SDI芯片成HD信号传输的关键

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1、物联网知识IP摄影的考验往往不在传输，因为IT网通本身即是成熟领域，但画质却最容易让人诟病。至于HD-SDI监控系统的关键不只在图像，反而在于传输。 高阶感光元件与影像处理元件近乎唾手可得，但如何用对元件，维持高画质传递，确保长途不失真，就是一门学问。距离一拖长就感到吃力画面清晰、没有延迟、方便控制和远端储存管理，说起来都容易，但高清化之后就变成难题。不论高清影像是否经过压缩，非网络化的图像信号能传得多快多即时，能跑到多远距离，对安全监控而言是非常严酷的考验。所以我们说高清的考验是传输，传越远就越凶险。正如我们熟悉的SDI，其规格概念不来自影像领域，而是指一种传输方式，是信号发射与接收端(Tx

2、和Rx)的技术。与近几年流行的IP监控Datacom概念迥异，不透过IP网络架构，直接传输HD影像的方式，在CCTV领域迅速燃烧。从Gennum和Stretch主导的HDcctv联盟于2010年点火开始，HD-SDI成为安防制造重镇的显学。一时之间，观念更新、研发的艰辛、杀出红海的期盼，在安防HD化的过程中交织而纠结。对CCTV族群而言，HD究竟是比较容易，或者其实比较难，是不易回答的论题。包括设备相容性、影像信号的纯度、传送的距离、低延迟性要求、后端压缩效率、影像分析的效能、电力供应、控制信号、与IP网络的介接，显示播放的格式，甚至是电子物料成本本身，都已是极大考验。到底目前市面上有几种实现

3、SDI的方案?该具备哪些相关技术?除了SDI还有哪些HD替代架构?即时影像是不是唯一要求?光纤或其他线材有没有机会?种种HD系统开发上的疑惑，我们透过Tx和Rx的探讨来跨越。SDI功能由不同单元组成现今我们在安防R&D圈中看到的SDI芯片方案，甚至包括FPGA，早在2007年就多已成型。在当时美国的传播媒体展(NAB2007)中，芯片厂针对3G-SDI(第三代序列数位介面)各自推出不少解决方案。这些包括Gennum(现已并入Semtech)，National Semiconductor(NS，现并入德州仪器)、Altera与Xilinx等。其中Gennum日后发展出GV7600/GV7601芯

4、片在安防之所以有名，除了是HDcctv的推动主力，另一方面也是率先将Tx和Rx等离散型的芯片架构整合为一的缘故。例如其发射端(Tx)的芯片就是串列器(Serializers)加上电缆驱动器(Cable Drivers)，而接收端(Rx)芯片即为解串列器(Deserializers)加上电缆等化器(Equalizers)，可精简摄像机和DVR的设计。现任Semtech亚太区业务经理许文隆就表示：“因为我们芯片的成功来自广播电视领域的肯定，因此会有许多客户的研发单位，将我们发表于安防应用的GV7600和GV7601运用在其他相关领域如电视墙、医疗内视镜及Machine Vision等。”事实上，例

5、如将HDMI信号延伸至100公尺以上的转接器和Extender设备，确实都可以有不错的发挥。这相当程度注解了Semtech Canada(Gennum)芯片的品质能力。未来Semtech Canada也将陆续发表植基于现有安防应用芯片的附加功能新芯片，如由监控端透过同一条同轴电缆，向摄像机端传输控制信号、声音等资料的解决方案。从技术面拆解来看，SDI全名是串列数位介面，是一系列由 SMPTE(The Society of Motion Picture and Television Engineers)电影动画和电视工程师协会所定义的格式。这种SDI标准串列介面都用于传输未压缩且无延时的数码视频

