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駕駛輔助系統(tǒng)是汽車電子領(lǐng)域成長最快的市場之一。Mercer Management Consulting預(yù)計(jì)：2010年，北美和歐洲該市場的年?duì)I收將成長約14%，達(dá)25億歐元。目前，配備著雷達(dá)、超音波和紅外線傳感器的系統(tǒng)在為攫取主要客戶而廝殺；但拉動(dòng)成長的主力是基于照相機(jī)的系統(tǒng)。夏普預(yù)測，在未來5年，相機(jī)傳感器年平均成長可望達(dá)42%。其他一些專家甚至預(yù)計(jì)，同期的年平均成長率將超60%。 TFT LCD(液晶顯示器)進(jìn)一步推動(dòng)了此一成長：汽車在使用越來越多的LCD，它不僅被用于導(dǎo)航、娛樂和舒適電子的中央工作單元，還作為儀表板上各式各樣的顯示模塊，該趨勢為基于相機(jī)的駕駛輔助系統(tǒng)鋪平了道路。作為對(duì)雷達(dá)、超音波和紅外線傳感器的補(bǔ)充，照相機(jī)為各種駕駛路況提供了完整影像信息。例如，對(duì)具有視覺能力的人類來說，在停車時(shí)，與借助用以指示車輛與鄰近障礙物距離的聲音警示信號(hào)來精確評(píng)估周圍環(huán)境相較，透過清晰的影像能容易地多地做出評(píng)判。對(duì)許多新式汽車、特別是視野受限(尤其是后視時(shí))的越野車和多種小型車來說，可視化功能為防范事故做出了重大貢獻(xiàn)。目前為止，尚沒有對(duì)聲音駕駛信息這種抽象形式的替代。但，專門為駕駛艙汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)LCD的推出，使借助完整影像信息告知駕駛在他們駕駛車輛的周圍所發(fā)生的情況成為可能。最精確的視覺輸入是作為影像傳感器的照相機(jī)所提供的，它將提升未來駕駛輔助系統(tǒng)的感知能力。 對(duì)駕駛信息和主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)的不同要求，使系統(tǒng)各具特色。 嚴(yán)格說來，駕駛輔助系統(tǒng)這個(gè)寬廣領(lǐng)域可細(xì)分為兩個(gè)在技術(shù)途徑上截然不同的分支。第一類是為駕駛提供‘視覺輔助’。這類具有輔助視覺的系統(tǒng)借助不同的傳感器提供車輛外圍的其它信息；例如，提供處在盲區(qū)(或在晚間)的障礙物或其它道路使用者的情況。但這種系統(tǒng)完全由司機(jī)評(píng)估這些信息并做出相應(yīng)反應(yīng)。主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)則與此不同，這體現(xiàn)在諸如規(guī)避交通事故或根據(jù)交通流量和限速要求來變更車速等方面。主動(dòng)系統(tǒng)不僅告知駕駛相應(yīng)的駕駛狀況且還在行車過程中對(duì)駕駛行為進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)。兩種系統(tǒng)的不同功能使對(duì)各自系統(tǒng)所用的傳感器有根本不同的要求。 與大小和分辨率類似的CMOS傳感器相較，由于技術(shù)原因，CCD傳感器通常有更高的光感應(yīng)度。因此，車用后視攝影鏡頭注定會(huì)采用CCD傳感器，在車輛后視應(yīng)用中能在光線不好的條件下提供清晰的影像很重要；如：在黑暗的多層停車場或夜晚的街道等場合。夏普為該特定應(yīng)用推出的照相機(jī)模塊采用的是270k像素分辨率和1.8勒克司靈敏度的1/4英寸芯片組。該指標(biāo)相當(dāng)于晚間、月光下街道的光照條件，在這種場合，該相機(jī)模塊能輸出詳細(xì)、明亮的影像。鏡頭具有130°視角，可以清楚地顯示車后部的情況。180°視角的CCD模塊已處于原型制造階段。歸功于軟件的改善，下一代CCD模塊還將整合自動(dòng)導(dǎo)引功能；例如，在倒車時(shí)該功能可辨認(rèn)出有直接危險(xiǎn)的區(qū)域。 