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Aptina推动高速监控、检查与扫描专用全局快门技术发展
15:06:44来源: EEWORLD 关键字：&&
CMOS成像技术的领先创新企业今天宣布，凭借MT9M031和MT9M021图像推出，该公司不断壮大的高性能成像解决方案组合中增加了新成员。这些将Apna针对高速图像的最紧凑的高性能全局快门技术整合到1/3英寸的光学格式高清设备中。弱光性能超群的3.75微米全局快门像素能够停止动作，不会出现通常见于传统的卷帘式快门像素中的人工痕迹。这些传感器将改善一系列应用的摄像头性能，因为它们的、、2D扫描和快速图像捕捉需要全局快门技术。新款传感器对目前的WVGA全局快门进行了性能升级，可以在最恶劣的环境中以60fps的帧率提供720p的高清视频。
Aptina业务部总经理David Zimpfer表示：“凭借在全局快门像素优化和收缩方面长达10余年的研究，我们很激动公布我们在高性能全局快门技术方面的最新进展。通过将全局快门像素收缩到3.75微米，我们就能够以标准的1/3英寸光学格式和提供高速运动捕捉功能。”
MT9M021和MT9M031可为摄像头设计人员提供诸多裨益，能够在视频应用，如2D条形码扫描，销售点条形码扫描，工厂自动化检查设备，交通摄像头和高速监控摄像头方面实现优良的成像性能。这些传感器的1/3英寸光学格式（业界标准）让之能够轻松找到具有成本的百万像素镜头。凭借Aptina领先的3.75微米全局快门像素性能，新款传感器可提供一流的图像质量，并能在弱光条件下捕捉到720p/60视频。另外，触发模式和闪光灯同步功能支持3D/立体视觉和牌照阅读应用。
&全局快门技术
Aptina的全局快门技术集创新像素、和工艺设计技术于一体，能够捕捉到图像，并能改善数码相机和视频相机的图像质量，即便物体正在快速移动。凭借全局快门技术，成像阵列中的所有像素都会同时开始或停止曝光。这一点与传统的卷帘式快门形成鲜明对比，因为后者只能每次一行地开始或停止曝光，这就会导致快速移动物体图像的失真并出现人工痕迹。因此，Aptina的全局快门技术改善了机器视觉、、监控和扫描摄像头的品质和功能。
Aptina的MT9M021目前正在供应样品，将于2012日历年量产。它使用9mm x 9mm的64引脚iBGA推出。Aptina的MT9M031目前也正在供应样品，将于2012日历年第二季度量产。该产品以10x10mm的48引脚iLCC封装推出。
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不同应用不同需求 交通监控摄像头应用要求
来源:慧聪安防网
[摘要] 城市交通流量监测与车辆超速捕获及牌照识别所需求的摄像头功能是不一样的，而城市内车辆监控和高速公路车辆监控又是不一样的需求。随着交通管制制度的越发严格，有不少车主走起了“不常路”，这种现象给交通监控管理带来了很大不便。为什么会出现这种现象?因为监控用的摄像头出了问题，安防部门没有选择到合适的摄像系统。
　　城市交通流量监测与车辆超速捕获及牌照识别所需求的摄像头功能是不一样的，而城市内车辆监控和高速公路车辆监控又是不一样的需求。随着交通管制制度的越发严格，有不少车主走起了&不常路&，这种现象给交通监控管理带来了很大不便。为什么会出现这种现象?因为监控用的摄像头出了问题，安防部门没有选择到合适的摄像系统。
