低照度摄像机技术现况与突破

2011-12-30 10:33:52 来源:CPS中安网 作者:中星电子-丁全 责任编辑: liuzhenzhen 收藏本文

 　　目前市场上的低照度摄像机无论是厂商或是客户，对于低照度的定义大家说法不一，这也因为在国内的市场没有关于低照度统一的标准，但客户目前对低照的要求越来越高，要求24小时全天候监控，应用的环境也越来越复杂，这也给客户带来了一定的盲从，目前对低照环境下的成像应用主要有热成像，ICCD摄像机，EMCCD摄像机，CCD摄像机，以及目前正在日趋普遍应用的CMOS摄像机，和主动红外摄像机,星光级网络摄像机。

1、红外成像：红外成像的夜间效果是比较好的，但只能局限于夜间，而且无法显示人眼正常的成像效果，对于显示的反白效果不是很多人都能接受，另外，现阶段，由于热成像摄像机的价格比较昂贵，在国内还处于推广阶段，只应到一些特殊领域，如军队、银行、武警和公安系统，森林防火。

2、ICCD摄像机：是在CCD传感器前方加入了图像增强器，也可以说成前置放大，对弱光及弱信号的处理非常优秀，但价格也是相对较高，而且ICCD摄像机在强光环境下曝光极容易老化，甚至损坏，主要用于军事和一些特殊行业，如夜视导航，天文观测，医疗器械，光谱分析，生物工程等一些专用行业

3、EMCCD摄像机：是在CCD传感器后方加入增益寄存器，也可以说成后置放大，分辨率与价格比较ICCD略有优势，但图像噪声相比ICCD要大一些，主要应用的也是一些科学上的应用

以上三种低光成像摄像机的低照效果都是非常优秀的，但其独有的特定应该环境限制与较高的价格，目前民用还不能被大家接受

4、CCD、CMOS摄像机CMOS摄像机：目前是在安防市场上应用的最多的低照度摄像机，下面将详细说明一下CCD与CMOS在低照环境下的差异与市场上主要提升低照效果的方法。

由于CCD所有的像素使用的是单一的采样和放大器，而CMOS是每列相素都有自己独立的采样和放大器，由于多个放大器无法做到一致性，导致信号产生的Noise比CCD的的要大很多。在亮态下信噪比高的时候表现不明显，但在低照度下，有效信息弱，噪声信息即使不变，信噪比自然是CCD比CMOS好，在图像整体上看，CCD低照效果将优于CMOS（以上没有计算CCD,CMOS的像素感光面积，因为CMOS大部分都用microlens的方式弥补占空比，间接的增加单个像素的感光面积）

市场上的大部分摄像机改善低照度成像效果的方法主要有以下几种：

彩转黑技术，目前采用这一技术的非常多，可配合使用红外灯。转换技术有两种，一是采用红外滤光片和切换电路来进行彩色/黑白转换，白天把不可见红外光滤除，避免对色彩的干扰，夜晚让不可见红外光照射到传感器耙面，可以一定程度上提高摄像机的低照效果;另一种利用电子电路将彩色信号滤除掉，无需红外滤光片，此种方法只改善了低光下的彩色噪声问题，对低照效果改善不是很大。

数字降噪技术，为了进一步提高低环境下的图像高度，往往是需要提高增益（AGC）但提高增益的同时，图像的亮度与噪声是一同提升的，所以从一些高档低照摄像机的数字降噪效果来看，能在低照的噪点过多的情况下，较好地改善图像的洁净度和清晰度，从而提升低照成像效果，但目前的数字降噪技术都是采用3D或2D技术，所以摄像机在降噪功能启动后还是会出现拖尾和动画感问题。

帧累积的方式：市场上主流CCD目前市场上最好的2/3英寸CCD的摄像机的真实低照度在黑白模式也只有0.01lux, 但市场上还有些摄像机标称0.0001lux，或是更低，这些都采用帧累积的方式，是利用电脑记忆体的技术，连续将几个曝光不足的画面累积起来，得到一个较为明亮和清晰的图面，但这样就对高速运动物体无法扑捉，出现拖影（Smear）现像，无法看清物体

所以目前的CCD与CMOS也只能满足特定环境下的，不是特别黑暗的低照监控。

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