Bộ phận quan trọng nhất của camera an ninh là cảm biến hình ảnh . 


Một cảm biến hình ảnh bao gồm một bảng mạch nhỏ gồm các photodiode rất nhạy cảm với ánh sáng, chúng chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, mỗi diod khi bị ánh sáng tác động sẽ sản sinh một điện áp tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng nó nhận tác động, khi không có ánh sáng tác động chúng sẽ không tạo ra mức điện áp nào cả lúc này chúng sẽ tạo ra một mức đen,khi có ánh sáng ở mức cao nhất chúng sẽ tạo ra mức đen, khi ánh sáng ở giữa 2 khoảng này thì sẽ tạo được mức xám. 


Cứ như vậy tùy theo cường độ của ánh sáng tác động vào cảm biến, cảm biến sẽ tạo ra các tín hiệu hình ảnh mang thông tin màu sắc của hình ảnh. Bộ phận xử lý tín hiệu sẽ xử lý những tín hiệu này thành tín hiệu video đưa tới hiển thị trên màn hình giám sát hoặc thiết bị ghi hình trong hệ thống. T
uy nhiên các mức thay đổi ánh sáng mà cảm biến hình ảnh có thể nhận diện được vẫn còn những hạn chế nhất định : Ví dụ đối với những ánh sáng quá chói, tần số nhấp nháy cao…

 

Video Signal – Tín hiệu hình ảnh


Tất cả các hình ảnh video chuyển động được tạo ra từ các ảnh chuyển động hoặc các khung hình. Mỗi khung hình bao gồm 2 thành phần. Một thành phần được tạo ra khi cảm biến hình ảnh quét 262 dòng trong một nửa thời gian hiển thị và quét tiếp 262 dòng trong một nửa thời gian còn lại. Hai quá trình này tạo ra một hình ảnh hoàn chỉnh với 525 dòng. Khi đồng bộ thời gian chúng sẽ tạo ra một hình ảnh chuyển động hoàn chỉnh theo tỷ lệ2:1. Camera an ninh sử dụng điện áp xoay chiều để đồng bộ hóa quá trình này tạo ra các đoạn video chuyển động. Ở Mỹ sử dụng tần số 60Hz luân phiên mỗi video có 60 dòng 30 khung hình. Tại châu Âu và các nước khác sử dụng tần số 50Hz có 50 dòng quét và 25 khung hình /1giây. Những hình ảnh chuyển động được tạo ra từ quá trình này khi tới mắt người sẽ như các hình ảnh chuyển động thật. Giá trị điện áp tổng được tạo ra 1volt từ đáy của xung đồng bộ tới đỉnh của mức trắng tạo ra một mức điện áp Vpp. Thành phần độ chói của tín hiệu có giá trị từ 0.3 đến 1V hoặc cực đại là 0.7-1V. Có thể coi đây là một tín hiệu thị tần toàn bộ,đồng bộ tín hiệu hình ảnh trong một tín hiệu đơn


Image Sensors Format Size – Các chuẩn kích thước cảm biến hình ảnh

 


Camera an ninhsản xuất ra đầu tiên có dạng hình trụ tròn, kích thước của cảm biến được xác định bằng đường kính của ống tròn hay đường chéo của cảm biến. Cho đến ngày nay cảm biến hình ảnhcó dạng hình chữ nhật bằng một tấm silic mỏng, người ta vẫn dùng phương pháp đo đường chéo để xác định kích thước cảm biến. Các kích thước cảm biến (tính bằng millimet) Cảm biến hình ảnhcàng lớn thì hình ảnh thu được càng sắc nét. Nhưng càng lớn thì đồng nghĩa với giá thành càng cao. Chính vì vậy bạn phải cân nhắc để lựa chọn loại camera có cảm biến vừa với nhu cầu của bạn. Bạn chú ý lựa chọn cảm biến cũng phải phù hợp với ống kính, vì mỗi ống kính được thiết kế riêng cho từng cảm biến hình ảnh khác nhau.
 