6、信号，同时能嵌入Audio音讯和Data控制码。SDI标准目前有五种，其中SMPTE-292M标准的 HD-SDI，主要用于广播级视频的数位视讯介面，它以1.485Gbit/sec传送720P及1080i的画面格式。此外，还有俗称为3G-SDI 采用SMPTE 424M标准规范的高解析晰电视定义格式，可提供2.970 Gbit/s为1080P的高速影像资料传输介面。在安防运用上，是采用HD-SDI与3G-SDI居多。而要实现这种传输架构，除了同轴缆线(包括接收端设备内) 和BNC接头， 它主要是靠几个元件共同组成。以TI(NS)推出各别芯片种类表示，包括电缆等化器(Equalizers)、电缆

7、驱动器(Cable Drivers)、时脉重整器(Reclocker)、串列器(Serializers)、解串列器(Deserializers)、影像时序控制器(Video Timing)和其他特殊控制功能的IC等。这就表示在HD安防的SDI芯片阵营中，就粗分为整合型如Semtech(Gennum)和TI(NS)的离散式等两种典型。其余推出分离型元件，还有EqcoLogic和Mindspeed等。SDI芯片整合程度影响设计至于SDI芯片的另一种区分法，尤其在安防中会比较明显的，就是单路和多路的差别，主要是指高速解串列器(Deserializers)方面，是否有4路整合的情况。目前所知能够有4路

8、的方案，大多由FPGA担纲，如Lattice、 Altera和Xilinx;即使有如韩国SiliconGear开出整合HD等级MUX与4路解串列器单颗芯片，其实里面仍为FPGA本质。至于何时真正能有ASIC是4路合1，或许等市场更稳定成熟，就会有些安防老牌芯片厂推出产品。特别说明，等化器(Equalizers)则不适宜作多路整合，这牵涉过于密集的电路布线与干扰等问题。此外，SDI包括Cable Driver和Equalizer等元件，都含有混合信号技术，在并入德州仪器(TI)以前，NS就是知名的类比芯片供应厂。而众所周知，原本TI在数位方案，包括DSP/SoC等许多方面，对于安防IP摄像机和D

9、VR/NVR设备主控芯片端，就已具备强大的支持力道，在安防业界起指标性作用。合并NS除了让TI的整体类比芯片实力壮大，事实上对HD安防的设计方案更别具意义。于今年四月CompoSec(第四届全球安防电子技术论坛)，德州仪器负责SDI 产品的讲员，资深应用工程师曾祥华，就已经发表前后端类比和数位芯片的整合设计，TI已能针对无压缩HD摄像机和HD-DVR提出更整体的解决方案，让新架构导入更为顺畅。TI(原NS)各类SDI元件配合精简FPGA，与Semtech(原Gennum)的SDI芯片在延长传输距离，简化系统设计方面，于安防应用面正延续2007年以来的竞争。光是细究SDI技术领域，各种透过IC半

10、导体来实现HD传输的方式，显然已呈现多元的样貌;当然也有很多人讨论到这样的高画质信号，或许可采用HDMI或是DVI的通道，如单以HD-SDI来定义这种不压缩的高画质方案不恰当。基于信号格式传输及方便施工与替代性，以BNC这样的SDI连接器，对监控应用最有利，相对也就被大量采用，并成为HDcctv联盟极力推动的一种标准格式。HDcctv与长距离的考验目前，“HDcctv传输距离较短”是许多安防工程商常提出的问题之一，就算用同轴电缆也只能逼近150公尺， 这使得系统设备商仍须提供延长和中继设备(Repeater)，其中都必须要内建Tx 和Rx ，也就是SDI芯片，如果再加上电力供应和控制信号，就容

11、易垫高成本。许文隆表示：“因应安防行业的需求，特别有针对Rx改版为GV7601A，较先前的版本可多提供增加60公尺传送距离，总共可达200公尺远。”针对SDI传输配套方案，有些工程端已灵活运用光纤来转接，延长传输距离。这样的考虑方向，直接形成光纤材料和模组在安防的新机会点，从今年的CompoSec安防电子展上，也能观察风象。目前有些系统制造商已经开始重视这个问题，除了积极开发新的3G-SDI产品，以传输速率来增加SDI的传输距离外，同时也会选择FPGA设计架构去设计HD-SDI 的Tx芯片。nextpage例如可采用Dirac 影像压缩技术，以达到无压损失(loss less compress

