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超越人类视力局限:先进图像传感器如何提升行车安全

关键词:图像传感器 ADAS

时间:2024-01-03 15:04:27      来源:安森美

尽管包括碰撞结构、安全气囊、刹车和轮胎在内的汽车技术不断进步,帮助提高了车辆安全性,但我们仍然面临着各种道路风险。而且,这些风险是不断变化的。低光照度等驾驶条件会显著增加道路危险性,而此类驾驶条件不仅给驾驶员带来挑战,同时也对车辆先进驾驶辅助系统 (ADAS) 中的传感器带来考验。在严苛的夜间和低光环境中,需要高性能汽车传感器来确保行车安全。

尽管包括碰撞结构、安全气囊、刹车和轮胎在内的汽车技术不断进步,帮助提高了车辆安全性,但我们仍然面临着各种道路风险。而且,这些风险是不断变化的。低光照度等驾驶条件会显著增加道路危险性,而此类驾驶条件不仅给驾驶员带来挑战,同时也对车辆先进驾驶辅助系统 (ADAS) 中的传感器带来考验。在严苛的夜间和低光环境中,需要高性能汽车传感器来确保行车安全。

显而易见,在低光条件下,道路存在更大的风险。低光环境增加驾驶危险性的主要原因之一是人类视力的局限性。在黑暗条件下,驾驶员往往无法及时察觉风险,或者完全注意不到风险。而且,对向车灯会让驾驶员眩目,使问题变得更加严重。此外,驾驶员打瞌睡或酒后驾驶等因素,也会进一步增加风险。面对这些因素和环境条件,ADAS功能可以帮助减少事故发生,因而底层传感器的性能对确保安全至关重要。

低光性能

安森美 (onsemi)深知汽车应用的复杂性,因此开发了AR0220AT 。这款170万像素 (MP) 传感器专为ADAS功能而设计。该传感器的强大性能源于先进的双转换增益 (DCG),以及更大的4.2µm像素设计。许多传感器制造商都采用了大小像素设计,使用小型光电二极管和大型光电二极管的组合,但这很容易产生饱和问题,并在低光条件下产生不必要的伪影。

通过DCG技术,我们可以使用更大的像素尺寸,传感器可以动态调整像素的转换增益,从而根据场景的动态范围调整响应。这项技术可实现对高动态范围 (HDR) 环境的精确成像,并减少来自脉冲光源(如汽车前大灯和刹车灯)的闪烁效果。

在夜间场景中,图像噪声和伪影可能会掩盖道路上的危险,或被误认为危险。在黑暗的条件下,AR0220AT的高灵敏度和低噪声图像能够准确展示前方路况(图1)。


图1:竞争对手的传感器(左侧)与安森美 ART0220AT(右侧)的对比。请注意左侧图中的低光性能下降和出现伪影

在典型的极具挑战的场景中,如日出或日落时,环境光较弱,而太阳光很强。


图2:竞争产品(左侧)与安森美(右侧)的信噪比性能比较

其他设计考虑因素

对于传感器提供的安全性和希望有效实施该技术的汽车制造商来说,还有其他重要的考虑因素。这款传感器使用嵌入式硬件机制来实时监测所有图像,将每一帧图像标记为“良好”或“潜在问题”。这样,ADAS控制器就能完全确保每帧图像的准确性,防止错误图像触发不必要的车辆干预,并使系统能够执行正确的操作。

对于安森美而言,集成球栅阵列 (iBGA) 封装是合理的选择。因为与许多竞争方案所使用的芯片级封装 (CSP) 相比,iBGA设计紧凑,同时热稳定性更高。与CSP设计不同,iBGA在许多汽车应用面临的严苛高温条件下不易变形。AR0220AT还经优化设计,工作功耗降至269mW,这不仅降低了运行温度,而且进一步减少了传感器噪声,并提高了低光性能。


图3:竞争产品(左侧)与安森美产品(右侧)因角度性能造而成的色彩损失对比

总结

汽车图像传感器的可靠性和图像质量至关重要,需要在各种条件下保持高性能,以确保在任何路况下的安全性。在设计满足此类需求的摄像头系统时,需要考虑许多特性,但也许最重要的特性是传感器的动态范围和低光性能。制造商可以依靠AR0220AT的高性能和易集成性,为ADAS系统提供更高水平的安全性和自主性。

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