无论是交通抓拍，还是高清视频监控，只要应用到视觉成像技术，就不得不提及到前端传感器的成像—-CCD/CMOS技术。对于CCD和CMOS的优劣势讨论已经太多了，在学术上产生这样的争论本身是很有意思的事情，然而这种泾渭分明的争论往往只是更适合各个厂家作为竞争市场的销售手段，并无利于解决视频监控和交通抓拍在实际中遇到的问题。如果我们能够认真审视一下这两类传感器的优劣势、特点以及实际项目中的应用需求，则能帮助系统集商成以及各设备供应商针对自己的应用，最大化发挥传感器自身的优势,并获得在不同应用场合下的最佳效果。
目前交通抓拍和视频监控对前端成像传感器比较关注的技术特性主要有以下几点：
电子快门用来控制芯片开始和结束电荷积分的时间。相对机械快门有速度高，寿命长等优势。
Vertical CCD:垂直转移；Horizontal CCD:水平转移；Transfer Gate:转移驱动电路；OS：读出放大器
CMOS芯片上电荷都是在每个像元上读出，不存在CCD芯片的问题，它的电子快门分Rolling shutter（卷帘式快门）和Global shutter（全局式快门）两种，Rolling shutter通常采用的都是3T像元结构，每次仅能对一行像元进行曝光控制：一行曝光后在对下一行进行曝光，这样就会出现下图1-2所示的情形。 Global shutter的芯片需要具备5T的结构，使整幅图像所有像元同时开始和结束曝光，图1-3是Global shutter的成像效果。但5个光电二极管的结构同样减小了感光面积，也可以通过增加微透镜的方式来弥补。
Vertical Registers:垂直转移通道；Transfer Gate:转移驱动电路；Photodiodes:光敏元；Serial Readout:读出寄存器
另外一个需要重点考虑的是帧频，对于CCD，速度的主要瓶颈来自电荷的读出，读出时钟决定了电荷读出速度的上限，分辨率越高读出的速度越慢。实际上，读出时钟的上限取决于光-电转化的读出放大器的带宽，更高的读出速率要求有更宽的带宽。但另一方面，带宽越大又会带来更多的噪声，同时高速高带宽的读出放大器功率会增加。因此，对CCD而言高速是在像素分辨率、噪声、功耗之间的平衡。多通道可以一定程度上解决读出速度的问题，将图像分成多个区域，分别用读出放大器读出，再进行拼合。由于多通道电路使相机体积更大，功耗更高，并不是所有的应用都适合。
对于CMOS芯片而言，以单个像元为单位将电荷转化为电压，读出放大器就不再需要提高速度来支持更高的帧频。因此，CMOS芯片更易获得更高帧频。 与此同时，与CCD不一样，CMOS得到的图像数据能够清零而无需被读出。这就解决了机器视觉系统仅对图像里的感兴趣区域成像、只需读出部分图像信息的问题。当只需读出感兴趣区域的应用场合，CMOS芯片能够在不增加像素频率的基础上支持更高的帧频。
当需要在微光下成像时，CCD和CMOS采用的技术是不同的，在微光条件下，读出放大器非常重要，CCD采用统一的放大器读出，相应的，一致性比 CMOS 要好。微光条件意味着信号和噪声的量级接近，噪声对图像的质量影响会很大。CMOS每个像元上的读出放大器都是低带宽放大器，比CCD中用的一个高带宽放 大器噪声更小，因此可以通过提高信号增益来获得更好的信噪比。而通常CCD比CMOS的填充因子要高，同样条件下收集的电荷数会更多。同时CCD可以通过 电荷倍增技术，在读出前，通过多级的电荷倍增，每次增加小幅度增益，获得更高的信噪比。此外Binning也可以提高CCD的灵敏度，对N个像素进行 Binning可将信噪比提升N倍。CMOS可以进行类似的Binning，往往是对相邻像元电压信号进行采样叠加，由于采样会引入一定的随机噪声，因 此，CMOS中对N个像元的Binning对信噪比的提升只能达到倍。
CCD和CMOS在对于可见光以外的光谱成像方面也有很大不同，如红外光（IR）打到传感芯片上时会比可见光打的更深，因此要想充分收集这些电荷， 需要将硅衬底做的更厚些。将CCD芯片做得更厚些工艺上会更容易，而对于CMOS的工艺会有些问题。将感光部分硅衬底做得更厚，意味着要将其他的光电二极 管做得同样厚，这样会影响这些控制门、放大器等器件的性能。
对于紫外光（UV），大多数集成电路电极层或者对紫外光不透过，或者是根本不响应。这就导致如果采用前照的方式，紫外光的响应会很弱；要解决这个掩蔽效应，我们可以通过去掉基底层、采用背照的方式来实现。CCD的减薄技术已经非常成熟，而CMOS的减薄技术也取得了很大的突破.从CCD和CMOS不同工艺技术对电子快门，帧频、微光成像及非可见光成像的不同影响，我们不难看出选择哪种面阵芯片应取决于具体应用对各特性参数的具体需求。对于需要微光或非可见光成像的应用，CCD技术的优势非常明显；对于需要高帧频和低能耗的应用，或需要对一些感兴趣区域成像的应用，CMOS 则是更好的选择。如果对电子快门有特别的需求，比如交通抓拍，则CCD或者golobal shutter的CMOS更有优势。
我们可以看到，对于交通抓拍而言，传感器必须要Global shutter，这样才能避免车牌的变形；同时如果对于夜间效果要求比较高，最好是选择灵敏度高的传感器（CCD或者高端CMOS芯片）；而为了避免产生的smear（光柱）挡住车牌，选择CMOS可以有效的避免这个问题。而对于视频监控而言，图像的实时性和流畅度更为重要，帧频、开发难度和成本更有优势的CMOS就成为更佳的选择。
目前凌云公司针对交通抓拍和高清视频监控提供前端成像的整体解决方案，目前主要的技术积累在高端CMOS成像方向。主要参数如下：
光谱响应曲线（QE曲线）
a&s是国际知名展览公司——德国法兰克福展览集团旗下专业的自动化&安全生态服务平台，为智慧安防、智慧生活、智能交通、智能建筑、IT通讯&网络等从业者提供市场分析、技术资讯、方案评估、行业预测等，为读者搭建专业的行业交流平台。
粤公网安备 44030402000264号
