車載成像是先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中必不可少的一環(huán)，在安全以及各類其他需求的驅(qū)動下，車載成像系統(tǒng)的數(shù)量也在迅速增加。同時汽車成像設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)也不少，在車載環(huán)境下，圖像傳感器往往要面臨工作條件及參數(shù)要求更嚴(yán)苛的難題。

更嚴(yán)苛的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

在汽車的圖像世界里，除了安全方面，自動駕駛成像面臨的第一個挑戰(zhàn)就是大場景下的寬動態(tài)范圍。真實(shí)世界的場景通常能達(dá)到120-140dB，甚至超過140dB。明亮區(qū)域與黑暗區(qū)域之間有著極大的反差，這類情況時常會遇到，對于這類具有高動態(tài)范圍輸出的場景，務(wù)必要盡可能拍攝每一個細(xì)節(jié)，以便為先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng)算法提供清晰的場景數(shù)據(jù)。

超寬的工作溫度范圍也比普通的圖像傳感器工作溫度要求更嚴(yán)苛，傳感器必須適應(yīng)極端的工況環(huán)境，覆蓋－40℃到105℃等極端環(huán)境溫度。交通信號燈/LED路牌閃爍和偽影也給圖像傳感器出了一個很大的難題，LED屬于交流脈沖光源，其頻率和占空比都是可變的，汽車車燈的頻率一般大于90Hz，占空比大于5%。對于圖像傳感器來說，脈沖頻率越低，占空比越小，sensor曝光時間越短，閃爍問題就越嚴(yán)重。圖像傳感器無法識別或者對場景信息的誤判，會給ADAS算法帶來很嚴(yán)重的麻煩。閃爍問題通常和高動態(tài)范圍要求同時出現(xiàn)在場景中，對圖像傳感器提出了嚴(yán)苛的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

專用超級曝光技術(shù)

目前實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)的兩種主流技術(shù)路線，一是時域多次曝光融合，另一個是大小像素融合。兩種技術(shù)路線的本質(zhì)其實(shí)是一樣的，都是通過拍多張照片然后融合成一張。不同的曝光之間靈敏度不一樣，采集不同的亮度，實(shí)現(xiàn)動態(tài)范圍擴(kuò)展。二者不同之處在于時域多次曝光只有一種像素，在時間上有滯后，大小像素曝光只有一次，但是有兩種尺寸的像素。時域多次曝光因?yàn)闀r間滯后，會有運(yùn)動軌影的問題，大小像素融合問題更多一些，畢竟像素有差異靈敏度有差異。

安森美半導(dǎo)體推出的超級曝光像素技術(shù)路線，一次曝光可以等效以前兩次曝光的動態(tài)范圍，解決了以前兩種主流技術(shù)路線各自的不足。超級曝光像素更易于拓展到更小的尺寸，并且沒有大小像素結(jié)構(gòu)嚴(yán)重的像素串?dāng)_問題，在汽車應(yīng)用溫度和曝光時間內(nèi)確定合適的平衡點(diǎn)以保證了圖像在噪聲、顏色、清晰度和細(xì)節(jié)上的質(zhì)量，還能有效抑制LED閃爍。在安森美半導(dǎo)體的Hayabusa（游隼）圖像傳感器平臺里，采用專有的超級曝光技術(shù)，提供通用架構(gòu)和像素性能，幫助設(shè)計(jì)人員縮減成本，加快開發(fā)。安森美半導(dǎo)體認(rèn)為，超級曝光像素是用于視覺和ADAS功能的最佳選擇。

Hayabusa圖像傳感

傳統(tǒng)的sensor像素，像素的感光區(qū)也是存儲區(qū)，而Hayabusa超級曝光技術(shù)創(chuàng)新在于像素的感光和電荷的存儲是分離的。像素負(fù)責(zé)感光，它的容量不大，當(dāng)其飽和時，積累的電荷會轉(zhuǎn)移到外部的存儲電容中去，通過這種手段解決了容量的限制，方便拓展。目前這一代的Hayabusa超級曝光技術(shù)其動態(tài)范圍拓展超過了線性像素容量的5倍，且長時間曝光捕獲脈沖光而不會過飽和。據(jù)安森美半導(dǎo)體技術(shù)人介紹，下一代其拓展范圍將拓展超過線性像素容量幾十倍甚至更高。

而與大小像素相比，Hayabusa超級曝光在LFM上同樣更有優(yōu)勢。不管是低噪噪聲，還是高亮噪聲，超級曝光都展現(xiàn)出了更好的HDR特性，尤其是在較高溫度下。大小像素針對任何鏡頭設(shè)計(jì)都需要廣泛的校準(zhǔn)、多維色彩校正以及額外的增強(qiáng)去噪，這必然會導(dǎo)致細(xì)節(jié)和分辨率的缺損，而Hayabusa超級曝光則沒有此方面憂慮。
Hayabusa超級曝光還針對人眼視覺和機(jī)器視覺做了優(yōu)化，支持＞95dB動態(tài)范圍的同時避免閃爍或偽影，全阱容量＞100ke-。最快可以達(dá)到60fps和極短的超級曝光時間實(shí)現(xiàn)超過120dB的動態(tài)范圍。

小結(jié)

在車載環(huán)境下，圖像傳感器往往要面臨工作條件及參數(shù)要求更嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。通過一個圖像傳感器平臺解決了汽車成像領(lǐng)域的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，Hayabusa在行業(yè)內(nèi)競爭力十足?？紤]到汽車應(yīng)用中往往需要對測試駕駛做一系列圖像訓(xùn)練，可擴(kuò)展的圖像傳感器平臺大大減少了制造商在多個平臺上工作所需的圖像的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，成本上也是一種減負(fù)。