如何解決LED“閃爍”的危害？

頻閃，有頻率的閃爍，光隨著時間快速、重復的變化就叫頻閃，直接的感受就是光源調動、不穩定。產生頻閃的原因是燈具使用交流電供電，其光亮度會隨著交流電的周期性變化而變化。

LED燈是常見的具有頻閃危害的光源，在交通燈、車燈等領域有廣泛的應用，普通人看來這似乎并沒有什么不妥，但是當攝像頭開始作為汽車信息采集源之后，LED燈頻閃的危害開始顯現。

LED燈頻閃給汽車攝像頭采集信息造成干擾

如今的汽車攝像頭系統采用CMOS圖像傳感器，是能達到100-200萬像素的高清傳感器。單雙目攝像頭和雷達系統融合，能為駕車人提供障礙物或者移動物體的速度、距離和外觀形狀等信息。而自動駕駛無非就是利用深度學習算法對攝像頭等采集的信息加以分析，然后替代人類駕駛人員作出駕駛行為。

豪威科技中國區汽車電子業務部總監劉琦表示：“LED燈以一個基礎頻率，以及可調節的占空比來調整亮和暗的強度。對于人眼來說，LED光源是持續的，但HDR相機卻捕捉到了亮和暗的屬性，并且在觀看視頻的時候出現‘閃爍’?！?/p>

兩相結合來看，當帶有HDR相機的汽車在捕捉LED路牌和其他的車輛的LED光源時，將會在攝像頭傳回來的畫面里出現信息缺失或者信息錯誤。這樣的情況下，人類還敢相信智能后視鏡甚至是自動駕駛嗎？

分析此中原因，劉琦指出：“當前的LED燈頻率多數介于90-270赫茲之間，通常一個亮暗周期小于或者等于11毫秒。汽車流媒體后視鏡上的HDR相機一幀圖像通常是16.6毫秒，但是曝光時間多數介于3-4毫秒。因此，相機無法在任何曝光時間下（長、短或極短）捕捉到LED脈沖，并且LED在視頻中也無法被觀測?！?/p>

在豪威科技上海公司我們見到了這種情況的demo演示，其左邊的相機就是沒有經過技術加持的普通HDR車載相機，在人眼看來LED燈是長亮的情況下，左邊的相機卻形成了燈是暗的畫面。

豪威科技demo示意圖

LED“閃爍”如何解決？

從當前的局勢來看，要實現高級別的自動駕駛，汽車是離不開攝像頭的輔助，如果不解決LED燈“閃爍”的問題，安全就要時刻打上一個問號。抑制、消除LED燈“閃爍”在研究自動駕駛的道路上是繞不過的坎。

劉琦介紹稱，當前有三種方法可以解決LED燈“閃爍”問題，分別是LOFIC技術、斬波技術和分離像素技術。其原理是為了保證捕捉到一個90Hz LED脈沖至少需要11ms的曝光時間，LFM（減少或消除LED閃爍）技術需要相機能夠延長曝光時間，并使其比LED驅動周期更長，同時不出現過曝，且維持一定的動態范圍水平，那問題就得到了解決。

在三種抑制LED“閃爍”的技術中，豪威科技選擇了分離像素技術。劉琦在分析過程中提到：“LOFIC在像素中擁有額外存儲電容的線性二極管，提供擴展的全阱容量。全阱容量越高，越容易捕捉LED脈沖，并且不會超過像素的飽和度，可以應用于SPD（小光電二極管）或LPD（大光電二極管），但在高溫時會有噪聲問題。斬波則是在時域部分電荷從光電二極管轉移到外部存儲電容（幀周期的集成分布），可確保捕捉到LED脈沖，可應用于SPD或LPD。但高溫時也會有噪聲問題?！?/p>

針對分離像素技術，劉琦講到：“使用分離像素架構，并且降低小光電二極管敏感度，是目前看最理想的解決方案。首先，小光電二極管能延長曝光時間，使其足夠長，以確保LED脈沖的捕捉；其次，大光電二極管可以確保低光條件下的高靈敏度；而額外的極短曝光（VS）可以捕獲場景中最亮的部分?！?/p>

基于分離像素技術，豪威科技推出了兩款HDR圖像傳感器OX01A10和OXO2A10。這兩款傳感器將分別應用于側視和后視攝像頭監控系統（CMS）。0X01A10和0X02A10傳感器基于OmniVision 4．2微米OmniBSI像素架構，采用像素拆分技術，提供卓越的高動態范（HDR）和一流的低光性能，是汽年行業領先LED減閃方案的代表。

“普通HDR攝像頭的短曝光時間導致圖像傳感器錯過LED的‘on’脈沖，從而在顯示器上的視頻流中產生了‘閃爍’現象。僅僅通過增加普通像素技術的曝光時間來抓取LED脈沖并不能解決問題，反而會導致飽和及動態范圍損失?！?Omnivision產品營銷經理 Marius Evensen說道?！拔覀冊O計的0X01A10和0XO2A10圖像傳感器通過采用減少LED閃爍的技術來專門解決這一問題，使E－視鏡在汽車市場得以廣泛應用。這兩款傳感器已納入我們不斷擴大的針對機器和視覺顯示系統的汽車專用數字成像解決方案組中?！?/p>

OXO1A10和0X02A10的動態范圍可達110dB，同時保證了LED脈沖的捕獲，使相機在所有的光照條件能發揮出色攝像功能。這使得車載攝像頭能夠同時捕獲明暗兩種場景，即使在最苛刻的光照條件下也能保證最佳質量的圖像效果。OXO1A10支持1280×1080分辨率，橫縱比為1：1.2，非常適合用于側視攝像頭。專用于后視攝像頭的OXO2A10傳感器支持1840X940分辨率，橫縱比為2：1。傳感器上的芯片組算法能夠降低數據輸出率，便于數據傳輸和后端處理。

0XO1A10和0XO2A10兩款產品目前已量產。