Обзор Onsemi AR0341AT
Onsemi AR0341AT оснащен пиксельной технологией Super-exposition pixel второго поколения-го , обеспечивающей высокий динамический диапазон 150 дБ (HDR) с уменьшением мерцания светодиодов (LFM). Эта пиксельная технология не требует сложностей автоматическое управление экспозицией, что значительно сокращает задержки в критически важных системах, зависящих от сцены. автомобильные системы, обеспечивающие более быстрый и безопасный сбор данных и принятие решений. Без компромиссов в производительности этот 3-мегапиксельный сенсор с размером пикселя 2,1 мкм позволяет создать самую компактную в отрасли автомобильную камеру с небольшим оптическим размером и самым низким в отрасли энергопотреблением. Сенсор был разработан в соответствии с процессами проектирования ASIL−C, а сложные механизмы обеспечения безопасности в режиме реального времени и функции обнаружения неисправностей в AR0341AT превосходят аппаратные показатели ASIL−B.
Пиксели со сверхэкспозицией уменьшают мерцание светодиодов в самых Сложные условия эксплуатации автомобилей Подготовил: Сергей Величко, старший менеджер onsemi Автомобильные камеры с датчиками изображения нового поколения позволяют использовать новейшие достижения в области автономных систем и систем вспомогательного вождения. Усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS) используют изображения, снятые этими камерами, для идентификации объектов вокруг автомобиля и расчета расстояния (с помощью стереокамер), что может быть использовано в таких функциях, как автоматическое торможение на шоссе. круиз-контроль, выезд с полосы движения или помощь при парковке. Однако светоизлучающие диоды (LED) , используемые в большинстве современных автомобильных фонарей и дорожных знаках, могут создавать проблемы для некоторых датчиков изображения. onsemi использует датчики изображения с технологией переполнения пикселей, также известной как super exposure, которая использует очень большую память для переполнения пикселей, что позволяет многократно расширить динамический диапазон и достичь 120 Светодиод dB работает без мерцания. Благодаря усовершенствованным пикселям с суперэкспозицией они могут справиться с требованиями ADAS и мерцающими светодиодами.
Светодиодные фонари генерируются с использованием широтно−импульсной модуляции (ШИМ) - цифрового метода, обычно используемого для снижения энергопотребления в фарах, задних фонарях, дорожных знаках и системах обмена сообщениями транспортных средств. Частота импульсов их включения−выключения незаметна для человеческого глаза, но вызывает проблемы при съемке изображений. Чтобы предотвратить перенасыщение яркой области в кадре, часто приходится использовать малое время экспозиции, что приводит к отсутствию импульсов светодиода. В результате иногда может показаться, что индикатор выключен, как показано на рисунке 1 слева. В видеосюжете кажется, что светодиодные лампы непрерывно включаются и выключаются − это явление называется светодиодным мерцанием. Поскольку светодиоды широко используются в современном автомобильном освещении и цифровых вывесках, на снятом видео могут быть видны различные полосатые или сегментированные артефакты, которые могут сильно отвлекать водителей и пассажиров. Рисунок 1. Низкочастотные выборки со скоростью 30 кадров в секунду, рабочий цикл 10%, период 10 мс (100 Гц) www.onsemi.com 3 Это серьезная проблема, поскольку она может отвлечь водителя, который смотрит на дисплей только для того, чтобы увидеть мерцающие фары позади себя и принять их за автомобиль службы экстренного реагирования.
Это также может это потенциально создает проблемы для алгоритмов, используемых для определения номера, отображаемого на цифровом знаке ограничения скорости, или цвета светофора, или обнаружения стоп−сигналов (на рисунке 2), для точного принятия решений, важных для безопасности. Автомобильные датчики изображения должны работать в сложных условиях, включая мерцание светодиодов, обеспечивая при этом высокий динамический диапазон (HDR) более 140 дБ и работает при высоких температурах (до +125°C). В этой статье мы кратко обсудим работу и ограничения некоторых оптических методов, обычно используемых для HDR и Светодиодная система подавления мерцания (LFM) в автомобильных датчиках изображения, прежде чем представить новый тип сенсора, который преодолевает эти ограничения и обеспечивает несколько типов LFM с еще лучшим разрешением HDR.
