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感測器/MEMS  

新一代影像晶片可實現200美元以下汽車視覺系統

上網時間: 2007年07月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:ViSe  影像晶片  車用視覺系統 

汽車行駛偏離車道、車後有行人或其它車輛出現在盲點時,車用視覺系統便能夠發出警報,甚至也可在平行停車時提供協助以免撞到圍欄。然而,由於成本太高,這些警示系統迄今為止主要仍安裝於豪華房車中。

現在,瑞士電子與微科技中心(CSEM)宣稱已掌握某種技術,能夠使車用視覺系統的成本從數千美元降低到數百美元。CSEM預期,OEM客戶將可採用這種靈巧的ViSe影像感測器,開發出價格非常低的即時視覺系統,甚至可望使其成為全球汽車的標準配備。

“我們認為ViSe影像晶片擁有無限潛力,”ABI研究公司資深分析師David Alexander表示,他剛剛完成了一項有關汽車車道偏離感應系統的市調研究。“對於格外強調即時反應重要性的安全應用而言,通常需要昂貴的高性能影像處理器。但如果採用ViSe影像晶片,便不需要強大的處理器,就能大幅降低這些系統的價格。”

根據ABI公司報導,全球新車市場的規模約為每年6千萬輛,但今年出貨的汽車中,裝有車道偏離警示系統的汽車只有約2.5萬輛;ABI公司預期,除非此類系統的價格能大幅度下降,否則到了2012年,其裝載量每年也只有約30萬輛。

但是,“如果CSEM能將該系統的成本從2,000美元降低到200美元,那麼,這種系統的裝載量預計將增加到原預測值的10倍,或者在2012年的全球裝載量將高達300萬輛,”Alexander說。

由CSEM的部份資金來自公共基金,該機構並實施一種基於授權的業務模式。CSEM已經將ViSe即時方案的客製化版本授權給OEM廠商,這些OEM廠商可為銀行提供掃描支票用的光學符號辨識系統。而Adelsa公司負責為其處理對美國公司的授權問題。

現在,CESM已經把針對車道偏離警示系統、夜視系統、停車輔助、乘載量監控、行人偵測和盲點監視等應用與功能整合於一個展示系統,並提供一個具有應用程式碼的評估工具。CSEM也提供針對安全應用(如能夠區分出是人而非寵物出入的入侵檢測系統),以及工業機器視覺的展示系統。

圖:CSEM影像晶片的解析度較低(上部),但其對比度偵測電路可以完成影像辨識(左下,紅色和黃色),並發出警告(右下)。
圖:CSEM影像晶片的解析度較低(上部),但其對比度偵測電路可以完成影像辨識(左下,紅色和黃色),並發出警告(右下)。

“這並不是一項學術性研究;ViSe影像晶片是一個歷經八年時間努力開發出的產品,”ABI公司的Alexander說。“他們現在已經研發出第三代產品,在下一代產品中,將會把所有東西放在一顆晶片上。”

目前的OEM工具開發套件是把這種專利視覺感測器與ADI公司的低成本Blackfin DSP相互搭配的雙晶片方案。接著,CSEM計劃整合該專有的DSP單元與其影像器於單晶片方案中。甚至其現有產品也已經完全地降低了所需的資料速率,而使智慧型照相應用的成本從數千美元降低到數百美元,為了顯示這一點,CSEM正提供一款稱為ViSeLink的無線評估工具套件,在一個具有鏡頭的相機機殼中包含了其雙晶片方案,以及一個藍牙射頻晶片。

“當今的汽車視覺系統構成方式所存在的問題是,缺乏足夠大的頻寬以無線鏈結把攝影機的資料串流傳送出去,並在遠端擷取景象特徵,”CSEM微電子集團副總裁Christian Enz說。“但如果使用我們的晶片組,便可以在本地擷取所有的資訊,並透過資料率非常低的無線收發器(如藍牙)來傳送結果。”

