根據(jù)IMS Research近期的調(diào)查顯示，高清監(jiān)控產(chǎn)品的增長速度已超越傳統(tǒng)的模擬標(biāo)清產(chǎn)品，年增長率基本保持在20-60%這一區(qū)間，預(yù)計(jì)未來1-2年內(nèi)，高清監(jiān)控產(chǎn)品的市場占有率將超過50%，圖像質(zhì)量已成為市場關(guān)注的焦點(diǎn)。更為重要的是，越來越多的業(yè)界人士開始意識到，高品質(zhì)的視頻成像效果是一個系統(tǒng)化的工程，它與圖像傳感器芯片、圖像信號處理器(ISP)、鏡頭、傳輸、儲存、顯示等各個環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和選用都息息相關(guān)。
晶焱科技股份有限公司創(chuàng)辦人/設(shè)計(jì)研發(fā)部副總經(jīng)理姜信欽 |
“高清監(jiān)控代表著巨大的數(shù)據(jù)量和更快的處理速度，無論圖像采集單元、圖像處理單元，還是傳輸、顯示和儲存單元等都必須具備高速的處理能力，當(dāng)元器件高速化之后，就很容易受外界噪聲的干擾，如ESD、Surge等瞬時噪聲?！本ъ涂萍脊煞萦邢薰緞?chuàng)辦人/設(shè)計(jì)研發(fā)部副總經(jīng)理姜信欽從電子元器件的角度分析道，因此，開發(fā)適合高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用的ESD/Surge防護(hù)元器件也是非常重要的一環(huán)。目前，晶焱針對高清視頻圖像解決方案可提供帶ESD防護(hù)性能的RS485收發(fā)器、ESD保護(hù)元器件及Surge保護(hù)元器件等，全方位地保障整個高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容不會受到外界噪聲的干擾，達(dá)到高清監(jiān)控的目標(biāo)。
深圳比亞迪微電子有限公司副總經(jīng)理兼總工程師馮衛(wèi) |
尤其是針對前端攝像機(jī)的兩大關(guān)鍵部件——成像芯片和圖像處理，深圳比亞迪微電子有限公司副總經(jīng)理兼總工程師馮衛(wèi)更為直接地指出，高清監(jiān)控任務(wù)要靠整個系統(tǒng)來完成，很多情況下難以把圖像處理和成像芯片的問題分開。對于圖像傳感器芯片廠商而言，需要借助感光技術(shù)的進(jìn)步，通過工藝、感光單元、電路設(shè)計(jì)、封裝等方面的提升，提高圖像清晰度和低光成像效果。而作為后端圖像處理方案，則需要有充足的適應(yīng)能力，要求芯片廠商加快技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出工作頻率更快、芯片功耗更低、性價比更佳的產(chǎn)品方案。
CMOS傳感技術(shù)迅速崛起
近兩年，無論是在模擬監(jiān)控市場，還是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場，一個共同的發(fā)展變化就是：CMOS圖像傳感技術(shù)的迅速崛起，使得監(jiān)控前端從過去CCD傳感技術(shù)一統(tǒng)天下的格局，快速轉(zhuǎn)向CMOS圖像傳感技術(shù)。以比亞迪微電子(BF3003/3108)、Aptina(AR0130/ MT9M034)、Pixelplus(PC1089/3089)、OmniVision(OV8825)等為代表的一批廠商紛紛在市場上掀起了一股以CMOS 圖像傳感器為核心的監(jiān)控?cái)z像機(jī)開發(fā)熱潮。
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態(tài)范圍的性能表現(xiàn)，一直是市場人士詬病的主要問題。對此，Aptina公司汽車、工業(yè)和醫(yī)療(AIM)事業(yè)部高級市場總監(jiān)Alvin Wong介紹道，傳感器的低光照性能對于準(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。然而，低光照性能的一個關(guān)鍵因素是像素尺寸，因?yàn)樗c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。而在另一方面，更高的動態(tài)性能是指圖像傳感器必需具備同時準(zhǔn)確捕獲極亮和低光照場景的能力，即保證明亮和黑暗場景能夠同時適當(dāng)曝光。但高動態(tài)功能也增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，一般都需要附加的傳感器存儲器和更復(fù)雜的圖像處理程序。因此，目前各家圖像傳感器供應(yīng)商面對的同一個挑戰(zhàn)是——既要滿足低光照和高動態(tài)性能要求，又不能有太高的總體系統(tǒng)成本。
