自动驾驶传感器 | 视觉传感器(二)

一个典型的视觉传感器系统,包括光源、镜头、传感器芯片和图像信号处理器和其他相关芯片 等,后三者也可以称为摄像头,此外计算机视觉芯片也是软件算法的主要载体。

光源

光源作为视觉传感器系统的输入因素,能直接影响图片质量,进而影响最终的应用效果,它是成像的基础。 光源有可见光和不可见光两种类型,车载摄像头处理的主要是可见光,它有不能保持稳定的显著缺点。自主泊车系统面临的光源状况是极其复杂的,典型的光源类型有可自主发光的光源类型和依靠反射光的光源类型两种。前者有太阳、路灯、车灯等,后者有车辆和路面的反光灯。种类繁多,光照强度不一,打光方式、光线的角度也较为复杂,这会形成极其复杂的光线工况,对自主泊车的视觉传感器系统会形成极大的挑战。

镜头

镜头对成像有很重要的作用,是光线转变成图像的重要媒介,对应人类它相当于人眼中的晶状体。镜头是利用折射原理, 让景物光线通过镜头进入摄像机模组之中,在聚焦平面上形成图像。镜头一般是由多片透镜组成相应的透镜结构,从材料上来分主要有塑料镜头和玻璃镜头两大类。

sensor

传感器(sensor) 是摄像头的核心,它的主要作用是完成从光到数字的转换,具体过程是先通过镜头把光信息转换成电信息, 之后再经过内部的数字处理芯片转换为数字信息。

转换成电荷,再经过相应处理转换为具体的电信号。作为感光单位都是独立的高感光度的半导体,当外界光线通过摄像头透射到 CCD表面时,每个感光单位都会被激发出相应的电荷,不同部位的不同信号整合一起形成最终的图像。CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor), 全称互补性氧化金属半导体。它的主要材料是硅锗半导体。光线透射进来时,CMOS芯片上会形成带着正负电荷的半导体,进而形成互补效应。在这个过程中产生的电流会被记录。

CCD 和 CMOS有各自的优点和缺点,CCD形成的图像,图像灵敏度、对比度都较高,但由于它不能像 CMOS一样直接访问每个像素,而且不能直接在芯片上处理信号,因而信息处理速度较慢。相比较而言, CMOS 传感器的体积更小,在芯片上它可以直接处理信号,功耗相对来说更低,帧率比较高,能满足自主泊车系统所需要的速度要求。更关键的是,CMOS芯片有更高的动态范围,能处理实际自动驾驶环境中的复杂光线问题。其缺点在于光灵敏度较差,且由于信噪比较低,噪声影响很大。由于自主泊车系统对实时性要求比较高,又需要处理极其复杂的光线难题,因而需要高的动态范围,因而实际应用于自动驾驶系统上的芯片是 CMOS 芯片。

处理芯片

图像处理芯片是自动驾驶芯片的一部分,目前主流的自动驾驶芯片有 GPU、 FPGA、 DSP和 ASIC 四种。

图像处理芯片中的图像信号处理器(ISP)相当于传感器的控制器,它进行的前面光数转换的逆过程,即把数字信息转换为图像信息。从另外一个角度上讲,图像处理芯片的主要是在传感器中把原始信转换为可查看的形式,在图像的范畴中,其对应的主要是图像增强部分的内容。解码、去噪和高动态范围处理都是这一阶段的主要工作。

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