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一文梳理车载摄像头技术趋势

浏览次数:337 发布日期:2022-04-22

近年来,随着汽车智能化升级,各车企正在从低等级自动驾驶向高等级提升。而自动驾驶将对车辆安全、行人安全、驾驶员监控等主动安全功能提出更高的要求,ADAS 渗透必然加速。


从这两年的广州车展上我们可以看到,各车型中的车载摄像头越来越多。但基本上都会有至少一个ADAS前视摄像头、四个环视摄像头的基础配置。如果再加上近年越来越被重视的驾驶员监控摄像头,可以预见,未来几年,车上至少需要6个摄像头,市场前景巨大。01车载摄像


01头安全为本,技术不断升级


相较于消费类电子摄像头,车载摄像头的工作环境极度恶劣,比如说震动、高温、雨雾、低温、光线变化剧烈等。而车载摄像头以驾驶安全为目的,上述各个工作状态下,均需要能获取稳定、可靠、清晰的周边环境数据。


因此,随着汽车工业技术的提升,车载摄像头的相关性能需求将越来越严苛。根据2019 年出台的《汽车用摄像头行业标准》,车载摄像头要求能在-40℃到85℃的环境中持续工作,能不受水分浸泡的影响,防磁抗震,使用寿命需达8~10 年。另外,出于安全的考虑,车载摄像头需要在短时中断供电的情况下依旧保证工作。


此外,高动态范围、夜视、LED 闪烁抑制等性能将不断普及。目前,车载摄像头的功能要求其需要具备以下性能:车载摄像头往往还需要具备夜视功能,能够抑制低照度摄影时的噪声,在暗光条件下依然要有出色的表现。水平视角扩大为 25°~135°,要实现广角以及影像周边部位的高解析度。下面,咱们就一起来聊聊近年来车载摄像头都会有哪些方面的性能、技术提升。


02车载摄像头技术趋势


2.1 消除杂光鬼影,提升光学成像稳定性


随着车载摄像头工艺的优化与升级,车载摄像头抗震、耐磨、耐高温低温能力逐渐提高,画质更加清晰。


为了控制车大灯等正面强光干扰引起的鬼影杂光、在极端温度或短时间快速温差变动的状况下保持光学成像稳定性以及有效捕捉和分辨物体细节,除了从软件上提升算法外,车载镜头厂商也在积极地通过改进镀膜工艺、提高技术参数以及在镜头外增加导电加热膜等方式,不断推动车载镜头产品整体的技术进步。


比如说,舜宇开发出模芯镀膜技术,通过一次模压成型、模压镜片消光工艺,达到车规级镜片要求,实现高清画质。


2.2 像素升级:800W像素摄像头


车载摄像头感知的核心是视觉,而分辨率决定了视觉的高下。随着ADAS功能对感知距离需求的提升,感知内容方面的更精细,分辨率更高的摄像头大势所趋。


对于主流的新能源车企来说,120W到200W的镜头已经不再满足使用,行业开始升级到800W像素,比如说蔚来理想。目前具备800W像素摄像头模组生产能力的厂商还比较少,比如说舜宇、联创电子等。


2.3 镜头材质:玻塑混合


车载摄像头要求具有高耐用性和热稳定性。按材质来分,车载摄像头的镜片可由玻璃、塑料制成。玻璃镜片具有高耐用度和防刮伤性,且温度性能较好,因此更多用在高端产品中。而塑料镜片价格便宜但是成像效果差,且在汽车恶劣的使用环境中容易造成镜片变形,影响成像质量。


目前,综合考虑成本和性能,主流厂商车载镜头正逐渐开始使用玻塑混合镜头为主,部分高端镜头采用全玻方案。塑料与玻璃镜头性能对比如下:




2.4 镜片工艺:非球面镜片


球面镜片会导致像差问题,即从镜片中央射入的光线与镜片边缘射入的光线的焦点不一致,进而造成成像模糊的问题。球面镜片需要多枚镜片组合来减小像差。


非球面镜片是由球面和平面以外的曲面组成的镜片,通过改变镜片的曲率,使光线汇聚在固定的焦点,解决了像差的问题,且仅需一枚镜片就可实现。因此,非球面镜片具有小型化、轻量化和成像效果佳的优势,已经成为高像素车载镜头的最佳解决方案。


