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你的近红外摄像头成像到底质量怎么样?这下有标准可以衡量了

导读: 上海警方的公开数据显示,监控摄像头2017年帮助他们抓捕了 6000 名犯罪嫌疑人,破案率大大提高,可见在公共场所的摄像头是一大破案法宝。根据咨询公司 IHS Markit 2016 年的数据,中国共装有 1.76 亿个监控摄像头。

上海警方的公开数据显示,监控摄像头2017年帮助他们抓捕了 6000 名犯罪嫌疑人,破案率大大提高,可见在公共场所的摄像头是一大破案法宝。根据咨询公司 IHS Markit 2016 年的数据,中国共装有 1.76 亿个监控摄像头。其中公安系统掌握着 2000 万台。中国视频监控市场价值64亿美元,预计12%的年增长率会持续到2021年 。

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与此同时,随着机器视觉、人脸识别、安防监控的快速发展,全球CMOS图像传感器销售额屡创新高。在安防领域,2017年全球CMOS出货量达到1.84亿,预计到2022年全球出货量会达到3.05亿,年复合增长率为11.95%。

近红外产品实现突破,行业新标准随之提出
虽然公共场所的摄像头数量越来越多,所覆盖的场所越来越广,但是由于在夜间的拍摄清晰度不够,甚至在近红外环境下无法捕捉图像,还是让犯罪分子有机可乘。因此应用于安防市场的摄像头在向着高分辨率、超低光线条件下高图像质量,以及提高近红外性能的方向发展。分辨率正从主流的1080P逐步向4K2K发展,人脸识别、物体识别等智能视频需求开始兴起,H.265编码技术逐渐得到普及;在超低光彩色、超低光不开补光灯、SNR1<0.2Lux的情况下,图像质量不断提升;近红外性能在降低红外灯的功耗、提高监测物体距离、SNR1940 <35nW/cm2等条件下可以得到保证。

相对于传统图像传感器,新品需要提升近红外灵敏度。传统摄像头存在三个问题:第一,如果提高灵敏度,近红外灯功耗太大;第二,保持功耗不变,探测距离无法延长;第三,850nm可察觉红曝,容易伤害人眼,而且作案者可以发现摄像头,从而提前采取措施。图像传感器厂商都在极力解决这三大问题,它们发现940nm处于近红外光区,没有红曝现象,非常适合夜晚室内黑暗环境,因此开始基于这一光波长开发图像传感器。

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豪威科技的夜鹰技术

众所周知,豪威科技的夜鹰技术在提升近红外灵敏度上取得很好的成果。传统图像传感器存在两个问题,一是光从进到出的距离短,二是耗电大。而豪威科技花费多年时间,研发出了一种特别的解决方案,其市场部副总裁陈家旺解释,“第一步,我们增加了硅基层厚度,可以吸收更多光子,同时大幅增加光电转换效率;第二步,为避免光子在传播过程中形成串扰,研发人员将像素置于像素间具有屏障的沟槽中;第三步,增加了一层曲面薄膜,使得光子在被吸收后能够以不同角度行驶更长的距离,增加光电转换效率,从而形成更明亮的图像。”

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成像对比:左侧两个图采用的是传统图像传感器;右侧采用的是基于夜鹰技术的图像传感器,当光调到0.2lux时,左侧全黑,右侧仍然能够采集到图像。

通过实际成像对比,使用夜鹰技术的产品在850nm波长处的量子效率(QE)从原来20%提到60%,增加3倍;940nm波长处的QE从8%提到40%,增加5倍。灵敏度的提升后,图像传感器能够在相同的近红外光量下成像更清晰,可以检测到更远的成像区域,效率越高需要补的光越少,功耗和成本自然随之降低。

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940nm图像传感器的成像质量如何评判好坏?为了给业界同一个衡量标准,豪威科技定义提出了NIR SNR1标准,用单位面积辐射通量(nW/cm2)来度量850nm和940nm两个不可见光波长的成像参数。

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在此标准下测试对比发现,940nm产品的灵敏度优于传统850nm产品,当保持红外灯功率不变为400mW/srX2时,940nm产品OS02C10的信噪比是1,850nm产品信噪比是0.4,信噪比提升2倍;当信噪比都是0.45时,OS02C10所需功率是267mW/srx1,850nm产品所用功率是400mW/srx2,940nm产品的红外功率减少3倍。

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VCSEL的优势更明显

如图所示,940nm可以分成LED和VCSEL,VCSEL是雷射光,优势更明显。原来940nm不可以用,VCSEL没办法发挥,现在940nm可用了,VCSEL就可以发挥优势。雷射的扩散性好,指向远,效率、功耗很低;另外雷射可以调频,可以一个一个送,接收时可以算出射到多远,寿命更长。缺点是价格比较贵,但是在未来会降下来。

发布2款2微米图像传感器,将“背照式”产品引入到安防领域

以前,入门级物联网的安防监控摄像头只采用前照式图像传感器,无法充分发挥这些摄像头的性能。现在豪威科技推出了两款基于OmniBSI像素技术的最新2微米图像传感器系列产品 OS02F10和OS04B10。这两款传感器采用业内最具性价比的背面照度(Back Side Illumination)解决方案,并专为入门级物联网、工业、商业及住宅领域的安防监控摄像头提供高清晰图像质量。

OS02F10为200万像素(MP)传感器,支持1080p (1920 x 1080)分辨率的视频,帧率为30帧/秒。该超紧凑型传感器采用独特的1/4英寸光学格式及4.9 x 3.0毫米芯片级封装(CSP)。其高量子效率(QE)减少了对IR照明的要求,可实现低功耗,摄像头电池的使用寿命更长。OS02F10本身的功耗小于 120 mW。

OS04B10应用于需监控范围更广的区域。OS04B10具有360万像素分辨率,支持2K(2560 x 1440)分辨率的视频流,帧率为每秒30帧。该款传感器的特点为其独特的1/3 英寸光学格式及6.3x3.7毫米芯片级封装(CSP)技术。OS04B10功耗低于140mW,高量子效率有效降低了系统功耗。

陈家旺强调,“采用了OS02F10 和 OS04B10图像传感器后,即使是住宅用安防监控摄像头也不用再担心因为想要实现信价比而牺牲性能。紧凑型的 OmniBSI 像素架构成功减少了像素串扰问题,图像质量也因此更出色。”


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