近年来,在政府实施汽车安全法律法规、消费者驾驶体验和自动驾驶趋势的推动下,汽车图像传感器领域爆发式发展。汽车图像传感器有着广泛的应用。具有优异性能和先进图像处理能力的图像传感器可以提高驾驶安全性和用户的驾驶体验,近年来已成为汽车领域的热门技术。据预测,从2014年到2018年,汽车CMOS传感器市场的复合年增长率将达到28%。
汽车图像传感器的主要应用领域
汽车图像传感器被广泛使用,包括用于视觉应用,如倒车图像、前视、后视、俯瞰、全景停车图像、汽车后视镜更换、车内监测,如乘客监测、疲劳驾驶监测、仪表板控制、行车记录仪(DVR)、安全气囊、,以及先进的驾驶员辅助系统(ADAS),如前方碰撞警告、车道偏离警告、自动远光灯控制、交通信号识别、行人检测、自动驾驶。
影响成像质量的关键性能
微光性能、动态范围和图像信息处理能力是影响成像质量的关键因素。
1.低光性能是一个芯片。
微光性能对汽车图像系统非常重要,而出色的微光性能可以提高夜间光线非常暗时的驾驶安全性。图像传感器制造商的目标都是“在黑暗中看到”。
2.高动态范围(HDR)
HDR是汽车成像系统应用的另一个重要特征,它确保相机能够在宽范围的明暗和高照明对比度下清晰地呈现场景的细节,提高图像信息的准确性,从而增强安全性。
3.广角鱼眼失真校正(DEWARP)
广角鱼眼镜头用于车辆图像时具有视场宽的优点,但采集到的图像信息会发生一定程度的失真。DEWARP技术可用于实时校正广角鱼眼镜头产生的视频图像失真,恢复图像平面。
4.图像叠加
图像叠加是指通过图像传感器和图像处理辅助芯片的结合,对两块板、三张图和倒车的动态辅助线进行扩展、缩放、右视、左/右视。图像叠加功能可以更好地帮助驾驶员看到周围环境,降低事故发生率。
安信半导体的汽车图像传感器方案
自2004年推出全球首款汽车CMOS图像传感器以来,安信半导体为汽车行业提供专用成像解决方案已有10多年,已成为全球汽车应用图像传感器市场的领导者,占整个汽车传感器市场的46%,ADAS图像传感器的市场份额为70%,在后视镜图像领域和ADAS领域排名第一;
在质量和性能方面,安信半导体的汽车图像传感器完全符合AEC-Q100,并提供出色的低光级性能和高动态范围(HDR,>:120 dB),以及鱼眼失真校正和图像叠加等汽车应用优化。2015年,推出了世界上第一个ASIL(汽车安全完整性级别)图像传感器。对于一些应用,安信半导体还提供了一种性能优异的全局快门图像传感器,例如用于座舱疲劳检测的近红外(NIR)方案。为了跟上高清晰度的市场趋势,安信半导体推出了大量100万像素的解决方案,未来还将开发更多1080p传感器。
图1:安信半导体的汽车图像传感器应用和市场地位。
ASX344/340/350AT是一种用于反转图像的片上系统(SoC)。图像信号处理器集成在单个芯片上,增强了像素性能,在弱光条件下提供更高的可视性,支持多达四层的图像叠加,为显示系统提供更多的反转信息,支持数字缩放和平移,并增加了光学中心点校正功能,可以在相机组装生产后为客户提供镜头中心点校正功能,从而节省成本。这三种图像传感器都经过了AEC-Q100的全面认证,工作温度范围从-40摄氏度到105摄氏度不等。它们的区别如下:ASX344AT还集成了鱼眼失真校正功能,并提供UART控制接口,定位为“高性能”;ASX350AT的光学格式为1/5英寸,与ASX344/340AT的1/4英寸不同,被定位为“性价比高”的方案。而ASX340AT被定位为“主流”方案。设计师可以根据目标客户的具体需求选择有针对性的解决方案。
表1:ASX 344/340/350 AT的具体规格
表2:ASX 344/340/350 AT配置选择
ASX344AT的鱼眼失真校正功能提供了180o的更宽场景覆盖范围,传感器的动态范围反映了良好的DR Pix像素技术,在白天和晚上比没有鱼眼校正的镜头具有更多的安全优势。如图1所示,没有鱼眼修正的镜头无法捕捉小黄人的图像信息,但经过鱼眼修正后,驾驶员可以从显示屏上看到车后的两名小黄人,从而避免了倒车时的安全隐患。