圖1：CCD和CMOS攝影鏡頭相得益彰。駕駛信息系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)具有不同要求。 CMOS：未來汽車的通用技術(shù) 主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)所用傳感器應(yīng)具有的首要特性是：速度快。特別是在高速行駛場合，系統(tǒng)必須能記錄關(guān)鍵駕駛狀況、評(píng)估這種狀況并實(shí)時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)措施。在140 km/h的速度，汽車每秒要移動(dòng)40公尺。為避免主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)兩次信息獲取間隔及其間自動(dòng)操控的行駛距離過長，要求相機(jī)具有最慢不低于30幀/秒的影像捕捉速率，在汽車制造商的規(guī)格中，甚至提出了60和120幀/秒的要求。雖然借助逐行掃描等方法，CCD傳感器的影像捕捉速率也可提升到一定水平(如60幀/秒)；但在此，CMOS傳感器有如下優(yōu)勢：本質(zhì)上，CMOS是種更快的影像采集技術(shù)——CMOS傳感器內(nèi)的單元通常是由3個(gè)晶體管主動(dòng)控制和讀出的，這就顯著加速了影像采集過程。用于汽車應(yīng)用的CMOS相機(jī)模塊，如夏普開發(fā)的那些，就具有30幀/秒的影像采集速率。CMOS傳感器性能還有很大的提升空間，目前，基于CMOS的高性能相機(jī)能達(dá)到約5,000幀/秒的水平。 采用CMOS傳感器的前視相機(jī)之所以是更好的選擇，并不僅僅因?yàn)槠涓斓挠跋癫蹲剿俣取Ｔ诟吡炼拳h(huán)境下，對(duì)后視攝影鏡頭來說CCD很重要的高的光感應(yīng)度，將引發(fā)所謂的‘綻放效應(yīng)’(blooming effects)，其原因是：在傳感器內(nèi)的單元被讀取前，一個(gè)單元內(nèi)的過多電荷擴(kuò)散到周圍的其它單元因而損壞了影像。前視攝影鏡頭往往受到迎面而來車輛的強(qiáng)光照射或要求它能在強(qiáng)烈的亮-暗反差對(duì)比下(如進(jìn)出隧道時(shí))也可提供詳細(xì)的影像。更大的動(dòng)態(tài)范圍，也為在前視攝影鏡頭中選用CMOS照相機(jī)模塊加分。目前的CMOS傳感器的動(dòng)態(tài)范圍大約在60到90db，人眼能夠觀察到105db，夏普努力使其新一代CMOS模塊盡可能地接近這一基準(zhǔn)。 CMOS傳感器還具有數(shù)字圖像處理方面的優(yōu)勢。CCD傳感器通常提供模擬TSC/PAL信號(hào)，也許必須采用額外的AD轉(zhuǎn)換器對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換、或是CCD傳感器要與帶數(shù)字影像輸出的逐行掃描方法一起工作。無論哪種方式，讓采用CCD的照相機(jī)提供數(shù)字影像信號(hào)都顯著增加了系統(tǒng)復(fù)雜性；而CMOS傳感器可直接提供LVDS或數(shù)字輸出信號(hào)，主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)內(nèi)的各組成部份可直接、無延遲地處理這些信號(hào)。 圖2：攝影鏡頭模塊必須小巧、堅(jiān)固、防水。 與傳統(tǒng)數(shù)字相機(jī)或相機(jī)手機(jī)比，不論采用哪種技術(shù)，車用相機(jī)模塊的使用都有特殊要求。機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性是其中決定性的標(biāo)準(zhǔn)。為滿足歐洲汽車產(chǎn)業(yè)日益成長的要求，夏普未來的模塊可工作在-40℃到150℃的溫度范圍。