【业界】新的图像传感器给汽车装上眼睛

【导读】自动驾驶在技术上的进步很大程度上依赖各种传感设备，而各种图像传感器更是汽车能够看清周围世界的眼睛，这一领域也逐渐成为各大芯片公司竞争的焦点，我们来一览这篇文章。

安森美收购仙童半导体公司为该公司在汽车领域打开了市场。但是直到2014年收购镁光图像公司才让该公司成为汽车视觉系统的领头羊：安森美目前占据了将近70%的高级驾驶辅助系统（ADAS）前摄像头市场，以及超过50%的汽车图像传感器市场[1]。

镁光CMOS图像传感器技术是安森美公司最近推出的Hayabusa图像传感器平台的关键，它同时使用120dB超高动态范围(UHDR)和LED闪烁缓解(LFM)来突出1MP到5MP变型。而之所以可以同时使用UHDR和LFM得益于3.0微米超曝光100000电子电荷后照式（BSI）像素技术。这一技术使得图像饱和之前可以捕捉更多的光，消除了所有 low-light tradeoff。

并发UHDR和LFM

在图像中，动态范围表示图像中最亮和最暗处的差异，也可反过来表示相机的成像能力，一般用dB表示。

动态范围在真实场景中很重要，有时甚至超过了140dB。可想而知这给关乎生命安全汽车视觉系统的目标检测与识别带来了多大的挑战。图一展示了汽车后视摄像头有是否使用HDR技术生成的图像之间的差距。

图1：该图展现了添加了HDR后，汽车后视摄像头图像质量的差别。（来源：镁光图像公司，现从属于安森美公司）。

前面的例子是五年前的，使用镁光1.2 MP ARO132AT CMOS 图像传感器传递HDR，不过并没有用LFM。

虽然人类肉眼不可见，应用于汽车尾灯和交通信号灯的LED存在“脉搏”，或者说闪烁现象。在微光条件下，这种闪烁会使图像信号处理算法模糊和迷惑。黑暗环境需要更长的曝光时间来捕捉足够的光子生成高质量图像，会使这种迷惑放大。最终，视觉系统经常很难处理像读取交通信号等或者识别车辆类型的任务（例如分辨是摩托车还是小轿车）。

和传统的产品不同，Hayabusa（例如2.6 MP ARO233）的LFM能力减弱了这一现象而不需要牺牲微光下的表现（参见BSI像素技术）。根据Bahman Hadji这个前镁光员工现在的安森美高级产品经理的说法，ARO233可以在抖动和2 MP CMOS 图像传感器分割的情况下传递高分辨率图像，归功于LFM和120dB UHDR反映了现实世界的环境（图2a2b2c）。

图2a, 2b, 2c ：安森美公司2.6 MP ARO233 Hayabusa图像传感器，同时应用了LFM和120dB UHDR

一个主要因素导致了ARO233和其他Hayabusa图像传感器能传递高分辨率的图像，就是片上拓展，应用无损压缩将24bit的原始HDR数据压缩成12bit的输出。这些输出会通过一个LVDS串并转换器送入一个图像信号处理器（图3）。这个小的比特流需要更小的带宽，也就是更少的能量，可以减少照相模块的热量来提高图像质量。另外，小的带宽代表更便宜的硅和布线解决方案。

图3：Hayabusa压缩24bit的原始数据变成12bit的输出，减少带宽能量消耗和系统开支

系统级的安全

Hayabusa系列的所有产品均有像素设计和架构，因此设计组可以很轻松地把他们的工作在多种系统和交通工具上迁移。

这种设备也被称为具有B等级ASIL的脱离上下文的安全元素（SEooC），因为它们可以实时评估每一个框架的错误。检测到的错误输入到每一帧的元数据，给视觉系统更多的时间来处理可能的安全问题（图4），这也有助于创建可用于验证算法并分析整个系统行为的故障图像库（图5）。

图4：Hayabusa 提供了实时的错误检测，帮助提高遇到可能的危险情况时的反应时间。

图5：Hayabusa传感器从图中检测到的错误，可以用来编译验证算法并分析整个系统行为的故障图像库

“安森美公司需要IBM Haifa研究团队今年早些时候的毫米波技术来帮助完成它的传感器组合”，Hadji说，“这将会带给公司在未来ADAS和自主汽车设计中的强势地位，特别是考虑到它的电源解决方案与高性能汽车传感器融合处理器配合得很好，比如NVIDIA, Intel, Renesas等等公司的。”

引用

1.Techno Systems Research (TSR). http://www.t-s-r.co.ip. “Automotive Camera Market Analysis2016.” February 2017.

原文链接：http://www.embedded-computing.com/articles/advanced-image-sensors-take-automotive-vision-beyond-20-20