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光電/顯示技術  

CCD、CMOS感測器──未來汽車的通用工具

上網時間: 2009年12月08日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:CCD  CMOS  相機 

駕駛輔助系統是汽車電子領域成長最快的市場之一。Mercer Management Consulting預計:2010年,北美和歐洲該市場的年營收將成長約14%,達25億歐元。目前,配備著雷達、超音波和紅外線感測器的系統在為攫取主要客戶而廝殺;但拉動成長的主力是基於照相機的系統。夏普預測,在未來5年,相機感測器年平均成長可望達42%。其他一些專家甚至預計,同期的年平均成長率將超60%。

TFT LCD(液晶顯示器)進一步推動了此一成長:汽車在使用越來越多的LCD,它不僅被用於導航、娛樂和舒適電子的中央工作單元,還作為儀表板上各式各樣的顯示模組,該趨勢為基於相機的駕駛輔助系統鋪平了道路。作為對雷達、超音波和紅外線感測器的補充,照相機為各種駕駛路況提供了完整影像資訊。例如,對具有視覺能力的人類來說,在停車時,與借助用以指示車輛與鄰近障礙物距離的聲音警示訊號來精確評估周圍環境相較,透過清晰的影像能容易地多地做出評判。對許多新式汽車、特別是視野受限(尤其是後視時)的越野車和多種小型車來說,視覺化功能為防範事故做出了重大貢獻。目前為止,尚沒有對聲音駕駛資訊這種抽象形式的替代。但,專門為駕駛艙汽車應用設計LCD的推出,使借助完整影像資訊告知駕駛在他們駕駛車輛的周圍所發生的情況成為可能。最精確的視覺輸入是作為影像感測器的照相機所提供的,它將提升未來駕駛輔助系統的感知能力。

對駕駛資訊和主動駕駛輔助系統的不同要求,使系統各具特色。

嚴格說來,駕駛輔助系統這個寬廣領域可細分為兩個在技術途徑上截然不同的分支。第一類是為駕駛提供‘視覺輔助’。這類具有輔助視覺的系統借助不同的感測器提供車輛週邊的其它資訊;例如,提供處在盲區(或在晚間)的障礙物或其它道路使用者的情況。但這種系統完全由司機評估這些資訊並做出相應反應。主動駕駛輔助系統則與此不同,這體現在諸如規避交通事故或根據交通流量和限速要求來變更車速等方面。主動系統不僅告知駕駛相應的駕駛狀況且還在行車過程中對駕駛行為進行主動干預。兩種系統的不同功能使對各自系統所用的感測器有根本不同的要求。

與大小和解析度類似的CMOS感測器相較,由於技術原因,CCD感測器通常有更高的光感應度。因此,車用後視攝影鏡頭注定會採用CCD感測器,在車輛後視應用中能在光線不好的條件下提供清晰的影像很重要;如:在黑暗的多層停車場或夜晚的街道等場合。夏普為該特定應用推出的照相機模組採用的是270k畫素解析度和1.8勒克司靈敏度的1/4英吋晶片組。該指標相當於晚間、月光下街道的光照條件,在這種場合,該相機模組能輸出詳細、明亮的影像。鏡頭具有130°視角,可以清楚地顯示車後部的情況。180°視角的CCD模組已處於原型製造階段。歸功於軟體的改善,下一代CCD模組還將整合自動導引功能;例如,在倒車時該功能可辨認出有直接危險的區域。

圖1:CCD和CMOS攝影鏡頭相得益彰。駕駛資訊系統和駕駛輔助系統具有不同要求。
圖1:CCD和CMOS攝影鏡頭相得益彰。駕駛資訊系統和駕駛輔助系統具有不同要求。

CMOS:未來汽車的通用技術

主動駕駛輔助系統所用感測器應具有的首要特性是:速度快。特別是在高速行駛場合,系統必須能記錄關鍵駕駛狀況、評估這種狀況並即時啟動相應措施。在140 km/h的速度,汽車每秒要移動40公尺。為避免主動駕駛輔助系統兩次資訊獲取間隔及其間自動操控的行駛距離過長,要求相機具有最慢不低於30訊框/秒的影像捕捉速率,在汽車製造商的規格中,甚至提出了60和120訊框/秒的要求。雖然借助逐行掃描等方法,CCD感測器的影像捕捉速率也可提升到一定水準(如60訊框/秒);但在此,CMOS感測器有如下優勢:本質上,CMOS是種更快的影像採集技術——CMOS感測器內的單元通常是由3個電晶體主動控制和讀出的,這就顯著加速了影像採集過程。用於汽車應用的CMOS相機模組,如夏普開發的那些,就具有30訊框/秒的影像採集速率。CMOS感測器性能還有很大的提升空間,目前,基於CMOS的高性能相機能達到約5,000訊框/秒的水準。


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