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4G CMOS成像器提高安全性能

發(fā)布時(shí)間:2008-10-08 來(lái)源:Micron Imaging Group

中心議題:

  • 兩類車載攝像機(jī)的應(yīng)用
  • Micron根據(jù)4G CMOS成像芯片開(kāi)發(fā)出新型成像器
  • 4G CMOS成像器能提高汽車安全性能

解決方案:

  • 采用4G CMOS成像芯片開(kāi)發(fā)出新型成像器,提高安全性能
  • 成像器的設(shè)計(jì)著眼于應(yīng)用,解決處理負(fù)擔(dān)

 

CMOS成像在其短短的歷史中經(jīng)歷了三次主要換代,目前正開(kāi)始經(jīng)歷第四代,前三代CMOS成像器非常重視圖像質(zhì)量的改善。該技術(shù)曾一直追求CCD的性能,并且在它達(dá)到與CCD相當(dāng)?shù)男阅芩交蚩杀淮蟊娊邮苤?,其它事情幾乎都不重要。一些CMOS成像器開(kāi)發(fā)商已到達(dá)了這個(gè)階段,并且除了繼續(xù)努力改善攝影飛機(jī)的性能以外,他們還開(kāi)始研究自己如何能使成像器更適合特定應(yīng)用,以便增強(qiáng)包括機(jī)動(dòng)車在內(nèi)的特定市場(chǎng)。

車用市場(chǎng)
人們預(yù)計(jì):在未來(lái)十年的后半段,每年制造的6000萬(wàn)輛轎車中,平均每臺(tái)將安裝4至16部攝像機(jī),圖1展示了一些將在汽車中使用攝像機(jī)的應(yīng)用。這個(gè)市場(chǎng)的一個(gè)最重要事情是,客戶正在尋找具有軍用質(zhì)量、價(jià)格卻相當(dāng)于玩具的元件,其實(shí)這是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,除非能找到一些方式來(lái)降低總系統(tǒng)成本,而這正是人們?cè)谧龅氖虑椤?/p>


第一步是要認(rèn)識(shí)到:這個(gè)市場(chǎng)無(wú)法使用為消費(fèi)市場(chǎng)設(shè)計(jì)的現(xiàn)有成像器。對(duì)溫度范圍、抗沖擊性、寬動(dòng)態(tài)范圍、在振動(dòng)劇烈情況下準(zhǔn)確成像(在許多情況下與保持乘客安全直接相關(guān))、汽車途中安全的要求,都需要全新的設(shè)計(jì)和方法。


目前有兩類車載攝像機(jī)應(yīng)用,第一類是現(xiàn)場(chǎng)查看,第二類是現(xiàn)場(chǎng)了解。現(xiàn)場(chǎng)查看應(yīng)用將記錄圖像并把它呈現(xiàn)在車載屏幕上,以便幫助查看現(xiàn)場(chǎng)的駕駛者做出與周圍環(huán)境有關(guān)的決定,這些應(yīng)用包括后視輔助、鏡片更換、盲區(qū)、側(cè)視、后部乘客、事故后狀態(tài)攝像機(jī)。您也許會(huì)認(rèn)為這些只是些時(shí)尚多于實(shí)質(zhì)的應(yīng)用,但我們同時(shí)也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到:在最近20個(gè)月,美國(guó)沒(méi)有一個(gè)坐在前座的兒童被氣囊意外奪去生命,而在同一時(shí)段,1000多名兒童被倒車撞傷,其中數(shù)百起事故給兒童造成了嚴(yán)重的永久傷害甚至導(dǎo)致死亡,多數(shù)時(shí)候是兒童的直系親屬在開(kāi)車。面向這些應(yīng)用的成像器側(cè)重于呈現(xiàn)準(zhǔn)確好看的圖像,駕駛者不必停下來(lái)研究圖像就能理解。


初始體系結(jié)構(gòu)具有廣角視野鏡頭CCD攝像機(jī),安裝在汽車行李箱中。該攝像機(jī)把基于NTSC/PAL的視頻傳到電子控制單元(ECU)。ECU接受模擬視頻,并用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)芯片把視頻放入數(shù)字域,然后把圖像放入處理芯片中,鏡頭失真在此得到校正,這樣可改變深度透視,因此在許多汽車中,距離標(biāo)記被覆蓋在視頻上。處理后的視頻流隨后被放回模擬域中,并被轉(zhuǎn)換回到NTSC或PAL中,以便被發(fā)送到駕駛室前部的顯示器。


