【導讀】隨著車輛從主要由先進駕駛輔助係統(ADAS)zhichihejiashiyuankongzhixiangquanzidongjiashidefangxiangfazhan，tuxiangchuanganqidexingnengbiandegengguanjian。youqishiganzhizhouweihuanjingyibaozhengsuoyoudaolushiyongzheanquandetuxiangchuanganqi。

隨著車輛從主要由先進駕駛輔助係統(ADAS)zhichihejiashiyuankongzhixiangquanzidongjiashidefangxiangfazhan，tuxiangchuanganqidexingnengbiandegengguanjian。youqishiganzhizhouweihuanjingyibaozhengsuoyoudaolushiyongzheanquandetuxiangchuanganqi。

zaibuliangdezhaominghegaowenxia，chuanganqidexingnenghuixiajiang
，lukuangbiandejuyoutiaozhanxing。yinci，tuxiangchuanganqibixuzaisuoyoutiaojianxiatigongchusedexingnengzhichizidongjiashi。zhepianjishuwenzhangjiangtantaotuxiangchuanganqiruhefazhanyiyingduizidongjiashidetiaozhan

，yizuixindejishu、符合需求的價位提供行業要求的性能。

suizhecheliangcongwanquanyoujiashiyuankongzhi，daotigongjiashifuzhu
，zaidaozuizhongjieguanjiashirenwu，tamenxuyaonengganzhizhouweihuanjing。suirancheliangkeshiyongjizhongbutongdechuanganqimoshi，danyouyutuxiangchuanganqijuyoubuhuoxingzhuang
、紋理和顏色的獨特能力，且成本相對較低，因此是最通用和最受歡迎的傳感器之一。

部署用於汽車環境的圖像傳感器有許多挑戰。光線條件可能會產生極端的對比度和潮濕路麵的眩光
，而天氣條件包括雨

、霧和雪會降低能見度。交通信號燈、路標、車輛前大燈和尾燈通常使用LED照明。LED照明的一個巨大優勢是它非常高效；但它通常是脈衝式的。雖然人眼看不到這脈衝，但圖像傳感器會將其呈現為閃爍的圖像流。

qicheshijiaodezhuyaozuoyongzhiyishijiancechelianglujingshangdewuti。cheliangnengkandaoyueyuandewuti，jiuyouyuechangdeshijianzuojuecehefanying。yincixuyaogaofenbianlvhegaotuxiangzhilianglaibianbieyuanchudewuti。

隨著在車輛整個係統中部署更多的圖像傳感器，成本至關重要——這些傳感器不僅用於前視，還提供360度環視和監控乘客座艙。有些汽車有10多個圖像攝像頭。

從輔助駕駛向自動駕駛發展

美國汽車工程師學會(SAE)定義了一個6級模型圖，說明了從非智能車輛到所有駕駛條件下全自動駕駛的車輛發展，如圖1所示。

目前，許多車輛的自動化水平是L2級
，其中包括最基本的控製
，如糾正高速公路上的車輛漂移。向L3級遷移意義重大，因為L3級對車輛移動的控製更自動化。圖像傳感器將需要提供800萬像素(MP)分辨率來支持這——比現在通常使用的圖像傳感器增加了4倍。這對某些情況下的自主運行來說是足夠的，例如在高速公路上。向L4級和L5級發展
，圖像傳感器的分辨率將需要高得多

，從而支持所有情況下的自主工作。

同樣，取決於用途，環視感知和盲點攝像頭也將分辨率提高到300萬像素甚至800萬像素，並同時含LED閃爍抑製功能和高動態範圍(HDR)。

圖一 提高汽車自動化水平的SAE模型

另外，非拜耳濾光片已越來越多地取代了拜耳色彩濾光片陣列(CFA)，以改善微光下的工作，同時仍提供好的色彩性能。

像素大小

如果像素大小保持不變，提高傳感器的分辨率會導致成本大幅上升——目前像素大小從4.2微米(μm)降至3 μm。不過，將像素大小減少到2.1 μm將使800萬像素傳感器的成本大幅降低，也就是說像素大小為2.1 μm的800萬像素傳感器與像素大小為4.2 μm或3 μm的800萬像素傳感器相比，成本將低很多。相對成本比較如圖2所示。

圖二 減小的像素大小顯著節省成本

因此有人可能會認為，在關鍵的性能參數方麵如微光性能
、信噪比(SNR)或HDR會有一些折衷。但情況並非如此。安森美(onsemi)的3.75 μm
、3 μm和2.1 μm像素的傳感器，微光性能指標(SNR1和SNR3)基本相似。安森美的新的2.1 μm像素圖像傳感器的SNR和 HDR性能優於3 μm像素圖像傳感器。參見圖3，了解SNR1和SNR3指標的相對比較。

