汽車圖像傳感器的演進之旅
發布時間:2024-05-09 責任編輯:lina
【導讀】這一切始於18年前我開始研究用於後視攝像頭(RVC)的一種首款汽車CMOS圖像傳感器。在當時,配備RVC以幫助駕駛員看到汽車後方是一項偉大創新。二十年後的今天,RVC已成為現代車輛的標配,且更多的攝像頭為高級駕駛輔助係統(ADAS)奠定了基礎。隨著Aptina從當時的美光科技圖像傳感器部門分拆出來,再到後來被安森美(onsemi)收購,我的職業生涯隨之變化,ADAS係統也經曆了一係列重大變革。
這一切始於18年前我開始研究用於後視攝像頭(RVC)的一種首款汽車CMOS圖像傳感器。在當時,配備RVC以幫助駕駛員看到汽車後方是一項偉大創新。二十年後的今天,RVC已成為現代車輛的標配,且更多的攝像頭為高級駕駛輔助係統(ADAS)奠定了基礎。隨著Aptina從當時的美光科技圖像傳感器部門分拆出來,再到後來被安森美(onsemi)收購,我的職業生涯隨之變化,ADAS係統也經曆了一係列重大變革。
時至今日,更先進的汽車係統在以下情況下會向駕駛員發出警報:探測到近距離物體或視線盲區中的汽車、chedaopianliyijizaidingsuxunhangmoshixiabaochisuduhejuli。xuduozhexieshuxideanquangongnengdoushiyouqichetuxiangchuanganqishixiande。duiwogerenlaishuonenggouchengweizhechangjiaotongbiangedeyibufenyeshifeichangyouyidejingli。woyoujihuizaiansenmeituanduizhonggongzuo,nuliweixingyedailaixuduokaichuangxingdefaming,zhexiefamingrujinyichengweixingyeguifan。liru,womentuichuleshuangzengyixiangsujishuhegaodongtaifanweichengxiang(HDR),這些技術現在用於許多傳感器設計中。我可以自豪地說,大多數ADAS係統使用的是安森美開發的圖像傳感器。
在我的職業生涯中,圖像傳感技術的發展發生了翻天覆地的變化。我親眼見證了車載圖像傳感器取得的顯著進步。
分辨率
圖(tu)像(xiang)分(fen)辨(bian)率(lv)是(shi)衡(heng)量(liang)圖(tu)像(xiang)質(zhi)量(liang)的(de)重(zhong)要(yao)參(can)數(shu)之(zhi)一(yi)。尤(you)其(qi)對(dui)於(yu)車(che)載(zai)成(cheng)像(xiang)而(er)言(yan),更(geng)高(gao)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)意(yi)味(wei)著(zhe)圖(tu)像(xiang)擁(yong)有(you)更(geng)銳(rui)利(li)的(de)邊(bian)緣(yuan)和(he)更(geng)細(xi)膩(ni)的(de)細(xi)節(jie)。試(shi)想(xiang)一(yi)下(xia),當(dang)視(shi)頻(pin)圖(tu)形(xing)陣(zhen)列(lie)(VGA)傳感器剛剛問世時,它們隻能生成30萬像素(0.3MP,640 H x 480 V)的圖像。而我們的AR0820AT則是市場上首款車規級830萬像素(8.3MP,3840 H x 2160 V)圖像傳感器。這種高分辨率使得單個攝像頭可以支持多種應用(如視覺和感知),bingqienenggougenghaodijinxingwutitance。suizheyuelaiyueduodeqicheyingyongxuyaogengdaliangdechengxiangshujulaifuzhuzuochuguanhuanquandeguanjianjuece,womenkeyiyujianshichangzaiweilaiduigenggaofenbianlvdexuqiujianghuichixuzengchang。

