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视觉及ADAS图像传感器提升行车安全和驾乘体验

2016年02月24日 作者: 暂无评论 209+ 0

近年来,汽车图像传感器领域呈爆发式增长,这主要由政府对汽车安全法令的贯彻和实施、消费者驾乘体验及自动驾驶的趋势所推动。

汽车图像传感器主要应用领域

汽车上可安装多个不同的摄像头用作不同的功能,包括用于视觉应用如倒车影像、前视、后视、俯视、全景泊车影像、车镜取代,用于车舱内如乘客监控、疲劳驾驶监测、仪表盘控制、行车记录仪(DVR)、气囊,用于ADAS如正向碰撞警告、车道偏离警告、自动远光灯控制、交通信号识别、行人检测、自适应巡航控制、盲点检测、夜视等等。

汽车图像传感器的关键性能

1.微光性能是筹码

微光性能对于汽车影像系统是相当重要的,卓越的微光性能可提高在夜间等光线很暗的情况的行车安全。图像传感器厂商都以“在暗处能看见”为目标。

2.高动态范围(HDR)

HDR是汽车影像系统应用的另一个重要特性,确保摄像机可在宽范围的光线 、黑暗和高光照对比情况下清楚地呈现场景细节,提高图像信息的精确度从而提升安全性。

3.广角鱼眼畸变校正(DEWARP)

广角鱼眼镜头用于车载影像具有宽广视野的优势,但采集到的图像信息会产生一定程度的失真,采用DEWARP技术可对广角鱼眼镜头所产生的视频图像失真进行实时校正,将图像复原展平。

4.图像叠加

图像叠加指通过图像传感器与图像处理辅助芯片结合使用,实现图像的延伸、缩放、右视、两板左/右视、三联式画面及倒车动态辅助线。图像叠加功能可以更好地辅助驾驶员看清周围环境,减少事故率。

安森美半导体的汽车图像传感器方案

自2004年推出全球首款汽车CMOS图像传感器以来,安森美半导体为汽车行业提供专用成像方案已有超过10年的经验,已成为全球汽车应用图像传感器的翘楚,市占占整个汽车传感器市场的44%,用于 ADAS的图像传感器市占率为70%,在后视影像领域及ADAS领域均为市场第一;从品质和性能方面来讲,安森美半导体的汽车图像传感器完全符合AEC-Q100,并提供卓越的微光性能、单芯片多重曝光的高动态范围(HDR,>120 dB),以及汽车级应用优化如鱼眼畸变校正和图像叠加,并于2015年推出全球首款支持ASIL的(汽车安全完整性等级)图像传感器。

针对某些应用,安森美半导体还提供具有卓越性能的全局快门影像传感器,如即将推出的用于车舱疲劳检测应用的近红外(NIR)方案。为配合市场朝高清趋势的迈进,安森美半导体推出大量100万像素方案,未来还将开发更多1080p传感器。

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图1:汽车图像传感器应用和安森美半导体市场地位

ASX344/340/350AT 是用于倒车影像的系统级芯片(SoC),在单芯片上集成图像信号处理器,增强的像素性能提供微光条件下的更高能见度,支持高达4层的图像叠加以向显示系统提供更多的倒车信息,支持数字缩放和平移,并附加光学中心点矫正功能,这可为客户提供相机组装生产后镜头中心点矫正功能,从而节省成本。

这三款图像传感器都完全通过AEC-Q100认证,并具备-40°C 至105°C的宽工作温度范围,它们的不同之处在于

  • ASX344AT还集成鱼眼畸变校正功能和提供UART控制接口,定位为“高性能”的方案;
  • ASX350AT的光学格式为1/5英寸,不同于ASX344/340AT的1/4英寸,定位为“高性价比”的方案;
  • ASX340AT定位为“主流”方案。

设计人员可根据目标客户的具体需求选择有针对性的方案。

表1

表1: ASX344/340/350AT 具体规格

表2

表2:ASX344/340/350AT配置选择

ASX344AT的鱼眼畸变校正功能提供180o更广的场景覆盖,传感器动态范围体现出良好的w/DR-Pix 像素技术,无论在白天还是夜间都较未经鱼眼校正的镜头更具安全优势。如图1所示,未经鱼眼校正的镜头没有捕捉到小黄人的图像信息,而经鱼眼校正后,驾驶员可从显示器看到车后的两个小黄人,从而避免倒车时的安全隐患。

