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

3. Melexis高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器技術(shù)

由于CMOS技術(shù)的高集成度、高穩定性、低成本，基于CMOS技術(shù)的圖像傳感器應用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為絕大多數視覺(jué)系統的首選。CMOS圖像傳感器的像素中包含一個(gè)光敏二極管，在光照激勵下產(chǎn)生和光強度呈正相關(guān)的光電流。通過(guò)在一定曝光時(shí)間內對光電流積分，可以把光學(xué)圖像信號裝換成像素的電子信號輸出，其響應特性如圖3（a）所示。因為供電電壓幅度以及傳感器噪聲的限制，傳統CMOS圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍和成像細節是一對矛盾：增加曝光時(shí)間可以改善細節但同時(shí)減低動(dòng)態(tài)范圍，反之降低曝光時(shí)間可以提高動(dòng)態(tài)范圍但不利于細節顯示。傳統CMOS圖像傳感器中的這對主要矛盾，使其不能完全滿(mǎn)足汽車(chē)視覺(jué)系統的要求。

針對CMOS技術(shù)的特點(diǎn)，Melexis開(kāi)發(fā)了基于A(yíng)utobrite技術(shù)的CMOS圖像傳感器MLX75412，以圖3（b）所示的非線(xiàn)性響應特性解決前述矛盾，大幅提高了圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，使其符合表1中所列所有標準。通過(guò)Autobrite技術(shù)對像素進(jìn)行分段曝光/復位控制，圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍拓展到154dB。集成的反饋控制算法分析所采集到的圖像，實(shí)時(shí)調整傳感器的曝光時(shí)間和動(dòng)態(tài)范圍，顯著(zhù)提高了在復雜路況下圖像采集的質(zhì)量。

MLX75412的集成圖像增強功能Autoview，能夠實(shí)時(shí)調整圖像亮度和銳度，減輕了后級信號處理系統的計算量。同時(shí)，由于MLX75412中集成的12位圖像處理流水線(xiàn)，其圖像處理精度高于通常使用的8位圖像處理。MLX75412提供了標準的原始視頻信號輸出和I2C控制信號輸入，兼容絕大多數DSP或FPGA?？紤]到汽車(chē)應用，MLX75412提供1024×512分辨率的寬屏畫(huà)面，采集更廣范圍的圖像，便于識別路兩側的行人或交通標志。

圖4比較了普通CMOS圖像傳感器和基于A(yíng)utobrite技術(shù)的圖像傳感器的成像效果。在圖4（a）中，因為傳感器的動(dòng)態(tài)范圍不能有效地適應場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)范圍，圖像的暗處和亮處的細節體現較差。與此形成對比，通過(guò)使用Autobrite技術(shù)，圖4（b）所示圖像對亮和暗的區域都有很好的細節體現。對于車(chē)道偏離預警、障礙識別等應用來(lái)說(shuō)，高動(dòng)態(tài)范圍圖像中的細節信息可以大幅提升行車(chē)輔助系統的精確度。

4. 結論

本文分析了汽車(chē)視覺(jué)系統對圖像傳感器性能的需求。汽車(chē)視覺(jué)系統的工作取決于其前端----攝像頭采集圖像信息的能力，而這在很大程度上由其中的圖像傳感器決定。為了在復雜路況條件下采集場(chǎng)景細節，傳感器必須具有高動(dòng)態(tài)范圍、高光敏度?？紤]到汽車(chē)應用，其同時(shí)必須具有高可靠性、高集成度、高靈活性。

Melexis MLX75412是基于A(yíng)utobrite技術(shù)，針對汽車(chē)視覺(jué)系統應用的一款高動(dòng)態(tài)范圍CMOS圖像傳感器。Autobrite技術(shù)能在亮度差異極大的復雜路況條件下采集高質(zhì)量圖像，為行車(chē)輔助系統提供精確、可靠的場(chǎng)景細節信息，從而提高行車(chē)的安全性。