汽車(chē)CIS專(zhuān)題 | 【ADAS（三）】140dB HDR，為什么重要？

摘要：淺析汽車(chē)CIS核心性能——HDR

引言：

消費者、政策/法規、市場(chǎng)三合力，不斷推動(dòng)ADAS滲透率提升。2022年3月國內新車(chē)L2級配套量接近41.6萬(wàn)，滲透率近30%。ADAS成標配，CIS如何升級？

豪威集團汽車(chē)CIS系列專(zhuān)題ADAS篇將分5期，每期一個(gè)硬核知識點(diǎn)，助您詳盡了解ADAS領(lǐng)域應用、技術(shù)趨勢與車(chē)規產(chǎn)品。

上期梳理了汽車(chē)高分辨率趨勢下的豪威車(chē)載CIS技術(shù)演進(jìn)史。本期將聚焦ADAS對HDR提出的新要求及背后的技術(shù)變革。

140dB HDR為什么重要？

動(dòng)態(tài)范圍（DR）指在同一畫(huà)面中，明暗差異大，圖像傳感器能夠識別的最強信號和最弱信號的比值。人眼的動(dòng)態(tài)范圍一般在130dB[1]左右，前視攝像頭作為ADAS/AD的核心眼，需要在高速行駛時(shí)，快速識別不同光照條件下的明暗細節，準確捕獲圖像，否則影響行車(chē)安全。典型的HDR需求是當汽車(chē)駛出隧道既要識別亮處也要獲取暗部細節，或者夜景中識別極暗的行人和極亮的車(chē)燈、LED信號燈等。理想的動(dòng)態(tài)范圍需超過(guò)人眼DR，達到140dB HDR。

因此對于A(yíng)DAS應用，覆蓋120dB HDR是基本要求，而覆蓋140dB HDR是汽車(chē)機器視覺(jué)的趨勢所在。

/小知識/

豪威于2008年推出首款汽車(chē)HDR SOC圖像傳感器，于三年前領(lǐng)先推出140dB HDR產(chǎn)品。針對不同應用場(chǎng)景，豪威車(chē)載產(chǎn)品覆蓋100dB到140dB。OX08B40、OX03F10、0X03C10等ADAS產(chǎn)品均可實(shí)現140dB，且已經(jīng)具備大量出貨數據驗證，受到終端OEM認可。

目前，豪威集團是國內唯一能夠量產(chǎn)140dB HDR車(chē)載產(chǎn)品的廠(chǎng)商。國內競爭對手于去年進(jìn)入120dB階段，目前尚未研發(fā)出140dB車(chē)載產(chǎn)品。

豪威140dB HDR 和競品120dB HDR 動(dòng)態(tài)范圍對比

如何實(shí)現140dB HDR

傳統HDR使用不同曝光時(shí)間的多個(gè)圖像，但對于快速移動(dòng)物體會(huì )產(chǎn)生運動(dòng)偽影（Motion artefact）。豪威集團Split Pixel和Deep Well? HDR方案有效解決了該問(wèn)題：

1）Split Pixel分割像素技術(shù)：2009年推出，并分別在2012年和2016年優(yōu)化升級。該技術(shù)通過(guò)大小像素的分離結構，產(chǎn)生不同的感光度，形成了對不同動(dòng)態(tài)范圍的覆蓋。相比其他HDR方案，具備避免鬼影和LED閃爍抑制的優(yōu)勢。

2）Deep Well? DCG技術(shù)：2018年第一代DCG技術(shù)面世，后經(jīng)過(guò)優(yōu)化發(fā)展到目前的第三代DCG技術(shù)。獨特的 DCG 技術(shù)通過(guò)對轉換增益進(jìn)行兩次采樣并添加曝光以實(shí)現準確的場(chǎng)景再現。該方案同樣能避免高速運動(dòng)產(chǎn)生的鬼影。

與DCG和Split Pixel 不同，國內友商車(chē)載產(chǎn)品采用行交疊HDR 方法（Staggered HDR）[2]。

以?xún)纱纹毓釹taggered HDR為例，該方案讓CMOS完成第一行長(cháng)曝光的同時(shí)，第一行像素幾乎立即開(kāi)始短曝光，每行以長(cháng)短曝光兩次先后輸出。從readout看，就是長(cháng)曝光幀與短曝光幀依次輸出。

該方案非同時(shí)輸出長(cháng)短曝光，仍有一些典型時(shí)域多幀的圖像質(zhì)量問(wèn)題，比如：

1）依賴(lài)額外通道，易造成運動(dòng)偽影并減小動(dòng)態(tài)范圍，在弱光條件下尤為如此

2）拍攝對象是PWM供電的LED燈時(shí)，比如交通信號燈或汽車(chē)信號燈，如果短曝光幀沒(méi)有捕捉到LED閃爍，會(huì )造成信號燈圖像誤讀，這在車(chē)載成像上是致命的。

該方案雖能滿(mǎn)足消費領(lǐng)域的需求，卻不適用汽車(chē)攝像頭這種對高動(dòng)態(tài)范圍和去偽影要求高的應用。因此國內車(chē)載競品雖然采用了雙轉換增益彌補Staggered HDR短板，但目前其車(chē)載產(chǎn)品仍處于120dB階段。

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除了140dB HDR，ADAS對圖像傳感器還提出了哪些挑戰？敬請關(guān)注下期文章“豪威汽車(chē)CIS系列專(zhuān)題ADAS篇（四）”。

[1] https://blog.51cto.com/u_15152644/2986775

[2] 大話(huà)成像-HDR Imaging(2)-Digital Overlap