CMOS圖像傳感器 自動駕駛汽車的理想選擇

Newsight Imaging首款專為近距離LiDAR應用而設計的CMOS圖像傳感器NSI3000及電路板，現已量產供貨。

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據報道，LiDAR（激光雷達）和光譜分析應用的先進CMOS圖像傳感器開發商——以色列Newsight Imaging，本月中旬在底特律AutoSens展會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駕駛汽車LiDAR傳感器的理想選擇。該公司近期剛剛宣布通過TowerJazz位于以色列的代工廠，采用TowerJazz先進的180nm技術，實現了其CMOS圖像傳感器的大規模量產。

當前，汽車LiDAR系統所面臨的技術挑戰主要包括：遠距離、小尺寸及透明物體的探測；遠距離探測的分辨率；近距離及遠距離的高精度探測；避免陽光或其它光源的致盲；以及精確的時序控制。當然，市場還希望LiDAR系統能夠兼具低功耗、無運動部件且低成本。

因此，機械旋轉式LiDAR和含有運動部件的MEMS技術方案，都在努力滿足嚴苛的車規要求，尤其是面對未來先進的自動駕駛。目前LiDAR系統中采用的傳感器（如SPAD單光子雪崩二極管）能夠實現遠距離探測。但是，它們的分辨率有限，并且很難滿足汽車應用在200米距離，以至少20像素的分辨率識別行人的要求。

Newsight Imaging的增強型飛行時間（eToF，enhanced Time-oF-Flight）技術正是為解決上述所有問題而設計的完整的CMOS解決方案。eToF是一種不含任何運動部件的3D固態器件。它內建多合一CMOS芯片，將探測、邏輯芯片、處理和數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技術增強了脈沖間接飛行時間距離傳感方案。在脈沖間接飛行時間測量中，物體的距離，是通過距離選通法進行感知和探測的。其返回信號脈沖的距離信息被為兩部分。

如上圖所示，返回信號被與發射信號對準的第一窗口（1st Window）捕獲，獲得一部分返回信號的積分，標記為“A”；緊接著，返回信號再次被與發射信號末端對準的第二窗口（2nd Window）捕獲，獲得另一部分返回信號的積分，標記為“B”。然后通過計算A和B值的比值來算得距離信息，計算公式為d=0.5*c*t*［B/（A+B）］，其中c為光速，t為發射信號的寬度。

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

eToF增強脈沖間接飛行時間測量法，主要依賴以下幾點：

- 增強的動態范圍；

- 近距離和遠距離的高精度探測；

- 避免外部光源致盲；

- 以及數字脈沖時序控制。

增強的動態范圍，旨在滿足遠距離探測微弱信號且不會由于近距離高反射物體而引起飽和的挑戰，同時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，信號的處理在模擬域中完成。這意味著數據經過壓縮和量化，而不會丟失任何累積信息，并且使用了標準的處理工具。其結果是顯著放大的微弱信號，以及由此得到的高信噪比，從而獲得遠距離探測所需要的高分辨率。

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

應用獨特的光學解決方案來減輕環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現的，這對LiDAR系統獲得足夠的性能至關重要。

數字時序控制，對于脈沖的精準發射和接收至關重要。Newsight Imaging開發了一款超緊湊、超快速的電流源脈沖激光驅動器。其對稱的輸出脈沖在幅度和持續時間上可以完全控制。憑借這項技術，其上升時間和下降時間僅受激光器開啟延時的限制。

關于Newsight Imaging

Newsight Imaging研發用于激光雷達領域的高級CMOS圖像傳感器芯片。芯片傳感器采用 CMOS 技術制造，具有超高靈敏度的像素，可代替很多應用中更昂貴的CCD傳感器或其他攝像頭模塊，適用于機器人、玩具、汽車（ADAS和汽車安全）和遙控飛機等領域。公司已獲得中國投資者（美的關聯公司盈峰投資控股集團）的投資。公司首款產品NSI3000已開始量產，并成功發貨。NSI3000是專為短程激光雷達應用而設計的，部署了多列不同尺寸的像素。

此外，Newsight Imaging的第二款創新產品NSI5000也是在TowerJazz在以色列的代工廠內共同開發。NSI5000是一款用于長距離應用的綜合激光雷達解決方案，包括頂級DSP（數字信號處理器）控制器，可完成深度和機器視覺涉及的復雜計算。NSI5000是專為自動駕駛應用推出的3D脈沖式激光雷達，并采用Newsight Imaging的eToF技術，預計將在2018年年中發布。