隨著車輛從完全由駕駛員控制，到提供駕駛員輔助，再到最終接管駕駛?cè)蝿?wù)，它們需要能夠感知周圍環(huán)境。雖然車輛可以使用幾種不同的傳感器模式，但圖像傳感器是最通用和最受歡迎的傳感器之一，因?yàn)樗鼈兙哂胁东@形狀、紋理和顏色的獨(dú)特能力，而且成本相對較低。

照明不足和高溫會降低傳感器性能，路況變得具有挑戰(zhàn)性。因此，圖像傳感器必須在自動(dòng)駕駛的所有條件下提供出色的性能。

在汽車環(huán)境中部署圖像傳感器存在許多挑戰(zhàn)。光線條件可能會產(chǎn)生極端的對比度和潮濕道路的眩光，而包括雨、霧和雪在內(nèi)的天氣條件會妨礙能見度。交通信號燈、路標(biāo)、車輛前燈和尾燈通常使用 LED 照明。LED照明的一大優(yōu)點(diǎn)是它非常高效;然而，它通常是脈沖的。雖然人眼看不到這一點(diǎn)，但圖像傳感器會將其呈現(xiàn)為閃爍的圖像流。

汽車視覺的主要作用之一是檢測車輛路徑中的物體。物體看得越遠(yuǎn)，車輛可用的決策和反應(yīng)時(shí)間就越長。這就是為什么需要高分辨率和高圖像質(zhì)量來辨別遠(yuǎn)處的物體。

成本至關(guān)重要，因?yàn)檐囕v在整個(gè)系統(tǒng)中部署了更多的圖像傳感器——不僅用于前方查看，還用于提供 360 度視圖和監(jiān)控乘客艙。有些汽車有十幾個(gè)圖像攝像頭。

從協(xié)助轉(zhuǎn)向自動(dòng)化

美國汽車工程師協(xié)會 （SAE） 定義了一個(gè)六級模型，該模型繪制了在所有駕駛條件下從沒有智能的車輛到全自動(dòng)車輛的過程。

目前，許多車輛能夠在 2 級下運(yùn)行，其中包括最基本的控制，例如糾正高速公路上的車道漂移。向 3 級的過渡意義重大，因?yàn)?3 級對車輛移動(dòng)的自動(dòng)化控制更加自動(dòng)化。圖像傳感器需要提供8萬像素（MP）的分辨率來支持這一點(diǎn) - 比目前通常使用的分辨率增加了四倍。在某些情況下，這對于某些自主操作（例如在高速公路上）來說已經(jīng)足夠了。進(jìn)入4級和5級操作，圖像傳感器的分辨率需要更高，從而支持所有情況下的自主操作。

同樣，環(huán)繞感應(yīng)和盲點(diǎn)攝像頭也將分辨率提高到 3 MP 甚至 8 MP，具體取決于其使用情況，并同時(shí)包含 LED 閃爍緩解和高動(dòng)態(tài)范圍 （HDR） 操作。

此外，非拜耳濾光片已越來越多地取代拜耳濾色片陣列（CFA），以改善低光操作，同時(shí)仍提供良好的色彩性能。

像素大小

如果像素尺寸保持不變（目前從4.2μm降至3μm），則提高傳感器的分辨率會導(dǎo)致成本顯著增加。但是，將像素尺寸減小到 2.1 μm 將導(dǎo)致 8 MP 傳感器的成本顯著降低，這意味著與具有 8.2 μm 或 1 μm 像素的 8 MP 傳感器相比，具有 4.2 μm 像素的 3 MP 傳感器的成本要小得多。

有人可能會認(rèn)為，因此，在關(guān)鍵性能參數(shù)（如低光性能、信噪比（SNR）或HDR））方面會有一些權(quán)衡。然而，事實(shí)并非如此。具有1.3 μm、3 μm和75.3 μm像素的onsemi傳感器的低光性能指標(biāo)（SNR2和SNR1）基本相似。新型安森美2.1 μm像素圖像傳感器的信噪比和HDR性能優(yōu)于3 μm像素圖像傳感器。

此外，與其他供應(yīng)商的3.0 μm 3 MP或5 MP傳感器相比，onsemi 2.1 μm 8 MP傳感器解決方案以類似或更低的成本改善了檢測距離。

在夜間僅由前燈照明的巖石檢測具有挑戰(zhàn)性的例子中，3 μm 3 MP 和 5 MP 傳感器分別實(shí)現(xiàn)了 125 m 和 150 m 的檢測距離。相比之下，安森美半導(dǎo)體傳感器達(dá)到170米（圖4）。這種額外的距離相當(dāng)于更多的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，有助于提高安全性。

