安森美先進的圖像傳感器如何提升道路安全

盡管包括碰撞結(jié)構(gòu)、安全氣囊、剎車和輪胎在內(nèi)的汽車技術(shù)不斷進步，幫助提高了車輛安全性，但我們?nèi)匀幻媾R著各種道路風險。而且，這些風險是不斷變化的。低光照度等駕駛條件會顯著增加道路危險性，而此類駕駛條件不僅給駕駛員帶來挑戰(zhàn)，同時也對車輛先進駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 中的傳感器帶來考驗。在嚴苛的夜間和低光環(huán)境中，需要高性能汽車傳感器來確保行車安全。

顯而易見，在低光條件下，道路存在更大的風險。美國公路安全保險協(xié)會 (IIHS) 發(fā)現(xiàn)，在 2021 年，美國 54% 的道路死亡事故發(fā)生在傍晚 18:00 至次日清晨 6:00 的低光條件下，盡管該時間段內(nèi)路上車輛較少。同樣，美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 指出，超過 70% 的行人死亡事故發(fā)生在夜間。

低光環(huán)境增加駕駛危險性的主要原因之一是人類視力的局限性。在黑暗條件下，駕駛員往往無法及時察覺風險，或者完全注意不到風險。而且，對向車燈會讓駕駛員眩目，使問題變得更加嚴重。此外，駕駛員打瞌睡或酒后駕駛等因素，也會進一步增加風險。面對這些因素和環(huán)境條件，ADAS 功能可以幫助減少事故發(fā)生，因而底層傳感器的性能對確保安全至關(guān)重要。

低光性能

安森美 (onsemi)深知汽車應(yīng)用的復(fù)雜性，因此開發(fā)了 AR0220AT 。這款 170 萬像素 (MP) 傳感器專為 ADAS 功能而設(shè)計。該傳感器的強大性能源于先進的雙轉(zhuǎn)換增益 (DCG)，以及更大的 4.2 μm 像素設(shè)計。許多傳感器制造商都采用了大小像素設(shè)計，使用小型光電二極管和大型光電二極管的組合，但這很容易產(chǎn)生飽和問題，并在低光條件下產(chǎn)生不必要的偽影。

通過 DCG 技術(shù)，我們可以使用更大的像素尺寸，傳感器可以動態(tài)調(diào)整像素的轉(zhuǎn)換增益，從而根據(jù)場景的動態(tài)范圍調(diào)整響應(yīng)。這項技術(shù)可實現(xiàn)對高動態(tài)范圍 (HDR) 環(huán)境的精確成像，并減少來自脈沖光源（如汽車前大燈和剎車燈）的閃爍效果。

在夜間場景中，圖像噪聲和偽影可能會掩蓋道路上的危險，或被誤認為危險。在黑暗的條件下，AR0220AT 的高靈敏度和低噪聲圖像能夠準確展示前方路況（圖 1）。

圖1 競爭對手的傳感器（左側(cè)）與安森美 ART0220AT（右側(cè)）的對比。請注意左側(cè)圖中的低光性能下降和出現(xiàn)偽影

在典型的極具挑戰(zhàn)的場景中，如日出或日落時，環(huán)境光較弱，而太陽光很強。

圖2 競爭產(chǎn)品（左側(cè)）與安森美（右側(cè)）的信噪比性能比較

其他設(shè)計考慮因素

對于傳感器提供的安全性和希望有效實施該技術(shù)的汽車制造商來說，還有其他重要的考慮因素。這款傳感器使用嵌入式硬件機制來實時監(jiān)測所有圖像，將每一幀圖像標記為“良好”或“潛在問題”。這樣，ADAS 控制器就能完全確保每幀圖像的準確性，防止錯誤圖像觸發(fā)不必要的車輛干預(yù)，并使系統(tǒng)能夠執(zhí)行正確的操作。

對于安森美而言，集成球柵陣列 (iBGA) 封裝是合理的選擇。因為與許多競爭方案所使用的芯片級封裝 (CSP) 相比，iBGA 設(shè)計緊湊，同時熱穩(wěn)定性更高。與 CSP 設(shè)計不同，iBGA 在許多汽車應(yīng)用面臨的嚴苛高溫條件下不易變形。AR0220AT 還經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，工作功耗降至 269 mW，這不僅降低了運行溫度，而且進一步減少了傳感器噪聲，并提高了低光性能。

圖3 競爭產(chǎn)品（左側(cè)）與安森美產(chǎn)品（右側(cè)）因角度性能造而成的色彩損失對比

總結(jié)

汽車圖像傳感器的可靠性和圖像質(zhì)量至關(guān)重要，需要在各種條件下保持高性能，以確保在任何路況下的安全性。在設(shè)計滿足此類需求的攝像頭系統(tǒng)時，需要考慮許多特性，但也許最重要的特性是傳感器的動態(tài)范圍和低光性能。制造商可以依靠 AR0220AT 的高性能和易集成性，為 ADAS 系統(tǒng)提供更高水平的安全性和自主性。