這些模塊將采用特殊封裝，使相機(jī)兼具所需的強(qiáng)韌性和抗?jié)B透性——它們是嵌入在車前部、主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)的一項(xiàng)基本要求。這些模塊不僅暴露在車外，還會(huì)受到高速行駛時(shí)飛奔而來的水滴的高壓擊打。因用于主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)的照相機(jī)是關(guān)乎行車安全的組件，它們還必須能在供電系統(tǒng)暫時(shí)斷電時(shí)可靠工作。雖然一般用于后視攝影鏡頭，夏普的CCD模塊還具有一到兩分鐘(取決于車載電壓)的電能儲(chǔ)備，即使(暫時(shí))沒電時(shí)，該模塊也能完全正常工作。 車用模塊要求非常緊密的建構(gòu)。汽車制造商的要求是要能以幾乎覺察不到的方式把照相機(jī)整合在車輛設(shè)計(jì)中。例如，在實(shí)踐中，這意味著要把照相機(jī)模塊嵌放在車的后窗框、車外鏡或保險(xiǎn)桿內(nèi)，CCD或CMOS模塊越緊密、這種整合就越雅致。夏普目前擁有用于汽車應(yīng)用的最小CCD相機(jī)模塊，其尺寸只有28 × 28 × 25.4毫米。隨著車用相機(jī)的持續(xù)小型化，CMOS技術(shù)將在未來發(fā)揮越來越重要的作用。因CMOS模塊的系統(tǒng)復(fù)雜性比CCD模塊的低，所以CMOS模塊可做得比CCD模塊的小得多。 高對(duì)比度顯示器明察秋毫 分辨率是車用相機(jī)模塊的第二個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。就整合在目前和下一代車輛儀表盤內(nèi)的LCD來說，根據(jù)制造商和型號(hào)的不同，其分辨率是QVGA和WVGA水平。夏普的采用CCD模塊、具有270k分辨率的照相機(jī)已能提供可被大多數(shù)顯示器顯示的影像信息量。目前市場上的大多數(shù)CMOS傳感器也是這種情況。在車用領(lǐng)域，體現(xiàn)顯示器清晰程度的對(duì)比度是比分辨率要關(guān)鍵得多的指標(biāo)。2,500:1的對(duì)比度確保了車用顯示器即便在惡劣光照條件下也具有最佳分辨率，因而使來自不同駕駛輔助系統(tǒng)的影像信息在任何時(shí)候都清晰可見。此外，諸如半透半反式顯示和1/4λ防反射涂層等技術(shù)運(yùn)用特殊的附帶光相移方法消除了反射，這樣即便在陽光直射條件下，車內(nèi)顯示器的內(nèi)容仍清晰可辨。 本文小結(jié) 因CCD和CMOS攝影鏡頭的不同特點(diǎn)，這兩種技術(shù)被認(rèn)為在汽車領(lǐng)域具有互補(bǔ)性。CCD模塊具有更高的靈敏度，因而主要作為后視攝影鏡頭；CMOS攝影鏡頭，因其高影像捕捉速率和更大的動(dòng)態(tài)范圍，所以主要作為主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)的‘眼睛’。這兩種類型的相機(jī)都必須滿足主要圍繞于耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度、抗?jié)B透性和緊密建構(gòu)形態(tài)等方面的高要求。 長期看來，CMOS系統(tǒng)將主導(dǎo)汽車相機(jī)市場。一旦CMOS傳感器實(shí)現(xiàn)了在黑暗環(huán)境中、特別是為后視攝影鏡頭所必須的影像性能，它們就還將提供其它好處。這主要體現(xiàn)在更高的擷取速度、更緊密的設(shè)計(jì)和更低成本以及其它若干好處上，另外，持續(xù)在車上應(yīng)用CMOS模塊所促成的更低的整體系統(tǒng)復(fù)雜性也對(duì)實(shí)現(xiàn)這些利益有貢獻(xiàn)。長期看，一個(gè)重要的方面是人們期待照相機(jī)不僅是用于駕駛輔助系統(tǒng)的傳感器，它還能完成其它功用；例如，作為停放車輛的監(jiān)控相機(jī)，以防范車輛被撬鎖破窗及遭受其它破壞。 |
