高动态范围CMOS图像传感器在汽车视觉系统中的应用2 传感器, 稳定性, 二极管, 汽车, 动态

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3. Melexis高动态范围图像传感器技术由于CMOS技术的高集成度、高稳定性、低成本，基于CMOS技术的图像传感器应用越来越广泛，已经成为绝大多数视觉系统的首选。CMOS图像传感器的像素中包含一个光敏二极管，在光照激励下产生和光强度呈正相关的光电流。通过在一定曝光时间内对光电流积分，可以把光学图像信号装换成像素的电子信号输出，其响应特性如图3（a）所示。因为供电电压幅度以及传感器噪声的限制，传统CMOS图像传感器的动态范围和成像细节是一对矛盾：增加曝光时间可以改善暗处成像质量但损失亮处细节，反之降低曝光时间可以显示亮处细节，但以牺牲暗处成像质量为代价。传统CMOS图像传感器中的这对主要矛盾，使其不能完全满足汽车视觉系统的要求。针对CMOS技术的特点，Melexis开发了基于Autobrite技术的CMOS图像传感器MLX75412，以图3（b）所示的非线性响应特性解决前述矛盾，大幅提高了图像传感器的动态范围，使其符合表1中所列所有标准。通过Autobrite技术对像素进行分段曝光/复位控制，图像传感器的动态范围拓展到154dB。集成的反馈控制算法分析所采集到的图像，实时调整传感器的曝光时间和动态范围，显著提高了在复杂路况下图像采集的质量。MLX75412的集成图像增强功能Autoview，能够实时调整图像亮度和锐度，减轻了后级信号处理系统的计算量。MLX75412提供了标准的原始视频信号输出和I2C控制信号输入，兼容绝大多数DSP或FPGA。考虑到汽车应用，MLX75412提供1024×512分辨率的宽屏画面，采集更广范围的图像，便于识别路两侧的行人或交通标志。

图4比较了普通CMOS图像传感器和基于Autobrite技术的图像传感器的成像效果。在图4（a）中，因为传感器的动态范围不能有效地适应场景的动态范围，图像的暗处和亮处的细节体现较差。与此形成对比，通过使用Autobrite技术，图4（b）所示图像对亮和暗的区域都有很好的细节体现。对于车道偏离预警、障碍识别等应用来说，高动态范围图像中的细节信息可以大幅提升行车辅助系统的精确度。

4. 结论本文分析了汽车视觉系统对图像传感器性能的需求。汽车视觉系统的性能取决于其前端----摄像头采集图像信息的能力，而这在很大程度上由其中的图像传感器决定。为了在复杂路况条件下采集场景细节，传感器必须具有高动态范围、高光敏度。考虑到汽车应用，其同时必须具有高可靠性、高集成度、高灵活性。Melexis MLX75412是基于Autobrite技术，针对汽车视觉系统应用的一款高动态范围CMOS图像传感器。Autobrite技术能在亮度差异极大的复杂路况条件下采集高质量图像，为行车辅助系统提供精确、可靠的场景细节信息，从而提高行车的安全性。