圖像傳感技術(shù)是ADAS成功關(guān)鍵

自從卡爾本茨在1885年首先發(fā)明了真正的汽油動(dòng)力汽車，汽車技術(shù)在過去的一個(gè)世紀(jì)里已有卓越的進(jìn)步，如防鎖死煞車系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、雨刷、電子穩(wěn)定控制、導(dǎo)航控制等等。

根據(jù)J.D. Power and Associates的最新研究，38%的汽車購(gòu)買者將新技術(shù)視為購(gòu)買新汽車的決定關(guān)鍵。另一項(xiàng)由德勤管理顧問公司(Deloitte Consulting LLP)在2014年1月所做的調(diào)查顯示，在1982至2002年出生，被稱為Y世代的人，有61%的人計(jì)劃購(gòu)買高科技汽車。德勤管理顧問公司負(fù)責(zé)人 Masa Hasegawa表示，雖然Y世代可能不一定會(huì)細(xì)看馬力、加速時(shí)間或引擎大小等關(guān)鍵指標(biāo)，但他們有著清楚的需求、需要和渴望。此外，Y世代消費(fèi)者還需要安全科技，尤其是能夠降低分心駕駛風(fēng)險(xiǎn)的功能。

在最近幾年里，消費(fèi)者越來越渴望先進(jìn)的汽車技術(shù)，這些渴望由科技應(yīng)用的增加所引發(fā)，并且成為汽車的購(gòu)買要素，這實(shí)際上鼓舞了汽車制造商在使用科技特性做為其在差異化方面的創(chuàng)新。這里討論一些目前汽車市場(chǎng)正在考慮的主動(dòng)安全技術(shù)。

視覺傳感技術(shù)

在轉(zhuǎn)向與倒車時(shí)提供查看車后的后視攝像頭現(xiàn)已成為主流。到2018年，美國(guó)擬強(qiáng)制要求汽車制造商在每一輛新車內(nèi)安裝后視攝像頭，因?yàn)檫@項(xiàng)法規(guī)，制造商早在2014年開始推出配備后視攝像頭的新汽車。

目前的新趨勢(shì)是環(huán)視攝像頭系統(tǒng)，采用四到五個(gè)廣角攝像頭，安裝在汽車的前后方和兩側(cè)，提供360度鳥瞰視圖或前/后拆分視圖，而一些更先進(jìn)的系統(tǒng)甚至可以提供盲點(diǎn)檢測(cè)和停車輔助。

早在2005年，夜視攝像頭就已經(jīng)配置在奔馳S系列汽車中。現(xiàn)在，E系列汽車也提供這項(xiàng)技術(shù)。通常，夜視攝像頭使用長(zhǎng)距離發(fā)光二極體(LED)燈，使汽車前方的距離看得更遠(yuǎn)。當(dāng)前的夜視攝像頭還增加了行人檢測(cè)，當(dāng)行人或物體靠近車輛時(shí)，以監(jiān)視器或汽車擋風(fēng)玻璃上的抬頭顯示器(Heads-up Display)給駕駛者提供警告資訊。

自動(dòng)遠(yuǎn)光燈控制是一項(xiàng)新的技術(shù)，使駕駛者能夠更好地看清道路彎道周圍。根據(jù)公路損失資料協(xié)會(huì)(Highway Loss Data Institute)的調(diào)查，使用自適應(yīng)前大燈(Adaptive Headlights)后，財(cái)產(chǎn)損失責(zé)任保險(xiǎn)的索賠下降了10%。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，攝像頭被安裝在后視鏡上，當(dāng)汽車接近迎面而來的車輛，以及汽車在同一方向行駛中超車時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，并關(guān)掉遠(yuǎn)光燈。它可以在近光和遠(yuǎn)光間切換，但會(huì)根據(jù)迎面車輛的接近距離而逐漸增大或降低燈光分布。此外，它還可在急轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)遠(yuǎn)光燈進(jìn)行調(diào)暗，在完成轉(zhuǎn)彎后，假如沒有迎面車輛駛近時(shí)，重新啟用遠(yuǎn)光車前燈。

其他創(chuàng)新的車輛安全特性包括自我調(diào)整導(dǎo)航控制、前部碰撞警報(bào)系統(tǒng)、自動(dòng)緊急制動(dòng);行人檢測(cè)和車道偏離報(bào)警也越來越普及。這些特性使用攝像頭或者攝像頭加雷達(dá)/鐳射雷達(dá)來監(jiān)測(cè)道路以及危險(xiǎn)狀況，甚至有時(shí)輔助駕駛者來自動(dòng)剎車，從而避免撞車。因此，自動(dòng)緊急剎車系統(tǒng)在新汽車中日益普及。

