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安森美的智能成像方案使道路更安全
2021-11-09 标签: 芯片  业界 来源:安森美

随着汽车中的高性能 CMOS 成像、激光雷达等智能感知配置的增加,汽车自动驾驶水平在不断提高,同时减少交通事故伤亡,提高道路安全性。领先于智能电源和智能感知技术的安森美(onsemi)提供全系列智能感知方案,包括图像传感器、超声波、激光雷达及传感器融合,其图像传感器在先进辅助驾驶系统(ADAS)及自动驾驶领域拥有超过80% 的市场份额,并具备高分辨率、高动态范围(HDR)、LED抗闪烁(LFM)、安全可靠等优势,加持全面的产品组合,包括电源管理、照明方案、电机驱动器、系统设计专知、参考设计、强大而灵活的开发套件、经验丰富的应用支援、符合 ISO-26262/ASIL 标准的关键器件以及广泛的合作伙伴生态系统,支持安全地ADAS及L2+级自动驾驶,每小时可有望挽救9条生命,每年累计可有望挽救81,000条生命。


可扩展的图像传感器平台:减少开发时间,降低设计风险,且满足不断发展的汽车安全要求

安森美这可扩展的图像传感器系列包含从130万像素到830万像素的多款产品,具有卓越的微光性能和>140 dB的高动态范围,Clarity+实现感知+视觉的融合,且都符合AEC-Q100车规和ISO26262 ASIL-C,采用通用架构,使汽车OEM充分利用现有器件的软件和算法,实现高效开发。其中,4.2 um的AR0138是高性价比的720P ADAS摄像头的理想选择,超低照,符合欧洲新车评估计划(Euro NCAP);4.2 um的AR0220比AR0138的分辨率稍高; AR0820分辨率最高达830万像素,适用于夜间前视ADAS和更高级别的自动驾驶。


AR0820高分辨率DR-Pix


高分辨率对自动驾驶很重要。因为更高的分辨率支持系统检测和识别更小的物体。这可在更远的距离检测到物体和其他危险,提醒驾驶员并更快地采取行动,从而提高驾驶安全。这是由自动驾驶汽车需要看得更远,并有能力检测各种大小形状的物体所带动的。AR0820是830万像素、2.1 um DR-Pix 晶圆堆叠式汽车传感器,在所有条件下的感知能力是人眼视觉的100倍,晶圆堆叠技术实现紧凑的相机设计。

高动态范围(HDR)是摄像头传感器的一个关键和重要参数,是传感器在同一帧中看到场景最暗的部分和最亮的部分之间的能力,不会出现过度饱和或饱和不足。换句话说,传感器需要不受环境光条件变化的影响,比如突然暴露在明亮的阳光下或反射下,或者在白天驶入/驶出隧道。AR0820提供>140 dB的高动态范围,最长可达185米,适用于最严苛的照明条件,可在自动驾驶应用中安全可靠地使用。NIR+技术实现增强的近红外成像,从而提供同类最佳的微光性能,在夜间表现极佳。

随着车联网的发展,在传感器层面上增加网络安全也很重要。AR0820集成硬件安全模块、安全启动视频认证和控制加密,确保可靠和安全的运行。

值得一提的是,中国L4级无人驾驶出租车(RoboTaxi)的领跑者AutoX已在其第5代RoboTaxi 中采用了28颗AR0820,以与其他传感器融合实现高分辨率摄像头。


Hayabusa系列:超级曝光技术解决汽车图像世界的挑战

汽车图像世界通常面临以下挑战:真实世界的场景通常达到120-140 dB,温度范围低于-40C至+ 105C的极端条件,要能在夜间街道上检测到行人或骑自行车的人以符合欧洲新车评估计划 (NCAP),以及交通信号灯/ LED路牌闪烁。

Hayabusa解决上述极端温度条件、高动态范围、LED抗闪烁、功能安全和NCAP评估标准等挑战,是汽车图像感知系统的一大突破技术,该系列具有通用架构和像素,提供>140 dB超高动态范围(HDR)同时抑制LED闪烁,采用背照式(BSI)技术,且符合AEC-Q100 Grade 2和ISO26262 ASIL-B,适用于ADAS、全景环视(SVS)、倒车(RVC)、车镜、自动驾驶等多个细分市场。


