高動(dòng)態(tài)范圍CMOS圖像傳感器在汽車(chē)視覺(jué)系統中的應用

1. 簡(jiǎn)介

隨著(zhù)汽車(chē)安全重要性的凸顯，行車(chē)輔助系統（Driving Assistance System，DAS）在汽車(chē)領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。在這類(lèi)應用中，圖視覺(jué)系統是必不可少的一個(gè)組成部分，其必須快速、精確地感知各種路況，進(jìn)而提前預警或控制車(chē)輛行為。這要求系統的前端----攝像頭能夠最大限度地適應不同的光照條件，提供路況場(chǎng)景的細節信息。

圖1顯示了汽車(chē)視覺(jué)系統的主要應用，包括前視、后視、側視、內視等。以前視為例，夜視（Night Vision，NV）、車(chē)道偏離預警（Lane Departure Warning，LDW）、碰撞預警（Collision Warning，CW）、交通標志識別（Traffic Sign Recognition，TSR）等應用要求視覺(jué)系統在各種天氣、路況條件下，能夠清晰識別車(chē)道線(xiàn)、車(chē)輛、障礙物、交通標志等。所有這些功能要求圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range，DR）足夠高，為后級圖像處理系統提供豐富的細節信息。

本文主要討論圖像傳感器在汽車(chē)視覺(jué)系統中的應用。第二部分介紹汽車(chē)視覺(jué)系統對圖像傳感器性能的要求，第三部分討論高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器技術(shù)。第四部分對本文作一個(gè)總結。

2. 汽車(chē)視覺(jué)系統中的圖像傳感器

圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉換成電子信號的器件，是攝像頭的重要組成部分，如圖2所示。在典型汽車(chē)應用中，視覺(jué)系統要處理一些復雜的路面情況，比如來(lái)面向陽(yáng)光行車(chē)、進(jìn)出隧道、以及夜間會(huì )車(chē)時(shí)對面車(chē)輛前照燈等。這類(lèi)路況要求攝像頭，以及其中的圖像傳感器能夠自動(dòng)適應這類(lèi)復雜場(chǎng)景，否則圖像中細節信息的損失很難通過(guò)后級信號處理方法來(lái)恢復。

一幅畫(huà)面中，最亮部分和最暗部分亮度的比值被稱(chēng)作動(dòng)態(tài)范圍，比如，陽(yáng)光直射下某亮色物體亮度大約是100kcd/ m2，陰影下的暗色物體亮度大約是100mcd/ m2。某場(chǎng)景若同時(shí)包括這兩種物體，則圖像的動(dòng)態(tài)范圍是120dB。只有圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍高于120dB，汽車(chē)視覺(jué)系統才能有效地對該場(chǎng)景進(jìn)行圖像采集。

考慮到夜間行車(chē)，有些道路沒(méi)有路燈或者路燈很暗，汽車(chē)視覺(jué)系統也需要在低光照場(chǎng)景下采集路況信息。針對汽車(chē)應用，圖像傳感器需要滿(mǎn)足一系列汽車(chē)級要求，如寬溫度范圍、高可靠性、高集成度、低成本等。表1總結了汽車(chē)視覺(jué)系統中圖像傳感器應該具有的性能：