駕駛者監(jiān)控是汽車技術(shù)中的最新應(yīng)用，使用攝像頭來檢測(cè)瞌睡的駕駛者，當(dāng)認(rèn)為駕駛者疲勞或不清醒時(shí)便發(fā)出視覺或聲音警告。駕駛者監(jiān)控系統(tǒng)須要考慮的其他因素還包括車速、道路狀況、加速和減速模式。

在不久的將來即可應(yīng)用到車輛上且基于視覺的技術(shù)，包括了用于人機(jī)界面的手勢(shì)識(shí)別、后視鏡/側(cè)視鏡替代方案，以及安全氣囊配置。在手勢(shì)控制中，駕駛者可以與資訊娛樂中心或控制臺(tái)相連接，毋須觸摸任何按鈕或顯示器。在后視鏡/側(cè)視鏡替代方案方面，可使用攝像頭在車載屏幕上即時(shí)顯示后方/側(cè)方的狀況。至于安全氣囊配置，攝像頭可以檢測(cè)方向盤后駕駛者的準(zhǔn)確位置，萬一發(fā)生碰撞，安全氣囊可以精確配置來保護(hù)駕駛者的要害部位。

這些新功能的一個(gè)實(shí)際例子就是雪佛蘭的2015款 Corvette，其帶有用于性能資料記錄儀的攝像頭，按照駕駛者的視角安裝在頂蓬裝飾中，并將資料記錄在SD卡。

雷達(dá)傳感技術(shù)

由于成本下降，越來越多雷達(dá)系統(tǒng)被用于汽車應(yīng)用中，尤其在短程和遠(yuǎn)端檢測(cè)和識(shí)別中更為明顯。遠(yuǎn)端雷達(dá)系統(tǒng)通常安裝在汽車的前部，用于前視應(yīng)用，比如自我調(diào)整導(dǎo)航控制、制動(dòng)輔助和碰撞警報(bào)。奧迪的Pre Sense Front Plus是遠(yuǎn)端雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)例，設(shè)計(jì)用于幫助避免或減少碰撞前方車輛后部的事故，無論前方車輛是移動(dòng)中還是靜止的。

短程雷達(dá)系統(tǒng)包括盲點(diǎn)檢測(cè)、側(cè)碰警報(bào)、兩側(cè)來車警告系統(tǒng)(Cross-traffic Alert)和車道變換輔助?？巳R斯勒的Cross Path Detection System包括外側(cè)視鏡中的視覺指示器。福特的系統(tǒng)稱為Cross Traffic Alert，是外側(cè)視鏡報(bào)警指示器。

近期的技術(shù)發(fā)展推動(dòng)是將無線連接增加到車輛中。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)之一是采用無線區(qū)域網(wǎng)路(Wi-Fi)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)訊號(hào)組合，車輛可以與其他車輛(V2V)或道路基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)進(jìn)行通訊。

這方面的實(shí)例就是在一列車輛中，當(dāng)前面一部汽車開始剎車，后面的所有車輛都接收到訊號(hào)并相應(yīng)地修改速度和距離。在車輛對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施通訊實(shí)例中，汽車可以變成一個(gè)熱點(diǎn)，并用無線電接收任何建基于位置的服務(wù)資訊。聯(lián)網(wǎng)汽車還可以與自動(dòng)駕駛聯(lián)合工作。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局最近宣布，鑒于美國(guó)聯(lián)網(wǎng)車輛具有極佳的安全效應(yīng)，他們正提議在10年內(nèi)強(qiáng)制在新汽車中使用某些技術(shù)。該公告給制造商發(fā)出訊息，那就是車聯(lián)網(wǎng)的車輛代表了汽車安全的下一階段發(fā)展趨勢(shì)。

攝像頭技術(shù)在ADAS中扮演關(guān)鍵環(huán)節(jié)

到目前為止，本文已經(jīng)探討了許多新的汽車技術(shù)。在所有這些技術(shù)中，以影像為基礎(chǔ)的系統(tǒng)是最突出的。隨著攝像頭成本下降、傳感性能提升和智慧視覺演算法的發(fā)展，在不久將來，至少八到十個(gè)攝像頭將在后視/環(huán)視和夜視系統(tǒng)、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、視鏡替代和行車記錄儀、駕駛/車輛界面等應(yīng)用中使用。

不久將來，正如手機(jī)一樣，由于攝像頭可提供的安全性和便利，當(dāng)消費(fèi)者決定購(gòu)買汽車時(shí)，攝像頭將成為汽車的關(guān)鍵差異化因素。根據(jù)產(chǎn)業(yè)的調(diào)查研究，到2020 年攝像頭出貨量將上升到超過二億部。汽車攝像頭應(yīng)用的關(guān)鍵成長(zhǎng)因素將會(huì)是ADAS，2014年歐洲NCAP開始推動(dòng)這項(xiàng)安全要求，而從2018年開始，美國(guó)將強(qiáng)制實(shí)施后視攝像頭。另外，環(huán)視攝像頭應(yīng)用和停車輔助也將在這段預(yù)測(cè)期間快速成長(zhǎng)。[!--empirenews.page--]

