Máy ảnh độ nét cao 1080P để giám sát hành vi bên trong xe buýt, camera hồng ngoại góc rộng thị giác ban đêm thông minh
Máy ảnh xe: Mắt của lái xe tự động
Máy ảnh gắn trên xe được gọi là "mắt của lái xe tự động" và là thiết bị cảm biến cốt lõi trong hệ thống ADAS và lĩnh vực lái xe tự động ô tô.Chức năng chính của việc thu thập thông tin hình ảnh là thông qua ống kính và cảm biến hình ảnh, có thể đạt được nhận thức thị giác 360 ° và bù đắp cho những thiếu sót của radar trong nhận dạng đối tượng.Máy ảnh gắn trên xe được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực ô tô, dần dần mở rộng từ việc sử dụng ban đầu để ghi lại lái xe, hình ảnh ngược,và xem xung quanh bãi đậu xe để nhận dạng hành vi buồng lái thông minh và lái xe hỗ trợ ADAS, với các kịch bản ứng dụng ngày càng đa dạng.CR3 hiện tại của ngành công nghiệp camera xe hơi toàn cầu là 41%, với mười công ty hàng đầu chiếm 96% thị phần.Viện dữ liệu mất mát đường cao tốc (HLDI) dự đoán rằng vào năm 2030, gần 50% xe sẽ được trang bị công nghệ ADAS.Theo ICVTank, quy mô của ngành công nghiệp máy ảnh xe hơi của Trung Quốc dự kiến sẽ đạt 23 tỷ vào năm 2025, với CAGR là 30% trong năm tới;Thị trường máy ảnh xe hơi toàn cầu dự kiến sẽ tăng từ $ 11.2 tỷ đô la vào năm 2019 đến 27 tỷ đô la vào năm 2025, với CAGR 5 năm là 15,8%.Lái xe tự động bao gồm nhận thức, phán đoán và thực hiện, và nhận thức là nguồn gốc của toàn bộ quy trình và là một mô-đun quan trọng của hệ thống lái xe tự động.Trong quá trình lái xe, hệ thống nhận thức sẽ thu thập thông tin về môi trường xung quanh trong thời gian thực thông qua các cảm biến, tương đương với "mắt" của một chiếc xe tự lái,và có thể giúp xe đạt được khả năng quan sát tương tự như người lái xe.Trong xe tự lái, hệ thống nhận thức chủ yếu bao gồm các cảm biến như máy ảnh, radar sóng milimet và LiDAR (tùy chọn, chủ yếu là vì sợ bị phân tâm).Là cảm biến nhận thức môi trường chính, máy ảnh đóng một vai trò rất quan trọng trong việc đạt được nhận thức trực quan toàn diện 360 °, bù đắp cho những thiếu sót của radar trong nhận dạng đối tượng,và là cảm biến gần nhất với tầm nhìn của con ngườiVì vậy, trong xe máy camera là một trong những thiết bị chính trong lĩnh vực lái xe tự trị.
