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　　在汽車(chē)行業(yè)，攝像頭逐漸成為高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADDAS)的重要組成部分。這些攝像頭用于多種用途，例如：交通標(biāo)志識(shí)別、用于停車(chē)距離控制(PDC)和車(chē)道偏離警示系統(tǒng)(LDW)的后視系統(tǒng)。如今，許多新型車(chē)輛集成有數(shù)個(gè)攝像頭，覆蓋了汽車(chē)周?chē)乃袇^(qū)域，因而能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)化的安全系統(tǒng)。

　　在這些先進(jìn)的汽車(chē)攝像頭安全系統(tǒng)中，增強(qiáng)的成像和感測(cè)能力開(kāi)啟了一個(gè)無(wú)限可能的世界。攝像頭視覺(jué)系統(tǒng)采用遠(yuǎn)視場(chǎng)來(lái)補(bǔ)足長(zhǎng)距離雷達(dá)，使用較寬視場(chǎng)來(lái)彌補(bǔ)短距雷達(dá)或超聲波傳感器的不足，使得駕駛員可以看到前后方的道路。因此，可提供另一組數(shù)據(jù)來(lái)確認(rèn)所繪制的整體圖片的精確性。例如，來(lái)自雷達(dá)和攝像頭的支持?jǐn)?shù)據(jù)能夠大大增強(qiáng)決策的信心，如使用剎車(chē)系統(tǒng)等等。

　　表1：汽車(chē)攝像頭的要求

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　　汽車(chē)攝像頭安全系統(tǒng)內(nèi)的圖像傳感器

　　自1969年電荷耦合器件(CCD)出現(xiàn)以來(lái)，其應(yīng)用一直在增長(zhǎng)，擴(kuò)展到數(shù)碼相機(jī)、望遠(yuǎn)鏡、攝像機(jī)、掃描儀，以及其它成像應(yīng)用領(lǐng)域。然而，CCD在汽車(chē)安全應(yīng)用方面有其固有的不足之處。最明顯的是：CCD制造需要專(zhuān)門(mén)的工廠、設(shè)備及工藝，這給以低成本大批量生產(chǎn)汽車(chē)攝像頭帶來(lái)了困難。在汽車(chē)安全方面，CCD架構(gòu)也有內(nèi)在的局限性。標(biāo)準(zhǔn)CCD圖像傳感器經(jīng)設(shè)計(jì)以串行方式讀出數(shù)據(jù)，這意味著必須在讀出所有的先前像素之后，才能讀出后面的像素。這限制了幀速或每秒讀取的圖像數(shù)目，在快速捕捉圖像為關(guān)鍵性功能的汽車(chē)安全應(yīng)用中成為一種重要的缺陷。此外，大多數(shù)CCD攝像頭不具備表1突顯的必需的寬動(dòng)態(tài)范圍(WDR)功能。

　　互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器是替代的解決方案，它可在具有高成本效益的商業(yè)代工廠生產(chǎn)，使用與生產(chǎn)其它計(jì)算芯片相同的高量產(chǎn)工藝。CMOS圖像傳感器具有隨機(jī)訪問(wèn)讀取功能，這意味著可對(duì)像素進(jìn)行隨機(jī)尋址，并可快速讀出子幀(sub-frame)，即感興趣的區(qū)域。因此，CMOS圖像傳感器克服了上述CCD傳感器的某些缺點(diǎn)，而且具有幾乎無(wú)限的子采樣和子窗口能力。CMOS攝像頭的一個(gè)附加優(yōu)勢(shì)是能夠滿足寬動(dòng)態(tài)范圍(WDR)和低光照性能要求，進(jìn)一步推動(dòng)CMOS圖像傳感器取代CCD傳感器而成為眾多成像市場(chǎng)(包括汽車(chē)市場(chǎng))的首選傳感器(見(jiàn)圖1)。實(shí)際上，CMOS汽車(chē)傳感器市場(chǎng)可望從2009年的不到1000萬(wàn)個(gè)增長(zhǎng)至2017年的5000萬(wàn)個(gè)以上(IMS 2009年汽車(chē)市場(chǎng)報(bào)告)。

　　在擁有攝像頭安全系統(tǒng)車(chē)輛內(nèi)，使用圖像傳感器來(lái)完成場(chǎng)景觀察或場(chǎng)景處理。

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　　圖1 汽車(chē)應(yīng)用中的CMOS圖像傳感器

　　場(chǎng)景觀察

　　通常在視頻顯示器上輸出的場(chǎng)景觀察應(yīng)用包括后視攝像頭、多攝像頭360度視野、輔助停車(chē)、替代后視鏡、夜視和后排乘客監(jiān)視。在這些應(yīng)用中，關(guān)鍵的圖像傳感器要求包括出色的低光照性能、WDR和低功耗工作，同時(shí)滿足汽車(chē)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，在大批量生產(chǎn)下具有低的單位成本。

