突破性激光測距技術和車載攝像頭解決方案
日前,意法半導體公司(ST)在北京舉辦“較新FlightSense™ 技術和車載攝像頭解決方案媒體交流會”,公司影像產(chǎn)品部技術市場經(jīng)理張程怡與媒體分享了新一代激光測距技術及其各種應用,以及可以消除LED閃爍的汽車影像產(chǎn)品。
FlightSense™ 激光測距技術用途廣泛
張程怡首先介紹說,ST是世界是第一大飛行時間產(chǎn)品廠商,擁有豐富的成功制造經(jīng)驗,出貨量超過3.5億顆,年均增長率達300%。ST的單光子雪崩二極管具有超高速時間分辨率,使Direct ToF技術能夠采用ST CMOS SPAD制造工藝。ST獨有飛行時間知識產(chǎn)權,在成本、復雜性、功耗與性能之間實現(xiàn)了完美平衡;緊湊的集成系統(tǒng)集成了傳感器、濾波器、光學器件、VCSEL和驅動器,實現(xiàn)高度校準的系統(tǒng);優(yōu)化且可靠的供應鏈實現(xiàn)低成本的大規(guī)模生產(chǎn)。
接著,他介紹了這一突破性光速測距技術——FlightSense™ 的原理和發(fā)展。它借助發(fā)射器、傳感器對目標進行測量,1厘米往返只用67皮秒。高集成度的飛行時間傳感器模塊可以實距測量,不受目標物體的大小、顏色和反射率的影響,測量非常快(幾毫秒),而且低功耗。
FlightSense™ 的應用非常廣泛,如激光自動對焦(實時對焦、場深輔助、對焦輔助);測距和接近檢測(實距測量、較大測距4m);存在/用戶檢測(安全、省電、護眼);手勢開關(功耗/尺寸和性能、新的交互方式);深度映射和AR/VR(多合一模塊、從基本手勢識別到高分辨率接收器)。
張程怡以手機相機對焦輔助為例說明了進一步的新創(chuàng)應用。相機自動對焦輔助裝置(前攝像頭或后攝像頭)可以在低照度和低對比度場景下實現(xiàn)精準實時對焦。新創(chuàng)應用包括通過多區(qū)掃描實現(xiàn)精準主體與背景判斷,輔助雙攝像頭對目標物的深度判斷,以及依主體距離適配閃光燈發(fā)射功率。
據(jù)介紹,適用于大眾市場應用的FlightSenseTM – ToF傳感器已發(fā)展到第三代。VL6180(第一代ToF傳感器)較大測距40厘米,采用850nm波長紅外發(fā)射技術(Vcsel),其主要應用場景包括:衛(wèi)浴龍頭開關控制、照明開關控制、平板閱讀距離警示、掃地機器人避障、沿邊與防跌落控制、相機激光自動對焦輔助裝置、其它用戶/物體檢測應用,以及其它精致接近檢測應用。VL53L0X(第二代ToF傳感器)較大測距2米,采用940nm波長紅外發(fā)射技術(Vcsel),主要應用場景有:進階衛(wèi)浴設備開關控制、進階平板閱讀距離管理控制、進階照明開關與亮度控制、進階廣告機用戶檢測、機器人室內(nèi)避障、相機激光自動對焦輔助、其它用戶/物體檢測應用,以及其它精致接近檢測應用。
VL53L1X(第三代ToF傳感器)較大測距 400cm,采用940nm波長紅外發(fā)射技術(Vcsel),主要應用場景是:進階衛(wèi)浴設備開關控制、無人機室內(nèi)定高與避障、室內(nèi)服務機器人避障、室內(nèi)門禁系統(tǒng)控制、投影儀自動對焦、相機激光自動對焦輔助、其它用戶/物體檢測應用,以及其它精致接近檢測應用。
張程怡還特地展示了一些來自其客戶的采用FlightSense™ 激光測距技術的產(chǎn)品。
解決頻閃難題的汽車影像產(chǎn)品