其中,AR0233AT是260万像素1/2.5英寸 BSI HDR 汽车传感器,采用超级曝光3.0 um BSI像素 (此前用于高端电影工业的HDR像素技术),具备出色的微光性能,曝光控制的可编程灵活性,单次曝光的动态范围>95 dB,多重曝光可使动态范围>140 dB,在120 HDR+LFM模式下提供60 fps的1080p图像,片上HDR降低系统成本,此外,具备低噪声、低功耗架构系统,功能安全处于领先地位,输出接口达24位 RAW。


Hayabusa超级曝光像素概念

在汽车前灯、尾灯、交通标志中通常采用更省电的脉冲式LED照明,明亮的场景下传感器短时曝光会导致光脉冲丢失,图像闪烁。安森美开发并拥有超级曝光像素和大小像素架构的知识产权(IP),公司认为超级曝光像素是用于视觉和ADAS功能的最佳选择,通过在汽车应用环境和曝光时间范围内测试实际产品来确定合适的平衡点,以保证卓越的超级曝光像素图像/视频质量(噪声、颜色、清晰度和细节),兼具符合要求的抑制LED闪烁的能力。超级曝光像素更易于扩展到更小的尺寸,并且没有大小像素结构的严重像素串扰缺点,为摄像机设计提供更有优势的制造成本,降低镜头成本和生产精度要求。

Hayabusa超级曝光像素超普通像素电子容量的5倍,长时间曝光以捕获脉冲光而不会过饱和,并针对人眼视觉+机器视觉做了优化,支持>95 dB 动态范围同时避免闪烁或运动假影(>100ke- 全阱容量),最快可达60 fps和通过添加非常短的T2 (~1/64 –~1/256 比率)实现超过120 dB动态范围并最小化HDR+LFM 运动伪影。


性能评估:AR0233 VS 竞争器件


多帧合并过渡区域的SNR:图像融合过渡区的噪声,即信噪比跌落的V字极小值,是评估HDR性能时很重要的因素。这个信噪比极小值对温度敏感,随温度上升会进一步下降。竞品在微光下有更高的噪声。AR0233 显示更高的动态范围; 竞品受到固定光学PD比率的限制。由于灵敏度更高,AR0233在微光下具有更高的SNR,在明亮的HDR场景中可以保持SNR> 30dB;竞品受限于小像素噪声,已经降到了20 dB,温度越高,SNR下降越多,动态范围减小,导致性能恶化。

HDR+LFM:动态范围,是从微光下的低噪(SNR = 1)到HDR帧的信号饱和点之间的范围,以分贝表示。闪烁定义为脉冲光源的开与关; 限制最小曝光时间大于最小脉冲周期,就可以抑制闪烁。衡量对LED闪烁的抑制能力,可以测量输入不同频率LED脉冲时,图像传感器输出的调制结果。测试中,竞品动态范围较小(交通信号灯和前灯饱和),两个传感器图像均无开/关闪烁(限速标志和尾灯)。


运动伪影:移动场景中物体拖尾和HDR多帧捕获时间上的差异,最终导致图像中运动“重影”的程度。与上一代3重曝光HDR不同,超级曝光+T2提供最小的运动伪影和自然模糊,曝光时间仅很短的1微秒。基于大小像素的方案不会表现出这微小的重影,但会产生如前所述的伪影。


注重实时功能安全

图像传感器是车辆的眼睛,功能安全检测对系统评估和反应至关重要,实时安全机制使系统能评估每帧的响应,实现更安全的设计。安森美的汽车图像传感器将实时功能安全放在首位,在十多年的积累中,安森美收集了8000多种失效图像并打造了故障图像库。算法平台可基于该数据库进行故障建模、仿真赋能算法验证和系统行为分析。


总结

智能感知方案是先进安全和自主功能的核心,随着车辆向更先进的安全性和自主性的演变,感知方案的改进性能正在为更高水平的安全和自动驾驶功能开辟道路。作为第一大汽车图像传感器供应商,安森美提供的传感器具备领先业界的高动态范围、LED抗闪烁(LFM)和微光灵敏度,符合车规,注重功能安全,如最新的AR0820和AR0233,解决汽车成像挑战,配以超声波、激光雷达及传感器融合等感知方案,使道路更安全,且可扩展性高的成像平台,加上电源管理、照明方案、电机驱动器、参考设计和开发套件等,使开发新产品更灵活高效。



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