　　赛普拉斯亚太区影像感应器部业务拓展经理陈子良指出，比如高速公路监控需要摄像头具有很高的帧频速度，假如车辆以200公里的时速行驶，帧频为25fps的摄像头只能获取一幅图像，但帧频为250fps的摄像头可以捕捉到10幅连续图像。前者仅凭一幅图像是很难判断的，出错率高，而后者通过10幅连续图像则可以容易判断且不会出错。这里，如果采用中使用的普通摄像头就不行了，需要专门针对工业级应用的高速摄像头。而在城市内监控时，则需要摄像头有很大的动态范围，以应对强光或弱光条件下的捕获。
　　一般来看，交通监控包括以下内容：超速车辆捕获;车牌识别(用于收费路段或限制行驶/专属路段的监控);交通拥堵状况监测和车辆控制系统;闯红灯/违章并线和走进专用道等;穿越铁轨;收费路段和桥梁如智能交通系(ITS)。不同的应用，对摄像头要求不同，基本上可以分为以下两类：
　　一、车辆超速捕获及车牌识别
　　首先要求每一帧都具有良好的图像质量，这包括无模糊、无畸变、合适的对比度和较大的动态范围;二是要求摄像头能逐行扫描;三是分辨率必须足以识别车辆及其牌照上的字符;四是一般采用单色图像，通常具有较高对比度，而彩色图像只是备选方案;五是需要很高的低照度响应和灵敏度;六是耐极端气象条件的操控;七是具有镜头视场(FOV)，依分辨率而不同;最后，对于车辆及牌照识别，不建议使用非图像无损压缩。
　　在捕获超速车辆和车牌识别应用时，城市内监控和高速公路监控又不同。前者不需要太高帧速的摄像头，普通的20~30fps帧速即可;而后者却需要大于200fps的帧速。但是，两种情况下都要求图像清晰，无拖尾现象。&赛普拉斯独有的同步全局曝光可实现无拖尾，高质量的图像。特别适合于此类应用。比如我们的IBIS5系列CMOS图像。&陈子良说道。
　　二、交通流量、拥堵状况监测
　　与上面建议采用的单色图像不同，这里倾向于使用彩色图像;分辨率应足以看清路面状况;比上面情况需要更高的FOV;与上面要求高速帧频不同，这里帧频不是主要的考虑因素;要求比上面更大的动态范围;同上面一样需要耐极端气象条件;需要极高可靠性以及平均无故障时间，这对城市流量控制非常重要。
　　从目前交通监控市场来看，仍以基于传统CCTV系统和CCD摄像头的应用居多。CCD摄像头与CMOS摄像头比最大的差距就是集成度差、成本和功耗双高，并且，采用CMOS摄像头与IP网络结合，可以实现全数字化管理，而CCD做不到这点。因此基于IP网络的摄像系统取代CCTV模拟系统和CCD摄像头是大势所趋。&近两年，全球基于IP网络的监控系统已起步，中国也一样。赛普拉斯从去年开始正式在中国市场推广工业应用的CMOS图像传感器，受到市场的欢迎。&陈子良表示。此外，近年来，CMOS图像传感器在动态范围上的技术改良，使其图像质量已能与CCD媲美。
　　另一家CMOS图像传感器厂商Pixim也是专注于安防监控系统的领导厂商，它与赛普拉斯不同的是，不仅提供数字图像传感器，还提供后端的数字视频处理器、嵌入固件和完整参考设计，其产品以超宽动态范围而扬名。&我们公司获奖的DigitalPixelSystem(DPS)技术支持逐行扫描图像捕捉，具有球形电子快门、超宽动态范围(UWDR)，在极端照明条件下也能实现自然的色彩重现。&Pixim公司销售市场副总裁兼创始人之一JohnMonti表示。据他所述，该公司的产品已为中国许多安防监控厂商所采用，其中包括Sunell和CoShip。&网络连接将是未来五年推动市场增长的主要动力之一。&JohnMonti说道。
　　随着中国的&&计划受到越来越多的关注，安防系统将由CCTV转向网络监控，或者一些地方会直接布置网络视频监控系统，而CMOS摄像头将取代CCD在新一代的网络监控中扮演主角。那么，如何选择合适的摄像头才能避免文章开头所谈到的问题呢?