張程怡介紹的第二個話題是ST新型HDR LED無頻閃系統(tǒng),適用于高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)。他說,早在2009年,ST就開發(fā)了50萬像素CMOS圖像傳感器VL5510,用于夜視攝像頭,實現(xiàn)了50萬像素30fps、120dB HDR。2016年開發(fā)了130萬像素圖像傳感器VG6640和圖像處理器STV0991,用于智能倒車攝像頭,實現(xiàn)了720p 60fps低LED閃爍。2018年,推出了250萬像素圖像傳感器VG6768和圖像處理器STV0971,用于無閃爍攝像頭,包括無LED閃爍電子后視鏡、智能前視攝像頭、智能倒車攝像頭(LVDS)、全景全景攝像頭和行車記錄儀。
ST研發(fā)的獨特的CMOS傳感器能夠將極高動態(tài)范圍與原生的全面免受LED燈閃爍影響的功能相結合,并率先運用于汽車行業(yè)。該傳感器搭配一個圖像信號傳感器,是一個獨立的低功耗、多功能ISP。這款新型相機系統(tǒng)是目前市面上針對各種ADAS應用(如前視、環(huán)視、后視和流媒體后視鏡)的較佳解決方案。采用ST相機解決方案,每個LED燈的信息都將被一一捕獲。
VG6768是一款高性能、高動態(tài)范圍的圖像傳感器,無LED頻閃,像素2.5M。此款傳感器專為汽車應用而設計,解決了傳統(tǒng)成像器放置在LED照明前方時產(chǎn)生的眾所周知的問題。該產(chǎn)品基于全新的ST專利HDR LED無頻閃像素技術,完全免受LED頻閃影響,同時在每個畫面上捕獲145dB的高動態(tài)范圍。該設備具有極佳的低照度性能,完全符合汽車安全完整性等級(ASIL)的B級標準。采用10x10mm
im2BGA封裝。
STV0971配套芯片是一款獨立的圖像處理器。較先進的嵌入式算法使得系統(tǒng)可以受益于任何HDR相機,輸出多達三次曝光,應用缺陷像素修復、HDR合并、全局色調(diào)映射、自適應彩色化、自適應鏡頭遮光修正、自動白平衡、去噪和清晰度增強。
該相機系統(tǒng)針對每種汽車顯示應用,如流媒體后視鏡、環(huán)視、后視式。它還能增強機器視覺應用,如前視式,從而提供特定數(shù)據(jù)管道。由于其具有AEC-Q100 2級汽車認證,它可以支持任何汽車應用系統(tǒng)架構。在汽車和街道照明中使用越來越多的LED,這將不會影響到該相機系統(tǒng)提供的高圖像質(zhì)量。
張程怡強調(diào),LED閃爍的根源是路上見到的沒有標準頻率的采用PWM調(diào)制LED的光源,光源之間無相位相干性。在陽光直射下,傳統(tǒng)的2次或3次曝光時間HDR傳感器長曝光總是飽和,而中短曝光因時間太短而錯失LED脈沖。汽車顯示屏上的LED閃爍現(xiàn)象會分散駕駛者的注意力,使駕駛者和攝像系統(tǒng)看不清交通狀況,攝像頭丟失信息,導致系統(tǒng)做出錯誤的判斷甚至撞車。
ST的 LED光源閃爍解決方案采用ST的雙二極管方案有效控制60Hz到4KHz的LED頻率范圍的閃爍(10%起占空比)。雙二極管在大二極管上連續(xù)對長曝光進行積分運算;在小二極管進行中短曝光時間積分運算,成功擴展動態(tài)范圍,同步解決 LED 光源閃爍問題。
采用ST方案的新攝像系統(tǒng)完全符合電子后視鏡的要求,包括消除LED閃爍,攝像頭可把人眼能夠在玻璃后視鏡看到的東西全部顯示出來;60fps幀速率和全分辨率,高幀速率不會丟失任何信息(特別是在高速路上);超高動態(tài)范圍確保攝像頭不受“惡劣光照條件”(像太陽光線直射攝像頭)影響;完整圖像處理功能所需的圖像處理器,高靈活性的LVDS接口圖像處理器。
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