Aptina公司汽車、工業(yè)和醫(yī)療(AIM)事業(yè)部高級市場總監(jiān)Alvin Wong |
為了提高CMOS圖像傳感器的靈敏度，最大限度地降低讀取噪聲，同時優(yōu)化像素布局和模擬電路架構(gòu)，Aptina采用DR-PixTM技術(shù)，通過使用不同的像素內(nèi)(In-pixel)存儲和增益，優(yōu)化了不同光照條件下主要噪聲源的控制，使圖像傳感器可達(dá)到極低光照環(huán)境下的優(yōu)越性能。Aptina最新推出1/3英寸AR0130百萬像素級圖像傳感器產(chǎn)品正是集成了DR-PixTM技術(shù)，在單次曝光應(yīng)用中具有業(yè)界領(lǐng)先的低光照和動態(tài)范圍性能；另一款MT9M034傳感器則基于這一基礎(chǔ)像素技術(shù)，并在單一幀周期內(nèi)多次曝光捕獲，以獲得115dB量級的高動態(tài)范圍性能。據(jù)悉，Aptina還將于今年下半年陸續(xù)發(fā)布具有更高性價比的新產(chǎn)品系列。
另一個比較明顯的趨勢是，在CMOS感光芯片內(nèi)部集成ISP，以進(jìn)一步彌補(bǔ)在感光度和信噪比上不足的SoC芯片，是廠商們目前主推的一種解決方案。與后端分離式的ISP或DSP方案相比，馮衛(wèi)指出這兩大技術(shù)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)?！昂蠖颂幚淼腟P或DSP方案能夠在圖像處理上獲得更多的緩存，因而可以采用更復(fù)雜的圖像處理算法，處理時間和空間更宏觀，圖像效果也更佳；當(dāng)然，這樣的方案往往集成度稍差，成本較高，需要感光芯片、DSP工程師一起配合進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)時間稍長，應(yīng)用成本、生產(chǎn)損失也相對偏高?！?而對于COMS內(nèi)集成ISP的SoC芯片，他認(rèn)為，由于要考慮到散熱及芯片面積等問題，圖像處理算法方面的資源有限，但其優(yōu)勢是可以提供高度集成的單芯片方案，方便工程開發(fā)、備料，并縮短產(chǎn)品的上市周期等，可為客戶帶來高性價比的技術(shù)方案，因此，廠商可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求來選擇不同的技術(shù)開發(fā)路線。
以比亞迪微電子新近推出的BF3108監(jiān)控級CMOS圖像傳感器為例，從產(chǎn)品的立項(xiàng)開始，就以方便客戶使用為原則，圍繞Turn-key方案、可編程差異化、集成系統(tǒng)功能這三大重點(diǎn)來進(jìn)行產(chǎn)品的定義及設(shè)計(jì)。BF3108作為國內(nèi)本土開發(fā)的第一款1/3英寸CMOS安防監(jiān)控圖像傳感器，具有高性價比優(yōu)勢，主打高線、高清晰度圖像傳感品質(zhì)，內(nèi)部集成紅外濾光片控制模塊，幀內(nèi)高動態(tài)、多制式Color Filter等功能，圖像性能媲美部分CCD，并且針對特殊需求，可同時提供和支持專業(yè)DSP，方便了用戶使用成像芯片的靈活性，在縮短用戶開發(fā)時間的同時，模組的成本、良率、可靠度等方面也得到了較大的改善。
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靈活滿足圖像處理的多樣性
在高清圖像傳感技術(shù)大踏步前進(jìn)的趨勢下，對與之對接的后端圖像處理技術(shù)也提出了更高的要求，各種技術(shù)方案應(yīng)運(yùn)而生。據(jù)介紹，目前市場上的ISP方案大致上可分為純ISP(ASIC或FPGA)+ Codec，以及集成ISP、Codec和ARM處理器于一體的SoC解決方案等，不同技術(shù)的解決方案有著各自不同的應(yīng)用優(yōu)勢和不足之處。隨著高清監(jiān)控系統(tǒng)迅速朝著圖像分析、智能判斷的方向邁進(jìn)，不同種類的圖像處理技術(shù)也同樣面對著日益多樣化的成像數(shù)據(jù)，要求其必須具備充分的靈活性，以適應(yīng)用戶對便利性、集成度和性價比的更高需求。
安霸(Ambarella)半導(dǎo)體技術(shù)(上海)有限公司圖像處理研發(fā)經(jīng)理路遙 |