　　从上面的分析可以看出，针对交通监控系统来说，选择CMOS摄像头最重要的因素有三个：一是要有大的动态范围，对于不论城市内监控还是高速公路监控来说都是非常重要的指标，也是CMOS传感器厂商比拼的主要指标之一;另一个就是帧频速度，这对于高速公路监控非常重要，也是为什么普通的消费电子摄像头不能用于高速公路的原因。此外，要考察的因素还包括摄像头中图像传感器的集成特性，凭借CMOS工艺固有的集成特性，CMOS图像传感器片内已集成了越来越多的外围，这可进一步减小摄像头的成本。
　　&SD相机是监控中用得最普遍的，因为百万像素及更高的像素水平会产生过多的数据并阻塞TCP/IP网络。在SD分辨率水平，改善图像质量至关重要的因素就是超宽动态范围。&JohnMonti分析道。Pixim公司凭借其获奖的DPS技术革新实现了业界几乎最大的CMOS图像传感器动态范围，其D1110和D2010两款CMOS传感器的最大动态范围可达120dB，典型值时也有102dB。&DPS技术的关键是传感器中的每一个像素都配有一个ADC，在捕获图像的瞬间即将光信号转换成数字信号，这样最大程度地减小了信号衰减，从而获得最佳的图像质量。&JohnMonti说道。
　　而CMOS传感器能获取最大动态范围的原因：超宽动态范围的关键是像素独立电子快门。这意味着在每个视频帧、图像传感器中的每个像素都能对曝光时间作出自己的决定。例如，非常明亮的像素使用一个非常快的快门速度、非常暗的像素则使用非常慢的快门速度。结果是在同一个视频帧中，同时更精确地再现明暗条件下的情形。&这样提供的信息将比老式的模拟CCD图像传感器更加精确。&他称。
　　因此，D1110和D2010的超动态范围可提供17位的红、绿和蓝色信息，实现任何视频捕捉技术中最精确的彩色还原。除上述对高亮度光的控制外，在低光条件下，通过对高增益诱发的各种噪声源进行校正，DPS技术较大地提升了信噪比(SNR)，改善低光下的图像质量。&因此，DPS技术在高光(超宽动态范围)和低光(SNR)条件下都极大地增强了性能，可以为终端用户提供更好的信息，从而增强安全性。&JohnMonti说。
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[责任编辑：张磊]
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近年来，新型低成本MOS图像传感器有了较快速的发展，基于MOS图像传感器的监控摄像机已开始被应用于对图像质量要求不高的可视电话或会议电视系统中。监控摄像机是获取监视现场图像的前端设备，它以面阵CCD图像传感器为核心部件，外加同步信号产生电路、视频信号处理电路及电源等。
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【说明书】：
因为具有红外通滤膜，因此摄像头50的镜头55只能使近红外光线通过，其他光线都被过滤掉了；近红外光源52可以是由至少一个近红外发光二极管（Light-Emitting Diode，以下简称LED）组成的光源，例如可以是目前最常见的850纳米LED，其作用是照射需要被拍摄的物体，使近红外光线在所述物体56上折射后打在摄像头50的镜头55上，进而在摄像头50的全局快门传感器51上成像。图8A为本发明卷帘快门获取高速运动物体图像的方法实施例一的流程图，如图8A所示，本实施例的方法可以包括：步骤301、控制卷帘快门传感器根据预设的快门参数获取一帧图像，所述快门参数大于所述一帧图像的分辨率中的像素行数；本发明的执行主体可以是终端设备。