12、ion)的无中继传输，最远距离能达到300公尺的效能。同样能将不压缩原始影像信号传递达150公尺(或说同在150公尺限制内)，还包括最近以色列的IC设计Valens Semiconductor所推动的HDbaseT方案。比较特别之处，是不透过HDMI传输，不像SDI一样走同轴电缆，也不是透过LVDS介面电路，而是经由一般最常见的cat5e/ cat6a网络线(LAN Cable)进行传输，也就是我们很熟悉的RJ45网络接头。目前首波推出一对Tx和Rx芯片，并声明是针对安防应用开发，可传递无压缩和高音质1080P60fps影像，150公尺最大延迟仅10微秒。芯片兼容性设计IP高清在传输过程中需要

13、进行压缩编码及解压等工作，数据在传输过程中，会出现丢包，网络拥堵等问题，从而导致视频画面延迟，而且IP高清存在不稳定、易死机等安全隐患，以及各个品牌产品兼容集成复杂等问题，导致市场越来越青睐于稳定性、实时性效果好的HD-SDI高清产品。恒业智能安防()有限营销中心的靳雨蓓经理表示，目前，SDI芯片虽然都可以向下兼容(1080P、1080i、720P)，但从设计上除了要考虑视频数据量大以外，还要评估CPU性能，以及在并行数据处理能力方面。同时信号输出接口：包括串行器(Seralizer)、电缆驱动器CD(Cable Driver)等电路等也是需要考虑的方面。其中，串行器也称之为发送器(Trans

14、mitter)，主要实现将CPU输出的10BIT/20BIT视频数据按SMPTE规定的编码标准调制成标准SDI信号发送出去。同时，HD-SDI摄像机的数字编码影像信号格式与不同厂牌HD DVR仍然存在兼容性的问题，以及HD-SDI摄像机在采用不同HDMI缆线材质时传输会出现不同程度的干扰。其实对于设计人员来说，他们更关心的还是芯片兼容性问题。部分半导体厂家如NS、GENNUM等不同厂家的三个不同速率的均衡器(EQ)管脚封装都是一样的，各芯片都是向下兼容的，如支持3G速率、HD-SDI等，只需更换相应的均衡器EQ型号，硬件设计与PCB都不需要做改动即可大大降低研发成本。同时也针对不同的客户需求，

15、实现产品种类的多样化。再者，低成本FPGA也可满足要求，前端接收器(Receiver)集成电缆均衡器EQ、SERDES等电路，导致FPGA前端器件成本增加。接收器主要作用是实现将SDI信号转换成10BIT/20BIT并行数据输出。接收端具体采用哪种方案，需要综合考虑：1、需要有一定的FPGA开发经验积累，周期难以预料，但易维护，产品功能容易实现多样化。2、关于SDI转换与处理基本都是通过硬件芯片实现，开发周期短，可以快速将产品推向市场。HDbaseT将网络线当影音信号线用网络线来跑高画质影音信号当然是新鲜的，就像是我们的DVD或BD蓝光机，甚至手持装置的周边接到电视萤幕，都用网络线来当信号线的

16、情况。网通相关技术势力的渗透力自是不容小，但是发挥在这个面向上确实少见。HDbaseT联盟早在2010年便已挟著电力、控制信号、网络资讯流、音讯、高画质的五合一功能，向HDMI介面下战帖，所以也可以方便将其看为走网络线的HDMI。除了ValensSemiconductor，包括LG、Samsung和Sony都是核心成员，不难感受其企图心。有了SDI方案的前车之鉴，如今HDbaseT对于将方案推广到安防市场更具信心。Valens的亚太区总监林浩原表示：“我们最大的竞争对手就是自己!当其他方案为了HD影像的传递效能，已全力而为之，而VS020刚刚起步，在规格面却已产生先天的优势。”回归安防设计的本