TVL là độ phân giải được tính trong Camera quan sát analog hoặc màn hình ngang. Nói cách khác, TVL là số dòng được đếm ở bề ngang của một màn hình(LoHR). TVL được định nghĩa theo tổng số lượng đường thẳng đứng sáng và đường thẳng đứng tối. Một thiết bị có độ phân giải là 400TVL có nghĩa là có 200 dòng thẳng đứng sáng và 200 dòng thẳng đứng tối.
Không nên nhầm lẫn TVL với các đường quét ngang trong hệ thống truyền hình, ví dụ như PAL là 625 dòng còn NTSC là 525 dòng.

 

Sự khác biệt giữa CCD và CMOS trong các camera quan sát, giám sát.

Thông thường, khi chọn sử dụng camera cho hệ thống giám sát bạn thường ít chú ý đến việc camera được dùng vi mạch gì bên trong, vi mạch ảnh với cảm biến CCD hay cảm biến CMOS là một yếu tố then chốt về chất lượng của camera. 
CCD vs CMOS trong camera quan sát an ninh

Có hai loại vi mạch (cảm biến hình ảnh) khác nhau về cấu tạo dùng trong các camera giám sátvideo, camera với vi-mạch ảnh CCD và CMOS , là hai loại camera đang thống trị thị trường thiết bịquan sát quản lý và giám sát an ninh. Như vậy, điều cần biết là bao nhiêu thông tin dữ liệu mà vi mạch ảnh thu được về cho camera CCD (charge coupled device) và camera CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)?

CMOS và CCD đều là mạch tích hợp bao gồm hàng triệu bóng bán dẫn (transistors) của cả hai loại kênh p-n trên một mảnh silicon hình chữ nhật từ 10 đến 400mm2.

Sự khác biệt giữa CCD và CMOS là gì?


CCD nhạy cảm hơn với ánh sáng .



Độ nhạy cảm với ánh sáng là một trong những khác biệt rất lớn giữa camera CCD và camera CMOS.

Với kết quả của vật liệu cấu tạo khác nhau để tạo thành vi mạch hình ảnh, cảm biến CMOS hoat động với độ nhạy cảm về ánh sáng thấp hơn 10 lần (là không tốt bằng) so với cảm biến CCD. Mắt người có thể nhìn thấy các đối tượng trong điều kiện ánh sáng ít nhất là dưới 1 LUX, còn cảm biến CCD thấy được mục tiêu nhiều hơn so với mắt con người , CCD vẫn thấy trong điều kiện ánh sáng thấp từ khoảng 0,1 Lux - 3 Lux , có nghĩa là thấy được trong điều kiện tối tốt hơn từ 3-10 lần so với cảm biến CMOS. Độ nhạy sáng của cảm biến CMOS là khoảng giữa 6 Lux - 15 LUX, CMOS lại nhạy cảm với tỷ lệ cao của tiếng ồn 10 lần so với cảm biến CCD. Cảm biến CMOS có thể không thấy rõ dưới điều kiện ánh sáng khoảng 10LUX , do vậy cảm biến CCD được sử dụng rộng rãi hơn cho phần lớn các camera giám sát video. Thông thường, cảm biến CMOS được sử dụng cho các thiết bị quan sát gia đình vì chi phí thấp hơn, đồng thời cần hỗ trợ của đèn chiếu hồng ngoại (Led IR) để dùng trong ban đêm.

Các camera loại đặc biệt nhạy cảm với ánh sáng rất thấp "Low light illumination" đều dùng vi mạch ảnh CCD để thấy trong đêm tối mà không cần chiếu led hồng ngoại. Các vật liệu dùng sản xuất vi mạch ảnh CCD (cảm biến CCD) có chi phí tốn kém hơn so với vật liệu chế tạo Vi mạch ảnh CMOS (cảm biến CMOS).

Tìm hiểu lý do nào đã gây ra cho cảm biến CMOS tình trạng không có độ nhạy tốt so với cảm biến CCD là những gì? xem điều này trong đoạn tiếp theo sau đây.