卷帘快门传感器的获取图像的原理可以以图6为例来说明，卷帘快门传感器读取（Read）一行像素的同时，会重置（Reset）一行像素，每行像素实际曝光时间是由Read和Reset之间的时间差值决定，差值越大，表示曝光时间越长，根据图6的设置，Read和Reset之间一共有5行像素，假设Read一行像素的时长是1毫秒（millisecond，以下简称ms），则每行像素位于Read和Reset之间的时长是5ms，即每行像素曝光时间为5ms，以一行像素A为例，如果被拍摄的物体正在高速运动，那么在5ms内，该物体在卷帘快门传感器上的一行像素A处会发生位移，所成的像就会有拖影，进一步的，由于每次可以曝光的像素只有5行，那么一帧图像从第一行到最后一行就不是在同一时间曝光了，因此就会使高速运动物体的图像失真。本实施例中，终端设备控制卷帘快门传感器根据预设的快门参数获取一帧图像，所述快门参数大于所述一帧图像的分辨率中的像素行数，快门参数是卷帘快门传感器的一个属性参数，用来表示上述Read和Reset之间处于曝光状态的像素行数，本实施例中终端设备设置快门参数要满足大于一帧图像的像素总行数的要求，例如一帧图像的分辨率为640×480，按照该分辨率一帧图像的像素行数为640，那么设置快门参数时就需要大于640，例如可以是660，本实施例并不限定具体设置什么值。根据已设置好的快门参数，表示卷帘快门传感器Read和Reset之间的像素行数为660行，这样卷帘快门传感器可以将一帧图像的所有像素是在同一时间曝光，终端设备控制卷帘快门传感器获取一帧图像，即将在传感器上已经成像的图像由电平信息转换成数据信息，形成可直接浏览观看的图片。步骤302、控制光源在预设时间段内点亮，所述预设时间段的起始时刻为所述控制卷帘快门传感器对所述一帧图像获取结束之前的预设时刻，所述预设时间段的结束时刻为所述控制卷帘快门传感器对所述一帧图像获取结束时刻。本实施例中，如果只是根据步骤301将卷帘快门传感器处于曝光状态的像素行数调整成大于一帧图像的分辨率中的像素行数，由于光线一直打在卷帘快门传感器上，因此在Read的同时，仍然在曝光，而且因为快门参数设置的较大，每行像素的曝光时间也都比较长，在拍摄高速运动的物体时，还是会因为曝光过程中物体发生位移而导致图像失真。因此，还需要光源的配合，终端设备控制光源在一个预设的时间段内点亮，首先这个光源可以是一种非自然光光源，例如可以是一个近红外光源，相应的终端设备的摄像头也可以是只能通过近红外光线的摄像头，通过近红外光源将光线照在被拍摄的物体上，经被拍摄物体反光后打在卷帘快门传感器上曝光形成一帧图像；具备了这个条件之后，终端设备就要对光源的开启和关闭时刻进行控制，所述预设时间段的起始时刻为所述控制卷帘快门传感器对所述一帧图像获取结束之前的一预设时刻，所述预设时间段的结束时刻为所述控制卷帘快门传感器对所述一帧图像获取结束时刻，由于根据当前快门参数的设置，一帧图像的所有像素可以在同一时间曝光，当有近红外光线照射物体时，传感器即可对一帧图像一次成像，所以尽可能缩小近红外光源的点亮时间，就是可缩短曝光时间，进而避免了由于物体高速运动产生位移使图像失真的问题。具体光源点亮的时机是要和卷帘快门传感器获取一帧图像的时机配合，一般是一帧图像获取时间段的后半段，卷帘快门传感器获取的一帧图像是前一次光源点亮曝光成像的，如果光源点亮太早，前一帧图像还未处理完，可能导致最后获取出来的图片是由两帧图像拼接的，如果光源点亮的太晚，可能导致下一帧成像的图片不完整，如果光源点亮的时间太长，仍然会出现高速运动的物体图像失真的问题，因此终端设备控制光源点亮的起始时刻为控制卷帘快门传感器对一帧图像获取结束之前的一个时刻，并且这个时刻尽可能的靠近一帧图像获取结束的时刻，终端设备控制光源点亮的结束时刻为控制卷帘快门传感器对一帧图像获取结束时刻，图8B为光源开启和获取一帧图像时长的时序图，如图8B所示，例如获取一帧图像的时间为33ms，可以将所述起始时刻设置为获取到32ms的时候，所述结束时刻设置为获取到33ms的时候，光源点亮的时间段为1ms，本实施例中光源确切开启和关闭的时刻可以根据不同卷帘快门传感器的属性来确定，此处并不做具体的限定，而光源点亮的时间段，可以根据光源的数量以及光源的光线强度来确定，例如可以是一个光源通过800毫安（mA）的电流1ms，也可以是两个光源通过400mA的电流1ms。