图2:2的鱼眼失真校正示例:ASX344AT,白天
图3:3:ASX344AT的鱼眼失真校正示例(夜间)
ASX34xAT系列在白天(通常为100-200勒克斯的明亮光线)和晚上(通常,汽车倒车摄像头在晚上使用约10勒克斯的刹车灯和倒车灯)提供了比竞争设备更好的色彩饱和度和对比度。如图2中的红圈所示,在白天180勒克斯的照明条件下,竞争设备收集的图像过度锐化,颜色边界出现灰色斑点;
在夜间9.5勒克斯的低光照条件下,竞争设备收集的图像过于锐化,噪声更大。
图4:ASX 34 X与竞争设备之间的成像比较
当现有的ADAS和可视化应用集成在一起时,ASIL将是新系统合规性和适用性的参考点,而ASIL B级合规性是当前ADAS设计师的目标。安信半导体推出了全球首款支持ASIL B的230万像素CMOS图像传感器AR0231AT。该设备采用了减少LED闪烁(LFM)的突破性技术,为ADAS应用树立了新的标杆。LFM技术消除了交通灯和汽车LED照明的高频LED闪烁,使交通信号读取算法可以在所有照明条件下工作。AR0231AT具有1/2.7英寸(6.82毫米)光学格式和1928(水平)x 1208(垂直)有源像素阵列。它使用最新的3.0微米背照式(BSI)像素(背照式传感器通常比前照式传感器提供更高的灵敏度)和DR Pix? Anson Semiconductor的技术,以提供双重转换增益,从而在所有照明条件下提高性能。它以线性、HDR或LFM模式捕获图像,并提供模式之间的帧到帧上下文切换。AR0231AT提供高达4次双曝光的HDR,以优异的噪声性能捕捉超过120 dB的动态范围,支持多个摄像头同步,使汽车应用中的多个传感器节点易于实现,并通过简单的双线串行接口实现用户可编程性。它还有几个数据接口,包括MIPI(移动工业处理器接口)、并行和HiSPi(高速串行像素接口)。其他关键功能包括可选的自动或用户控制的黑电平控制,支持扩频时钟输入和多色滤波器阵列选择。
对于驱动器监控等具有挑战性的应用,安信半导体推出了业界首款全球快门传感器AR0135AT,其暗电流比上一代低10倍,快门效率比上一代高4倍。
此外,安信半导体还为整个系统方案提供了先进的图像协处理器。例如,AP0200AT图像协处理器针对后视摄像头进行了优化,并提供以太网输出,集成了支持镜头失真校正和鱼眼校正的空间转换引擎(STE)以及复杂的叠加图形引擎。AP0201AT图像协处理器也基于以太网为全景倒车摄像头提供以太网输出;AP0202AT图像协处理器采用24位并行输出,用于数字全景倒车摄像头;
AP0102AT图像协处理器采用了一个100万像素的720p后视摄像头,包括STE和叠加图形引擎。这些协处理器都提供了符合汽车安全完整性等级(ASIL)A级和B级的功能安全功能。AP020x系列可以与现有的图像传感器配合使用,如100万像素AR0140AT、AR0132AT和AR0136AT以及新的200万像素1080p传感器AR0230AT。
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在车内安装摄像头可以消除传统汽车后视镜的盲点,降低交通事故率。它也是车联网快速发展的基础,并将在实践中逐步推广应用,甚至成为汽车的标准。图像传感器是其背后的英雄。安信半导体是全球汽车图像传感器的领导者,其产品和解决方案阵容涵盖了包括视觉和ADAS应用在内的所有子领域,在宽温度范围内提供高动态范围、优异的低光敏度和优异的性能。同时,为车内检测等新兴领域提供卓越性能的全球快门解决方案,完全符合AEC-Q100。根据市场趋势和客户需求,继续推动新产品开发,并朝着更高分辨率、更多接口和ASIL的方向发展。近年来,在政府实施汽车安全法律法规、消费者驾驶体验和自动驾驶趋势的推动下,汽车图像传感器领域爆发式发展。汽车图像传感器有着广泛的应用。具有优异性能和先进图像处理能力的图像传感器可以提高驾驶安全性和用户的驾驶体验,近年来已成为汽车领域的热门技术。据预测,从2014年到2018年,汽车CMOS传感器市场的复合年增长率将达到28%。
