視覺及ADAS圖像傳感器提升行車安全和駕乘體驗

近年來，汽車圖像傳感器領(lǐng)域呈爆發(fā)式增長，這主要由政府對汽車安全法令的貫徹和實施、消費(fèi)者駕乘體驗及自動駕駛的趨勢所推動。

汽車圖像傳感器主要應(yīng)用領(lǐng)域

汽車上可安裝多個不同的攝像頭用作不同的功能，包括用于視覺應(yīng)用如倒車影像、前視、后視、俯視、全景泊車影像、車鏡取代，用于車艙內(nèi)如乘客監(jiān)控、疲勞駕駛監(jiān)測、儀表盤控制、行車記錄儀(DVR)、氣囊，用于ADAS如正向碰撞警告、車道偏離警告、自動遠(yuǎn)光燈控制、交通信號識別、行人檢測、自適應(yīng)巡航控制、盲點檢測、夜視等等。

汽車圖像傳感器的關(guān)鍵性能

1．微光性能是籌碼
微光性能對于汽車影像系統(tǒng)是相當(dāng)重要的，卓越的微光性能可提高在夜間等光線很暗的情況的行車安全。圖像傳感器廠商都以“在暗處能看見”為目標(biāo)。

2．高動態(tài)范圍(HDR)
HDR是汽車影像系統(tǒng)應(yīng)用的另一個重要特性，確保攝像機(jī)可在寬范圍的光線 、黑暗和高光照對比情況下清楚地呈現(xiàn)場景細(xì)節(jié)，提高圖像信息的精確度從而提升安全性。

3．廣角魚眼畸變校正(DEWARP)
廣角魚眼鏡頭用于車載影像具有寬廣視野的優(yōu)勢，但采集到的圖像信息會產(chǎn)生一定程度的失真，采用DEWARP技術(shù)可對廣角魚眼鏡頭所產(chǎn)生的視頻圖像失真進(jìn)行實時校正，將圖像復(fù)原展平。

4．圖像疊加
圖像疊加指通過圖像傳感器與圖像處理輔助芯片結(jié)合使用，實現(xiàn)圖像的延伸、縮放、右視、兩板左/右視、三聯(lián)式畫面及倒車動態(tài)輔助線。圖像疊加功能可以更好地輔助駕駛員看清周圍環(huán)境，減少事故率。

安森美半導(dǎo)體的汽車圖像傳感器方案

自2004年推出全球首款汽車CMOS圖像傳感器以來，安森美半導(dǎo)體為汽車行業(yè)提供專用成像方案已有超過10年的經(jīng)驗，已成為全球汽車應(yīng)用圖像傳感器的翹楚，市占占整個汽車傳感器市場的44%，用于 ADAS的圖像傳感器市占率為70%，在后視影像領(lǐng)域及ADAS領(lǐng)域均為市場第一；從品質(zhì)和性能方面來講，安森美半導(dǎo)體的汽車圖像傳感器完全符合AEC-Q100，并提供卓越的微光性能、單芯片多重曝光的高動態(tài)范圍(HDR，>120 dB)，以及汽車級應(yīng)用優(yōu)化如魚眼畸變校正和圖像疊加，并于2015年推出全球首款支持ASIL的(汽車安全完整性等級)圖像傳感器。針對某些應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體還提供具有卓越性能的全局快門影像傳感器，如即將推出的用于車艙疲勞檢測應(yīng)用的近紅外(NIR)方案。為配合市場朝高清趨勢的邁進(jìn)，安森美半導(dǎo)體推出大量100萬像素方案，未來還將開發(fā)更多1080p傳感器。


圖1：汽車圖像傳感器應(yīng)用和安森美半導(dǎo)體市場地位

ASX344/340/350AT 是用于倒車影像的系統(tǒng)級芯片(SoC)，在單芯片上集成圖像信號處理器，增強(qiáng)的像素性能提供微光條件下的更高能見度，支持高達(dá)4層的圖像疊加以向顯示系統(tǒng)提供更多的倒車信息，支持?jǐn)?shù)字縮放和平移，并附加光學(xué)中心點矯正功能，這可為客戶提供相機(jī)組裝生產(chǎn)后鏡頭中心點矯正功能，從而節(jié)省成本。這三款圖像傳感器都完全通過AEC-Q100認(rèn)證，并具備-40°C 至105°C的寬工作溫度范圍，它們的不同之處在于：ASX344AT還集成魚眼畸變校正功能和提供UART控制接口，定位為“高性能”的方案；ASX350AT的光學(xué)格式為1/5英寸，不同于ASX344/340AT的1/4英寸，定位為“高性價比”的方案；而ASX340AT定位為“主流”方案。設(shè)計人員可根據(jù)目標(biāo)客戶的具體需求選擇有針對性的方案。

表1： ASX344/340/350AT 具體規(guī)格


表2：ASX344/340/350AT配置選擇


ASX344AT的魚眼畸變校正功能提供180o更廣的場景覆蓋，傳感器動態(tài)范圍體現(xiàn)出良好的w/DR-Pix 像素技術(shù)，無論在白天還是夜間都較未經(jīng)魚眼校正的鏡頭更具安全優(yōu)勢。如圖1所示，未經(jīng)魚眼校正的鏡頭沒有捕捉到小黃人的圖像信息，而經(jīng)魚眼校正后，駕駛員可從顯示器看到車后的兩個小黃人，從而避免倒車時的安全隱患。


