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關(guān)于汽車世界，博物館可能是一個(gè)關(guān)于汽車運(yùn)輸未來的會(huì)議最合適的地點(diǎn)。它收藏了大量從20世紀(jì)初到60年代和70年代的老式汽車(由馬希家族收藏)。它與展出的配備先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的新興汽車并排展出，突顯了汽車行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷(并仍在經(jīng)歷)的技術(shù)之旅的反差。
2022年9月12日至15日，在布魯塞爾AutoSens 2022邀請了主要的行業(yè)利益相關(guān)者，包括CMOS圖像傳感器(CIS)供應(yīng)商Onsemi、索尼、OmniVision和三星、圖像信號(hào)處理(ISP)供應(yīng)商的子公司nextchip和人工智能芯片供應(yīng)商GEO Semiconductor。參加會(huì)議的激光雷達(dá)/ 3D傳感公司包括Baraja、三星先進(jìn)技術(shù)研究所(SAIT)、Cepton、TriEye、Algolux和IMEC。 ? 這個(gè)博客提供了一些來自布魯塞爾AutoSens的CMOS圖像傳感器的最新發(fā)展和趨勢。 ? ?
Onsemi展示了他們最新的高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 圖像傳感器的工作，該傳感器結(jié)合了用于 ADAS/AV 應(yīng)用的 LED 閃爍緩解 (LFM)。新的汽車傳感器（據(jù)報(bào)道是 AR0823）具有 8.3 MP 的分辨率和 2.1 μm 的像素間距。 ? 根據(jù) Onsemi 的說法，ADAS 汽車應(yīng)用需要 8 MP 量級(jí)的分辨率來解析小物體，例如磚塊或巖石，或者更遠(yuǎn)距離（100 米）的騎自行車者或行人等較大物體。在高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 方面，AR0823 采用 Onsemi 的超曝光 (SE) 像素技術(shù)，配備非常大的全阱容量 (FWC) 光電二極管和像素內(nèi)溢流電容器 (OFC)，可提供業(yè)界報(bào)告的最高總動(dòng)態(tài)范圍為 150 dB。 ? 這樣的動(dòng)態(tài)范圍是在兩次連續(xù)（交錯(cuò)）曝光中實(shí)現(xiàn)的，第一次“長”曝光捕獲較低照明范圍，提供約 110 dB，而第二次“較短”曝光捕獲更高照度并提供剩余約 40 dB HDR . Onsemi 報(bào)告了動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的最小圖像模糊和完整的 LFM 功能。LED 閃爍主要是通過第一次曝光捕獲的，在此曝光中實(shí)現(xiàn)了完整的 LFM 功能。
圖 2. 不同高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 策略的比較（來源：Onsemi 在 Image Sensors Europe 2022 上的演示）。 ? Onsemi 將這款 2.1 μm 像素間距高 FWC + OFC 傳感器的性能與競爭的 2.1 μm 和 3.0 μm 分離光電二極管像素設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較。在某些光照和溫度條件下，Onsemi 報(bào)告說，單次超曝光技術(shù)在整體信噪比 (SNR) 和調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF) 方面具有優(yōu)勢，從而可以在角落情況下更好地檢測物體。 ? Onsemi 還在開發(fā)具有相同 150 dB HDR 范圍的較低分辨率的 3.0 MP 傳感器，預(yù)計(jì)將很快發(fā)布。AR0823 和更新的傳感器都具有滾動(dòng)快門，據(jù) Onsemi 稱，它提供高達(dá) ~ 60 fps 的輸出，足以滿足當(dāng)前的汽車場景，同時(shí)避免全局快門像素復(fù)雜性和成本。 ? 根據(jù) Onsemi 的說法，汽車攝像頭的要求是由要檢測的物體范圍和檢測標(biāo)準(zhǔn)來定義的。對于物體識(shí)別，整個(gè)物體的高對比度圖像需要 8 個(gè)像素，而物體識(shí)別需要 16 個(gè)像素。鑒于 ADAS 攝像頭需要檢測道路上小至石頭或磚塊的物體，因此 ADAS 應(yīng)用需要大約 8 MP 的分辨率。然而，這取決于所使用相機(jī)的視野 (FOV)。較低的 FOV 可以適應(yīng)較低分辨率的 CIS，但約 140 度及以上的較高 FOV 相機(jī)可能需要更大的分辨率。 ? 由于大多數(shù) OEM 更喜歡光學(xué)格式約為 1/3” 至 1/2” 的小傳感器封裝尺寸，因此必須選擇像素間距以滿足此類標(biāo)準(zhǔn)，而不會(huì)在低照度下失去靈敏度。除了 ADAS 用例外，Onsemi 還將其約 8 MP 分辨率傳感器調(diào)整為適用于駕駛員監(jiān)控和乘員監(jiān)控系統(tǒng) (DOMS) 的車內(nèi)用例。 ? ?
索尼
索尼展示了其用于汽車圖像傳感器的“富士”像素架構(gòu)的工作。索尼還采用了 8 MP、2.1 μm 像素間距的 CIS，索尼認(rèn)為這是前置感應(yīng)汽車 CIS 的主流。此外，索尼表示，這種更大的分辨率還可以滿足汽車原始設(shè)備制造商希望將單一類型的相機(jī)用于多種用例的愿望，從而有助于標(biāo)準(zhǔn)化集成。 ? 索尼的“富士”傳感器架構(gòu)使用相當(dāng)復(fù)雜的像素設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)范圍。它采用分體式光電二極管 (PD) 方法、用于低照度的大 PD 和用于更高光照水平的小 PD。小型 PD 包含一個(gè)像素內(nèi)過流電容器，可進(jìn)一步擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍以實(shí)現(xiàn)高照度水平?！案皇俊毕袼剡€在大型光電二極管上集成了雙轉(zhuǎn)換增益，用于中間照明的低轉(zhuǎn)換增益和用于非常低光照水平的高轉(zhuǎn)換增益。 ? 因此，這種像素架構(gòu)比單次曝光的大 FWC 像素涉及更多，但索尼認(rèn)為這種折衷設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生最佳的整體 SNR 和動(dòng)態(tài)范圍。三個(gè)像素讀數(shù)的同時(shí)曝光提供了大約 108 dB 的動(dòng)態(tài)范圍。通過增加大光電二極管的第 2 次短時(shí)間曝光（低增益），可以處理極高的光照，例如直射陽光。據(jù)索尼稱，這種方法在中等溫度條件下可實(shí)現(xiàn) 130 dB 的整體動(dòng)態(tài)范圍。圖 3 再現(xiàn)了 Sony 提供的時(shí)序。 ?
圖 3. 索尼“富士”像素 HDR 讀數(shù)（基于 Sony AutoSens 2022 演示文稿）。 ? 在輸出方面，索尼討論了優(yōu)化汽車使用的圖像格式的方法，其中同時(shí)生成 RAW 和 YUV 輸出以用于傳感和查看。目前，圖像傳感器 RAW 管道輸出針對計(jì)算機(jī)視覺（傳感）進(jìn)行了優(yōu)化。YUV 顏色感知編碼的圖像處理是在下游完成的，并且使用不是最佳的 RAW 輸入。通過為每個(gè) RAW 和 YUV 圖像處理集成一個(gè)單獨(dú)的專用 ISP 芯片，人們可以獨(dú)立處理圖像并提高每個(gè)用例的圖像質(zhì)量，并為多個(gè)用例標(biāo)準(zhǔn)化相機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)。如果采用這種方法，它將由 CIS + ISP1 + ISP2 的三重堆疊傳感器組成，作為索尼汽車傳感器的未來（圖 4）。 ?
圖 4. 索尼提出的集成雙 ISP 的 CIS。
豪威科技
豪威科技展示了汽車圖像傳感器在分辨率、幀速率和整體數(shù)據(jù)速率方面的幾種趨勢。對于分辨率，OmniVision 計(jì)劃提高 ADAS / AV 攝像機(jī)的分辨率，可能高達(dá) 15 MP。對更高分辨率的需求是雙重的，第一是為了在更遠(yuǎn)的距離處對物體進(jìn)行最佳檢測。這提供了在較高速度下尤其重要的早期檢測，例如在高速公路上。 ? 第二個(gè)因素是增加視野。OEM 對更大的 FOV 相機(jī)越來越感興趣，以限制未來相機(jī)的總數(shù)。更大的 FOV 意味著需要更大的角分辨率，因此需要更大的 CIS 分辨率。對于環(huán)繞觀看，OmniVision 還預(yù)見到將分辨率提高到當(dāng)前 3 MP 以上的趨勢。也就是說，當(dāng)前的觀看分辨率主要取決于車內(nèi)顯示器的分辨率，但未來更大的顯示器將需要超過 3 MP 的更好的 CIS 觀看分辨率。 ? 除了 CIS 分辨率，汽車傳感器的輸出幀速率預(yù)計(jì)將從當(dāng)前的 30 fps 增加到 45 甚至 60 fps，具體取決于分辨率，但對于 4/5 級(jí)自主性尤其需要。這些更高的 CIS 分辨率和幀速率意味著未來汽車成像的整體數(shù)據(jù)速率要高得多，這將需要更大的處理能力。更重要的是，它將需要更好的數(shù)據(jù)質(zhì)量和更少的不確定性。換句話說，相機(jī)級(jí)別的片上功能、信息處理和審查越多，整體系統(tǒng)性能就越好、越快（圖 5）。 ?
圖 5. 隨著分辨率、幀速率的提高而提高數(shù)據(jù)速率。 ? 為促進(jìn)此類功能，OmniVision 還預(yù)測了更大的圖像傳感器集成度，以及從當(dāng)前 ISP 芯片同時(shí)容納模擬和數(shù)字電路的 2-Die 堆疊成像器到模擬和數(shù)字邏輯被隔離到專用 Die 中的 3-Die 堆疊的過渡。這允許優(yōu)化每個(gè)芯片的工藝技術(shù)，并提供更小的芯片尺寸和更低的功率（圖 6）。
圖 6. OmniVision 預(yù)測具有專用模擬和數(shù)字 ISP 芯片的 3 芯片堆疊汽車傳感器。
三星
Samsung 沒有展示其汽車圖像傳感器，但在其展位上展示了兩個(gè)傳感器。傳感器是 3B6，3MP (1920 x 1536) RGB 圖像傳感器，具有 3 μm 像素間距的環(huán)繞視圖，以及更高分辨率的 8.3 MP (3840 x 2160) RGB 傳感器，1H1 具有更小的 2.1 μm 像素間距，用于前感應(yīng)和查看應(yīng)用。這兩款傳感器都采用三星的分離式光電二極管“CornerPixel”架構(gòu)，并且已經(jīng)部署了相當(dāng)長的一段時(shí)間。 ? 據(jù)三星稱，滾動(dòng)快門足以滿足當(dāng)前 ADAS 應(yīng)用的幀速率要求，但車內(nèi)/DMS 用例確實(shí)需要全局快門功能。因此推測上述兩個(gè)傳感器確實(shí)是卷簾快門，因?yàn)槿巧形磮?bào)告用于駕駛員/客艙監(jiān)控的專用傳感器。有趣的是，三星此前公布的汽車傳感器 4AC，也被報(bào)道有 CornerPixel，但并未被觀察到，也沒有在 AutoSens 上展出。 ? 也就是說，據(jù)報(bào)道，三星目前正在開發(fā)一款分辨率為 15 MP 的汽車傳感器，很可能是 1P1，并且也適用于 Front 傳感應(yīng)用，盡管尚未正式宣布。 ?
圖 7. 三星汽車圖像傳感器產(chǎn)品總結(jié)。預(yù)計(jì)1P1，但尚未正式宣布。
STMicroelectronics 展示了其新發(fā)布的車內(nèi)傳感器 VB1940 / VD1940，這是一款堆疊背照式 4×4 RGB-NIR 圖案（用于 940nm 增強(qiáng)檢測的 NIR 濾光片）。它的主要應(yīng)用是駕駛員監(jiān)控和客艙監(jiān)控。 ? 對于駕駛員監(jiān)控，傳感器性能被證明可以有效且快速地檢測眼睛注視，即使是在遠(yuǎn)處，也可以在受試者佩戴眼鏡的情況下進(jìn)行。VB1940 / VD1940 還具有兩種快門模式，全局快門用于檢測快速移動(dòng)（如眼睛注視）和卷簾快門，用于其他機(jī)艙乘客監(jiān)控用例。它具有 5.1 MP 分辨率，2.25 μm 像素間距，在滾動(dòng)快門模式下線性動(dòng)態(tài)范圍高達(dá) 100 dB。ISP 提供片上拜耳化或 NIR 升級(jí)（圖 8）。 ?
圖 8. 具有 4×4 模式 RGB-NIR 和片上 ISP Bayerization或NIR Upscale 的 STMicroelectronics 車內(nèi) DMS/OMS。 ? STMicroelectronics 還展示了 VB56G4A，這是一款 1.5MP 單色 (NIR) 傳感器，具有 2.61 μm 像素間距，也采用全局快門堆疊背照式。據(jù) STMicroelectronics 稱，VB1940 / VD1940 和 VB56G4A 傳感器均采用電壓域全局快門，在電荷到電壓轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)光生信號(hào)。 ? 用于像素存儲(chǔ)的金屬-絕緣體-金屬 (MIM) 電容器在 CIS 中實(shí)現(xiàn)。在此，考慮了特殊的預(yù)防措施，以降低 CIS 中 MIM 存儲(chǔ)電容器的寄生光敏感度 (PLS)，以實(shí)現(xiàn)有效的快門。據(jù) STMicroelectronics 稱，這有助于降低與在堆疊 ISP 中實(shí)施全局快門存儲(chǔ)相關(guān)的傳感器成本。 ?
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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