高动态范围CMOS图像传感器在汽车视觉系统中的应用

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1. 简介
 

随着汽车安全重要性的凸显,行车辅助系统(Driving Assistance System,DAS)在汽车领域的应用越来越广泛。在这类应用中,图视觉系统是必不可少的一个组成部分,其必须快速、精确地感知各种路况,进而提前预警或控制车辆行为。这要求系统的前端----摄像头能够最大限度地适应不同的光照条件,提供路况场景的细节信息。


图1显示了汽车视觉系统的主要应用,包括前视、后视、侧视、内视等。以前视为例,夜视(Night Vision,NV)、车道偏离预警(Lane Departure Warning,LDW)、碰撞预警(Collision Warning,CW)、交通标志识别(Traffic Sign Recognition,TSR)等应用要求视觉系统在各种天气、路况条件下,能够清晰识别车道线、车辆、障碍物、交通标志等。所有这些功能要求图像传感器的动态范围(Dynamic Range,DR)足够高,为后级图像处理系统提供丰富的细节信息。


本文主要讨论图像传感器在汽车视觉系统中的应用。第二部分介绍汽车视觉系统对图像传感器性能的要求,第三部分讨论高动态范围图像传感器技术。第四部分对本文作一个总结。

 

 

 


2. 汽车视觉系统中的图像传感器


图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的器件,是摄像头的重要组成部分,如图2所示。在典型汽车应用中,视觉系统要处理一些复杂的路面情况,比如来面向阳光行车、进出隧道、以及夜间会车时对面车辆前照灯等。这类路况要求摄像头,以及其中的图像传感器能够自动适应这类复杂场景,否则图像中细节信息的损失很难通过后级信号处理方法来恢复。

 

 

 

 

一幅画面中,最亮部分和最暗部分亮度的比值被称作动态范围,比如,阳光直射下某亮色物体亮度大约是100kcd/ m2,阴影下的暗色物体亮度大约是100mcd/ m2。某场景若同时包括这两种物体,则图像的动态范围是120dB。只有图像传感器的动态范围高于120dB,汽车视觉系统才能有效地对该场景进行图像采集。


考虑到夜间行车,有些道路没有路灯或者路灯很暗,汽车视觉系统也需要在低光照场景下采集路况信息。针对汽车应用,图像传感器需要满足一系列汽车级要求,如宽温度范围、高可靠性、高集成度、低成本等。表1总结了汽车视觉系统中图像传感器应该具有的性能:

 

 


 

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