Sự khác biệt đầu tiên giữa CCD và CMOS là sự khác biệt về cấu trúc của bộ cảm biến độ phân giảiđiểm ảnh (pixels). Ngoại trừ việc có chứa các vật liệu bán dẫn "phô-ton ánh sáng" , CCD còn bao gồm nhiều tụ điện loại MOS (Metal Oxide Semiconductor). Cảm biến CMOS được chế tạo với thiết kế phức tạp hơn, ngoại trừ các vật liệu bán dẫn photon, CMOS còn bao gồm bộ khuếch đại và mạch A/D. So sánh hai loại khi hoạt động trong lãnh vực nhạy cảm khu vực rộng, so với cảm biến CMOS thì cảm biến CCD có mức độ nhạy cảm rộng hơn, CCD có thể tạo ra tín hiệu điện mạnh mẽ hơn khi xuất ở ngõ ra của hình ảnh (vpp - video output) trong cùng một điều kiện môi trường, cảm biến CCD có thể cung cấp hình ảnh với mức tiếng ồn thấp có nghĩa là chất lượng cao hơn. Do đó,cảm biến CMOS theo truyền thống được cho là không tốt như cảm biến CCD.

Tuy nhiên, vì sự phát triển của công nghệ mới, hiện nay đã có những cải thiện rất ấn tượng cho việc chế tạo các cảm biến CMOS thế hệ mới ít thua kém CCD, với lợi thế chi phí thấp, cảm biến CMOSbắt đầu thách thức sự thống trị cảm biến CCD trong thị trường camera cao cấp.



ADC (chuyển đổi analog / digital) vị trí và số lượng khác nhau

CCD và CMOS bao gồm các thiết kế về số lượng ADC và kỹ thuật ADC khác nhau. Mỗi dòng ngang của một điểm ảnh bên trong cảm biến CCD kết nối với một ADC, sau khi hoàn tất tiến trình tiếp xúc, tín hiệu được chuyển vào một bộ lưu và đưa đến một bộ khuếch đại ADC để nén và điều biến hình ảnh xuất ra (analog signal). Mỗi điểm ảnh trong cảm biến CMOS kết nối với một ADC, tín hiệu điện sẽ đi qua bộ khuếch đại và chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số (digital signal).

Cảm biến CCD tín hiệu đầu ra dạng tương tự, cảm biến CMOS tín hiệu đầu ra kỹ thuật số.

Cảm biến CCD và cảm biến CMOS với sự khác biệt giữa việc xử lý tín hiệu, cảm biến CCD xử lý thông qua tín hiệu dạng tương tự (analog), với các thông số của dòng-ngang. Cảm biến CMOSthông qua tín hiệu kỹ thuật số, trực tiếp với tham số của độ phân giải điểm ảnh. Do vậy, khicamera giám sát sử dụng mạng IP để truyền tải thường sẽ được sử dụng với cảm biến CMOS vì ưu thế tín hiêu kỹ thuật số, còn camera giám sát truyền thống lại thường được sử dụng với cảm biến CCD.
Với sự phát triển đặc biệt về vi mạch cảm biến hình ảnh của vài năm qua, các thiết kế cải tiến chocảm biến CMOS đã tăng diện tích nhạy cảm với ánh sáng gần bằng với mức độ nhạy của bộ cảm biến CCD. Ngoài ra, cảm biến CMOS với lợi thế của cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp. Cảm biến CCD có thể làm việc tốt hơn CMOS trong điều kiện ban đêm, nhưng ngược lạicảm biến CMOS có thể cung cấp 100 triệu điểm ảnh về hình ảnh HD chất lượng cao, và đó là điều mà các bộ cảm biến CCD không thể đạt được. IP Camera với mức 2-3-5-8-11-16-29 Mega-pixels ra đời là sự thách thức về thế hệ so với CCD.

Các CCD và CMOS camera Megapixel dùng cho nhu cầu đặc biệt


Camera CMOS với 16K .


Hình ảnh bên dưới là loại camera vi mạch ảnh CMOS 
Thế hệ tiếp theo của camera dòng quét cmos ( Progressive scan CMOS) được thiết lập, các tiêu chuẩn mới cho tốc độ dòng ngang, độ phân giải điểm ảnh và chất lượng hình ảnh cao.

Với sự nỗ lực cải tiến EliiXA + 16K camera cung cấp khoảng 100.000 dòng / s chưa từng có trong camera định dạng 16K điểm ảnh và kết hợp phản ứng cao với một mức độ tiếng ồn rất thấp, điều này cung cấp tín hiệu cao tỷ lệ tiếng ồn ngay cả khi thời gian tích hợp ngắn được yêu cầu hoặc chiếu sáng khi bị hạn chế.