圖2：ASX344AT魚眼畸變校正示例(左：白天；右：夜間)

ASX34xAT系列在白天(典型情況為100-200 lux明亮的光)和夜晚(典型情況為汽車倒車攝像頭在夜晚約10 lux使用剎車燈和倒車燈)都較同類競爭器件提供更好的色彩飽和度和對比度，如圖2紅圈所示，在白天180 lux的光照條件下，競爭器件采集到的圖像過度銳化，且色彩邊界有灰斑；在夜晚微光9.5 lux的光照條件下，競爭器件采集到的圖像過度銳化，且有更多的噪聲。


圖3：ASX34x與競爭器件的成像比較

背照式(BSI)傳感器通常提供較前照式傳感器更高的靈敏度。安森美半導(dǎo)體的120萬像素CMOS圖像傳感器AR0135AT，是符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的背照式傳感器，提供出色的微光信噪比、可見光靈敏度和近紅外性能，是支持線性和高動態(tài)范圍(120 dBd)模式的單芯片方案，為汽車ADAS和視圖攝像機(jī)提供同類最佳性能。

當(dāng)現(xiàn)有ADAS和視覺應(yīng)用融合， ASIL將是用于新系統(tǒng)的合規(guī)性和適用性的參考點，ASIL B級合規(guī)是當(dāng)前ADAS設(shè)計師的目標(biāo)。安森美半導(dǎo)體推出全球首款支持ASIL B的230萬像素CMOS圖像傳感器AR0231AT。該器件還采用減少LED閃爍 (LFM) 的突破性 技術(shù)，為ADAS應(yīng)用確立了一個新基準(zhǔn)。LFM技術(shù)消除交通信號燈和汽車LED照明的高頻LED閃爍，令交通信號閱讀算法能于所有光照條件下工作。AR0231AT具有1/2.7英寸(6.82 mm)光學(xué)格式和1928(水平) x 1208(垂直)有源像素陣列。它采用最新的3.0微米背照式像素及安森美半導(dǎo)體的DR-Pix™技術(shù)，提供雙轉(zhuǎn)換增益以在所有光照條件下提升性能。它以線性、HDR或LFM模式捕獲圖像，并提供模式間的幀到幀情境切換。AR0231AT提供達(dá)4重曝光的HDR，以出色的噪聲性能捕獲超過120 dB的動態(tài)范圍，能同步支持多個攝相機(jī)，以易于在汽車應(yīng)用中實現(xiàn)多個傳感器節(jié)點，和通過一個簡單的雙線串行接口實現(xiàn)用戶可編程性。它還有多個數(shù)據(jù)接口，包括MIPI(移動產(chǎn)業(yè)處理器接口)、并行和HiSPi(高速串行像素接口)。其它關(guān)鍵特性還包括可選自動化或用戶控制的黑電平控制，支持?jǐn)U頻時鐘輸入和提供多色濾波陣列選擇。

此外，安森美半導(dǎo)體還提供先進(jìn)的圖像協(xié)處理器用于總系統(tǒng)方案，如AP0200AT 圖像協(xié)處理器經(jīng)優(yōu)化用于后視攝像機(jī)并提供以太網(wǎng)輸出，集成支持鏡頭畸變校正和魚眼矯正的空間轉(zhuǎn)換引擎(STE)，和精密的疊加圖形引擎；AP0201AT 圖像協(xié)處理器也提供以太網(wǎng)輸出，針對基于以太網(wǎng)的全景倒車攝像；AP0202AT 圖像協(xié)處理器針對數(shù)字全景倒車攝像，采用24位并行輸出；AP0102AT 圖像協(xié)處理器針對100萬像素720p后視攝像，含STE和疊加圖形引擎。這些協(xié)處理器都提供符合汽車安全完整性等級(ASIL)A級和B級的功能安全特性。AP020x系列可與現(xiàn)有的圖像傳感器如100萬像素AR0140AT、 AR0132AT 和 AR0136AT及新的200萬像素1080p傳感器AR0230AT結(jié)合協(xié)調(diào)使用。

結(jié)語

汽車安裝攝像機(jī)可消除傳統(tǒng)車鏡的視線盲區(qū)，降低交通事故率，也是迅猛發(fā)展的車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，將會逐步在實踐中得到推廣和應(yīng)用，甚至成為汽車標(biāo)配。圖像傳感器是其背后功臣。安森美半導(dǎo)體是全球汽車圖像傳感器的表表者，產(chǎn)品和方案陣容遍及各細(xì)分領(lǐng)域，包括視覺和ADAS應(yīng)用，提供高動態(tài)范圍、出色的微光靈敏度，和寬溫度范圍的卓越性能，同時針對新興領(lǐng)域如車艙內(nèi)檢測提供卓越性能的全局快門方案，完全符合AEC-Q100，并配合市場趨勢和客戶需求，持續(xù)推動新品開發(fā)，向更高分辨率、增加更多接口和符合ASIL的方向發(fā)展。