Camera trong xe là gì?Cấu trúc phần cứng chính của máy ảnh gắn trên xe ô tô bao gồm ống kính quang học (bao gồm ống kính quang học, bộ lọc, phim bảo vệ, vv), cảm biến hình ảnh, bộ xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP), bộ phân loại,kết nối, và các thành phần khác. sơ đồ cấu trúc của nó được hiển thị trong hình:
Phân hình của mô-đun máy ảnh gắn trên ô tôHình trên cho thấy cấu trúc của các mô-đun máy ảnh thường được sử dụng trong xe ô tô.thực sự có một thiết kế tương đối đơn giản của một số lớp ở giữa, thường bao gồm bảng cảm biến của bộ cảm biến, bảng nhỏ của bộ xử lý hình ảnh và bảng của máy phân loại.Tại sao một serializer là cần thiết là bởi vì thường các bus dữ liệu đầu ra hình ảnh của cảm biến máy ảnh hoặc ISP là tiêu chuẩn, đặc trưng bởi tốc độ cao đi qua, nhưng khoảng cách xe buýt truyền là ngắn, nếu không sự toàn vẹn của tín hiệu không thể được đảm bảo.Vì vậy, trên phương tiện, chúng ta cần chuyển đổi nó sang các tiêu chuẩn xe buýt tốc độ cao như GMSL phù hợp cho truyền đường dài trên phương tiện,Vì vậy, mô-đun máy ảnh thường chuyển đổi sang bus thông qua một bảng serialNgoài ra, cáp đồng trục có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các mô-đun và truyền dữ liệu hình ảnh.Ống kính quang học: chịu trách nhiệm tập trung ánh sáng và chiếu các đối tượng trong trường nhìn lên bề mặt của môi trường hình ảnh.Có thể yêu cầu nhiều lớp ống kính quang họcCác bộ lọc có thể lọc các dải ánh sáng không nhìn thấy được bằng mắt con người, chỉ để lại các dải ánh sáng nhìn thấy được của khung cảnh thực tế trong tầm nhìn của mắt con người.Bộ cảm biến hình ảnh: Image sensors can use the photoelectric conversion function of photoelectric devices to convert the light image on the photosensitive surface into an electrical signal that is proportional to the light imageNó chủ yếu được chia thành hai loại: CCD và CMOS.Bộ xử lý tín hiệu hình ảnh ISP: chủ yếu sử dụng cấu trúc phần cứng để xử lý trước dữ liệu định dạng RAW của đầu vào nguồn hình ảnh và video của cảm biến hình ảnh, có thể được chuyển đổi thành YCbCr và các định dạng khác.Nó cũng có thể thực hiện các nhiệm vụ khác nhau như mở rộng kích thước hình ảnh, phơi sáng tự động, cân bằng trắng tự động và lấy nét tự động.Serializer: Nó chuyển dữ liệu hình ảnh được xử lý và có thể được sử dụng để chuyển các loại dữ liệu hình ảnh khác nhau như RGB và YUV.Kết nối: được sử dụng để kết nối một máy ảnh cố định.Máy ảnh gắn trên xe cũng có quy trình sản xuất và yêu cầu độ tin cậy cao hơn so với máy ảnh công nghiệp và thương mại.Do thực tế là xe cần phải làm việc trong môi trường khắc nghiệt trong một thời gian dài, máy ảnh gắn trên ô tô cần phải hoạt động ổn định trong điều kiện làm việc phức tạp như nhiệt độ cao và thấp, rung động mạnh, và độ ẩm và nhiệt cao.Các yêu cầu chính cho sản xuất quy trình là như sau::
Yêu cầu quy trình cho máy ảnh gắn trên xe hơiChống nhiệt độ cao: Máy ảnh gắn trên xe phải có khả năng hoạt động bình thường trong phạm vi từ -40 °C đến 85 °C và thích nghi với những thay đổi nhiệt độ mạnh mẽ;Chống động đất: Xe có thể tạo ra rung động mạnh khi lái xe trên đường không bằng phẳng, do đó máy ảnh trên xe phải có khả năng chịu được các cường độ rung động khác nhau;Chống từ tính: Khi xe bắt đầu, nó sẽ tạo ra xung điện từ cực kỳ cao, đòi hỏi một lực chống từ tính cực kỳ caohiệu suất;Không thấm nước: Máy ảnh nên được niêm phong chặt chẽ để đảm bảo sử dụng bình thường ngay cả sau khi ngâm trong nước mưa trong vài ngày;Thời gian sử dụng: Thời gian sử dụng phải ít nhất 8-10 năm để đáp ứng các yêu cầu;góc cực rộng: Máy ảnh xung quanh nhìn bên phải có góc cực rộng, với góc nhìn ngang là 135 °;Động lực cao: Chiếc xe di chuyển với tốc độ cao, và môi trường ánh sáng mà máy ảnh phải đối mặt thay đổi đáng kể và thường xuyên,yêu cầu CMOS của máy ảnh phải có đặc điểm động lực cao;Tiếng ồn thấp: Nó có thể ngăn chặn hiệu quả tiếng ồn trong điều kiện ánh sáng yếu, đặc biệt là yêu cầu các máy ảnh bên và phía sau để chụp hình ảnh rõ ràng ngay cả vào ban đêm.