總結(jié)現(xiàn)階段市場上對圖像處理技術(shù)的主要訴求，安霸(Ambarella)半導(dǎo)體技術(shù)(上海)有限公司圖像處理研發(fā)經(jīng)理路遙認(rèn)為可歸納為以下六個方面：更高的分辨率和幀率，要求ISP具備更高的帶寬和更快速的處理能力；支持多種主要的圖像傳感器輸出標(biāo)準(zhǔn)，如Parallel、MIPI、HiSPi、LVDS、LVDS Parallel等，方便用戶挑選；ISP必須以自然的方式還原細(xì)節(jié)，并且提高細(xì)節(jié)區(qū)域的信噪比，以達(dá)到細(xì)節(jié)的最大還原度，同時低噪聲也可以節(jié)省圖像帶寬，輔助編解碼器有更好的編碼表現(xiàn)；提升低光環(huán)境(<0.1lux)下的成像表現(xiàn)；提供優(yōu)秀的寬動態(tài)性能；實(shí)現(xiàn)魚眼校正和全景拼接效果，節(jié)省用戶的使用成本和安裝維護(hù)難度，同時，魚眼系統(tǒng)也要求能在高分辨率下提供全幀率(30fps)。
“為了滿足這些不同類型的應(yīng)用需求，芯片設(shè)計(jì)商不僅需要開發(fā)強(qiáng)大的ISP芯片，而且還要能夠確保ISP的靈活性，以一塊高集成度的芯片來解決所有問題，并將功耗降低到最低水平，讓客戶不必在不同平臺之間來回切換，或者給不同的平臺分配人力，能夠集中精力在系統(tǒng)功能的開發(fā)測試上，幫助他們大幅降低系統(tǒng)的開發(fā)難度和開發(fā)時間?！甭愤b表示。
采用以微代碼調(diào)整ISP控制循環(huán)和功能選擇的方式，安霸目前的SoC方案開發(fā)速度快，靈活性高，且具有高度可配置性，一塊單芯片可滿足各種不同用戶的定制需求，令用戶可以跟上快速變化的市場需求，而無需重新流片。在性能上，安霸專用的ISP集成芯片支持所有主流圖像傳感器的輸出格式，帶寬高，處理速度快，利用多階級聯(lián)的降噪濾波器和銳化濾波器，對低光環(huán)境進(jìn)行了專門優(yōu)化，提供強(qiáng)大的保留細(xì)節(jié)和噪聲控制能力。同時，還提供包括軟硬件方案在內(nèi)的一整套解決方案，并開放驅(qū)動、中間件和所有應(yīng)用源代碼，以供客戶開發(fā)參考，通過圖形化的ISP調(diào)試工具和內(nèi)置文檔，可輔助用戶調(diào)整ISP性能，還可針對高端客戶提供微代碼級別的定制，以協(xié)助用戶開發(fā)出更具特色的產(chǎn)品功能。
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差異化產(chǎn)品開發(fā)至關(guān)重要
產(chǎn)品質(zhì)同質(zhì)化現(xiàn)象是當(dāng)前眾多監(jiān)控?cái)z像機(jī)廠商在市場競爭中所碰到的一個突出問題，這主要是由于大多數(shù)廠商都正在使用相同的圖像傳感器、ISP處理芯片所致。而在高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像處理部分選用FPGA技術(shù)方案，能夠幫助廠商針對產(chǎn)品的功能和性能方面進(jìn)行差異化增強(qiáng)的ISP設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品的市場競爭力，這些因素使得FPGA方案近年來受到業(yè)內(nèi)廠商的普遍青睞。
萊迪思(Lattice)工業(yè)和汽車市場戰(zhàn)略營銷經(jīng)理Kambiz Khalilian |
萊迪思(Lattice)工業(yè)和汽車市場戰(zhàn)略營銷經(jīng)理Kambiz Khalilian表示：“一般來說，對于一款標(biāo)準(zhǔn)化攝像機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)ISP芯片和ASSP專用芯片可能會是一個較好的選擇，但這些半導(dǎo)體器件通常不支持差異化產(chǎn)品開發(fā)。如果要開發(fā)一款與眾不同的產(chǎn)品，就需要通過設(shè)計(jì)ASIC或使用FPGA來實(shí)現(xiàn)，但開發(fā)ASIC的成本較為昂貴，且需要較長的設(shè)計(jì)周期，在進(jìn)行ASIC設(shè)計(jì)和制造的時間里，很可能市場對攝像機(jī)的性能要求早已改變；而采用FPGA解決方案則可以根據(jù)不斷變化的市場需求和快速發(fā)展的傳感器技術(shù)，在內(nèi)部加速實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的所有功能開發(fā)，解決監(jiān)控?cái)z像機(jī)在開發(fā)過程中的定制化、差異化難題?！?