17、质除了要选择方案，有几种关于安防的备选技术，可优先排除，避免徒增研发和应用障碍。首先是摄像机和储存设备间，关于TCP/IP的繁琐设定。高画质一定透过网络设备来实现吗?前端就进行影像压缩工作的影响为何?影像分析于何处用哪一种资料格式进行?编辑swvfswk服务的主配置文件httpd.conf，查找配置项“ServerName”，在附近添加一行内容“苏州网思通信ServerName W”,用于设置网站名称。上述的HD传输芯片供应端，已用无压缩影像的高速连结方案提出示范。然而，如果我们关心安防工程端，势必能察觉上述理想化方案，SDI传输格式列表名称标准位元率影像格式有一道新门槛：即时无压缩(RAWD

18、ata)传输!要完全落实这项诉求，绝不是只更换优质线材的成本就可轻易实现。HD影像确实是安全监控的产品趋势，而且不可逆转;然而什么是HD影像呢?“不压缩”必定不是在定义内，否则我们看过的DVD、蓝光片，网络影片，甚至HD层次的网络摄像机都没资格说自己是高画质，因为这些讯源，都是经过压缩处理。ccHDtv用数位电视技术传安防影像松翰科技产品经理涂宗宪就对此表示，他相信一定有个新的设计动能，来自于HD的影像需求，并且兼顾传输和管理方便性，在布线上不用费力更改，就像目前类比摄像机和DVR之间让业界累积的直觉和信赖感;不用耗费额外中继传输的成本，适度的压缩处理也能够容许，并且对于IP网通的架构整合也带

19、有方便性。也许，我们可以期待这样的安防摄影解决方案，会是新一波投入安防的IC设计产品发表重点。说到台厂的IC，切入HD安防提供Tx和R x最亮眼的代表，从2012年看过来，应该就是ITE联阳半导体，以及他们推动的ccHDtv架构。他们不但完全实现上述HD和非IP架构的描述，而且藉用他们在数位电视领域累积的经验，所提出技术本质为DVB-T的方案，即可实现用同轴电缆“串接”和“并接”等方式拉回储存端管理，确实节省了布线成本耗损。透过“多对一”和“一对多”灵活的分流管理，为HD安防领域注入鲜活的研发方向。也许有人发现，这样的架构在安防或许是新鲜的，然而在第四台业者、数位电视(尤其是欧洲地区)早已行之

20、多年。而车内收看的电视频道，就是透过DVB-T无线传输。这意味HD无线化的可能性，也是HDcctv的架构优势。联阳半导体的资深行销经理赖胜中说：“无线化或许在台湾有频道管理上的考量，但若是在闭路系统中，完全就没有这层法规和安全性顾虑。”这说法蛮务实贴近安防的系统工程实况。他补充：“建置在摄像机尾端的Tx芯片，是参考各方看法和需求性，为安防开发的全新IC，盼望使台湾产业拥有坚实而创新的方案。”当我们本次聚焦HDcctv的HD-SDI各种芯片架构，包括FPGA、分离型、整合型芯片;参考了走上网络线的HDbaseT，并且有多工能整合优势;再回看台湾推动的ccHDtv架构，藉DVB-T的成熟技术运用于

21、安防;很显然，安防对HD影像的需求是不言可喻，并且一直将非IP化列为其中一种必要的设计考量。不论我们是走在哪一种设计路线，盼望都伴随一条能开创应用形态，同时也有源源不绝技术支撑的活水泉。当今的CMOS图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和舒适性。最初，CMOS图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究IMS Research的预测，在未来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成长率将达到6%，其中

22、，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国，据其全国工具机供应商协会VDMA提供的数据，2004年的图像处理市场增长率达到了14%。市场调研In-Stat/MDR亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达30%以上，而且这种情况将持续到2008年。最为重要的是：CMOS传感器的成长速度将达到CCD传感器的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然，人们如此看好CMOS图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领域长达30多年的CCD技术相比，它能够更好地满足用户对各种应用中新型图像传感器不断提升的品质要求，如更加灵活的图像捕

