安防设计工程师整体方案设计工作心得.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流安防设计工程师整体方案设计工作心得.精品文档.物联网知识置身安防行业24年，回首工作中的点点滴滴，笔者试图以文字的形式记录、总结，将沉淀多年的心得、感悟流露笔端与大家分享，以期能穿越时间的桎梏，给广大安防工程设计师一些借鉴和思考。时间过得真快，从1989年6月离开大学讲台来到，进入安全技术防范这个行业，已经整整24年，在这个行业里也算是一个老兵了。24年来经历了多次的技术革新浪潮，目睹了安防行业的发展与壮大，笔者认为直到现在，这个行业还是一个有发展活力的朝阳行业。刚进入安防行业时，摄像机还是用光靶管来进行光电转换，90年代初逐渐开始采用CCD

2、。现在随着科技的发展，摄像机已经从模拟发展到数字，标清发展到高清。当时报警系统大多是一些安装在财务室的小系统，现在早已成为一个行业、整个区域联网的大系统了。刚入行时没有什么门禁概念，当下也在普遍使用了。最为重要的是现在已经不是各个小系统单兵作战了，综合安防平台实现了闭路电视监控、防盗报警、出入口门禁等安防子系统集中管理，相互辅助，进一步扩展了各子系统的功能。24年来，笔者也从一个普通的工程师成长为负责技术的管理人员。设计工程师、维护工程师、施工工程师的经历令笔者获得了很多实际工作经验。虽然近些年没有在一线从事设计工作，但还始终沉淀在这个圈子里。就如何做好一个安防行业的设计工程师，笔者谈谈自己的

3、看法，与大家共同交流。个人认为要成为好的设计工程师要能够勇于学习，勤于实践，善于总结。勇于学习也许是我36岁以前，大多时间是在学校不同的岗位上度过的缘故，对于学习情有独钟。那么为什么还说要“勇于”学习呢?实际上学习的压力是很大的。个人总是越学觉得问题越多，越学越觉得自己知识浅薄。但要完成好工作，不得不努力学习。笔者作为一个安防行业的设计工程师，是从以下方面来开展专业知识学习的。1.从各类媒体如书籍、杂志、报刊、网络中学习。记得我刚入行时对安防了解甚少，想找些资料学习，跑遍了书店也找不到相关书籍。现在不光书店有琳琅满目的专业书籍，还有多个专业的安防刊物。特别是随着通信技术的发展，计算机科学的不断

4、创新，使得我们可以更快的了解到新技术动态。这一类的学习使我们能够较全面、系统的掌握整个行业内的基本知识。2.从行业内的各专业展览会中学习。中国的安防行业，放在全球比较也是较先进的。中国安防展览会的规模也不弱于美国拉斯维加斯、英国伯明翰的安防展。国内的安防展我只要有机会，都是尽可能的参加。最近自动化学会组队去台湾参观了台北安防展，与台湾的同行进行了技术交流，大家都感到有不少收获。参观展览会，从中可以宏观地了解产品、技术以及行业的发展趋势，为对一些新技术的应用打下基础。3.向产品厂家学习。术有专攻，大多数产品的生产厂家都是本行的专家。我进入安防行业时的许多老师都是厂家或代理商的工程师，那时没有什么

5、书籍资料，产品说明书就是我学习的必读物，也常常请教厂家的工程师如何调试设备。一些大的品牌厂家的产品，往往代表了行业产品的发展趋势。同时也不可忽视一些并不出名的小品牌，其具有的价格优势不定在什么时间就用上了。了解更多的厂家，掌握更多的产品，对于设计工程师来说有了更多的选择余地。记得有一个项目对我们的设计要求很高，但经费预算很低，结果也只能选择基本实现功能的其他品牌了。从产品厂家处能够学到比较专深的技术.4.向同行学习。参加各类学术交流会、产品推广会、技术研讨会，甚至在参加各类的评审会中，都可以学到许多东西。作为一个行业专家，我经常参加一些评审活动，其实有些内容我也不是很清楚，还需要去查找资料，结