　　Aptina imaging公司即是CMOS圖像傳感器供應(yīng)商的典范，面向場(chǎng)景觀察應(yīng)用提供全集成式成像解決方案。例如：專(zhuān)為汽車(chē)場(chǎng)景觀察系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的VGA系統(tǒng)級(jí)芯片(MT9V128和MT9V129)，以及用于下一代視覺(jué)攝像頭的先進(jìn)百萬(wàn)像素(MT9M024)解決方案。

　　場(chǎng)景處理

　　在場(chǎng)景處理應(yīng)用中，處理單元使用成像器的輸出來(lái)發(fā)送警報(bào)或做出有關(guān)車(chē)輛運(yùn)行的決策，包括車(chē)道偏離警示、交通標(biāo)志檢測(cè)、下雨檢測(cè)、前燈調(diào)暗和盲點(diǎn)檢測(cè)。

　　使用這些智能化安全系統(tǒng)，處理計(jì)算機(jī)接收來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，做出決定，并向車(chē)輛子系統(tǒng)發(fā)送指令，以防止發(fā)生事故、減輕事故的嚴(yán)重程度或者保護(hù)車(chē)主。例如處理計(jì)算機(jī)可能使用來(lái)自圖像傳感器的數(shù)據(jù)，確定即將發(fā)生的碰撞，并向車(chē)輛子系統(tǒng)發(fā)出指令以采取剎車(chē)措施。

　　微處理器和圖像傳感器方面的技術(shù)進(jìn)步使得智能化安全系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。隨著技術(shù)進(jìn)步的速度加快，集成更多智能性的圖像傳感器將成為被動(dòng)和主動(dòng)型安全系統(tǒng)的組成部分。

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　　圖2 多攝像頭360度/環(huán)繞視覺(jué)系統(tǒng)拓?fù)?/p>

　　汽車(chē)安全性的未來(lái)支持

　　新興的汽車(chē)攝像頭安全應(yīng)用正在以驚人的速度增長(zhǎng)，這些應(yīng)用的配售率一直在上升。地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)、交通狀況以及駕駛者偏好決定了可用的功能。例如在美國(guó)銷(xiāo)售的汽車(chē)具有后視攝像頭、車(chē)道偏離警示和360度環(huán)繞視覺(jué)功能，而歐洲的駕駛者除了360度環(huán)繞視覺(jué)攝像頭外，還能夠享有后視攝像頭、車(chē)道偏離警示、自動(dòng)遠(yuǎn)光控制、夜視和交通標(biāo)志識(shí)別功能，每輛車(chē)需要多達(dá)八個(gè)或者更多的攝像頭。

　　由于每輛車(chē)的功能和攝像頭數(shù)量都在增加，提供集成新功能和新接口的靈活性，對(duì)于圖像傳感器的制造商而言是十分重要的。無(wú)論是在攝像頭模塊內(nèi)采用協(xié)同芯片方式，或者在電子控制單元(ECU)內(nèi)，最好的辦法是使傳感器和圖像傳感器處理ISP功能分開(kāi)。

　　圖像傳感器制造廠商正在努力提高分辨率，從VGA到百萬(wàn)像素。更高的分辨率可以獲得更清晰的街角和邊緣。當(dāng)然也要控制系統(tǒng)的功耗和成本，最大限度地降低攝像頭模塊的功耗，同時(shí)可以獲得最佳的圖像質(zhì)量。一種降低成本的方法是使用可用于場(chǎng)景觀察和場(chǎng)景處理兩種應(yīng)用的傳感器。這就要求根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接口和應(yīng)用狀況，在主要針對(duì)顯示的場(chǎng)景觀察和發(fā)生在ECU中的場(chǎng)景處理之間復(fù)用傳感器的輸出。Aptina imaging公司開(kāi)發(fā)了解決這些難題的方法，通過(guò)提供能夠用于攝像頭模塊和ECU的百萬(wàn)像素傳感器以及協(xié)同芯片的解決方案，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更低的功耗和出色的靈活性。

　　結(jié)論

　　汽車(chē)業(yè)在生產(chǎn)行駛更安全的車(chē)輛方面繼續(xù)承受越來(lái)越大的壓力。如今，攝像頭視覺(jué)系統(tǒng)已成為開(kāi)發(fā)更先進(jìn)安全系統(tǒng)的關(guān)鍵。在這些系統(tǒng)中，CMOS圖像傳感器不僅能夠滿足WDR和低光照性能要求，還可提供對(duì)于價(jià)格敏感的汽車(chē)市場(chǎng)至關(guān)重要的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，有助于該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顯著增長(zhǎng)。