CCTV: Мегапиксельные камеры с CMOS-матрицей

16 марта 2016

Все возрастающий интерес рынка безопасности к мегапиксельным IP-камерам стимулирует переход CCTV на принципиально новый уровень, которым является телевидение высокой четкости. Мегапиксельные IP-камеры, преимущества которых – высокое разрешение, высокая скорость формирования изображения, цифровое представление, обработка и передача сигнала, действительно являются недостающим звеном настоящей цифровой системы.

В настоящее время в качестве формирователя изображения в мегапиксельных IP-камерах используются светочувствительные матрицы CCD (ПЗС – прибор с зарядовой связью) и CMOS (КМОП – комплиментарная структура металл-оксид-полупроводник) с разрешениями от 1,3 до 8 Мп.
Важным преимуществом CMOS-матрицы является объединение на одном кристалле аналоговой и цифровой части устройства, т есть, непосредственно светочувствительных элементов и процессора обработки сигнала. Фактически каждый пиксель снабжен собственным усилителем, благодаря чему можно точно регулировать время его экспонирования. Принципиальные различия, обусловленные технологическими особенностями, приведены в таблице. Они позволяют оценить преимущества и недостатки каждой из технологий.



Характеристика

CMOS-матрица CCD-матрица
Чувствительность *** **
Динамический диапазон *** **
Скорость считывания заряда *** **
Энергопотребление ** ***
Цена ** ***



Чувствительность
Характерный показатель чувствительности для мегапиксельных CMOS-камер ниже по сравнению с камерами на базе CCD. Разумеется, если речь идет о матрицах одинакового формата. Это связано с тем, что фотодиод светочувствительной ячейки занимает существенно меньшую площадь элемента матрицы по сравнению с CCD. Важно также отметить, что производители мегапиксельных камер жестко связаны форматом объективов, используемых в CCTV, и как следствие используют CMOS-матрицы формата 1/3, 1/2, реже 2/3 дюйма. С увеличением разрешения чувствительность матрицы падает из-за уменьшения площади пикселя. Однако технология CMOS неуклонно развивается, и чувствительность камер растет. Кроме того, производители используют широко известные в охранном наблюдении технологии увеличения чувствительности. Так, для улучшения способности «видеть в темноте» все производители мегапиксельных CMOS IP-камер реализуют режим «медленного затвора». Данная технология хорошо известна любому, кто делал ночную съемку цифровым фотоаппаратом. К сожалению, характерное смазывание изображения не позволяет использовать этот режим для любой задачи. Существуют и другие методы, как-то: отключение цветности (электронный режим «день-ночь»), отключение ИК-фильтра (механический режим «день-ночь») или переключение между матрицами. В последнем случае камера может использовать две матрицы – одну высокого разрешения с CMOS-матрицей для дневной съемки, вторую с меньшим разрешением (обычно CCD) и, соответственно, более высокой чувствительностью для ночного режима.

Динамический диапазон
Благодаря упомянутой выше структуре CMOS в матрице реализуется механизм произвольного доступа, что дает возможность выполнять считывание выбранных групп пикселей. Регулируя таким образом время экспозиции, производители CMOS-сенсоров позволяют создавать камеры с широким динамическим диапазоном, способные формировать качественное изображение в условиях высококонтрастного освещения. Типичное значение динамического диапазона для CMOS-камер составляет порядка 60 дБ против 50–54 дБ для моделей на базе CCD.

Скорость формирования и компрессия изображения
Несмотря на то что CCD-матрицы имеют более высокую характеристику чувствительности, основным фактором, ограничивающим их применение, является низкая скорость считывания заряда и, как следствие, невозможность обеспечения высокой скорости формирования изображения. Чем выше разрешение матрицы, тем ниже скорость формирования изображения. В свою очередь, технология CMOS, объединяющая светочувствительный элемент и микросхему обработки, позволяет получать высокую скорость формирования кадра даже для 3 Мп сенсоров.
Однако использование мегапиксельных CMOS-сенсоров для IP-камер систем видеонаблюдения требует эффективного сжатия потока данных. Наиболее распространенными алгоритмами компрессии в IP CCTV в настоящее время являются M-JPEG, MPEG4 и H.264. Первый нередко реализуется непосредственно на CMOS-сенсоре самим производителем матрицы. Алгоритмы MPEG4 и H.264 – более эффективные, но требуют мощного процессора. Для формирования потока реального времени с разрешением более 2 мегапикселей в CMOS IP-камерах используются сопроцессоры, обеспечивающие дополнительные вычисления.

Энергопотребление
Важным преимуществом мегапиксельных CMOS-матриц является более низкое энергопотребление. К сожалению, энергопотребление до сих пор не является в нашей стране принципиальной характеристикой, позволяющей оценивать технические средства безопасности. В действительности мегапиксельная IP-камера для установки на улице фактически является лампой накаливания, работающей 24 часа в сутки. Например, мощность потребления 1,3 Мп CCD IP-камеры составляет около 9 Вт, с учетом термокожуха в холодное время года такая камера потребляет 30–40 Вт. Так, можно представить потребности в электроэнергии для объекта из 100 камер. Типичное энергопотребление 1,3 мегапиксельной камеры с CMOS-матрицей в два раза меньше.

Стоимость IP-камер с CMOS-матрицей
В настоящее время IP-камеры на основе CMOS-сенсоров становятся все популярнее в первую очередь благодаря поддержке технологии со стороны лидеров IP CCTV. При этом их стоимость выше, чем аналогичных камер на CCD. И это несмотря на то, что технология CMOS, объединяющая аналоговую и цифровую части устройства, позволяет создавать более дешевые камеры. Ситуация такова, что сегодня стоимость IP-камеры определяется ее возможностями и характеристиками. Принципиальным является не тип матрицы, а программное обеспечение, реализуемое процессором камеры.

Купить IP-камеру в Хабаровске можно в магазине Сервисшоп.