6、合其他技术，再根据以往经验整合，才敢发言。在安防这个行业，每个学术研讨者、设计师都会有他们独自的见解，每个产品也会有各自的独到之处。如果能够博采众家之长，融会贯通到自己的设计中去，那才是向同行学到了东西。5.从各类标准中学习。国标、部标、地标、行标也是设计人员不可缺少的学习对象，它们是设计方案的依据。虽然学起来比较枯燥，但一定要熟练掌握应用。曾经一个为看守所做的智能化方案，看起来比较先进，但没有按照公安部的要求来设置系统，遗漏了两个主要系统，所以还是一个不可行的方案。另外有一个方案，把北京的地标要求放到的方案中要求参照，也是不合适的。其实通过学习各类标准，你可以发现有很多内容需要学习。了解并掌

7、握各类标准，可以为你的设计增添自信，增加底气。6.多方面的学习。安全防范系统只是弱电智能化系统其中的一个子系统，安防设计工程师必定会接触到各种弱电系统的方案设计。我也是从做安防系统开始，步入到弱电智能化这个行业。对于整个弱电系统的学习了解，是安防设计工程师提升综合素质的必经之路。勤于实践我们采用了不同的方式、方法，学到了许多理论知识，一定要放到实际设计应用中去，通过实际项目的检验，才能体现学习成果。我认为一个好的设计工程师应该有现场工程的实践经验。如果有丰富的行业设计知识，又有现场施工和维护的经历，也参加过项目验收，那么做出的设计方案往往是比较完整的。例如一些设计人员在细节问题上搞不清楚，一些

8、辅助材料像插头、辅助电源、转接线等不能给出明细，只是写辅助材料一批。对于桥架、线槽、线管、电缆的预算不准确，没有考虑到实际建筑走线的转弯抹角，线路接头的预留等因素，要不是没有留余量，就是放大了数量。因此，我建议设计人员要多下工地，最好做做施工工程师，这样的实践对你会有很大的帮助。其次设计人员所做的方案，也应该在不断与用户的沟通实践中完善。做一个好的方案，一些流程是必须要满足的。先要进行充分的需求调研：了解用户方想要什么，目的是什么，完成的目标是什么，经费预算限制等。之后整理出简洁的功能需求分析，再运用自己的专业知识与用户沟通，与用户一起建立设计框架模型、设计任务书。在这个过程中，一定要发挥自己

9、的专业知识，引导、启发、帮助用户来完善需求。这样的分析调研不是一两次就能完成的，要反复多次，越细致越好。有条件的话，还应该到现场实地去看看。我们常说需求调研分析做的透彻，一个项目好的设计就完成了一半。一个好的方案并不一定在于它有多先进超前，而在于能够适合当下环境的实用性，迎合趋势潮流的可发展性。善于总结最后我想谈谈善于总结。及时的总结是不断完善自我，提高设计能力的有效手段，也是不断充实自我，扩展知识面的良好途径。每当我们历尽千辛万苦，绞尽脑汁，完成了一个又一个设计方案之时，是歇口气玩玩?还是认真的回忆总结一下?个人认为，应该把设计中遇到的问题做一个归集，有什么经验教训，有哪些设计亮点，有什么遗

10、憾和不足。一个好的设计工程师，应该及时总结，并建立有自己的数据库，库里存储各种方案案例，把它们分类归集，建立不同的模块。并且根据技术的发展不断的更新、完善。这样能够在今后的工作中效率更高，更方便快捷。同时，也应该将好的方案写成论文投稿发表。这是对自我能力的进一步总结，同时也能够将体会与大家共同分享。包括申请专利、申报科技进步奖等，也都是在总结时应该去做的。我们在93年做的无线报警寻呼系统，当时将报警装置的各种信号上传到指定的传呼机。在97年做的视频信息联网，当时将公安系统的视频监控的图像信息联网调控，都申请了专利，也获得了省、市科技进步奖。做一件事不难，难的是长期做一件事。如果能够坚持勇于学习

11、，勤于实践，善于总结，一定会成为一名优秀的设计工程师。当今的CMOS图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和舒适性。最初，CMOS图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究IMS Research的预测，在未来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成长率将达到6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国，据其全国工具机供应商协会VDMA提供的数据，2004年的图像处

12、理市场增长率达到了14%。市场调研In-Stat/MDR亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达30%以上，而且这种情况将持续到2008年。最为重要的是：CMOS传感器的成长速度将达到CCD传感器的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然，人们如此看好CMOS图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领域长达30多年的CCD技术相比，它能够更好地满足用户对各种应用中新型图像传感器不断提升的品质要求，如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS图像转换器还造就了一些迄今为止尚不