塑料非球面镜片采用注塑生产实现,而玻璃非球面镜片是采用优质的光学玻璃,利用精密控制的热模压技术进行生产的产品。目前,具备车载摄像头非球面镜片生产能力的企业有:舜宇光学、联创电子、蓝特光学等。


2.5 自清洁以及防雾除霜


车载摄像头依靠光线传播识别道路信息,镜头表面脏污会导致识别能力下降,很难从光学角度减少脏污。而此外,每当遇到雨雪天气,暴露在车外的摄像头甚至还会出现起雾结霜的问题。


自清洁防污:目前主流厂商至少会在车载摄像头的镜头表面镀一层疏水涂层,一方面可以有效通过喷水清洗等手段去除脏污。


防雾除霜:目前业界有两个方向,一是通过镀膜,镜头外表面镀疏水膜,镜头内表面镀亲水膜;二是采用加热方案,或是镜头整体加热,或者是镜头表面做一层透明导电膜实现加热。



2.6 AA封装


车载镜头组装需要高精度的AA 技术。车载摄像头模组的封装需要经过多次装配,误差叠加将导致产品良率下降。AA 技术使镜头与CMOS 图像传感器的相对位置自由可调,还可以通过实时采集分析成像数据,调节水平位置以及镜头的倾斜角度,从而保证图像的清晰度,并保证光轴与像面的焦点处于图像中心。


随着车载摄像头分辨率的提升,镜头与CMOS 间的定位精度的要求也不断上升。因此,AA 设备的技术含量将影响各组件的机械工差修正,进而影响摄像头成像质量以及产品的一致性。在车载摄像头领域,现阶段AA设备带来的资本投入非常大,比如说进口的AEI、ASM等。而随着国内设备厂商的成长,比如说:中科精工、华亚智能、艾微视、德赛自动化、广浩捷科技、天准、舜宇等。AA设备的成本也将会有一定下降。


2.7 夜视技术


为了保障行车安全,汽车ADAS功能需要尽量实现全天候运转。摄像头是通过感光与算法实现对周边环境感知,因此在光线不足如夜间行车、过隧道等场景下,需要增强摄像头的夜视能力。目前汽车夜视系统按成像原理与镜头不同可以分为三类:微光、近红外以及远红外。


微光:从字面意义理解,是通过放大接收到的少量可见光,最终将图像采集并投射到相应显示屏上。微光跟一般摄像头的成像原理一致,都是通过可见光实现夜视,但需要一定的可见光环境。


近红外夜视:也有称为主动红外夜视技术,是指工作时用较强的红外发射源照射目标, 利用目标反射回来的红外线来得到物体的像。工作波段在 800~1000nm 的近红外光。


远红外夜视(热成像系统):也有人称之为被动红外夜视技术,主要是利用物体自身发出的红外辐射来成像,这也就是大家所说的热成像。热成像系统是基于目标与背景的温差而形成的红外发射率的差异,利用辐射测温技术对目标逐点测定辐射强度,而形成可见目标的热图像。其理论工作波段在1-14um之间,但一般远红外夜视主要使用短波 (3μm -- 5μm)与长波 ( 8μm --14μm)这两种 。


其中,微光夜视需要从CMOS与算法上去提升实现;而红外夜视则需要配备专门的红外镜头确保红外光的进入。此外微光夜视可以看到彩色画面,而红外则无法做到彩色。


2.8 3D 感测:人脸识别与驾驶员监控


随着汽车智能化的不断演进,对车载镜头提出了快速感测并深度辨识车身周边环境的需求。车载镜头需要在对环境信息进行解读的同时同步实现景深测量的效果,而作为 3D 感测主流技术方案的结构光、TOF 技术等已成为各大车载镜头厂商技术攻关的热点。


图 延锋概念车DMS


目前3D感测技术主要是应用在座舱内部,比如说近年越来越被重视驾驶员监控系统等。此外,通过人脸识别可以确定驾驶员身份,座舱进而根据个人使用习惯而调整,甚至还可以实现防盗功能。


2.9 人机交互:手势控制


汽车内人机交互功能体现在内置车载摄像头实现的人脸识别、疲劳检测、手势识别、注意力监测及驾驶行为分析。在智能驾驶舱逐渐兴起的市场环境下,具备深层交互能力的车载摄像头市场需求将进一步提高。在2020年2月的世界通信大会上,宝马解释了这种仪表盘上的摄像头虹膜识别技术,将会从2021年起首次应用于宝马iNext车型。


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