安森美的智能成像方案使道路更安全

2021-11-12 14:45:53 來源:安森美
隨著汽車中的高性能 CMOS 成像、激光雷達等智能感知配置的增加,汽車自動駕駛水平在不斷提高,同時減少交通事故傷亡,提高道路安全性。領先于智能電源和智能感知技術的安森美(onsemi)提供全系列智能感知方案,包括圖像傳感器、超聲波、激光雷達及傳感器融合,其圖像傳感器在先進輔助駕駛系統(ADAS)及自動駕駛領域擁有超過80% 的市場份額,并具備高分辨率、高動態范圍(HDR)、LED抗閃爍(LFM)、安全可靠等優勢,加持全面的產品組合,包括電源管理、照明方案、電機驅動器、系統設計專知、參考設計、強大而靈活的開發套件、經驗豐富的應用支援、符合 ISO-26262/ASIL 標準的關鍵器件以及廣泛的合作伙伴生態系統,支持安全地ADAS及L2+級自動駕駛,每小時可有望挽救9條生命,每年累計可有望挽救81,000條生命。

可擴展的圖像傳感器平臺:減少開發時間,降低設計風險,且滿足不斷發展的汽車安全要求

安森美這可擴展的圖像傳感器系列包含從130萬像素到830萬像素的多款產品,具有卓越的微光性能和>140 dB的高動態范圍,Clarity+實現感知+視覺的融合,且都符合AEC-Q100車規和ISO26262 ASIL-C,采用通用架構,使汽車OEM充分利用現有器件的軟件和算法,實現高效開發。其中,4.2 um的AR0138是高性價比的720P ADAS攝像頭的理想選擇,超低照,符合歐洲新車評估計劃(Euro NCAP);4.2 um的AR0220比AR0138的分辨率稍高; AR0820分辨率最高達830萬像素,適用于夜間前視ADAS和更高級別的自動駕駛。


 
AR0820高分辨率DR-Pix

高分辨率對自動駕駛很重要。因為更高的分辨率支持系統檢測和識別更小的物體。這可在更遠的距離檢測到物體和其他危險,提醒駕駛員并更快地采取行動,從而提高駕駛安全。這是由自動駕駛汽車需要看得更遠,并有能力檢測各種大小形狀的物體所帶動的。AR0820是830萬像素、2.1 um DR-Pix 晶圓堆疊式汽車傳感器,在所有條件下的感知能力是人眼視覺的100倍,晶圓堆疊技術實現緊湊的相機設計。

高動態范圍(HDR)是攝像頭傳感器的一個關鍵和重要參數,是傳感器在同一幀中看到場景最暗的部分和最亮的部分之間的能力,不會出現過度飽和或飽和不足。換句話說,傳感器需要不受環境光條件變化的影響,比如突然暴露在明亮的陽光下或反射下,或者在白天駛入/駛出隧道。AR0820提供>140 dB的高動態范圍,最長可達185米,適用于最嚴苛的照明條件,可在自動駕駛應用中安全可靠地使用。NIR+技術實現增強的近紅外成像,從而提供同類最佳的微光性能,在夜間表現極佳。

隨著車聯網的發展,在傳感器層面上增加網絡安全也很重要。AR0820集成硬件安全模塊、安全啟動視頻認證和控制加密,確??煽亢桶踩倪\行。

值得一提的是,中國L4級無人駕駛出租車(RoboTaxi)的領跑者AutoX已在其第5代RoboTaxi 中采用了28顆AR0820,以與其他傳感器融合實現高分辨率攝像頭。

Hayabusa系列:超級曝光技術解決汽車圖像世界的挑戰

汽車圖像世界通常面臨以下挑戰:真實世界的場景通常達到120-140 dB,溫度范圍低于-40C至+ 105C的極端條件,要能在夜間街道上檢測到行人或騎自行車的人以符合歐洲新車評估計劃 (NCAP),以及交通信號燈/ LED路牌閃爍。

Hayabusa解決上述極端溫度條件、高動態范圍、LED抗閃爍、功能安全和NCAP評估標準等挑戰,是汽車圖像感知系統的一大突破技術,該系列具有通用架構和像素,提供>140 dB超高動態范圍(HDR)同時抑制LED閃爍,采用背照式(BSI)技術,且符合AEC-Q100 Grade 2和ISO26262 ASIL-B,適用于ADAS、全景環視(SVS)、倒車(RVC)、車鏡、自動駕駛等多個細分市場。
 
 