13、能以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于CMOS传感器的“软”标准在起作用，包括：应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同(消费、工业或汽车)而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照相手机同样如此。但是，对于工业或汽车应用来说，情况就大不一样了：有些场合并不需要很高的全帧数据速率。比如，在监控摄像机中，只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种变化可能预示着某种可疑情况），那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要借助全

14、分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行播放，而且，在所捕获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的CCD图像传感器而言，只有采用一个分离的评估电路才能够提供两个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS图像传感器的工作原理则与RAM相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率，但是帧速率较高；而开窗口则允许随机选择一块感兴趣的区域。CMOS传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势最新CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度

15、的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS)，并且导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的可用空间较小。所以，当今CMOS传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯(FillFactory)通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一颗标准CMOS硅芯片最

16、大的一部分面积变为一块感光区域。nextpage另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转换特征曲线在这里最为陡峭，以实现高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的方式来运作LUPA-4000将使高达90dB的光动态范围与一

17、个10位A/D转换范围相匹配。具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS图像传感器在此基础上更进一步；它们是专为汽车应用而设计的。其像素由光电二极管组成，可提供高达120dB的自适应动态范围。面向汽车应用的ACM 100相机模块就采用了这些传感器，这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集成化相机解决方案：该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导向的未来汽车安全系统的关键元件。此外，对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术还具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得

18、不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：它去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势在现代CMOS图像传感器中，一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区NIR(至约1,100nm的波长)。配备了IM-001 CMOS图像传感器的汽车应用将改善雾穿透力和夜视能力。由于工业图像捕获技术开始运用更多波长位于NIR之中的光源，而且生物技术也在利用该光谱区域中的有趣现象，因此，新开发的I

19、BIS 5-AE-1300传感器具有700900nm的NIR灵敏度。编辑swvfswk服务的主配置文件httpd.conf，查找配置项“ServerName”，在附近添加一行内容“苏州网思通信ServerName W”,用于设置网站名称。在面向消费应用的图像捕获技术中，另一个发展趋势是继续提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手机相机已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但随后的2006年，几百万像素的传感器就将占领50%的市场份额，而到2008年，其市场占有率预计将进一步攀升至90%以上。为此，赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的300万像素图像传感器，该产品采用了Autobrite技

20、术，可进行12位模拟/数字转换，并提供了72dB的宽广动态范围，而目前市面上的10位模拟/数字转换器的动态范围仅为60dB。逐行扫描模式中的帧速率高达30帧/秒，因而可录制实况视频节目。在工业和商业领域中，这种发展趋势也很明显：赛普拉斯已推出一款用于Kodak数码相机的1,300万像素/35mm图像传感器，另外，660万像素的IBIS 4-6600传感器正在一种面向弱视人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准A4页面上提供出色的分辨率。凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、MP3播放机和PDA等传统分离型功能设备的加速数字融合(即成为一部紧凑的消费型电子产品)，导

21、致人们越来越希望至少具有部分自主性的子系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影响：利用包含一个数码相机、PDA用户接口和WLAN联网能力的便携式检验工具，光测试和监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术，CMOS符合这一发展潮流：CCD图像转换器仍然需要采用外部逻辑电路来实现控制和模拟/数字转换功能，而CMOS标准逻辑器件则能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全部集成到一块芯片之中。一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的CYIWCSC1300AA芯片的图像捕获电路。它基于130万像素图像传感器CYIWOSC1300AA和一个用于提供误

22、差插补、黑电平调整、透镜校正、信号互串校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特效和校正等等诸多功能的附加信号处理器。集成更多的系统功能(一直到自主型光电传感器系统)是可行的，这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。当今的CMOS图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和舒适性。最初，CMOS图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究IMS Research的预测，在未

23、来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成长率将达到6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国，据其全国工具机供应商协会VDMA提供的数据，2004年的图像处理市场增长率达到了14%。市场调研In-Stat/MDR亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达30%以上，而且这种情况将持续到2008年。最为重要的是：CMOS传感器的成长速度将达到CCD传感器的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然，人们如此看好CMOS图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领域长达30多年的CCD技术相比，它能够更好地满足用户对各种

24、应用中新型图像传感器不断提升的品质要求，如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于CMOS传感器的“软”标准在起作用，包括：应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同(消费、工业或汽车)而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照相手机同样如此。但是，对于工业或汽车应用来说，情况就大不一样了：