圖像質(zhì)量和更高的汽車溫度

將濾色片從拜耳更改為RYYCy或RCCB，并結(jié)合Clarity+等高質(zhì)量HDR色彩管線，可顯著提高傳感器性能和圖像質(zhì)量。非拜耳濾色片圖案允許更多的光子進(jìn)入每個(gè)像素，從而提高低光性能。這使得傳感器能夠在具有挑戰(zhàn)性的條件下更好地“看清”，同時(shí)產(chǎn)生經(jīng)過處理成高質(zhì)量圖像的色彩準(zhǔn)確的原始捕獲。

SNR是所有圖像傳感器的重要參數(shù)，因?yàn)檫@與系統(tǒng)檢測傳感器生成的圖像中的物體的能力有關(guān)。在高溫下，典型的3 μm分離二極管傳感器的SNR下降到20 dB左右。在這個(gè)水平上，噪點(diǎn)清晰可見，物體檢測更加困難。類似的安森美半導(dǎo)體傳感器可提供超過30 dB的SNR水平。在此級別，噪聲明顯減少，對象檢測也容易得多，從而為查看應(yīng)用程序提供更賞心悅目的圖像。

溫度始終是圖像傳感器面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)，并且會顯著降低圖像質(zhì)量和性能。在汽車應(yīng)用中尤其如此，在這些應(yīng)用中，傳感器在80°C或更高的結(jié)溫下運(yùn)行超過80%的使用壽命 - 由于放置在陽光直射下，并設(shè)計(jì)在狹小的封閉空間中，其他電子設(shè)備在工作期間產(chǎn)生熱量。

即使在125°C的結(jié)溫下，2.1μm像素尺寸的onsemi圖像傳感器也可以在中高光條件下實(shí)現(xiàn)超過25 dB的SNR性能，確保在所有工作條件下都能進(jìn)行準(zhǔn)確的物體檢測。

現(xiàn)代 2.1 μm 汽車 HDR LFM 圖像傳感器

安森美最新的汽車圖像傳感器提供3840 x 2160（8.3 MP）分辨率和最新一代2.1μm超曝光像素。該傳感器采用真正的 LED 閃爍抑制 （LFM） 像素技術(shù)，可生成高達(dá) 155 dB 的 HDR 圖像，并在無閃爍操作下超過 110 dB。HDR 幀速率最高可達(dá) 60 fps，而將幀速率降低到 45 fps 會將 HDR 從 110 dB 增加到 145 dB 以上。

在低光性能方面，2.1 μm 傳感器的性能與最好的 3 μm 像素傳感器相當(dāng)或更好。顯示了2.1 μm傳感器與競爭對手的3 μm傳感器的HDR圖像質(zhì)量差異，突出了更好的動(dòng)態(tài)范圍，并捕捉了更好的細(xì)節(jié)和交通信號燈的真實(shí)色彩。在結(jié)溫（Tj）至30°C時(shí)，躍遷SNR超過100 dB，即使在極端溫度（Tj=125°C）下，SNR也超過25 dB。在所有條件下，傳感器都能產(chǎn)生具有高色彩保真度的清晰圖像，部分原因是拜耳和非拜耳CFAs技術(shù)的范圍 - RGGB，RCCB，RCCG和RYYCy。

總結(jié)

先進(jìn)的自動(dòng)駕駛汽車越來越依賴于高性能成像儀，使它們能夠感知周圍的環(huán)境。雖然可以提高圖像傳感器的性能，但不增加成本是具有挑戰(zhàn)性的。

安森美成像設(shè)備設(shè)計(jì)表明，減小像素尺寸使8 MP傳感器的價(jià)格與當(dāng)前的2 MP 4.2 μm傳感器和4-5 MP 3 μm傳感器相似，而不會影響低光性能SNR和HDR。此外，采用非拜耳CFA進(jìn)一步增強(qiáng)了最重要的低光性能。

溫度始終是一個(gè)挑戰(zhàn)，傳感器安裝在有限的空間內(nèi)，內(nèi)部有發(fā)熱組件并暴露在陽光下。安森美半導(dǎo)體傳感器可以在高達(dá)125°C的溫度下提供出色的性能，確保在所有操作條件下捕獲高質(zhì)量的圖像。

下一代圖像傳感器對于過渡到具有更高自主性的安全和功能強(qiáng)大的車輛至關(guān)重要。

審核編輯：郭婷