依照4G CMOS成像芯片這一主題,Micron最近開(kāi)發(fā)了一種新型成像器,專門用于汽車現(xiàn)場(chǎng)查看應(yīng)用。除了被設(shè)計(jì)成工作在-40℃至+105℃以外(對(duì)于成像器而言,絕非易事),這種成像器還產(chǎn)生NTSC/PAL視頻和數(shù)字格式的視頻。該芯片還具備數(shù)字視頻輸入端口,并將由用戶決定他們是否想放入來(lái)自攝影飛機(jī)或數(shù)字視頻輸入端口的視頻,以便使用片上數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和NTSC/PAL格式器(圖2)。


后視CMOS成像器攝像機(jī)
該設(shè)計(jì)使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能接收直接來(lái)自成像器的數(shù)字視頻,并把它輸送到處理芯片中,后者將校正鏡頭失真并添加覆蓋內(nèi)容。處理后的視頻隨后能被送回成像器中,以便使用片上DAC和NTSC/PAL編碼器把處理后的NTSC/PAL格式的數(shù)據(jù)送到汽車前部。這樣就無(wú)需ECU兩端的連接器、ADC、DAC和NTSC編碼器了。在不增加成像器成本的前提下,這將把系統(tǒng)成本減少約5至10美元,汽車制造商這樣就能類似玩具的系統(tǒng)價(jià)格獲得軍用級(jí)性能。


汽車的另一組應(yīng)用是基于現(xiàn)場(chǎng)了解,在許多此類應(yīng)用中,駕駛者從不看圖像,視頻被直接送到處理器,處理器從現(xiàn)場(chǎng)畫面中提取特征,并根據(jù)這些特性做出決定;這些決定隨后被送到車內(nèi)的各種控制設(shè)備,這些應(yīng)用包括車道跟蹤、城市巡航控制、碰撞報(bào)警、預(yù)防、緩解、雨水傳感、大燈亮度控制、疲勞駕駛、駕駛者注意力、氣囊部署乘客位置安排、凝視探測(cè)、基于眼睛位置的鏡片調(diào)整以及生物ID等。


在許多情況下,決策速度比人的反應(yīng)快得多,或者是在人試圖對(duì)危急情況做出反應(yīng)并需要幫助時(shí)做出的,以便不讓他分心。此處的需要是呈現(xiàn)盡可能多的信息,并且用一種有助于減少?zèng)Q策所需處理量的方式來(lái)呈現(xiàn)圖像。這種成像器的第四代特性是包含寬得多的動(dòng)態(tài)范圍,以便在太陽(yáng)處于地平線和現(xiàn)場(chǎng)的情況下開(kāi)車時(shí)能看清車道標(biāo)記。另外,為了呈現(xiàn)失真盡可能少的圖像,實(shí)施了全局快門設(shè)計(jì),來(lái)代替對(duì)于消費(fèi)級(jí)CMOS成像器而言更典型的滾動(dòng)快門。圖3表明了在記錄旋轉(zhuǎn)體的視頻時(shí),滾動(dòng)快門與全局快門的失真效果對(duì)比情況。借助處理,可以使右邊的圖像看起來(lái)像是左邊的圖像,但由于成像器的設(shè)計(jì)著眼于應(yīng)用,因此整個(gè)處理負(fù)擔(dān)已得到解決,于是這使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能做更多處理來(lái)提高準(zhǔn)確度,添加另一種應(yīng)用,或者設(shè)計(jì)者能選擇更便宜的處理器。


美國(guó)交通安全局估計(jì):如果汽車早0.5秒開(kāi)始剎車,則可避免70%多的追尾事故。既然很難讓人做出更快反應(yīng),那為什么汽車就不應(yīng)該能幫助駕駛者并開(kāi)始剎車來(lái)避免這類碰撞呢?要做到這點(diǎn),需要知道前方轎車的速度相對(duì)于自己的轎車和自己所處的車道是如何變化的。多種技術(shù)可被用來(lái)確定前方汽車的相對(duì)速度,但只有圖像能確定剎車的汽車處于哪條車道,向轎車添加成像器和攝像機(jī)的總體效果將使駕駛者更好地適應(yīng)汽車,或者使汽車更好地適應(yīng)道路。


不論是為了娛樂(lè)、安全、健康、舒適或是便利,基于成像的系統(tǒng)都會(huì)使我們的生活更開(kāi)心,并幫助減輕與周圍世界互動(dòng)的壓力。要想使這些應(yīng)用被廣泛采用,需要從系統(tǒng)級(jí)途徑來(lái)設(shè)計(jì)成像器。4G CMOS成像器概念正被應(yīng)用到汽車市場(chǎng),并且它在我們的駕車生活中起必不可少的作用,相信這只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題。
 

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