23、获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于CMOS传感器的“软”标准在起作用，包括：应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同(消费、工业或汽车)而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照相手机同样如此。但是，对于工业或汽车应用来说，情况就大不一样了：有些场合并不需要很高的全帧数据速率。比如，在监控摄像机中，

24、只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种变化可能预示着某种可疑情况），那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行播放，而且，在所捕获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的CCD图像传感器而言，只有采用一个分离的评估电路才能够提供两个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS图像传感器的工作原理则与RAM相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率，但是帧速率较高；而开窗口则允许随机选择一块感兴趣的区域。CMOS传感器坐拥高灵敏度

25、、宽动态范围和低功耗优势最新CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS)，并且导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的可用空间较小。所以，当今CMOS传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因

26、子。赛普拉斯(FillFactory)通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一颗标准CMOS硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。nextpage另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转换特征曲线在这里最为陡峭，以实现高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像的明亮部分

27、捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的方式来运作LUPA-4000将使高达90dB的光动态范围与一个10位A/D转换范围相匹配。具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS图像传感器在此基础上更进一步；它们是专为汽车应用而设计的。其像素由光电二极管组成，可提供高达120dB的自适应动态范围。面向汽车应用的ACM 100相机模块就采用了这些传感器，这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集成化相机解决方案：该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导向的未来汽车安全系统的关键元件。此外，对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMO

28、S技术还具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：它去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势在现代CMOS图像传感器中，一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区NIR(至约1,100nm的波长)。配备了IM-001 CMOS图像传感器的汽车应用将改善雾穿透

29、力和夜视能力。由于工业图像捕获技术开始运用更多波长位于NIR之中的光源，而且生物技术也在利用该光谱区域中的有趣现象，因此，新开发的IBIS 5-AE-1300传感器具有700900nm的NIR灵敏度。在面向消费应用的图像捕获技术中，另一个发展趋势是继续提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手机相机已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但随后的2006年，几百万像素的传感器就将占领50%的市场份额，而到2008年，其市场占有率预计将进一步攀升至90%以上。为此，赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的300万像素图像传感器，该产品采用了Autobrite技术，可进行12位模拟/数字转换，并提供

30、了72dB的宽广动态范围，而目前市面上的10位模拟/数字转换器的动态范围仅为60dB。逐行扫描模式中的帧速率高达30帧/秒，因而可录制实况视频节目。在工业和商业领域中，这种发展趋势也很明显：赛普拉斯已推出一款用于Kodak数码相机的1,300万像素/35mm图像传感器，另外，660万像素的IBIS 4-6600传感器正在一种面向弱视人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准A4页面上提供出色的分辨率。凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、MP3播放机和PDA等传统分离型功能设备的加速数字融合(即成为一部紧凑的消费型电子产品)，导致人们越来越希望至少具有部分自主性的子

31、系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影响：利用包含一个数码相机、PDA用户接口和WLAN联网能力的便携式检验工具，光测试和监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术，CMOS符合这一发展潮流：CCD图像转换器仍然需要采用外部逻辑电路来实现控制和模拟/数字转换功能，而CMOS标准逻辑器件则能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全部集成到一块芯片之中。一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的CYIWCSC1300AA芯片的图像捕获电路。它基于130万像素图像传感器CYIWOSC1300AA和一个用于提供误差插补、黑电平调整、透镜校正、信号互串

32、校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特效和校正等等诸多功能的附加信号处理器。集成更多的系统功能(一直到自主型光电传感器系统)是可行的，这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。当今的CMOS图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和舒适性。最初，CMOS图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究IMS Research的预测，在未来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成

33、长率将达到6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国，据其全国工具机供应商协会VDMA提供的数据，2004年的图像处理市场增长率达到了14%。市场调研In-Stat/MDR亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达30%以上，而且这种情况将持续到2008年。最为重要的是：CMOS传感器的成长速度将达到CCD传感器的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然，人们如此看好CMOS图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领域长达30多年的CCD技术相比，它能够更好地满足用户对各种应用中新型图像传感器不断提升的品质要求