Традиционная HDR-съемка с многократной экспозицией Для съемки сцен с использованием HDR обычно требуется сделать несколько снимков, каждый с разными настройками времени экспозиции, которые затем обрабатываются и объединяются в одно изображение. Использование различных настроек экспозиции позволяет получить более полезные данные об изображении в более светлых и темных областях сцены. Например, более длительное время экспозиции позволит получить больше информации об изображении в темных областях, в то время как более короткое время экспозиции позволит получить больше полезных данных в более светлых областях. В конечном обработанном изображении лучшие данные, полученные при каждой экспозиции, объединяются в изображение в формате HDR (см. рис. 3 вверху). В то время как традиционная HDR−съемка с многократной экспозицией отлично подходит для статичных сцен (практически без движения), в реальных динамичных сценах, таких как автомобильные съемки, когда камера движется с высокой скоростью, могут возникать артефакты движения из-за изменения положения объектов в зависимости от экспозиции. Это происходит из−за того, что каждая экспозиция выполняется последовательно в разное время, и из-за этой задержки при постобработке HDR создается конечное изображение с объектами, которые кажутся искаженными, и с цветовыми артефактами. Одновременная экспозиция в двух пикселях Технология двухпиксельной матрицы используется для получения изображений в формате HDR в автомобилестроении, поскольку она позволяет получать несколько снимков одновременно, а не последовательно, что позволяет уменьшить размытость и цветовые искажения, вызванные движением. Для создания изображения в формате HDR необработанные изображения захватываются с использованием как больших, так и маленьких субпикселей, и затем они объединяются в www.onsemi.com 4 Вывод HDR (см. рис. 3 посередине). Чтобы расширить динамический диапазон, большой субпиксель используется для более темных участков изображения, а маленький субпиксель − для средне− и сильно освещенных участков снимков. Большой субпиксель собирает больше света и, следовательно, насыщает изображение при более ярком освещении. И наоборот, маленький субпиксель можно экспонировать дольше, но насыщать его будет нелегко, поскольку он собирает меньше света. Общий эффект работы большого субпикселя в условиях низкой освещенности и маленького субпикселя при ярком освещении заключается в расширении динамического диапазона. Относительный размер светочувствительной области пикселя (коэффициент заполнения) играет очень важную роль в качестве изображения. Недостатком технологии разделения пикселей является то, что для получения изображения при слабом освещении доступна меньшая площадь пикселя условия, при которых значительная часть пикселя занята маленьким субпикселем. Для маленького субпикселя доступна еще меньшая площадь, что приводит к уменьшению сигнала на порядок и , следовательно, к снижению отношения сигнал/шум. При просмотре идентичной сцены выходное изображение будет отличаться в зависимости от того, используются большие или маленькие субпиксели. Кроме того, из−за угла падения световых лучей от объектива , по−разному взаимодействующего с субпикселями двух размеров в матрице, могут возникать значительные цветовые искажения и сдвиги в цвете. Для устранения этих искажений требуется специальная калибровка сенсора и тщательная коррекция на сенсоре. Это является причиной, как правило, более высокого энергопотребления двухпиксельных сенсоров. Кроме того, характеристики датчиков изображения , основанных на этом методе, могут ухудшаться при температуре окружающей среды, превышающей +100°C, а часто даже +80°C, при этом уровень изменения ОСШ падает значительно ниже 25 дБ. Компания onsemi разработала датчики изображения с уникальным набором функций, которые подходят как для сенсорных , так и для обзорных камер. С одной стороны, они обеспечивают режим работы для съемки Разрешение HDR−изображений на уровне 120 дБ с функцией подавления мерцания светодиодов (подходит для объемного обзора и использования электронных зеркал). С другой стороны, классический режим многократной экспозиции расширяет общий динамический диапазон до 140 дБ и более, что позволяет создавать даже самые сложные сцены с фронтальным и объемным восприятием. Они также оснащены третьим пульсирующим режимом LFM, который охватывает крайний случай самого яркого мерцания фар. Во всех случаях эти датчики поддерживают все переходы отношения сигнал/шум (SNR) на уровне 30 дБ и выше даже при высоких температурах (переход до +125°C). Эти датчики обеспечивают производительность, необходимую для обеспечения безопасности ADAS и создания систем автономного вождения, которые могут опираться на датчик изображения, особенно в жаркие солнечные дни, когда датчики в плотно расположенных фронтальных камерах нагреваются до невыносимых температур.
новейшие автомобильные датчики HDR-изображения onsemi созданы с использованием технологии super exposure. Эти датчики обеспечивают набор эффективных операций во всем диапазоне температур автомобиля: • Суперэкспозиция с HDR LFM на 150 дБ • Подавление импульсного мерцания светодиодов (pLFM). • Многократная экспозиция 140 дБ и более для получения изображений в формате HDR Эти режимы охватывают весь спектр типичных автомобильных сценариев и позволяют эффективно подавлять мерцание светодиодов и других источников света. Характеристики датчиков изображения в формате HDR в сочетании с высоким коэффициентом преобразования (HCG) сигнала обеспечивают кинематографическое изображение. качество изображения с высокой четкостью и точностью цветопередачи достигается за счет превосходной линейности пикселей при очень слабом и очень ярком освещении. Некоторые датчики обеспечивают дополнительный режим работы в сочетании с двумя фотодиодами (PDS), закрытыми одной линзой, позволяющей определять расстояние, и цветным изображением с использованием фазового детектирования в пикселях. Характеристика режима HDR с 4 экспозициями при комнатной температуре показывает динамический диапазон в 140 дБ и все суммарные переходы SNR на уровне или выше 30 дБ при первом измерении экспозиции T1 с использованием HCG.
Превосходная производительность Пиксельные HDR−датчики изображения со сверхэкспозицией обеспечивают более высокую четкость изображения и превосходную светочувствительность во всем температурном диапазоне автомобиля и используются для обеспечения безопасности и других применений в самых сложных условиях освещения и температуры. Наша технология super exposure второго поколения основана на тех же принципах архитектуры и позволяет получать еще более мелкие и высокопроизводительные пиксели HDR LFM.
