电动车纷纷走向传感器融合，图像传感器依然是yyds

当前的自动驾驶和辅助驾驶系统中，激光雷达和毫米波雷达等传感器已经屡见不鲜，但图像传感器主攻的摄像头视觉系统依然未被任何一家车厂抛弃。反观特斯拉，更是一直坚持纯视觉方案。那么图像传感器究竟有何优势，又是如何解决自动驾驶带来的挑战的？
 
不同位置的汽车图像传感器

车身上不同位置的图像传感器 / 安森美

 
单从传感器数量上来看，图像传感器无疑是ADAS和AD应用中用在车身上最多的传感器，遍布车身各个位置。但在像素、动态范围等参数上，这些图像传感器往往不会统一，那么它们的位置是如何决定其配置的呢？安森美(onsemi)中国汽车市场现场应用经理陈力答道，远距离摄像头例如前视/后视，要求高灵敏度，高动态范围，抑制LED闪烁和高像素数，以满足长距离小障碍物探测需要，目前常用8百万像素；而近距离摄像头例如环视，要求高灵敏度，中等动态范围和中等像素数，主要探测车身周围的场景，目前常用到2~3百万像素；如果是抓拍高速运动场景的摄像头，则需要考虑采用全局快门图像传感器。

安森美中国汽车市场现场应用经理陈力 / 安森美

 
除了车外用于ADAS和AD的图像传感器外，用于环视和监控的传统摄像头应用也要用到图像传感器，但它们的参数需求同样存在差异。环视摄像头为人眼视觉+低速应用，ADAS是机器视觉+高速应用。后者强调传感器的功能安全，低照性能，动态范围，空间解析力和抗LED闪烁功能要求。
 
车内监控也分驾驶员监控（DMS）和乘客监控（OMS），出于安全考虑，欧盟和中国均出台了相关政策，强制要求部分商用车型中装配DMS系统。OMS系统虽然面世不算久，但在安全带检测、车内乘客滞留提醒等应用上同样起到至关重要的作用。这两大车内监控系统中，DMS侧重于机器视觉，需要时刻关注驾驶员的状态，因此往往用到黑白的全局快门图像传感器。而OMS则侧重于记录功能，可用彩色或RGB-IR的滚动快门传感器。
 
LED闪烁问题如何抑制
 
汽车图像传感器最常见的挑战之一就是LED闪烁抑制（LFM），就像人眼对于LED屏幕的闪烁的感知一样，如今的手机常常用到DC调光和PWM的方案。而汽车图像传感器就像是车上的眼睛，对车外的LED光线同样会有所感应，那么汽车图像传感器又是如何解决LFM问题，改变车灯的频率有没有可能改善LED闪烁呢？

有无LFM的对比 / 安森美

 
陈力给出了这一问题的解释：采用DC调光方式的LED没有闪烁的问题，此时LED一直常亮，仅通过调幅来调节亮度，整个过程中灯并没有熄灭的状态； 而另外一种更常见的LED灯是PWM调频驱动方式，即以一种一明一暗的光脉冲方式在照明，脉冲闪烁频率从几十到几百赫兹都有可能，这种闪烁是照明场景客观存在的现象，虽然人眼通常看不到，但能被图像传感器所感知。从某种角度来说，图像传感器输出的结果更客观真实，而眼睛反倒欺骗了你。光脉冲的闪烁频率取决于PWM频率，其亮度取决于占空比，不同LED灯通常频率也不同。抑制LED闪烁常见的方法是增大曝光时间，曝光时间越长，每行像素能抓到更多光脉冲，从而削弱了闪烁的强度，但曝光时间越长，带来的运动模糊也越明显。同理，增加LED灯的频率也可以减小LED闪烁，但LED灯频率往往不可控，实际场景中，LED闪烁不仅仅出现在车灯上，环境中的LED照明都存在类似闪烁，例如信号灯，广告灯等等。
 
高动态范围（HDR）和超级曝光
 
动态范围在汽车图像传感器上有着非常高的要求，真实世界场景下的动态范围极端情况下可以达到140 dB，所以这类产品往往都要做到120 dB以上，目前传统HDR采用的多重曝光合并方式会产生高速运动伪影的现象，这对ADAS应用中的算法提出了一定要求。

超级曝光像素与大小像素的对比 / 安森美

 
为了解决同时做到LFM和HDR又能保证成像质量的挑战，安森美的Hayabusa系列汽车图像传感器采用了超级曝光像素的技术。通过扩展像素容量，可以做到长时间曝光捕捉脉冲光而不会过饱和，并将动态范围扩展至线性像素容量的5倍。Hayabusa只需单次曝光就能在兼顾LFM的情况下实现95 dB的动态范围。陈力提到，在多次曝光合并技术基础上，传统像素需要3次曝光来实现120 dB的动态范围，而Hayabusa只需要两次曝光合并就可以实现120 dB的动态范围，大大改善了运动伪影问题。与大小像素技术相比，超级曝光没有两种像素结构带来的巨大的光学设计挑战，即边缘像素性能急剧恶化和严重的像素间串扰，也不会因为校准和去噪而导致细节与分辨率的损失。
 
结语
 
面对其他高性能传感器的竞争，图像传感器凭借其成本、大小等优势依然牢牢占据着汽车市场。这一视觉方案凭借LFM和HDR等特性，以及超级曝光等技术的创新，依然在其弱项上进行突破，适配更多的驾驶场景。