34、，如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于CMOS传感器的“软”标准在起作用，包括：应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同(消费、工业或汽车)而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照相手机同样如此。但是，对于工业或汽车应用来说，情况就大不一样了：有些场合并不需要很高的全帧数据速率。比

35、如，在监控摄像机中，只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种变化可能预示着某种可疑情况），那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行播放，而且，在所捕获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的CCD图像传感器而言，只有采用一个分离的评估电路才能够提供两个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS图像传感器的工作原理则与RAM相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率，但是帧速率较高；而开窗口则允许随机选择一块感兴趣的区域。CMO

36、S传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势最新CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS)，并且导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的可用空间较小。所以，当今CMOS传感器的一个重要的开

37、发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯(FillFactory)通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一颗标准CMOS硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。nextpage另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转换特征曲线在这里最为陡峭，以实现高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整

38、化将在图像的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的方式来运作LUPA-4000将使高达90dB的光动态范围与一个10位A/D转换范围相匹配。具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS图像传感器在此基础上更进一步；它们是专为汽车应用而设计的。其像素由光电二极管组成，可提供高达120dB的自适应动态范围。面向汽车应用的ACM 100相机模块就采用了这些传感器，这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集成化相机解决方案：该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导向的未来汽车安全系统的关键元件。此外，对于独立于电网的便携式应用而言，以低功

39、耗特性而著称的CMOS技术还具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：它去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势在现代CMOS图像传感器中，一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区NIR(至约1,100nm的波长)。配备了IM-001 CMOS图像传感器的

40、汽车应用将改善雾穿透力和夜视能力。由于工业图像捕获技术开始运用更多波长位于NIR之中的光源，而且生物技术也在利用该光谱区域中的有趣现象，因此，新开发的IBIS 5-AE-1300传感器具有700900nm的NIR灵敏度。在面向消费应用的图像捕获技术中，另一个发展趋势是继续提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手机相机已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但随后的2006年，几百万像素的传感器就将占领50%的市场份额，而到2008年，其市场占有率预计将进一步攀升至90%以上。为此，赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的300万像素图像传感器，该产品采用了Autobrite技术，可进行12位模

41、拟/数字转换，并提供了72dB的宽广动态范围，而目前市面上的10位模拟/数字转换器的动态范围仅为60dB。逐行扫描模式中的帧速率高达30帧/秒，因而可录制实况视频节目。在工业和商业领域中，这种发展趋势也很明显：赛普拉斯已推出一款用于Kodak数码相机的1,300万像素/35mm图像传感器，另外，660万像素的IBIS 4-6600传感器正在一种面向弱视人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准A4页面上提供出色的分辨率。凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、MP3播放机和PDA等传统分离型功能设备的加速数字融合(即成为一部紧凑的消费型电子产品)，导致人们越来越希望至

42、少具有部分自主性的子系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影响：利用包含一个数码相机、PDA用户接口和WLAN联网能力的便携式检验工具，光测试和监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术，CMOS符合这一发展潮流：CCD图像转换器仍然需要采用外部逻辑电路来实现控制和模拟/数字转换功能，而CMOS标准逻辑器件则能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全部集成到一块芯片之中。一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的CYIWCSC1300AA芯片的图像捕获电路。它基于130万像素图像传感器CYIWOSC1300AA和一个用于提供误差插补、黑电平调整

43、、透镜校正、信号互串校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特效和校正等等诸多功能的附加信号处理器。集成更多的系统功能(一直到自主型光电传感器系统)是可行的，这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。当今的CMOS图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和舒适性。最初，CMOS图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究IMS Research的预测，在未来的几年中，欧洲工

