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感測器/MEMS  

汽車駕駛的動態視覺:CMOS感測器獲得巨大進展

上網時間: 2008年02月25日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:成像  汽車  相機 

全球汽車市場正經歷一場革命:小巧的照相機成像技術在汽車安全、保全和駕駛員輔助功能中,正扮演著越來越重要的角色。同樣,成像技術在汽車市場給如下性能和特性帶來深遠影響,這些應用包括:越線偵測和警告系統、盲區顯示、夜晚視覺、智慧氣囊開啟、全景後視照相機、自適應巡航控制、降雨偵測系統和汽車安全等。而這些特性正成為汽車市場行銷的主打賣點。例如,豐田在美國2007年夏季推出的Highlander車款中,核心主題是其倒車相機。車用照相機正迅速成為汽車市場的主流。

有幾項關鍵因素正在驅動這場視覺和成像‘革命’,而對成像裝置與相機模組製造商而言,此一‘革命’也正在開啟利潤豐厚的汽車市場。元件品質和可靠性的提升,以及生產成本的降低,意味著照相機在汽車應用中的使用不再僅限於高階豪華轎車和SUV。CMOS影像感測器是許多汽車應用中相機模組的核心。對該領域的製造商而言,商機已然來臨,創新、差異化和增值特性已成為爭奪市場佔有率的重要籌碼,為此,OmniVision公司已推出了多種創新技術。

紅外線(NIR)技術

首先討論OmniVision的近紅外線(或NIR)技術,該技術主要是使影像感測器在黑暗環境下仍可‘看’得見。CMOS感測器實際上與生俱來就具有一定程度的紅外線能力。而OmniVision已開發出可強化感測器處理能力的特有技術,它將感測器對光譜的感應度擴展到1,050奈米。其結果是使CMOS感測器在低光照環境下更敏感,當與低功耗LED一起使用時,就使汽車相機能‘看’到車前燈照不到的地方,並能在全黑條件下實施目標偵測。

基本上,一個在白天不帶紅外線截止濾光片的彩色感測器可提供幾近自然的影像;然後,只要自然光強度低於預先設定的勒克斯光照水準,感測器將自動切換至黑白光視覺模式(帶主動照明)。要記住的是:無論該處理技術多完美,當重現自然色彩(如綠色)時,在不使用紅外線截止濾光片時,都將是件充滿挑戰性的工作。這種夜晚視覺的雙模能力在駕駛員輔助和安全應用中特別有用,它們包括:行人、物體和標誌偵測以及後視或備份照相機應用等。

越來越多的汽車安全應用開始使用影像感測器。防盜照相機黑盒系統就是一例,當感知到車內和週邊有動作時,該系統被啟動並開始錄影。這些感測器只用一個低功耗LED就具有優異的夜晚視覺能力,該LED幾乎不耗費車內電池的電能。這樣,得益於感測器在掉電模式下的極低功耗特性,即使在車輛長期不使用的情況下,該系統也可維持工作。

圖1a、1b和1c顯示了OmniVision的NIR方案在不同光照條件下的性能。

NIR對汽車市場的影響顯而易見。NIR的能力顯著提升了汽車安全和保全性能,同時還使OEM和汽車廠商簡化了系統設計並降低了整體系統成本。另外,它還為車主(終端用戶)帶來經濟上的好處。在美國,汽車保險產業是推動許多有效利用夜晚視覺汽車安全應用進展的部份原因。因為具備這些監控和錄影系統的車輛可減少被盜、被故意破壞及其它涉及汽車犯罪的風險,所以,這些車輛可獲得支付更低保險金的禮遇。

彩色寬動態範圍(HDR)技術

寬動態範圍(或HDR)技術的發展是為汽車市場帶來影響的另一個領域。動態範圍是指一個成像系統在一個影像內擷取差異極大的光照水準,並對光亮迅速做出反應調整的能力。HDR使CMOS感應器具有與人眼類似的功能,它能適應迅速變化的光照條件,同時擷取並處理來自從明亮的日光到黑暗影遮等不同光照條件下的影像資料,因此無論工作環境如何,都能得到卓越的視覺性能。