Kích cỡ điểm ảnh 5μm được sắp xếp theo bốn dòng hoạt động, đảm bảo độ phân giải tối ưu không gian trong cả hai hướng quét và cảm biến với ống kính off-the-shelf. Một dữ liệu vượt trội tỷ lệ vượt quá 1,6 Gpixels mỗi giây, gửi qua một giao diện CoaXPress mới, cho phép thông lượng rất cao và mở ra một loạt các khả năng mới cho các thế hệ tiếp theo của hệ thống kiểm tra cho các ứng dụng đòi hỏi như màn hình phẳng, PCB và kiểm tra tế bào năng lượng mặt trời.

Chất lượng của bất kỳ hình ảnh số nào, dù được in ra hay hiển thị trên màn hình cũng đều phụ thuộc vào độ phân giải (resolution). Độ phân giải là số lượng điểm ảnh (pixel) dùng để tập hợp thành hình ảnh. Số lượng điểm ảnh càng nhiều và càng nhỏ thì độ nét và chi tiết ảnh sẽ càng cao.



Phân loại độ phân giải

Những pixel trên một đơn vị chiều dài của file ảnh được gọi là độ phân giải hình ảnh (image resolution). Thường được tính bằng px/inch. Hình ảnh trong photoshop có thể thay đổi từ độ phân giải cao (300PPI hoặc cao hơn) đến hình có độ phân giải thấp hơn (72PPI hoặc 96PPI). Độ phân giải ảnh là số điểm ảnh (pixel) có trên 1 đơn vị chiều dài của hình ảnh đó. Độ phân giải ảnh được tính bằng đơn vị ppi (pixels per inch) hoặc dpi (dots per inch).

Những pixel trên một đơn vị chiều dài của màn hình máy tính được gọi là độ phân giải màn hình. Thường được tính bằng những dấu chấm trên một inch (dpi).



Độ phân giải màn hình – Display Resolution: chính là chỉ số của các điểm ảnh được biểu hiện trên màn hình. Đối với loại màn hình CRT thì bạn hoàn toàn có thể điều chỉ con số này lên xuống tùy ý mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh. Tuy nhiên, đối với màn hìn LCD thì điều này không đúng.. Hình ảnh cấu tạo từ những điểm ảnh được gọi với đơn vị tính là Pixel. Tất cả các hình ảnh trên máy tính đều được thể hiện trên bề mặt 2D của chiếc màn hình dựa trên thông số điểm ảnh. Chính vì lẽ đó mà mỗi khi thay đổi tăng hoặc giảm độ phân giải màn hình, số lượng điểm ảnh được sử dụng để biểu thị hình ảnh cũng thay đổi theo. Nếu để độ phân giải màn hình cao, số lượng điểm ảnh nhiều thì hình ảnh sẽ mượt mà, chi tiết. Ngược lại, nếu điều chỉnh độ phân giải xuống thấp thì số lượng điểm ảnh biểu thị hình sẽ giảm xuống, khiến hình ảnh xấu đi.

 


HD (High Definition) hay HDTV( High Definition Televison) hiểu nôm na "truyền hình với độ nét cao", là một thuật ngữ chỉ các chương trình TV kỹ thuật số, các tập tin đa phương tiện (movies, audio, game...) được trình chiếu với độ phân giải cao hơn các chuẩn thông thường đã có trước đây (PAL, SECAM, NTSC)

Full HD (Full High Definition): Là một định dạng hiển thị đặc biệt vượt trội về chất lượng phim và độ sắt nét của chất lượng hình ảnh gốc ở định dạng cao nhất của định dạng độ nét cao nhất là 1920 x 1080 pixels.


Hầu hết các dòng TV bây giờ đều có chất lượng hình ảnh từ HD cho tới Full HD, và các chuẩn này về độ nét sẽ khác nhau. Phổ biến nhất hiện nay vẫn là chuẩn 720p (với mỗi khung hình có độ phân giải 1280 x 720 pixel) và chuẩn 1080i (độ phân giải 1920 x 1080 pixel).

Tổng hợp

Mời bạn xem thêm:

Công nghệ IR LED và Array LED có gì khác biệt?

Hệ thống camera quan sát chuyển động trong không gian

Camera CCTV và công nghệ điện toán đám mây

Tags: