CMOS圖像傳感器 自動(dòng)駕駛汽車的理想選擇

Newsight Imaging首款專為近距離LiDAR應(yīng)用而設(shè)計(jì)的CMOS圖像傳感器NSI3000及電路板，現(xiàn)已量產(chǎn)供貨。

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據(jù)報(bào)道，LiDAR（激光雷達(dá)）和光譜分析應(yīng)用的先進(jìn)CMOS圖像傳感器開(kāi)發(fā)商——以色列Newsight Imaging，本月中旬在底特律AutoSens展會(huì)上介紹了為什么該公司的CMOS圖像傳感器解決方案能成為自動(dòng)駕駛汽車LiDAR傳感器的理想選擇。該公司近期剛剛宣布通過(guò)TowerJazz位于以色列的代工廠，采用TowerJazz先進(jìn)的180nm技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了其CMOS圖像傳感器的大規(guī)模量產(chǎn)。

當(dāng)前，汽車LiDAR系統(tǒng)所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)主要包括：遠(yuǎn)距離、小尺寸及透明物體的探測(cè)；遠(yuǎn)距離探測(cè)的分辨率；近距離及遠(yuǎn)距離的高精度探測(cè)；避免陽(yáng)光或其它光源的致盲；以及精確的時(shí)序控制。當(dāng)然，市場(chǎng)還希望LiDAR系統(tǒng)能夠兼具低功耗、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件且低成本。

因此，機(jī)械旋轉(zhuǎn)式LiDAR和含有運(yùn)動(dòng)部件的MEMS技術(shù)方案，都在努力滿足嚴(yán)苛的車規(guī)要求，尤其是面對(duì)未來(lái)先進(jìn)的自動(dòng)駕駛。目前LiDAR系統(tǒng)中采用的傳感器（如SPAD單光子雪崩二極管）能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)。但是，它們的分辨率有限，并且很難滿足汽車應(yīng)用在200米距離，以至少20像素的分辨率識(shí)別行人的要求。

Newsight Imaging的增強(qiáng)型飛行時(shí)間（eToF，enhanced Time-oF-Flight）技術(shù)正是為解決上述所有問(wèn)題而設(shè)計(jì)的完整的CMOS解決方案。eToF是一種不含任何運(yùn)動(dòng)部件的3D固態(tài)器件。它內(nèi)建多合一CMOS芯片，將探測(cè)、邏輯芯片、處理和數(shù)字輸出全部集成在一顆高靈敏度、小尺寸、低成本的單芯片上。

其eToF技術(shù)增強(qiáng)了脈沖間接飛行時(shí)間距離傳感方案。在脈沖間接飛行時(shí)間測(cè)量中，物體的距離，是通過(guò)距離選通法進(jìn)行感知和探測(cè)的。其返回信號(hào)脈沖的距離信息被為兩部分。

如上圖所示，返回信號(hào)被與發(fā)射信號(hào)對(duì)準(zhǔn)的第一窗口（1st Window）捕獲，獲得一部分返回信號(hào)的積分，標(biāo)記為“A”；緊接著，返回信號(hào)再次被與發(fā)射信號(hào)末端對(duì)準(zhǔn)的第二窗口（2nd Window）捕獲，獲得另一部分返回信號(hào)的積分，標(biāo)記為“B”。然后通過(guò)計(jì)算A和B值的比值來(lái)算得距離信息，計(jì)算公式為d=0.5*c*t*［B/（A+B）］，其中c為光速，t為發(fā)射信號(hào)的寬度。

非常重要的是，A和B值測(cè)量了反射光的強(qiáng)度，因此每次反射光的捕捉形成了完整的成像。

eToF增強(qiáng)脈沖間接飛行時(shí)間測(cè)量法，主要依賴以下幾點(diǎn)：

- 增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍；

- 近距離和遠(yuǎn)距離的高精度探測(cè)；

- 避免外部光源致盲；

- 以及數(shù)字脈沖時(shí)序控制。

增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍，旨在滿足遠(yuǎn)距離探測(cè)微弱信號(hào)且不會(huì)由于近距離高反射物體而引起飽和的挑戰(zhàn)，同時(shí)還能捕獲必要的信息以獲得足夠的分辨率。在Newsight Imaging的方案中，信號(hào)的處理在模擬域中完成。這意味著數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)壓縮和量化，而不會(huì)丟失任何累積信息，并且使用了標(biāo)準(zhǔn)的處理工具。其結(jié)果是顯著放大的微弱信號(hào)，以及由此得到的高信噪比，從而獲得遠(yuǎn)距離探測(cè)所需要的高分辨率。

通過(guò)各種脈沖寬度和支持算法間的切換，獲得近距離和遠(yuǎn)距離的高精度探測(cè)，能夠以合適的性能和良好的分辨率，覆蓋近距離和遠(yuǎn)距離探測(cè)的運(yùn)行模式。

應(yīng)用獨(dú)特的光學(xué)解決方案來(lái)減輕環(huán)境光和其他車輛燈光引起的致盲。并且，致盲的緩解，是在原激光器衰減最小的前提下實(shí)現(xiàn)的，這對(duì)LiDAR系統(tǒng)獲得足夠的性能至關(guān)重要。

數(shù)字時(shí)序控制，對(duì)于脈沖的精準(zhǔn)發(fā)射和接收至關(guān)重要。Newsight Imaging開(kāi)發(fā)了一款超緊湊、超快速的電流源脈沖激光驅(qū)動(dòng)器。其對(duì)稱的輸出脈沖在幅度和持續(xù)時(shí)間上可以完全控制。憑借這項(xiàng)技術(shù)，其上升時(shí)間和下降時(shí)間僅受激光器開(kāi)啟延時(shí)的限制。

關(guān)于Newsight Imaging

Newsight Imaging研發(fā)用于激光雷達(dá)領(lǐng)域的高級(jí)CMOS圖像傳感器芯片。芯片傳感器采用 CMOS 技術(shù)制造，具有超高靈敏度的像素，可代替很多應(yīng)用中更昂貴的CCD傳感器或其他攝像頭模塊，適用于機(jī)器人、玩具、汽車（ADAS和汽車安全）和遙控飛機(jī)等領(lǐng)域。公司已獲得中國(guó)投資者（美的關(guān)聯(lián)公司盈峰投資控股集團(tuán)）的投資。公司首款產(chǎn)品NSI3000已開(kāi)始量產(chǎn)，并成功發(fā)貨。NSI3000是專為短程激光雷達(dá)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，部署了多列不同尺寸的像素。

此外，Newsight Imaging的第二款創(chuàng)新產(chǎn)品NSI5000也是在TowerJazz在以色列的代工廠內(nèi)共同開(kāi)發(fā)。NSI5000是一款用于長(zhǎng)距離應(yīng)用的綜合激光雷達(dá)解決方案，包括頂級(jí)DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）控制器，可完成深度和機(jī)器視覺(jué)涉及的復(fù)雜計(jì)算。NSI5000是專為自動(dòng)駕駛應(yīng)用推出的3D脈沖式激光雷達(dá)，并采用Newsight Imaging的eToF技術(shù)，預(yù)計(jì)將在2018年年中發(fā)布。