视觉及ADAS图像传感器提升行车安全和驾乘体验

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。

 
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；而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： ASX344/340/350AT 具体规格
 

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。

 
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。
     
 
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。