CCD与CMOS摄像机宽动态性能的比较

▲图3  采用两次曝光技术的 CCD 摄像机与CMOS-DPS摄像机拍摄图像对比

　　图3表示使用两次曝光技术扩展动态范围的Panasonic的CCD宽动态摄像机与CMOS-DPS摄像机拍摄图像的对比。显然，CCD宽动态摄像机所摄画面苍白，其色彩精准度和图像质量都不如Pixim的CMOS-DPS摄像机拍摄的好。

　　由图3看出，CMOS-DPS摄像机可以通过其超强的宽动态功能来获得高质量的图像，即可以达到比CCD更真实、更清晰的图像。在动态范围上，DPS采用的单一像素曝光和ARM7控制技术，相比于CCD的两次或多次曝光成像有了更高的动态范围，最高可至120dB。在扩大动态范围的同时，DPS也解决了CCD传感器在处理动态范围和色彩真实性上的不足，其色彩还原性更加真实，完全能够满足不同条件下不同用户的要求。

　　CMOS-DPS技术也可称为“多点采样”技术，在一个单独的捕获画面，每个像素被独立地、无破坏性地多次取样，显然比CCD的多次取样多得多。成像系统决定最佳取样时间和存储像素信息。每个像素捕捉到的存储信息值（强度、时间、噪波弥补）被并行处理，然后转换成高质量的图像。因为Pixim的DPS技术的每一像素都有自己的模拟数字转换器，产生的信息被独立捕捉和处理，每一个像素在其摄像机内都起到了作用。在图像传感器的像素排列位置上，每一个像素的曝光时间被调节去处理独特的光条件。基于DPS系统平台制造的一个摄像机实质上都有成千上万个独立摄像单元，每个摄像单元都尽可能创作出最好的图像，这些图像然后被结合起来就可创造一帧高质量的视频画面。

　　有限的光亮范围不会影响到家用摄像机的功能，而且也被经常用到电影里以达到艺术效果。但用作安防监控摄像机则不可取，因为如果坏人躲在阴影下，你就不能够识别它。如果强光照射的场景中的细节丢失了，就可能失去有价值的线索。CMOS-DPS技术则可解决这个问题，尽管前景是强光的条件下，阴影部分物体仍然清晰可见，强光区域的物体也没有遗失。

　　虽然，随着CCD的不断发展，松下公司、索尼公司分别推出第三代宽动态摄像机(如松下WV-CP480L、索尼SSC-DC578P)，它们的典型宽动态范围也仅54dB。虽然JVC公司的CCD宽动态摄像机TK-WD310EC采取了5次取样方式，最大动态范围也最多也只能为66dB。而采用Pixim技术的CMOS-DPS摄像机，如池上的ISD-A10，其典型的宽动态范围就可达95dB，并且最大还可到120dB。

　　由此看来，CCD宽动态摄像机要想达到CMOS-DPS的性能是不可能的，因为它在像素上不可能集成ADC等，要想进一步扩展动态范围，则只能尽量采取多次取样方式，或者在输出模式上尽量设法采取CMOS摄像机的线性-对数输出模式。

　　结束语

　　由上看出，宽动态技术并不是CCD摄像机独有的。由于CCD的感光特性限制，在技术上很难再有重大突破。而未来的监控摄像机都需要好的宽动态功能，显然宽动态技术将属于CMOS摄像机。CCD宽动态摄像机要想进一步发展，只能尽量采取多次取样方式，或采用线性-对数输出模式，但这样可能在价格上会失去竞争优势。

　　CCD虽然灵敏度高，但响应速度较低，不适用于高清监控摄像机采用的高分辨率逐行扫描方式，因此高清监控摄像机多采用CMOS成像器件。又由于CMOS成像器件所具有的宽动态范围、高速数字读出、无列读出噪声或固定图形噪声、工作速度更快、功耗更低的优点，使它能更方便地实现网络化与智能化。因此，笔者在2001年就曾撰文发表CMOS摄像机的优越性，预言它将会取代CCD，但并未引起摄像机制造企业决策者的注意。目前已有一些公司在往这方面发展，如深圳同安顺科技有限公司等主要开发的就是CMOS摄像机。显然，CMOS摄像机潜力巨大，其在动态范围等方面优异的性能，今后将会逐步取代CCD摄像机而占领市场。 （文/雷玉堂）

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