與手機(jī)用攝像頭不同，車規(guī)級(jí)攝像頭要求更嚴(yán)格，尤其在低照度下的性能、動(dòng)態(tài)范圍、近紅外線(NIR)敏感性、在攝氏-40到+105℃寬溫度范圍下的圖像品質(zhì)、長(zhǎng)期可靠性、圖像資料完整性和穩(wěn)健性等方面。另外，所有出貨給汽車應(yīng)用的圖像傳感器都要求符合AEC-Q100以及在ISO/TS 16949認(rèn)證的設(shè)施中生產(chǎn)。如果在廣泛的品質(zhì)/可靠度性能方面沒有大量的研發(fā)和投入，就很難為汽車視像系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造圖像傳感器。隨著安全應(yīng)用中智慧設(shè)計(jì)的增加，例如ADAS，圖像傳感器的性能也須要相應(yīng)地提高。

以下是在圖像傳感器技術(shù)方面的某些關(guān)鍵進(jìn)展，可滿足當(dāng)前和未來汽車影像系統(tǒng)的需求：

1、低照度功能

對(duì)于汽車應(yīng)用來說，低照度下的性能非常重要。例如，在后視攝像頭中，有時(shí)僅有的光源來自汽車的倒車燈。為了看到汽車后部區(qū)域，須要安裝具有非常好圖像傳感器的攝像頭，以便在低于1勒克斯(Lux)的環(huán)境中進(jìn)行查看。

2、高動(dòng)態(tài)范圍

在實(shí)際駕駛情況下，常常會(huì)遭遇很有挑戰(zhàn)性的高反差背光條件。如果有太亮的光，部分圖像可能發(fā)白或出現(xiàn)斑點(diǎn)。更糟的是，如果場(chǎng)景既有非常明亮的區(qū)域，也有非常暗的區(qū)域，普通攝像頭將很難準(zhǔn)確地捕捉整個(gè)場(chǎng)景，這樣的極端情況須要攝像頭在超過100dB的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)工作。

如果沒有高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)，交通標(biāo)志識(shí)別、物體檢測(cè)等ADAS應(yīng)用中的準(zhǔn)確性將會(huì)變差。為實(shí)現(xiàn)HDR攝影機(jī)，圖像感測(cè)器需要特殊的曝光技術(shù)來增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍，以便捕捉非常亮和非常暗的部分場(chǎng)景。靈敏的HDR汽車成像儀，能夠在明顯不同的照明條件下工作，而這正是汽車攝像頭應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵特性。

3、NIR敏感性

駕駛者監(jiān)控、手勢(shì)控制和夜視等新興應(yīng)用需要非常高的近紅外光敏感性，因?yàn)榇祟悜?yīng)用需要850至940nm的近紅外線光譜儀來照亮場(chǎng)景或?qū)崿F(xiàn)3D感測(cè)工作。

小結(jié)：

隨著ADAS和后視/環(huán)視系統(tǒng)的發(fā)展，汽車正變得越來越智慧和越來越安全。CMOS圖像傳感器的性能，將成為準(zhǔn)確捕捉不同場(chǎng)景的關(guān)鍵因素。如果無法正確地捕捉場(chǎng)景信息，系統(tǒng)下游的其余部分可能影響信息的準(zhǔn)確性，因而導(dǎo)致錯(cuò)誤的決定。在系統(tǒng)采集和處理之初，基于視覺解決方案的CMOS圖像傳感器提供準(zhǔn)確的信息做為開始是極其重要的。隨著ADAS系統(tǒng)變得更先進(jìn)，它將為朝向自動(dòng)駕駛趨勢(shì)發(fā)展做好準(zhǔn)備。借助結(jié)合V2V和V2I的連接，自動(dòng)駕駛是汽車技術(shù)發(fā)展過程中的下一個(gè)里程碑。

許多產(chǎn)業(yè)專家預(yù)測(cè)，自動(dòng)駕駛將從2025年開始在大眾市場(chǎng)應(yīng)用中成為現(xiàn)實(shí)。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)正在考慮設(shè)置自動(dòng)駕駛專用車道。有許多討論是關(guān)于如何加快自動(dòng)駕駛技術(shù)的大量應(yīng)用，基于CMOS圖像傳感器的視覺系統(tǒng)將成為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的關(guān)鍵因素。