隨著(zhù)汽車(chē)安全重要性的凸顯，行車(chē)輔助系統在汽車(chē)領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。在這類(lèi)應用中，視覺(jué)系統是必不可少的一個(gè)組成部分，其必須快速、精確地感知各種路況，進(jìn)而提前預警或控制車(chē)輛行為。這要求系統的前端----攝像頭能夠最大限度地適應不同的光照條件，提供路況場(chǎng)景的細節信息。
圖1顯示了汽車(chē)視覺(jué)系統的主要應用，包括前視、后視、側視、內視等。以前視為例，夜視(Night Vision，NV)、車(chē)道偏離預警(Lane Departure Warning，LDW)、碰撞預警(Collision Warning，CW)、交通標志識別(Traffic Sign Recognition，TSR)等應用要求視覺(jué)系統在各種天氣、路況條件下，能夠清晰識別車(chē)道線(xiàn)、車(chē)輛、障礙物、交通標志等。所有這些功能要求圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic Range，DR)足夠高，為后級圖像處理系統提供豐富的細節信息。
圖1 汽車(chē)視覺(jué)系統的主要應用
汽車(chē)視覺(jué)系統中的圖像傳感器
圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉換成電子信號的器件，是攝像頭的重要組成部分，如圖2所示。在典型汽車(chē)應用中，視覺(jué)系統要處理一些復雜的路面情況，比如來(lái)面向陽(yáng)光行車(chē)、進(jìn)出隧道、以及夜間會(huì )車(chē)時(shí)對面車(chē)輛前照燈等。這類(lèi)路況要求攝像頭，以及其中的圖像傳感器能夠自動(dòng)適應這類(lèi)復雜場(chǎng)景，否則圖像中細節信息的損失很難通過(guò)后級信號處理方法來(lái)恢復。
圖2 攝像頭中的圖像傳感器
一幅畫(huà)面中，最亮部分和最暗部分亮度的比值被稱(chēng)作動(dòng)態(tài)范圍，比如，陽(yáng)光直射下某亮色物體亮度大約是100kcd/ m2，陰影下的暗色物體亮度大約是100mcd/ m2。某場(chǎng)景若同時(shí)包括這兩種物體，則圖像的動(dòng)態(tài)范圍是120dB。只有圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍高于120dB，汽車(chē)視覺(jué)系統才能有效地對該場(chǎng)景進(jìn)行圖像采集。
考慮到夜間行車(chē)，有些道路沒(méi)有路燈或者路燈很暗，汽車(chē)視覺(jué)系統也需要在低光照場(chǎng)景下采集路況信息。針對汽車(chē)應用，圖像傳感器需要滿(mǎn)足一系列汽車(chē)級要求，如寬溫度范圍、高可靠性、高集成度、低成本等。表1總結了汽車(chē)視覺(jué)系統中圖像傳感器應該具有的性能：
Melexis高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器技術(shù)
由于CMOS技術(shù)的高集成度、高穩定性、低成本，基于CMOS技術(shù)的圖像傳感器應用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為絕大多數視覺(jué)系統的首選。CMOS圖像傳感器的像素中包含一個(gè)光敏二極管，在光照激勵下產(chǎn)生和光強度呈正相關(guān)的光電流。通過(guò)在一定曝光時(shí)間內對光電流積分，可以把光學(xué)圖像信號裝換成像素的電子信號輸出，其響應特性如圖3(a)所示。因為供電電壓幅度以及傳感器噪聲的限制，傳統CMOS圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍和成像細節是一對矛盾：增加曝光時(shí)間可以改善細節但同時(shí)減低動(dòng)態(tài)范圍，反之降低曝光時(shí)間可以提高動(dòng)態(tài)范圍但不利于細節顯示。傳統CMOS圖像傳感器中的這對主要矛盾，使其不能完全滿(mǎn)足汽車(chē)視覺(jué)系統的要求。
針對CMOS技術(shù)的特點(diǎn)，Melexis開(kāi)發(fā)了基于A(yíng)utobrite技術(shù)的CMOS圖像傳感器MLX75412，以圖3(b)所示的非線(xiàn)性響應特性解決前述矛盾，大幅提高了圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，使其符合表1中所列所有標準。通過(guò)Autobrite技術(shù)對像素進(jìn)行分段曝光/復位控制，圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍拓展到154dB。集成的反饋控制算法分析所采集到的圖像，實(shí)時(shí)調整傳感器的曝光時(shí)間和動(dòng)態(tài)范圍，顯著(zhù)提高了在復雜路況下圖像采集的質(zhì)量。
MLX75412的集成圖像增強功能Autoview，能夠實(shí)時(shí)調整圖像亮度和銳度，減輕了后級信號處理系統的計算量。同時(shí)，由于MLX75412中集成的12位圖像處理流水線(xiàn)，其圖像處理精度高于通常使用的8位圖像處理。MLX75412提供了標準的原始視頻信號輸出和I2C控制信號輸入，兼容絕大多數DSP或FPGA?？紤]到汽車(chē)應用，MLX75412提供1024×512分辨率的寬屏畫(huà)面，采集更廣范圍的圖像，便于識別路兩側的行人或交通標志。