圖三 減小的像素大小不影響微光性能

此外


，與其他供應商的3.0 μm 300萬像素或500萬像素傳感器相比，安森美的2.1 μm 800萬像素傳感器方案以相當或更低的成本擴大了探測距離。

圖四 安森美的830萬像素傳感器比競爭對手的3 μm傳感器的探測距離更遠

在夜間探測僅由車燈照亮的石頭這一具有挑戰性的例子中
，3 μm的300萬像素和500萬像素傳感器的探測距離分別為125米和150米。相比之下，安森美的傳感器達到了170米(圖4)。這延伸的距離相當於係統有更多的反應時間，有助於大大提高安全性。

圖像質量和更高的汽車溫度

將色彩濾光片從拜耳式改為RYYCy或RCCB，並納入高質量的HDR色彩管道，如Clarity+，可(ke)顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)傳(chuan)感(gan)器(qi)性(xing)能(neng)和(he)圖(tu)像(xiang)質(zhi)量(liang)。非(fei)拜(bai)耳(er)色(se)彩(cai)濾(lv)光(guang)片(pian)模(mo)式(shi)允(yun)許(xu)更(geng)多(duo)的(de)光(guang)子(zi)進(jin)入(ru)每(mei)個(ge)像(xiang)素(su)，從(cong)而(er)改(gai)善(shan)微(wei)光(guang)性(xing)能(neng)。這(zhe)使(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)具(ju)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)能(neng)夠(gou)更(geng)好(hao)地(di)“看”到

，同時使捕獲的原始物體圖像色彩準確，處理成高質量的圖像。

SNR是所有圖像傳感器的一個重要參數，因為它與係統在傳感器生成的圖像中檢測物體的能力有關。在高溫下，一個典型的3 μm分體二極管傳感器的SNR會下降到20 dB左右。在這個水平上

，噪聲是明顯可見的
，而且物體檢測也更困難。一個可比的安森美傳感器的SNR水平超過30 dB。在這個水平上，噪聲明顯減少，物體檢測也容易得多，從而為視覺應用帶來了視覺上更愉悅的圖像。

高溫對圖像傳感器來說始終是個挑戰，可能大大降低圖像質量和性能。這在汽車應用中尤其如此，傳感器在其80%以上的壽命期內都工作在80 ℃或更高的結溫下——由於處於陽光直射下，並被設計在小的封閉空間內
，這空間內還有其他電子器件在運行中產生熱量。

即使在125℃的結溫下，安森美2.1 μm像素大小的圖像傳感器在中高光照條件下也能達到25 dB以上的SNR性能
，從而確保在所有工作條件下都能實現精確的物體檢測。

現代2.1 μm汽車HDR LFM圖像傳感器

安森美最新的汽車圖像傳感器提供3840x2160(830萬像素)的分辨率，含最新一代2.1 μm超級曝光像素。該傳感器采用了真正的LED閃爍抑製(LFM)像素技術，可生成達155 dB的HDR圖像，無閃爍時超過110 dB。HDR 幀率可以達到60幀/秒(fps)，而將幀率降低到45 fps將使HDR從110 dB提高到145 dB以上。

圖五 安森美2.1 μm傳感器(左)和競爭對手的3 μm傳感器(右)圖像質量對比(裁剪後）

關於微光性能
，2.1 μm傳感器的性能與性能非常好的3 μm像素傳感器相當或更好。圖5說明了2.1 μm傳感器與競爭對手的3 μm傳感器相比的HDR圖像質量差異，突出了更好的動態範圍
，捕獲到更好的細節和交通信號燈的真實顏色。在結溫(Tj)高達100 ℃時
，過渡SNR超過30 dB，即使在極端溫度下(Tj=125 ℃)
，SNR 也超過25 dB。在所有條件下，該傳感器都能產生高色彩保真度的清晰圖像，這部分歸功於拜耳和非拜耳CFA技術所提供的範圍——RGGB
、RCCB、RCCG和RYYCy。

總結

先xian進jin的de自zi主zhu車che輛liang越yue來lai越yue依yi賴lai高gao性xing能neng的de成cheng像xiang器qi，使shi其qi能neng夠gou感gan知zhi周zhou圍wei的de環huan境jing。雖sui然ran提ti高gao圖tu像xiang傳chuan感gan器qi的de性xing能neng是shi可ke以yi實shi現xian的de，但dan在zai不bu增zeng加jia成cheng本ben的de情qing況kuang下xia這zhe樣yang做zuo是shi具ju有you挑tiao戰zhan性xing的de。

安森美的成像器件設計表明，縮小像素大小的800萬像素傳感器的價格與目前200萬像素4.2 μm傳感器和(400-500)萬像素3 μm傳感器的價格相近，不影響微光性能的SNR和HDR。此外，采用非拜爾式CFA更增強了極為重要的微光性能。

高溫始終是個挑戰，傳感器被置於有限的空間裏，這空間裏還有發熱的器件，並暴露在陽光下。安森美傳感器在高達125 ℃的溫度下可以提供出色的性能，確保在所有工作條件下都能捕獲到高質量的圖像。

下一代圖像傳感器對於車輛安全和向更高自主性發展至關重要。

（來源：安森美半導體
，作者：安森美汽車方案分部(ASD)技術和產品戰略高級經理Sergey Velichko）

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