44、业图像处理市场的年成长率将达到6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国，据其全国工具机供应商协会VDMA提供的数据，2004年的图像处理市场增长率达到了14%。市场调研In-Stat/MDR亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达30%以上，而且这种情况将持续到2008年。最为重要的是：CMOS传感器的成长速度将达到CCD传感器的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然，人们如此看好CMOS图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领域长达30多年的CCD技术相比，它能够更好地满足用户对各种应用中新型图像传感

45、器不断提升的品质要求，如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于CMOS传感器的“软”标准在起作用，包括：应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同(消费、工业或汽车)而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照相手机同样如此。但是，对于工业或汽车应用来说，情况就大不一样了：有些场合并不需要很

46、高的全帧数据速率。比如，在监控摄像机中，只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种变化可能预示着某种可疑情况），那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行播放，而且，在所捕获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的CCD图像传感器而言，只有采用一个分离的评估电路才能够提供两个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS图像传感器的工作原理则与RAM相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率，但是帧速率较高；而开窗口则允许随机选择一块

47、感兴趣的区域。CMOS传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势最新CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS)，并且导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的可用空间较小。所以，当今CMOS

48、传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯(FillFactory)通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一颗标准CMOS硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。nextpage另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转换特征曲线在这里最为陡峭，以实现高灵敏度和对比度。特

49、征曲线上半部分的平整化将在图像的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的方式来运作LUPA-4000将使高达90dB的光动态范围与一个10位A/D转换范围相匹配。具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS图像传感器在此基础上更进一步；它们是专为汽车应用而设计的。其像素由光电二极管组成，可提供高达120dB的自适应动态范围。面向汽车应用的ACM 100相机模块就采用了这些传感器，这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集成化相机解决方案：该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导向的未来汽车安全系统的关键元件。此外，对于独立于电网的便

50、携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术还具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：它去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势在现代CMOS图像传感器中，一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区NIR(至约1,100nm的波长)。配备了IM-001

51、CMOS图像传感器的汽车应用将改善雾穿透力和夜视能力。由于工业图像捕获技术开始运用更多波长位于NIR之中的光源，而且生物技术也在利用该光谱区域中的有趣现象，因此，新开发的IBIS 5-AE-1300传感器具有700900nm的NIR灵敏度。在面向消费应用的图像捕获技术中，另一个发展趋势是继续提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手机相机已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但随后的2006年，几百万像素的传感器就将占领50%的市场份额，而到2008年，其市场占有率预计将进一步攀升至90%以上。为此，赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的300万像素图像传感器，该产品采用了Autobrite

52、技术，可进行12位模拟/数字转换，并提供了72dB的宽广动态范围，而目前市面上的10位模拟/数字转换器的动态范围仅为60dB。逐行扫描模式中的帧速率高达30帧/秒，因而可录制实况视频节目。在工业和商业领域中，这种发展趋势也很明显：赛普拉斯已推出一款用于Kodak数码相机的1,300万像素/35mm图像传感器，另外，660万像素的IBIS 4-6600传感器正在一种面向弱视人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准A4页面上提供出色的分辨率。凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、MP3播放机和PDA等传统分离型功能设备的加速数字融合(即成为一部紧凑的消费型电子产品)，

53、导致人们越来越希望至少具有部分自主性的子系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影响：利用包含一个数码相机、PDA用户接口和WLAN联网能力的便携式检验工具，光测试和监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术，CMOS符合这一发展潮流：CCD图像转换器仍然需要采用外部逻辑电路来实现控制和模拟/数字转换功能，而CMOS标准逻辑器件则能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全部集成到一块芯片之中。一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的CYIWCSC1300AA芯片的图像捕获电路。它基于130万像素图像传感器CYIWOSC1300AA和一个用于提供

54、误差插补、黑电平调整、透镜校正、信号互串校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特效和校正等等诸多功能的附加信号处理器。集成更多的系统功能(一直到自主型光电传感器系统)是可行的，这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。当今的CMOS图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和舒适性。最初，CMOS图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究IMS Research的预测，在