傳統的攝影機方案透過硬連線把高頻寬的原始視訊資料傳送至高性能的影像處理晶片,然後再執行演算法,比較影像資料串流的連續訊框以檢測差異,進而畫出輪廓線並識別物體。ViSe晶片為晶片上每個畫素的電路進行全部的影像處理,然後,再把這些演算法所得的結果傳送至像Blackfin等低成本的應用處理器。

“對OEM來說,該晶片大幅降低了視覺應用的開發難度。對於車道偏離警示系統等汽車應用而言,所有的硬影像處理都是由影像處理晶片完成的,”Alexander說。“Infiniti公司在幾年之前就已經擁有了一款車道偏離系統,但它使用CMOS攝影機與自行開發的昂貴影像處理器晶片,使得該系統售價高達約2,000美元。而CSEM的晶片可以把成本降到200美元以下。我們相信,如果即時視覺系統的成本能降到100美元以下,就可能成為標準配備。”

對於今天的汽車製造商而言,另一個可選方案是把CMOS攝影機與Mobileye公司一款專用的影像處理器相互搭配。這種需要使用硬線連接攝影機與Mobileye處理器的系統已被BWM公司採用。

其它公司也採用了與CSEM類似的發展路線,把影像處理功能與視覺感測器整合在同一晶片上,包括加州Canesta公司與和盧森堡國際電子與工程公司(IEE)。Canesta公司已贏得了Honda公司的設計訂單,而IEE則取得了福斯汽車(Volkswagen)的設計訂單。但由於必須計算距離以製作3D模型,以便使額外的電路得以整合於其影像陣列中,這兩家公司的晶片都犧牲了影像解析度。

對於像適應性巡航控制等必須知道本車與前車之間直線距離的3D應用,CSEM提供一個可以計算距離的ViSe版本。與Canesta公司和IEE公司的視覺感測器非常相似之處在於,該版本使用了以逐一畫素為基礎的飛行時間(TOF)運算方法。

晶片內部

ViSe影像晶片在每個畫素周圍配置了多個比較器和閘控電路,可執行鄰近畫素間對比度的本地類比運算。該影像陣列還具有一些針對逐一畫素的積分器,用於追蹤隨時間變化的對比度。在積分器連續追蹤對比度變化的同時,可為每個畫素自動運算出畫素之間的對比度。由於對比度資訊對於亮度變化較不敏感,當環境光線改變時,ViSe晶片的輸出就不會改變。

“透過在本地逐一畫素地擷取幅度和方位等對比度資訊,影像晶片在畫素層級上完成了大多數的影像處理任務。另外,我們也追蹤對比度隨時間的變化,”CSEM感測資訊處理部負責人Edoardo Franzi說。“對比度資訊對亮度的變化並不敏感,如汽車從樹下經過或進入隧道中等。”

雖然在晶片中的運算是平行完成的,但影像資訊讀出順序是按照重要性的程度,而不是採用盲目的光柵掃描方式。為了查詢資訊,DSP向影像晶片發送一個對比度閾值。該影像器僅讀出對比度超過閾值的畫素。此後,DSP逐漸降低閾值,影像器則按照對比度降冪讀出畫素位置,直到應用程式完成所需的識別。然後,這個過程再重新開始。

“我們的目標是儘可能地擷取執行應用所需的最小量資訊。我們並不是像攝影機那樣逐行掃描影像陣列,而是僅傳送發生變化的畫素資訊,”Franzi說。“另外,我們首先輸出變化最大的畫素,也是最重要的資訊。然後,根據對比度從高到低的順序繼續傳送,直到應用程式可以找到所需要的東西後即停止通訊。”

例如,對於車道偏離應用而言,當DSP發現標明車道的高對比度畫素之後,便會重設該閾值,使影像的其他部份保留空白。該系統不會把時間浪費在讀取對於確定車道標線毫無幫助的低對比度畫素上。

CSEM表示,對於所輸出的對比度資訊,ViSe晶片可提供100dB的動態範圍和30dB的解析度。

作者:羅克鈴




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