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图2:ASX344AT鱼眼畸变校正示例(左:白天;右:夜间)

ASX34xAT系列在白天(典型情况为100-200 lux明亮的光)和夜晚(典型情况为汽车倒车摄像头在夜晚约10 lux使用刹车灯和倒车灯)都较同类竞争器件提供更好的色彩饱和度和对比度,如图2红圈所示,在白天180 lux的光照条件下,竞争器件采集到的图像过度锐化,且色彩边界有灰斑;在夜晚微光9.5 lux的光照条件下,竞争器件采集到的图像过度锐化,且有更多的噪声。

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图3:ASX34x与竞争器件的成像比较

背照式(BSI)传感器通常提供较前照式传感器更高的灵敏度。安森美半导体的120万像素CMOS图像传感器AR0135AT,是符合汽车标准的背照式传感器,提供出色的微光信噪比、可见光灵敏度和近红外性能,是支持线性和高动态范围(120 dBd)模式的单芯片方案,为汽车ADAS和视图摄像机提供同类最佳性能。

当现有ADAS和视觉应用融合, ASIL将是用于新系统的合规性和适用性的参考点,ASIL B级合规是当前ADAS设计师的目标。安森美半导体推出全球首款支持ASIL B的230万像素CMOS图像传感器AR0231AT。该器件还采用减少LED闪烁 (LFM) 的突破性 技术,为ADAS应用确立了一个新基准。

LFM技术消除交通信号灯和汽车LED照明的高频LED闪烁,令交通信号阅读算法能于所有光照条件下工作。AR0231AT具有1/2.7英寸(6.82 mm)光学格式和1928(水平) x 1208(垂直)有源像素阵列。它采用最新的3.0微米背照式像素及安森美半导体的DR-Pix™技术,提供双转换增益以在所有光照条件下提升性能。它以线性、HDR或LFM模式捕获图像,并提供模式间的帧到帧情境切换。

AR0231AT提供达4重曝光的HDR,以出色的噪声性能捕获超过120 dB的动态范围,能同步支持多个摄相机,以易于在汽车应用中实现多个传感器节点,和通过一个简单的双线串行接口实现用户可编程性。它还有多个数据接口,包括MIPI(移动产业处理器接口)、并行和HiSPi(高速串行像素接口)。其它关键特性还包括可选自动化或用户控制的黑电平控制,支持扩频时钟输入和提供多色滤波阵列选择。

此外,安森美半导体还提供先进的图像协处理器用于总系统方案,如AP0200AT 图像协处理器经优化用于后视摄像机并提供以太网输出,集成支持镜头畸变校正和鱼眼矫正的空间转换引擎(STE),和精密的叠加图形引擎;AP0201AT 图像协处理器也提供以太网输出,针对基于以太网的全景倒车摄像;AP0202AT 图像协处理器针对数字全景倒車摄像,采用24位并行输出;AP0102AT 图像协处理器针对100万像素720p后视摄像,含STE和叠加图形引擎。

这些协处理器都提供符合汽车安全完整性等级(ASIL)A级和B级的功能安全特性。AP020x系列可与现有的图像传感器如100万像素AR0140AT、 AR0132AT 和 AR0136AT及新的200万像素1080p传感器AR0230AT结合协调使用。

结语

汽车安装摄像机可消除传统车镜的视线盲区,降低交通事故率,也是迅猛发展的车联网的基础,将会逐步在实践中得到推广和应用,甚至成为汽车标配。图像传感器是其背后功臣。

安森美半导体是全球汽车图像传感器的表表者,产品和方案阵容遍及各细分领域,包括视觉和ADAS应用,提供高动态范围、出色的微光灵敏度,和宽温度范围的卓越性能,同时针对新兴领域如车舱内检测提供卓越性能的全局快门方案,完全符合AEC-Q100,并配合市场趋势和客户需求,持续推动新品开发,向更高分辨率、增加更多接口和符合ASIL的方向发展。

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