汽车图像传感器的主要应用领域
汽车图像传感器被广泛使用,包括用于视觉应用,如倒车图像、前视、后视、俯瞰、全景停车图像、汽车后视镜更换、车内监测,如乘客监测、疲劳驾驶监测、仪表板控制、行车记录仪(DVR)、安全气囊、,以及先进的驾驶员辅助系统(ADAS),如前方碰撞警告、车道偏离警告、自动远光灯控制、交通信号识别、行人检测、自动驾驶。
影响成像质量的关键性能
微光性能、动态范围和图像信息处理能力是影响成像质量的关键因素。
1.低光性能是一个芯片。
微光性能对汽车图像系统非常重要,而出色的微光性能可以提高夜间光线非常暗时的驾驶安全性。图像传感器制造商的目标都是“在黑暗中看到”。
2.高动态范围(HDR)
HDR是汽车成像系统应用的另一个重要特征,它确保相机能够在宽范围的明暗和高照明对比度下清晰地呈现场景的细节,提高图像信息的准确性,从而增强安全性。
3.广角鱼眼失真校正(DEWARP)
广角鱼眼镜头用于车辆图像时具有视场宽的优点,但采集到的图像信息会发生一定程度的失真。DEWARP技术可用于实时校正广角鱼眼镜头产生的视频图像失真,恢复图像平面。
4.图像叠加
图像叠加是指通过图像传感器和图像处理辅助芯片的结合,对两块板、三张图和倒车的动态辅助线进行扩展、缩放、右视、左/右视。图像叠加功能可以更好地帮助驾驶员看到周围环境,降低事故发生率。
安信半导体的汽车图像传感器方案
自2004年推出全球首款汽车CMOS图像传感器以来,安信半导体为汽车行业提供专用成像解决方案已有10多年,已成为全球汽车应用图像传感器市场的领导者,占整个汽车传感器市场的46%,ADAS图像传感器的市场份额为70%,在后视镜图像领域和ADAS领域排名第一;
在质量和性能方面,安信半导体的汽车图像传感器完全符合AEC-Q100,并提供出色的低光级性能和高动态范围(HDR,>:120 dB),以及鱼眼失真校正和图像叠加等汽车应用优化。2015年,推出了世界上第一个ASIL(汽车安全完整性级别)图像传感器。对于一些应用,安信半导体还提供了一种性能优异的全局快门图像传感器,例如用于座舱疲劳检测的近红外(NIR)方案。为了跟上高清晰度的市场趋势,安信半导体推出了大量100万像素的解决方案,未来还将开发更多1080p传感器。
图1:安信半导体的汽车图像传感器应用和市场地位。
ASX344/340/350AT是一种用于反转图像的片上系统(SoC)。图像信号处理器集成在单个芯片上,增强了像素性能,在弱光条件下提供更高的可视性,支持多达四层的图像叠加,为显示系统提供更多的反转信息,支持数字缩放和平移,并增加了光学中心点校正功能,可以在相机组装生产后为客户提供镜头中心点校正功能,从而节省成本。这三种图像传感器都经过了AEC-Q100的全面认证,工作温度范围从-40摄氏度到105摄氏度不等。它们的区别如下:ASX344AT还集成了鱼眼失真校正功能,并提供UART控制接口,定位为“高性能”;ASX350AT的光学格式为1/5英寸,与ASX344/340AT的1/4英寸不同,被定位为“性价比高”的方案。而ASX340AT被定位为“主流”方案。设计师可以根据目标客户的具体需求选择有针对性的解决方案。
表1:ASX 344/340/350 AT的具体规格
表2:ASX 344/340/350 AT配置选择
ASX344AT的鱼眼失真校正功能提供了180o的更宽场景覆盖范围,传感器的动态范围反映了良好的DR Pix像素技术,在白天和晚上比没有鱼眼校正的镜头具有更多的安全优势。如图1所示,没有鱼眼修正的镜头无法捕捉小黄人的图像信息,但经过鱼眼修正后,驾驶员可以从显示屏上看到车后的两名小黄人,从而避免了倒车时的安全隐患。
