安森美汽車圖像傳感器發展趨勢

本文作者：安森美(onsemi)高級經理Sergey Velichko

一切始于18年前我開始研究用于后視攝像頭（RVC）的一種首款汽車CMOS圖像傳感器。在當時，配備RVC以幫助駕駛員看到汽車后方是一項偉大創新。二十年后的今天，RVC已成為現代車輛的標配，且更多的攝像頭為高級駕駛輔助系統（ADAS）奠定了基礎。隨著Aptina從當時的美光科技圖像傳感器部門分拆出來，再到后來被安森美收購，我的職業生涯隨之變化，ADAS系統也經歷了一系列重大變革。

時至今日，更先進的汽車系統在以下情況下會向駕駛員發出警報：探測到近距離物體或視線盲區中的汽車、車道偏離以及在定速巡航模式下保持速度和距離。許多這些熟悉的安全功能都是由汽車圖像傳感器實現的。

對我個人來說能夠成為這場交通變革的一部分也是非常有益的經歷。我有機會在安森美團隊中工作，努力為行業帶來許多開創性的發明，這些發明如今已成為行業規范。例如，我們推出了雙增益像素技術和高動態范圍成像（HDR），這些技術現在用于許多傳感器設計中。我可以自豪地說，大多數ADAS系統使用的是安森美開發的圖像傳感器。

在我的職業生涯中，圖像傳感技術的發展發生了翻天覆地的變化，我親眼見證了車載圖像傳感器取得的顯著進步。

分辨率

圖像分辨率是衡量圖像質量的重要參數之一。尤其對于車載成像而言，更高的分辨率意味著圖像擁有更銳利的邊緣和更細膩的細節。

試想一下，當視頻圖形陣列（VGA）傳感器剛剛問世時，它們只能生成30萬像素（0.3MP，640Hx480V）的圖像。而我們的AR0820AT則是市場上首款車規級830萬像素（8.3MP，3840Hx2160V）圖像傳感器。這種高分辨率使得單個攝像頭可以支持多種應用（如視覺和感知），并且能夠更好地進行物體探測。隨著越來越多的汽車應用需要更大量的成像數據來輔助做出關乎安全的關鍵決策，我們可以預見市場在未來對更高分辨率的需求將會持續增長。

圖1.安森美汽車圖像傳感器發展趨勢

像素尺寸

像素尺寸是選擇傳感器時要考慮的另一個因素，需要與速度、靈敏度、圖像質量達到完美平衡。更大的像素具有更大的面積來收集可用光線，但這并不意味著總能得到更好的圖像質量。一個擁有較小像素的傳感器在覆蓋相同光學面積的情況下，其性能可能超過擁有較大像素的傳感器。

我們的Hyperlux系列就是一個例子，它展示了在典型汽車環境下，2.1μm像素傳感器如何優于3μm像素傳感器：在低光環境、總信噪比（SNRs）以及HDR等方面表現出色。隨著我們研發更先進的圖像傳感器，像素尺寸已從較大的6μm縮小到我們當前的2.1μm超級曝光像素，同時提升了整體性能。

曝光HDR技術

我們是首家發明大小像素技術以生成HDR圖像的公司。通過采用大小像素的方法，專用于單個像素的傳感器區域被分為兩部分：一個較大的光電二極管覆蓋大部分區域，另一個較小的光電二極管則利用剩余部分。然而，由于大小像素技術會導致圖像質量下降、暗噪聲增加以及性能降低，尤其是在較高溫度下表現更為明顯，因此我們不再采用這一技術。

圖2. 曝光技術的對比

針對這些缺點，我們的解決方案是超級曝光技術，也被稱為溢出多重曝光技術。該技術在像素內增加了一個區域，用于容納大信號或電荷溢出的部分。這種方法就像用一個水桶來接雨水，如果雨水溢出了水桶，我們有一個更大的盆來裝多余的水?！巴啊眱鹊男盘柨梢苑浅＞珳实刈x取，因此我們能夠實現出色的低光表現；而溢出的盆中則容納了所有超出的部分，從而擴展了動態范圍，并具備捕捉明亮物體和場景真實色彩的能力。整個像素區域可應用于低光條件，而在亮光條件下不會飽和。

因此，超級曝光技術為汽車應用中的HDR場景提供了更好的圖像質量，包括捕捉閃爍的LED燈光和標志的所有色彩和細節。

動態范圍

動態范圍是指場景中最亮部分和最暗部分之間的比值。我們的圖像傳感器率先實現了120dB以及隨后140dB高動態范圍（HDR）。我們的Hayabusa系列產品是業內首款面市的實現120dB HDR并搭載LED頻閃抑制（LFM）功能的傳感器。最近，我們推出了Hyperlux圖像傳感器系列，具備行業領先的150dB HDR LFM性能以及增強的圖像質量。

830萬像素AR0823AT和300萬像素AR0341AT是首批采用Hyperlux技術的產品。憑借卓越的HDR性能，Hyperlux能夠提供色彩鮮艷、銳利且充滿細節的圖像，由于其極其穩定且不受溫度或光照條件變化影響的特性，這為更高安全性的設計奠定了基礎。Hyperlux傳感器在最苛刻環境和極端條件下表現出色。

汽車攝像頭系統是主動安全中的關鍵組成部分，因為它們是唯一能夠識別道路上不同物體顏色、形狀和大小的感知方式。在整個發展歷程中，安森美團隊始終不渝地努力創新，在低光環境、高動態范圍（HDR）、圖像質量和清晰度等方面樹立新標桿。

這有助于汽車整車廠商（OEM）成功將早期的后視攝像頭（RVC）升級到L2級自動駕駛車輛系統中，并積極實施L2+和L3級別的駕駛自動化。憑借行業領先的性能與功能，Hyperlux傳感器有望提高安全指標，助力實現高速自動駕駛，同時降低系統開發成本。因此，眾多OEM廠商和一級供應商選擇在他們的ADAS攝像頭設計中采用安森美圖像傳感器也就不足為奇了。

通往更安全、更美好的未來之路并未止步于此。讓我們攜手共進，繼續朝著更高的道路安全和駕駛自動化水平邁進。