本实施例通过控制卷帘快门传感器获取一帧图像，并且控制光源配合卷帘快门传感器的获取过程点亮，实现对一帧图像的所有像素在同一时间曝光，并且曝光时间控制的很短，解决了卷帘快门传感器拍摄高速运动的物体图像失真的问题。下面采用一个具体的实施例，对图8A和图8B所示方法实施例的技术方案进行详细说明。图9为本发明卷帘快门获取高速运动物体图像的方法实施例二的流程图，如图9所示，本实施例的方法可以包括：步骤401、设置快门参数，以使一帧图像在同一时间内处于曝光状态的像素行数随着所述快门参数发生改变；本实施例中，终端设备要先设置快门参数，所述快门参数是卷帘快门传感器自身的一个属性参数，用以表示卷帘快门传感器Read和Reset之间处于曝光状态的像素行数，所述快门参数可以在出厂时就记录在产品手册中的，根据不同的拍摄场景和要求，可以有不同的快门参数与之匹配，终端设备设置快门参数即从产品手册里的这一项参数的多个数据中选择一个，作为本实施例中的应用场景需要的参数值。卷帘快门传感器处于曝光状态的像素行数与设置的快门参数相关，例如，设置快门参数的大小为660，则处于曝光状态的像素行数就随之变为660行，即调整卷帘快门传感器Read和Reset之间的像素行数为660行，可见通过设置快门参数即可实现改变一帧图像一次曝光的像素行数。步骤402、根据帧速率计算获取所述一帧图像的获取时长，并根据所述获取时长，设置预设时间段；本实施例中，帧速率也是一个卷帘快门传感器自身的一个属性参数，终端设备可以根据产品手册选择合适的帧速率，例如可以设置帧速率为30帧/秒，即每秒中处理的图像帧数为30帧，可以计算出一帧图像的处理时长为33ms，也可以认为是卷帘快门传感器获取一帧图像需要33ms，根据图3所示的实施例的步骤102中的描述，光源点亮的时间段要尽可能的靠近一帧图像获取结束的时刻，并且尽可能缩小光源的点亮时间，因此可以设置所述光源点亮的时间段为获取到32ms到33ms的这一毫秒的时间段。步骤403、控制卷帘快门传感器获取一帧图像；本实施例中，控制卷帘快门传感器根据预设的快门参数获取一帧图像的过程和图8A所示的实施例的步骤301类似，此处不再赘述。所述快门参数大于所述一帧图像的像素总行数。步骤404、接收所述卷帘快门传感器在一帧图像的获取起始发送的中断信息；本实施例中，卷帘快门传感器在开始获取一帧图像的时候发送一个中断信息，终端设备接收到这个中断信息，作为计时器的触发条件。步骤405、从接收到所述中断信息的时刻开始计时，到达预设时间段的起始时刻开启光源，所述预设时间段的起始时刻为所述卷帘快门传感器对所述一帧图像获取结束之前的一时刻；本实施例中，终端设备从接收到卷帘快门传感器发送中断信息开始启动一个定时器，这个定时器可以是终端设备操作系统的定时器，也可以专门设计硬件配合计时，定时器的精度要求可以是1ms级别的，也可是更高精度级别的，此处不作具体限制。终端设备启动的定时器到达一个预设时刻时，终端设备控制光源点亮，所述预设时刻为所述卷帘快门传感器对所述一帧图像获取结束之前的一时刻，根据图9所示的实施例步骤302的描述，这个时刻要尽可能的靠近一帧图像获取结束的时刻，例如一帧图像的获取时长为33ms，可以设置预设时刻为32，当定时器到达32时就会触发终端设备点亮光源。步骤406、在所述一帧图像的获取时长结束的时刻关闭光源。本实施例中，由于将光源开启的时刻设置的尽量靠近一帧图像获取结束的时刻，所以就设置一帧图像的获取时长结束的时刻关闭光源，具体的实现过程可以是终端设备的定时器继续计时，到达一帧图像获取时长结束的时刻触发终端设备关闭光源，例如定时器到达33ms即为获取结束的时刻，还可以是卷帘快门传感器在获取结束的时刻发送一个触发信息，通过这个触发信息通知终端设备关闭光源。
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