不斷發(fā)展。