25、有些场合并不需要很高的全帧数据速率。比如，在监控摄像机中，只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种变化可能预示着某种可疑情况），那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行播放，而且，在所捕获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的CCD图像传感器而言，只有采用一个分离的评估电路才能够提供两个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS图像传感器的工作原理则与RAM相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率，但是帧速率较高；而开窗口

26、则允许随机选择一块感兴趣的区域。CMOS传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势最新CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS)，并且导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的可用空间较小。

27、所以，当今CMOS传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯(FillFactory)通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一颗标准CMOS硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。nextpage另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转换特征曲线在这里最为陡峭，以实现高

28、灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的方式来运作LUPA-4000将使高达90dB的光动态范围与一个10位A/D转换范围相匹配。具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS图像传感器在此基础上更进一步；它们是专为汽车应用而设计的。其像素由光电二极管组成，可提供高达120dB的自适应动态范围。面向汽车应用的ACM 100相机模块就采用了这些传感器，这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集成化相机解决方案：该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导向的未来汽车安全系统的关键元件。此外，

29、对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术还具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：它去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势在现代CMOS图像传感器中，一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区NIR(至约1,100nm的波长)。配

30、备了IM-001 CMOS图像传感器的汽车应用将改善雾穿透力和夜视能力。由于工业图像捕获技术开始运用更多波长位于NIR之中的光源，而且生物技术也在利用该光谱区域中的有趣现象，因此，新开发的IBIS 5-AE-1300传感器具有700900nm的NIR灵敏度。在面向消费应用的图像捕获技术中，另一个发展趋势是继续提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手机相机已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但随后的2006年，几百万像素的传感器就将占领50%的市场份额，而到2008年，其市场占有率预计将进一步攀升至90%以上。为此，赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的300万像素图像传感器，该产品采用了

31、Autobrite技术，可进行12位模拟/数字转换，并提供了72dB的宽广动态范围，而目前市面上的10位模拟/数字转换器的动态范围仅为60dB。逐行扫描模式中的帧速率高达30帧/秒，因而可录制实况视频节目。在工业和商业领域中，这种发展趋势也很明显：赛普拉斯已推出一款用于Kodak数码相机的1,300万像素/35mm图像传感器，另外，660万像素的IBIS 4-6600传感器正在一种面向弱视人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准A4页面上提供出色的分辨率。凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、MP3播放机和PDA等传统分离型功能设备的加速数字融合(即成为一部紧凑的

32、消费型电子产品)，导致人们越来越希望至少具有部分自主性的子系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影响：利用包含一个数码相机、PDA用户接口和WLAN联网能力的便携式检验工具，光测试和监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术，CMOS符合这一发展潮流：CCD图像转换器仍然需要采用外部逻辑电路来实现控制和模拟/数字转换功能，而CMOS标准逻辑器件则能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全部集成到一块芯片之中。一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的CYIWCSC1300AA芯片的图像捕获电路。它基于130万像素图像传感器CYIWOSC1300

33、AA和一个用于提供误差插补、黑电平调整、透镜校正、信号互串校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特效和校正等等诸多功能的附加信号处理器。集成更多的系统功能(一直到自主型光电传感器系统)是可行的，这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。当今的CMOS图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和舒适性。最初，CMOS图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究IMS Rese

34、arch的预测，在未来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成长率将达到6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国，据其全国工具机供应商协会VDMA提供的数据，2004年的图像处理市场增长率达到了14%。市场调研In-Stat/MDR亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达30%以上，而且这种情况将持续到2008年。最为重要的是：CMOS传感器的成长速度将达到CCD传感器的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然，人们如此看好CMOS图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领域长达30多年的CCD技术相比，它能够

35、更好地满足用户对各种应用中新型图像传感器不断提升的品质要求，如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于CMOS传感器的“软”标准在起作用，包括：应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同(消费、工业或汽车)而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照相手机同样如此。但是，对于工业或汽车应用来说

36、，情况就大不一样了：有些场合并不需要很高的全帧数据速率。比如，在监控摄像机中，只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种变化可能预示着某种可疑情况），那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行播放，而且，在所捕获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的CCD图像传感器而言，只有采用一个分离的评估电路才能够提供两个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS图像传感器的工作原理则与RAM相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率，但是

37、帧速率较高；而开窗口则允许随机选择一块感兴趣的区域。CMOS传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势最新CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS)，并且导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二

38、极管的可用空间较小。所以，当今CMOS传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯(FillFactory)通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一颗标准CMOS硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。nextpage另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转换特征曲线在这