以萊迪思開發(fā)的可編程FPGA解決方案為例，該公司通過與行業(yè)領(lǐng)先的成像和視頻分析公司展開合作，采用FPGA方案和HDR-60開發(fā)套件，使得用戶可評估ISP的性能，還可修改、刪除或添加自定義模塊至ISP流水線，以及對ISP接口進(jìn)行修改，從而可連接多個圖像傳感器，并且使用可定制的ISP進(jìn)行處理，在提供便捷開發(fā)的同時，也提高了設(shè)計(jì)精度，進(jìn)一步改善了用戶體驗(yàn)。
另一方面，F(xiàn)PGA之所以能夠在視頻監(jiān)控領(lǐng)域加大滲透率，也與其單位時間內(nèi)的高密度運(yùn)算能力緊密相關(guān)。對于圖像傳感器技術(shù)的未來發(fā)展，以及視頻分析海量數(shù)據(jù)的運(yùn)算需求，Khalilian表示：“圖像傳感器技術(shù)有著快速的創(chuàng)新周期，傳統(tǒng)的ASSP專用芯片或ASIC在開發(fā)上還滯后于支持這些新功能，因此新一代圖像傳感器的功能和接口技術(shù)中還需要繼續(xù)采用FPGA技術(shù)，直到下一代ASSP專用芯片或ASIC支持其中的一些功能。同時，日益復(fù)雜的視頻分析算法也要求具備快速和并行處理流水線，不能總是用順序處理方法來實(shí)現(xiàn)，使用FPGA能夠分擔(dān)主處理器的功能或?qū)崿F(xiàn)其他的功能；此外，低功耗也是FPGA方案的另一個突出特點(diǎn)。”
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2013年十大門禁系統(tǒng)發(fā)展趨勢
由HID Global公司供稿
趨勢1：基于開放標(biāo)準(zhǔn)，確保互操作性、適應(yīng)性及可遷移性
采用即將來臨的一代無阻力解決方案后，用戶就不必?cái)y帶形狀各異的卡片了，這類解決方案將在支持近距離無線通信(NFC)的智能手機(jī)以及其它移動設(shè)備中，嵌入這些憑證卡的虛擬版本以及其它虛擬憑證卡。無阻力門禁解決方案需要支持開放標(biāo)準(zhǔn)，以提供可互操作的產(chǎn)品，以及有效應(yīng)對未來變化的門禁基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)而確保未來仍可利用今天的技術(shù)投資。
趨勢2：移動門禁的發(fā)展將改變門禁行業(yè)面貌
基于NFC移動設(shè)備部署的移動門禁解決方案必須要在智能手機(jī)安全組件內(nèi)保護(hù)所有密鑰和加密操作的安全。同時，相對于目前已經(jīng)安裝的電子門禁的數(shù)量而言，人們會看到未來將會有超過5倍的大門采用移動門禁控制模式來保證安全。
趨勢3：移動門禁解決方案將與卡片門禁模式并存
移動門禁最大的好處之一是，用戶打開辦公室大門或登錄企業(yè)電腦所需的所有身份信息都安全地嵌入在手機(jī)中，而不是儲存在可能遭遇復(fù)制或被盜的塑膠卡片中，而且用戶無需記住密碼。盡管如此，但是在未來幾年中，支持NFC的智能手機(jī)還不可能完全取代智能卡，移動門禁虛擬憑證卡將與智能卡、身份卡共存，以便企業(yè)能選擇不同的門禁管理模式。
趨勢4：門禁系統(tǒng)將繼續(xù)趨向融合
融合式門禁解決放案有助于企業(yè)滿足監(jiān)管要求，執(zhí)行一致的政策，在企業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)一致的審計(jì)記錄，同時通過合并任務(wù)來削減費(fèi)用。其中，移動門禁解決方案是理想的融合平臺，采用NFC技術(shù)，還能將非接觸式卡片技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展到樓宇門禁領(lǐng)域以外，進(jìn)一步將其應(yīng)用到IT領(lǐng)域的身份驗(yàn)證上，使得實(shí)體設(shè)施安全團(tuán)隊(duì)與IT安全團(tuán)隊(duì)更緊密地聯(lián)合在一起。