圖1.安森美汽車圖像傳感器發展趨勢
像素尺寸
像素尺寸是選擇傳感器時要考慮的另一個因素,需要與速度、靈敏度、tuxiangzhiliangdadaowanmeipingheng。gengdadexiangsujuyougengdademianjilaishoujikeyongguangxian,danzhebingbuyiweizhezongnengdedaogenghaodetuxiangzhiliang。yigeyongyoujiaoxiaoxiangsudechuanganqizaifugaixiangtongguangxuemianjideqingkuangxia,qixingnengkenengchaoguoyongyoujiaodaxiangsudechuanganqi。womendeHyperlux係列就是一個例子,它展示了在典型汽車環境下,2.1µm像素傳感器如何優於3µm像素傳感器:在低光環境、總信噪比(SNRs)以及HDR等方麵表現出色。隨著我們研發更先進的圖像傳感器,像素尺寸已從較大的6µm縮小到我們當前的2.1µm超級曝光像素,同時提升了整體性能。
曝光HDR技術
我們是首家發明大小像素技術以生成HDR圖像的公司。通過采用大小像素的方法,專用於單個像素的傳感器區域被分為兩部分:一個較大的光電二極管覆蓋大部分區域,另一個較小的光電二極管則利用剩餘部分。然而,由於大小像素技術會導致圖像質量下降、暗噪聲增加以及性能降低,尤其是在較高溫度下表現更為明顯,因此我們不再采用這一技術。

圖2. 曝光技術的對比
zhenduizhexiequedian,womendejiejuefanganshichaojipuguangjishu,yebeichengweiyichuduozhongpuguangjishu。gaijishuzaixiangsuneizengjialeyigequyu,yongyurongnadaxinhaohuodianheyichudebufen。zhezhongfangfajiuxiangyongyigeshuitonglaijieyushui,ruguoyushuiyichuleshuitong,womenyouyigegengdadepenlaizhuangduoyudeshui。 “桶”內的信號可以非常精準地讀取,因此我們能夠實現出色的低光表現;而(er)溢(yi)出(chu)的(de)盆(pen)中(zhong)則(ze)容(rong)納(na)了(le)所(suo)有(you)超(chao)出(chu)的(de)部(bu)分(fen),從(cong)而(er)擴(kuo)展(zhan)了(le)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei),並(bing)具(ju)備(bei)捕(bu)捉(zhuo)明(ming)亮(liang)物(wu)體(ti)和(he)場(chang)景(jing)真(zhen)實(shi)色(se)彩(cai)的(de)能(neng)力(li)。因(yin)此(ci),整(zheng)個(ge)像(xiang)素(su)區(qu)域(yu)可(ke)應(ying)用(yong)於(yu)低(di)光(guang)條(tiao)件(jian),而(er)在(zai)亮(liang)光(guang)條(tiao)件(jian)下(xia)不(bu)會(hui)飽(bao)和(he)。因(yin)此(ci),超(chao)級(ji)曝(pu)光(guang)技(ji)術(shu)為(wei)汽(qi)車(che)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)HDR場景提供了更好的圖像質量,包括捕捉閃爍的LED燈光和標誌的所有色彩和細節。
動態範圍
動態範圍是指場景中最亮部分和最暗部分之間的比值。我們的圖像傳感器率先實現了120dB以及隨後140dB高動態範圍(HDR)。我們的Hayabusa係列產品是業內首款麵市的實現120dB HDR並搭載LED頻閃抑製(LFM)功能的傳感器。最近,我們推出了Hyperlux圖像傳感器係列,具備行業領先的150dB HDR LFM性能以及增強的圖像質量。
830萬像素AR0823AT和 300萬像素AR0341AT是首批采用Hyperlux技術的產品。憑借卓越的HDR性能,Hyperlux能夠提供色彩鮮豔、銳利且充滿細節的圖像,由於其極其穩定且不受溫度或光照條件變化影響的特性,這為更高安全性的設計奠定了基礎。如圖3所示,Hyperlux傳感器在最苛刻環境和極端條件下表現出色。

圖3.Hyperlux與競爭對手傳感器之間的高動態範圍性能對比
汽車攝像頭係統是主動安全中的關鍵組成部分,因為它們是唯一能夠識別道路上不同物體顏色、形狀和大小的感知方式。在整個發展曆程中,安森美團隊始終不渝地努力創新,在低光環境、高動態範圍(HDR)、圖像質量和清晰度等方麵樹立新標杆。這有助於汽車整車廠商(OEM)成功將早期的後視攝像頭(RVC)升級到L2級自動駕駛車輛係統中,並積極實施L2+和L3級別的駕駛自動化。憑借行業領先的性能與功能,Hyperlux傳感器有望提高安全指標,助力實現高速自動駕駛,同時降低係統開發成本。因此,眾多OEM廠商和一級供應商選擇在他們的ADAS攝像頭設計中采用安森美圖像傳感器也就不足為奇了。
通往更安全、更美好的未來之路並未止步於此。讓我們攜手共進,繼續朝著更高的道路安全和駕駛自動化水平邁進。
(作者: Sergey Velichko, 安森美,高級經理)
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