39、里最为陡峭，以实现高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的方式来运作LUPA-4000将使高达90dB的光动态范围与一个10位A/D转换范围相匹配。具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS图像传感器在此基础上更进一步；它们是专为汽车应用而设计的。其像素由光电二极管组成，可提供高达120dB的自适应动态范围。面向汽车应用的ACM 100相机模块就采用了这些传感器，这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集成化相机解决方案：该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导向的未来汽车安全系

40、统的关键元件。此外，对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的CMOS技术还具有一个明显的优势：CMOS图像传感器是针对5V和3.3V电源电压而设计的。而CCD芯片则需要大约12V的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把控制和系统功能集成到CMOS传感器中将带来另一个好处：它去除了与其他半导体元件的所有外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要比通过PCB或衬底的外部实现方式低得多。扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势在现代CMOS图像传感器中，一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区NIR(至约1,1

41、00nm的波长)。配备了IM-001 CMOS图像传感器的汽车应用将改善雾穿透力和夜视能力。由于工业图像捕获技术开始运用更多波长位于NIR之中的光源，而且生物技术也在利用该光谱区域中的有趣现象，因此，新开发的IBIS 5-AE-1300传感器具有700900nm的NIR灵敏度。在面向消费应用的图像捕获技术中，另一个发展趋势是继续提高分辨率。到2005年年中，70%左右的手机相机已具有VGA格式分辨率(640480像素)；但随后的2006年，几百万像素的传感器就将占领50%的市场份额，而到2008年，其市场占有率预计将进一步攀升至90%以上。为此，赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的300万像素图像

42、传感器，该产品采用了Autobrite技术，可进行12位模拟/数字转换，并提供了72dB的宽广动态范围，而目前市面上的10位模拟/数字转换器的动态范围仅为60dB。逐行扫描模式中的帧速率高达30帧/秒，因而可录制实况视频节目。在工业和商业领域中，这种发展趋势也很明显：赛普拉斯已推出一款用于Kodak数码相机的1,300万像素/35mm图像传感器，另外，660万像素的IBIS 4-6600传感器正在一种面向弱视人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准A4页面上提供出色的分辨率。凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、MP3播放机和PDA等传统分离型功能设备的加速数字融

43、合(即成为一部紧凑的消费型电子产品)，导致人们越来越希望至少具有部分自主性的子系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影响：利用包含一个数码相机、PDA用户接口和WLAN联网能力的便携式检验工具，光测试和监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术，CMOS符合这一发展潮流：CCD图像转换器仍然需要采用外部逻辑电路来实现控制和模拟/数字转换功能，而CMOS标准逻辑器件则能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全部集成到一块芯片之中。一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的CYIWCSC1300AA芯片的图像捕获电路。它基于130万像素图像传感器C

44、YIWOSC1300AA和一个用于提供误差插补、黑电平调整、透镜校正、信号互串校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特效和校正等等诸多功能的附加信号处理器。集成更多的系统功能(一直到自主型光电传感器系统)是可行的，这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。当今的CMOS图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和舒适性。最初，CMOS图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。据市场

45、研究IMS Research的预测，在未来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成长率将达到6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国，据其全国工具机供应商协会VDMA提供的数据，2004年的图像处理市场增长率达到了14%。市场调研In-Stat/MDR亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达30%以上，而且这种情况将持续到2008年。最为重要的是：CMOS传感器的成长速度将达到CCD传感器的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然，人们如此看好CMOS图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领域长达30多年的C

46、CD技术相比，它能够更好地满足用户对各种应用中新型图像传感器不断提升的品质要求，如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于CMOS传感器的“软”标准在起作用，包括：应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同(消费、工业或汽车)而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照相手机同样如此。但是，对

47、于工业或汽车应用来说，情况就大不一样了：有些场合并不需要很高的全帧数据速率。比如，在监控摄像机中，只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种变化可能预示着某种可疑情况），那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行播放，而且，在所捕获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的CCD图像传感器而言，只有采用一个分离的评估电路才能够提供两个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS图像传感器的工作原理则与RAM相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS传感器的二次采样虽然提供

48、了较低的分辨率，但是帧速率较高；而开窗口则允许随机选择一块感兴趣的区域。CMOS传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势最新CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS)，并且导致填充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的可用空间较小。所以，当今CMOS传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯(FillFactory)通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一颗标准CMOS硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。nextpage另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS图像传感器通过多斜率操作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换