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防罪利器–小小晶片大幫手

103/02/21 瀏覽次數 6541
 近年來,警方透過監視器掌握嫌犯的樣貌及舉動進而破案的案件不勝枚舉,新北市警局也於民國102年年底,增設兩萬三千多具監視器協助治安維護,這顯示了監視器在扮演追查犯罪的角色上,佔著舉足輕重的地位,而其中的晶片「影像感測器(Image Sensor)」,更是扮演著關鍵的角色。這個比1平方公分還小的晶片,負責將眼睛所見到的實際影像,轉換成螢幕前的畫面,影像品質的好壞,便取決於這小小晶片的功能。
    
收集光電子產生影像訊號

光線透過鏡頭,聚焦到矽晶片上(silicon substrate)造成光電效應後產生光電子,透過收集這些光電子,再重新匯集、編碼、解碼並還原後,成為具體的影像訊號,這時光學感測才算完成,螢幕顯示的畫面,就是這一連串動作的影像效果。常見的影像感測元件應用,有手機的鏡頭、光學滑鼠、行車記錄器、照相機以及監視器等等。

影像感測器是透過收集光電子來產生訊號,因此除了感測器的好壞,光線的強度直接決定了影像的品質,例如在晚上或是室內拍照時,如果光線不足,使得光電子訊號太弱,照片只會呈現出模糊或一片漆黑的圖像;當光線強度足夠時,便可以在極短時間內收集到足夠的光電子,呈現出明亮清楚的影像。
 
擴大晶片的動態範圍,降低過曝現象

然而,當影像中局部訊號過強,造成光電子訊號滿出每個感測元件(single pixel)可容納的電容空間,就會產生「過曝」,也就是曝光過度。最常見的例子就是,在拍攝太陽時,太陽周邊的藍天白雲容易呈現過白狀態;或是夜間拍攝汽車頭燈,常常無法從影像中辨識車牌號碼,也是由於「過曝」。

如何降低監視器「過曝」的現象,有效打擊犯罪呢?這就與感測器晶片在設計與製作時,其動態範圍(Dynamic Range)是否足夠有關。動態範圍意指感測器對於同樣場景中,可以擷取最強與最弱光線亮度的反應範圍,若動態範圍大,那麼在上述的例子中,就不會因為感測元件所接收的訊號超過設計的電容量,而能夠同時呈現車頭燈與車牌號碼,這也就是為什麼即使在深夜時分,測速照像器仍然能夠拍攝到清晰照片的原因。
 
精密科技是偵查犯罪的利器

監視器能夠清晰地記錄周遭動靜,在光線充裕的日間,這是個簡單任務,但在光線昏暗的夜晚,監視器中的影像感測器可就要面臨相當大的挑戰。要解決這個問題,除了選擇動態範圍大的晶片,還可以另外安裝紅外線感測器現在的精密科技也已經能將兩種技術都整合到同一個小晶片,當它感應到周圍有動靜時,便會投射光線,增加光源強度。

除此之外,也已經有廠商著手研發透過紅外線所產生的光電子,搭配原有的影像訊號重新運算,以取得更清楚的影像。透過這些日新月異的精密科技,不但有助於犯罪偵查,還可以有效嚇阻歹徒犯案,成為警方的得力助手。(本文由國科會補助「犯罪問題新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿/2014/02)

責任編輯:陳則秀|o’rip
審校:李大興|國立東華大學物理系
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