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安防视频监控系统中的CMOS-DPS摄像机


随着CMOS-APS技术及降噪技术的发展与进步,近几年又开发岀来CMOS-DPS。CMOS-DPS摄像机是由美国斯坦福大学电子工程学教授Abbasel Gamal与其带领的博士研究生杨晓东于1993年开发而成的,后来被授权给杨晓东博士于1999年创立的Pixim公司。自此以后,DPS就是基于美国Pixim公司的DPS专利技术的图像传感器,其核心技术是在图像传感器的每一个像素点上增加了一个10位A/D转换器。这样,其直接输出的数字图像信号可以很方便地和后续处理电路接口,供数字信号处理器对其进行处理,以真实重现图像,使CMOS摄像机得到了实质性地进展。CCD在图像质量等方面的优势也逐渐黯淡,CMOS摄像机的光照灵敏度和信噪比可达到甚至超过CCD。

一、DPS的组成及工作原理

由前述可知,DPS(Digital Pixel System)就是数字像素系统,DPS摄像机就是有数字像素系统的摄像机。传统的CCD和CMOS摄像机传感器都是为每一列或每一行像素点配备一个模/数转换器,其每个像素点的输出都是模拟光信号,存在着噪声大和输出时间长等缺点。而DPS是在图像传感器的每一个像素点上包含了一个10位A/D转换器,这样当CMOS摄像机图像传感器上的有源像素捕捉到光信号时,能直接将其放大并转换为数字信号,从而可将阵列上的信号退化和串扰降到最小,并允许采用更好的降噪方法。一旦数据以数字格式捕获,就可以采用各种数字信号处理技术来真实重现图像。显然,DPS技术中的图像传感器和图像处理器是全数字式的,它采用32位ARMCPU精确控制每个像素,使每个像素独立完成采样和曝光,并直接转换为数字信号。这种第3代CMOS-DPS摄像机,就是目前市面上唯一的、真正的全数字图像处理系统。
DPS的单个像素的组成如图1所示。、


图1 DPS单个像素的组成

由图1可知,该器件的单个像素,由APS像素单元、模/数转换(A/D)、数字存储器和相关双取样(CDS)电路等组成。CMOS-DPS的工作原理不像CMOS-PPS和CMOS-APS的A/D转换是在像素外进行的,而是将A/D转换集成在每一个像素单元里,使每…像素单元输出的是数字信号,并且其成像系统控制着每个像素的最佳采样时间,在每个像素达到最佳状态时再存储像素信息。在所有像素被采集后,再送到系统的DSP对其进行处理,以最终形成高质量的图像,因此这种CMOS摄像机克服了原来CMOS摄像机的缺点而优于CCD摄像机。由于CMOS-DPS的这种特有结构是CCD所做不到的,再加上它所具有的高速数字读出、无列读出噪声或固定图形噪声、工作速度更快、功耗更低的优点,因而能使其更方便地实现网络化与智能化。

二、DPS摄像机的特点

DPS摄像机的特点有:

•传输时间短,降低了噪声和衰减;

•对每个像素能多次单独无损失采样,使动态范围增大;

•色彩还原性好,图像质量提高;

•有内嵌强大的软件平台,容易增加功能,使用简单;

•模拟人眼与大脑,易构成智能化图像处理系统。

由于每一像素就像一台独立的摄像机,因而DPS摄像机可视为由几十万只小摄像机协同工作构成的智能化图像处理系统。它可避免亮度反差极大区域图像的“发花”和轮廓不清,达到零散射效果;可保证在各种照度条件下(尤其低照度)色彩不失真;分辨率在水平和垂直方向均衡一致(其垂直方向分辨率比现有摄像机提升了100TVL以上),在特定的图像特征和光照下,DPS摄像机最终能提供更详尽、完整和真实的图像细节,从而获得最佳的图像效果,并易使图像智能化。因此,这种第3代CMOS摄像机,可广泛应用于现代安防智能视频监控系统中。