图2:2的鱼眼失真校正示例:ASX344AT,白天
图3:3:ASX344AT的鱼眼失真校正示例(夜间)
ASX34xAT系列在白天(通常为100-200勒克斯的明亮光线)和晚上(通常,汽车倒车摄像头在晚上使用约10勒克斯的刹车灯和倒车灯)提供了比竞争设备更好的色彩饱和度和对比度。如图2中的红圈所示,在白天180勒克斯的照明条件下,竞争设备收集的图像过度锐化,颜色边界出现灰色斑点;
在夜间9.5勒克斯的低光照条件下,竞争设备收集的图像过于锐化,噪声更大。
图4:ASX 34 X与竞争设备之间的成像比较
当现有的ADAS和可视化应用集成在一起时,ASIL将是新系统合规性和适用性的参考点,而ASIL B级合规性是当前ADAS设计师的目标。安信半导体推出了全球首款支持ASIL B的230万像素CMOS图像传感器AR0231AT。该设备采用了减少LED闪烁(LFM)的突破性技术,为ADAS应用树立了新的标杆。LFM技术消除了交通灯和汽车LED照明的高频LED闪烁,使交通信号读取算法可以在所有照明条件下工作。AR0231AT具有1/2.7英寸(6.82毫米)光学格式和1928(水平)x 1208(垂直)有源像素阵列。它使用最新的3.0微米背照式(BSI)像素(背照式传感器通常比前照式传感器提供更高的灵敏度)和DR Pix? Anson Semiconductor的技术,以提供双重转换增益,从而在所有照明条件下提高性能。它以线性、HDR或LFM模式捕获图像,并提供模式之间的帧到帧上下文切换。AR0231AT提供高达4次双曝光的HDR,以优异的噪声性能捕捉超过120 dB的动态范围,支持多个摄像头同步,使汽车应用中的多个传感器节点易于实现,并通过简单的双线串行接口实现用户可编程性。它还有几个数据接口,包括MIPI(移动工业处理器接口)、并行和HiSPi(高速串行像素接口)。其他关键功能包括可选的自动或用户控制的黑电平控制,支持扩频时钟输入和多色滤波器阵列选择。
对于驱动器监控等具有挑战性的应用,安信半导体推出了业界首款全球快门传感器AR0135AT,其暗电流比上一代低10倍,快门效率比上一代高4倍。
此外,安信半导体还为整个系统方案提供了先进的图像协处理器。例如,AP0200AT图像协处理器针对后视摄像头进行了优化,并提供以太网输出,集成了支持镜头失真校正和鱼眼校正的空间转换引擎(STE)以及复杂的叠加图形引擎。AP0201AT图像协处理器也基于以太网为全景倒车摄像头提供以太网输出;AP0202AT图像协处理器采用24位并行输出,用于数字全景倒车摄像头;AP0102AT图像协处理器采用了一个100万像素的720p后视摄像头,包括STE和叠加图形引擎。这些协处理器都提供了符合汽车安全完整性等级(ASIL)A级和B级的功能安全功能。AP020x系列可以与现有的图像传感器配合使用,如100万像素AR0140AT、AR0132AT和AR0136AT以及新的200万像素1080p传感器AR0230AT。
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在车内安装摄像头可以消除传统汽车后视镜的盲点,降低交通事故率。它也是车联网快速发展的基础,并将在实践中逐步推广应用,甚至成为汽车的标准。图像传感器是其背后的英雄。安信半导体是全球汽车图像传感器的领导者,其产品和解决方案阵容涵盖了包括视觉和ADAS应用在内的所有子领域,在宽温度范围内提供高动态范围、优异的低光敏度和优异的性能。同时,为车内检测等新兴领域提供卓越性能的全球快门解决方案,完全符合AEC-Q100。根据市场趋势和客户需求,继续推动新产品开发,并朝着更高分辨率、更多接口和ASIL的方向发展。
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