其中,AR0233AT是260萬像素1/2.5英寸 BSI HDR 汽車傳感器,采用超級曝光3.0 um BSI像素 (此前用于高端電影工業的HDR像素技術),具備出色的微光性能,曝光控制的可編程靈活性,單次曝光的動態范圍>95 dB,多重曝光可使動態范圍>140 dB,在120 HDR+LFM模式下提供60 fps的1080p圖像,片上HDR降低系統成本,此外,具備低噪聲、低功耗架構系統,功能安全處于領先地位,輸出接口達24位 RAW。

Hayabusa超級曝光像素概念

汽車前燈、尾燈、交通標志中通常采用更省電的脈沖式LED照明,明亮的場景下傳感器短時曝光會導致光脈沖丟失,圖像閃爍。安森美開發并擁有超級曝光像素和大小像素架構的知識產權(IP),公司認為超級曝光像素是用于視覺和ADAS功能的最佳選擇,通過在汽車應用環境和曝光時間范圍內測試實際產品來確定合適的平衡點,以保證卓越的超級曝光像素圖像/視頻質量(噪聲、顏色、清晰度和細節),兼具符合要求的抑制LED閃爍的能力。超級曝光像素更易于擴展到更小的尺寸,并且沒有大小像素結構的嚴重像素串擾缺點,為攝像機設計提供更有優勢的制造成本,降低鏡頭成本和生產精度要求。

Hayabusa超級曝光像素超普通像素電子容量的5倍,長時間曝光以捕獲脈沖光而不會過飽和,并針對人眼視覺+機器視覺做了優化,支持>95 dB 動態范圍同時避免閃爍或運動假影(>100ke- 全阱容量),最快可達60 fps和通過添加非常短的T2 (~1/64 –~1/256 比率)實現超過120 dB動態范圍并最小化HDR+LFM 運動偽影。

性能評估:AR0233 VS 競爭器件

  • 多幀合并過渡區域的SNR:圖像融合過渡區的噪聲,即信噪比跌落的V字極小值,是評估HDR性能時很重要的因素。這個信噪比極小值對溫度敏感,隨溫度上升會進一步下降。競品在微光下有更高的噪聲。AR0233 顯示更高的動態范圍; 競品受到固定光學PD比率的限制。由于靈敏度更高,AR0233在微光下具有更高的SNR,在明亮的HDR場景中可以保持SNR> 30dB;競品受限于小像素噪聲,已經降到了20 dB,溫度越高,SNR下降越多,動態范圍減小,導致性能惡化。
  • HDR+LFM:動態范圍,是從微光下的低噪(SNR = 1)到HDR幀的信號飽和點之間的范圍,以分貝表示。閃爍定義為脈沖光源的開與關; 限制最小曝光時間大于最小脈沖周期,就可以抑制閃爍。衡量對LED閃爍的抑制能力,可以測量輸入不同頻率LED脈沖時,圖像傳感器輸出的調制結果。測試中,競品動態范圍較?。ń煌ㄐ盘枱艉颓盁麸柡停?,兩個傳感器圖像均無開/關閃爍(限速標志和尾燈)。
 
  • 運動偽影:移動場景中物體拖尾和HDR多幀捕獲時間上的差異,最終導致圖像中運動“重影”的程度。與上一代3重曝光HDR不同,超級曝光+T2提供最小的運動偽影和自然模糊,曝光時間僅很短的1微秒?;诖笮∠袼氐姆桨覆粫憩F出這微小的重影,但會產生如前所述的偽影。
注重實時功能安全

圖像傳感器是車輛的眼睛,功能安全檢測對系統評估和反應至關重要,實時安全機制使系統能評估每幀的響應,實現更安全的設計。安森美的汽車圖像傳感器將實時功能安全放在首位,在十多年的積累中,安森美收集了8000多種失效圖像并打造了故障圖像庫。算法平臺可基于該數據庫進行故障建模、仿真賦能算法驗證和系統行為分析。

總結

智能感知方案是先進安全和自主功能的核心,隨著車輛向更先進的安全性和自主性的演變,感知方案的改進性能正在為更高水平的安全和自動駕駛功能開辟道路。作為第一大汽車圖像傳感器供應商,安森美提供的傳感器具備領先業界的高動態范圍、LED抗閃爍(LFM)和微光靈敏度,符合車規,注重功能安全,如最新的AR0820和AR0233,解決汽車成像挑戰,配以超聲波、激光雷達及傳感器融合等感知方案,使道路更安全,且可擴展性高的成像平臺,加上電源管理、照明方案、電機驅動器、參考設計和開發套件等,使開發新產品更靈活高效。

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