55、未来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成长率将达到6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国，据其全国工具机供应商协会VDMA提供的数据，2004年的图像处理市场增长率达到了14%。市场调研In-Stat/MDR亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达30%以上，而且这种情况将持续到2008年。最为重要的是：CMOS传感器的成长速度将达到CCD传感器的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然，人们如此看好CMOS图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领域长达30多年的CCD技术相比，它能够更好地满足用户对各

56、种应用中新型图像传感器不断提升的品质要求，如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于CMOS传感器的“软”标准在起作用，包括：应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同(消费、工业或汽车)而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照相手机同样如此。但是，对于工业或汽车应用来说，情况就大不一样了

57、：有些场合并不需要很高的全帧数据速率。比如，在监控摄像机中，只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种变化可能预示着某种可疑情况），那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行播放，而且，在所捕获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的CCD图像传感器而言，只有采用一个分离的评估电路才能够提供两个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS图像传感器的工作原理则与RAM相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率，但是帧速率较高；而开窗

58、口则允许随机选择一块感兴趣的区域。CMOS传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势最新CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS)，并且导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的可用空间较小

59、。所以，当今CMOS传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯(FillFactory)通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一颗标准CMOS硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。nextpage另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转换特征曲线在这里最为陡峭，以实现

60、高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的方式来运作LUPA-4000将使高达90dB的光动态范围与一个10位A/D转换范围相匹配。具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS图像传感器在此基础上更进一步；它们是专为汽车应用而设计的。其像素由光电二极管组成，可提供高达120dB的自适应动态范围。面向汽车应用的ACM 100相机模块就采用了这些传感器，这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集成化相机解决方案：该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导向的未来汽车安全系统的关键元件。此外

61、，对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术还具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：它去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势在现代CMOS图像传感器中，一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区NIR(至约1,100nm的波长)。

62、配备了IM-001 CMOS图像传感器的汽车应用将改善雾穿透力和夜视能力。由于工业图像捕获技术开始运用更多波长位于NIR之中的光源，而且生物技术也在利用该光谱区域中的有趣现象，因此，新开发的IBIS 5-AE-1300传感器具有700900nm的NIR灵敏度。在面向消费应用的图像捕获技术中，另一个发展趋势是继续提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手机相机已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但随后的2006年，几百万像素的传感器就将占领50%的市场份额，而到2008年，其市场占有率预计将进一步攀升至90%以上。为此，赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的300万像素图像传感器，该产品采用

63、了Autobrite技术，可进行12位模拟/数字转换，并提供了72dB的宽广动态范围，而目前市面上的10位模拟/数字转换器的动态范围仅为60dB。逐行扫描模式中的帧速率高达30帧/秒，因而可录制实况视频节目。在工业和商业领域中，这种发展趋势也很明显：赛普拉斯已推出一款用于Kodak数码相机的1,300万像素/35mm图像传感器，另外，660万像素的IBIS 4-6600传感器正在一种面向弱视人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准A4页面上提供出色的分辨率。凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、MP3播放机和PDA等传统分离型功能设备的加速数字融合(即成为一部紧凑

64、的消费型电子产品)，导致人们越来越希望至少具有部分自主性的子系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影响：利用包含一个数码相机、PDA用户接口和WLAN联网能力的便携式检验工具，光测试和监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术，CMOS符合这一发展潮流：CCD图像转换器仍然需要采用外部逻辑电路来实现控制和模拟/数字转换功能，而CMOS标准逻辑器件则能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全部集成到一块芯片之中。一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的CYIWCSC1300AA芯片的图像捕获电路。它基于130万像素图像传感器CYIWOSC130

65、0AA和一个用于提供误差插补、黑电平调整、透镜校正、信号互串校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特效和校正等等诸多功能的附加信号处理器。集成更多的系统功能(一直到自主型光电传感器系统)是可行的，这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。当今的CMOS图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和舒适性。最初，CMOS图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究IMS Research的预测，在未来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成长率将达到6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国，据其全国工具机供应商协会VDM