主页（http://www.pttcn.net）：DPS VS.CCD 谁与争锋 从30年前发展至今，CCD图像传感器从最初简单的8像数位移寄存器到现在，已具有数百万至上千万像数。而采用CCD技术的摄像机一路走来，今天仍以技术完善、成像质量、分辨率、灵敏度等优势，成为高端监控摄像机市场的主力军。但是近几年来，采用另一种传感技术CMOS的摄像机，也在以低成本、功耗小等特点奋力追赶CCD。 然而，此次擂台赛还未见分晓，如今又杀出一种新概念的图像传感和处理系统——DPS。此种技术在1990年由美国斯坦福大学的几位教授提出，在经过十几年的发展和完善后，至今日形成了一个不同于传统CCD传感器的数字图像传感和处理系统（Digital Pixel System）。 对于DPS未来的应用市场，拥有此技术专利的美国Pixim公司副总裁Todd E. Rockoff博士指出：“最近一连串恐怖爆炸事件将极大地推动高端安全监控市场的发展，这对采用DPS技术的摄像机市场前景有一个非常正面的影响。” 那么将来，到底谁会登上摄像机市场的头把交椅？是CCD还是DPS，或者是另有其他？本期话题，我们特邀了JVC（中国）投资有限公司的张智勇、慧友电子有限公司的钟纪祥、PELCO的闫毅、景阳智能的张波以及天下数码的韩冰，来探讨此话题。让我们一起分享他们的精辟见解！ DPS现在还属于应用早期，目前不会取代CCD DPS英文全称Digital pixel system，即数字像素系统，这是一种新型的成像器，是成像技术的突破。 与传统CCD相比，DPS最明显的特点是在宽动态范围上。由于DPS的核心是在采集的每一个图像像素中都含有一个模数转换器（ADC），这样成像器直接输出的是关于每个像素的数字信号。而CCD成像器输出的还是模拟信号，从其模拟信号到DSP数字处理过程的时间要比DPS长。所以DPS大大节省了信号的无效传输，将像素阵列的信号衰减和串扰降低到最小，做到了更好的降噪。另外，DPS采用的是高速无损多次采用技术，每一个像素独自确立自己的曝光时间，在本质上相当于几十万个摄像机同时进行操作，而不象CCD由整个场景的平均亮度决定曝光时间进行操作，后者会导致明亮处曝光过度，黑暗处曝光不足。正因如此，DPS的宽动态范围最高可达到120dB。 其次，DPS的优点还表现在集成度和电耗上。DPS包括图像传感器和图像处理器，集成度很高，体积小。而CCD集成度相对较低，体积较大。另一方面，DPS在主芯片电路几乎没有静态电量损耗，CCD却由于电路复杂，需要外部控制信号和时钟信号来获得满意的电荷转移效率，还需要多个电源和电压调节器，因此功耗大。不过从目前来看，CCD还是有一定的优势，表现在技术发展比较成熟，图像具有高灵敏度和较宽的温度范围，市场认可和接受度较高。 值得关注的是，在当前的监控领域中，已经产生了一种在Pixim DPS基础上采用SIMD（单指令多数据）成像处理技术的摄像机。其大大提高了运算速度，给用户提供了定制的图像质量，以及多种预定义的图像配置文件和多个附加的用户自定义文件，如高清晰度、宽动态、室内、室外、窗口、赌场等。并且在保证色彩再生方面提供了多种白平衡选项，保证了在不同色温环境下的色彩还原性…… 目前，DPS做为一种新型的技术已经逐渐开始应用在监控领域，并由于其卓越的宽动态性能和色彩再生能力使其应用范围变得更为广泛。特别针对于光线条件比较苛刻的地方，比如银行的进出口、ATM取款机、高速公路的收费站、车辆进出口、建筑物出入口走廊、娱乐场所、港口码头等具有挑战性光照条件下的应用。举例说明，目前国内很多高速收费站大都采用的是1/2英寸的CCD成像器，其成像靶面大，通光量大，视野角度大，但价格昂贵。DPS由于成品率高，制造成本低，加之其优质的强光处理能力，在此方面基本可以替代传统的CCD。 不过，总的来说，DPS现在还属于应用早期，目前不会取代CCD。但DPS图像传感器主要朝着高分辨率、高动态范围、高灵敏度、超微型化、数字化、多功能化的方向发展，以小型化和低功耗DPS图像传感器为核心的摄像机将会成为监控产品的主流，为图像传感器市场带来巨大的发展。 DPS在原理上属于CMOS工艺改良器件的一种 DPS在原理上属于CMOS工艺改良器件的一种。CMOS器件是一种半导体器件的结构名称，也是其制造工艺的名称，它的中文名称是“互补性氧化金属半导体”，是利用硅和锗两种元素制成的半导体器件，在其上共存着带N（带－电）和P（带+电）级的半导体，随着外接触发极控制量的变化，读取其中互补效应所产生的电流，即可解码，输出成影像。JVC公司在2003年底推出了采用该类型器件的摄像机，目前市面上推广的一些钙类产品（DPS）在性能及原理上与JVC的TK-WD310EC基本相同。 据笔者所知，利用CMOS结构制作感光器件的探索已经有很多年的历史了，现在应用已经非常普及了，例如电脑城里满柜台的USB小摄像头就是此技术的应用。由于这些产品应用的是低端CMOS器件，此类摄像头给用户极坏的印象，图像动态范围很窄，照度范围不适当，很容易造成曝光过度或曝光不足；而且分辨率较低，噪波较大。 经过对CMOS本身的改良及应用电路的优化，该器件现在的表现已经有了很大的提高，例如CANON公司的EOS 1D MARKⅡ和SONY公司的DCR-PC1000E摄像机，前者是价值2万余元的专业数码照相机，后者是最新的、价值万元的民用3片感光器件摄录一体机。 从当前的应用中去分析，CMOS器件的优点是显而易见的： 首先，CMOS是一种传统工艺，生产流程简单，成品率、产量高，使得理论上价格低廉。其二，集成度高，相同性能要求下可以制造出微型化摄像机，相同尺寸下可以制造出更高的分辨率，甚至可以将驱动电路直接做在感光器件上，相对比较节省空间。其三，灵敏度高，由于是逐像素输出（IT CCD是逐行输出），加之期间集成度很高，所以一般在每个像素上直接制作一个前置放大电路，就地放大，在消除了拖尾及开花效应的同时，其原始灵敏度可以做到很高。另外，运行速度快，其最大输出速度是CCD的5倍以上；电力消耗低，约为CCD的1/3到1/8…… 不过，至目前为止，CMOS器件仍存在着一些不足：期间本身的原始动态范围较小，比CCD还要小一点；其次，热噪波高，由于集成度高、结构特殊，早期低端产品极易受温度影响，不过高端产品在此方面有了很大的改进；另有关键的一点是怕静电，电子行业内的前辈曾经依据其英文发音和易被静电烧毁的现象起了一个外号——“谁摸（谁）死”，很是形象。 然而，总结以上方面，相对于CMOS来说，现有的CCD器件劣势还是比较明显。虽然其具有极高的信噪比、很强的感光灵敏度和良好的动态范围，但CCD生产过程复杂、产量低、成品率低，价格贵。为了克服CCD的不足，因此人们才研发和推出了新型的CMOS影像传感器。 (中国集群通信网 | 责任编辑：陈晓亮) |