趨勢5：感應(yīng)卡向磁條卡、智能卡遷移
門禁應(yīng)用的發(fā)展目標(biāo)是非接觸式智能卡，這種智能卡基于開放標(biāo)準(zhǔn)，具備通用卡片邊緣——即卡片命令接口，這改善了在可靠的身份認(rèn)證框架之內(nèi)，與廣泛的產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)的互操作性。最新的卡片改善了安全性、隱私保護(hù)以及向虛擬憑證卡的可移植性，同時用戶附加了越來越多的可視及虛擬安全層，增強(qiáng)了卡片及身份卡的安全性。
趨勢6：移動門禁將加速身份信息管理向云端遷移
企業(yè)已經(jīng)開始向一些云服務(wù)提供商外包傳統(tǒng)身份卡項(xiàng)目，這些云服務(wù)提供商的規(guī)模和資源足以應(yīng)對大量時限緊迫的訂單，而單獨(dú)的憑證卡發(fā)行商或集成商卻難以獨(dú)立承接這類訂單?，F(xiàn)在，隨著移動門禁的出現(xiàn)，服務(wù)范圍也將擴(kuò)大，包括部署和管理用戶NFC智能手機(jī)攜帶的虛擬憑證卡。
趨勢7：安全發(fā)行技術(shù)將簡化卡片的制作和發(fā)行
當(dāng)前，卡片發(fā)行解決方案在打印機(jī)、卡片材料、軟件等方面都取得了顯著的進(jìn)步，并納入了關(guān)鍵的可視及電腦桌面登錄技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多層驗(yàn)證，不僅如此，通過采用多層管理程序，新的解決方案進(jìn)一步提高了安全性，同時提升了發(fā)行系統(tǒng)的效率，因而也更容易滿足最嚴(yán)格的安全要求。
趨勢8：NFC標(biāo)簽改變保護(hù)信息及消費(fèi)者安全的方式
可靠的NFC標(biāo)簽不可能仿冒或復(fù)制，可以嵌入到產(chǎn)品內(nèi)或納入附在產(chǎn)品和設(shè)備上的防篡改貼紙中，利用云端服務(wù)，還可以將電子簽署和加密保護(hù)的身份證書配置到這類標(biāo)簽中，在產(chǎn)品或文件有效期內(nèi)的任何時間，用戶都可以非常有把握地驗(yàn)證真實(shí)性。
趨勢9：FIPS-201標(biāo)準(zhǔn)將更普及
2005年美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所發(fā)布了第201版美國聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)(FIPS-201)，其中提供了更多有關(guān)這類卡片的詳細(xì)信息。2012年，僅通過使用含所有公開密鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)驗(yàn)證功能的模塊，來增加現(xiàn)有大門控制器及控制面板的功能，美國政府機(jī)構(gòu)的門禁控制系統(tǒng)就可以達(dá)到FIPS-201的要求了。隨著FIPS-201技術(shù)的發(fā)展，將會有更多的產(chǎn)品支持該標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)門時執(zhí)行PKI驗(yàn)證功能有望成為更為常見的方式。
趨勢10：訪客管理技術(shù)將整合到門禁系統(tǒng)中
訪客管理系統(tǒng)可極大地改善安全性和運(yùn)營效率，同時提高以前使用紙質(zhì)解決方案的管理水平。訪客管理系統(tǒng)與門禁系統(tǒng)的整合將可以提供更完整的安全解決方案，以保護(hù)員工和臨時來訪人員的安全，防止擅自闖入人員所造成的損害。
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責(zé)編：Quentin
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