雖然在目前的汽車視覺系統中,HDR技術扮演著非常重要的角色,但OmniVision已開發出彩色HDR,為汽車市場帶來更精準的色彩識別。借助彩色HDR,在對比十分明顯的條件下,車輛現已可區分路上的黃色和白色劃線。隨著人們開始依賴其車輛視覺系統的可靠性和性能,諸如精準的色彩識別等功能將發揮更重要的作用。不具備這種能力的視覺系統將可能做出導致極危險情況的決定。

OmniVision的彩色HDR感測器OV10620可使照相機清楚地分辨交通標識、訊號燈以及道路劃線和標記的色彩,這種能力對基於視覺和感知的汽車安全應用是否能發揮作用至關重要。其工作是透過晶片上的HDR演算法處理管線來完成的,沒有其他的HDR方案可提供這種能力。它允許感測器迅速切換至HDR模式,以處理同一地點變化極其懸殊的亮/暗條件,且當環境恢復正常時會自動返回非HDR模式。這些功能均整合在一顆晶片內,因此無需外接元件,顯著減少了消費者的支出並縮小了相機模組尺寸,並縮短了產品上市時間。

汽車領域彩色HDR的典型應用包括:倒車/後視照相機;盲區偵測系統;智慧安全氣囊展開系統的司機/乘客感知;以及前向搜索感知,或基於視覺/顯示的應用,如:前燈減光/偏向、夜晚視覺、降雨感知、交通燈監控、標識識別和越線警告及導航系統。

在拓展車用影像感測器功能的創新技術中,NIR和HDR技術僅僅其中的兩種。隨著製程水準的不斷進步及更多的功能被整合在晶片內,我們可預期會有更多的影像感測器用於與汽車相關的應用中。

圖1a:用鹵素燈照明的MacBeth圖表(利用不帶紅外線截止濾光片鏡頭的彩色OV7710)。
圖1a:用鹵素燈照明的MacBeth圖表(利用不帶紅外線截止濾光片鏡頭的彩色OV7710)。

圖1b:用螢光燈照明的MacBeth圖表(利用不帶紅外線截止濾光片鏡頭的彩色OV7710)。
圖1b:用螢光燈照明的MacBeth圖表(利用不帶紅外線截止濾光片鏡頭的彩色OV7710)。

圖1c:在黑暗條件下,僅用一個小LED照明的MacBeth圖表(利用不帶紅外線截止濾光片鏡頭的彩色OV7710)。
圖1c:在黑暗條件下,僅用一個小LED照明的MacBeth圖表(利用不帶紅外線截止濾光片鏡頭的彩色OV7710)。

圖2a:來自帶內建HDR的OV1620 CMOS感測器影像。
圖2a:來自帶內建HDR的OV1620 CMOS感測器影像。

圖2b:不帶內建HDR的OV1620相同影像。注意由過飽和白光引起的亮斑。
圖2b:不帶內建HDR的OV1620相同影像。注意由過飽和白光引起的亮斑。

圖3:白天條件下,OV10620 HDR的解析度。
圖3:白天條件下,OV10620 HDR的解析度。

圖4(a/b):在黑白條件下,HDR仍清晰。如這些用OV10121(黑/白HDR)和OV7211(非HDR)拍攝的照片所示。
圖4(a/b):在黑白條件下,HDR仍清晰。如這些用OV10121(黑/白HDR)和OV7211(非HDR)拍攝的照片所示。
圖4(a/b):在黑白條件下,HDR仍清晰。如這些用OV10121(黑/白HDR)和OV7211(非HDR)拍攝的照片所示。

圖5:在夜晚用OV10121拍攝的照片。
圖5:在夜晚用OV10121拍攝的照片。

作者:Inayat Khajasha

全球汽車資深行銷經理

OmniVision公司




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