Các thông số chính của đầu máy ảnh phía trước thông minh trong xeKhoảng cách phát hiệngóc nhìn trường nhìn nganggóc nhìn trường thẳng đứngĐộ phân giải - Khi máy ảnh chụp các sọc đen và trắng cách nhau đều, số lượng đường tối đa có thể nhìn thấy trên màn hình (cao hơn độ phân giải của máy ảnh).Khi số dòng vượt quá số này, chỉ có một khu vực màu xám có thể nhìn thấy trên màn hình, và các sọc đen và trắng không còn có thể phân biệt được.Ánh sáng tối thiểu - đề cập đến độ nhạy của cảm biến hình ảnh đối với ánh sáng xung quanh, hoặc ánh sáng tối nhất cần thiết cho hình ảnh bình thường của cảm biến hình ảnh. It is the illuminance value of the scene when the video signal level of the camera is lower than half of the maximum amplitude of the standard signal when the illumination of the subject gradually decreases.Tỷ lệ tín hiệu/tầm ồn - tỷ lệ điện áp tín hiệu đầu ra với điện áp tiếng ồn đầu ra đồng thời;Phạm vi động - Phạm vi mà trong đó các giá trị độ sáng của các vật thể sáng nhất và tối nhất trong cùng một khung hình được chụp bởi máy ảnh có thể hiển thị các chi tiết bình thường.Phạm vi động càng lớn, càng lớn mức độ mà các đối tượng quá sáng hoặc quá tối có thể được hiển thị bình thường trên cùng một màn hình.
Những lợi thế so với công nghệ radar là gì1) So với radar sóng milimet, những lợi thế chính của máy ảnh hiện tại là:Nhận dạng và phân loại mục tiêu - Hiện nay, radar sóng milimet 3D thông thường chỉ có thể phát hiện xem có trở ngại phía trước hay không,và không thể xác định chính xác kích thước và loại chướng ngại vậtVí dụ, các loại nhận dạng làn đường khác nhau, nhận dạng đèn giao thông và nhận dạng biển báo giao thông;Khám phá không gian có thể đi lại, phân chia ranh giới an toàn (khu vực lái xe) của chuyển động xe, chủ yếu phân chia xe, các cạnh bên đường thông thường, các cạnh vỉa hè,ranh giới có thể nhìn thấy mà không có trở ngại, và ranh giới không rõ ràng;Khả năng phát hiện các mục tiêu di chuyển theo chiều ngang, chẳng hạn như phát hiện và theo dõi người đi bộ và phương tiện đi qua các giao lộ;Định vị và tạo bản đồ - đó là công nghệ. Mặc dù hiện nay radar sóng milimet được sử dụng, công nghệ này đã trưởng thành hơn và có nhiều triển vọng ứng dụng hơn;2) Trong hệ thống lái xe tự động, radar laser tương tự như máy ảnh, nhưng những lợi thế của nó là:Nhận dạng đèn giao thông và nhận dạng dấu hiệu giao thôngLợi thế chi phí và độ trưởng thành cao của các thuật toán và công nghệTỷ lệ nhận dạng đối tượng cao
Hiện nay, các máy ảnh gắn trên xe hơi chủ yếu được chia thành năm loại dựa trên vị trí lắp đặt của chúng: máy ảnh nhìn phía trước, máy ảnh nhìn xung quanh, máy ảnh nhìn phía sau, máy ảnh nhìn bên,và camera tích hợp.
Máy ảnh nhìn phía trước: được lắp đặt chủ yếu trên kính chắn gió phía trước để đạt được chức năng nhận thức và nhận dạng thị giác trong khi lái xe. Nó có thể được chia thành camera chính nhìn phía trước,camera góc hẹp phía trước, và camera góc rộng phía trước theo chức năng của họ.
Máy ảnh chính hướng về phía trước: Máy ảnh này được sử dụng làm máy ảnh chính trong hệ thống ADAS của L2. góc nhìn trường thường là 30 °, 50 °, 60 °, 100 ° và 120 °,và khoảng cách phát hiện thường là 150-170 mét. định dạng đầu ra của máy ảnh.
Máy ảnh góc rộng nhìn về phía trước: Chức năng chính của máy ảnh này là nhận ra các vật thể gần ở khoảng cách, chủ yếu được sử dụng trong điều kiện đường phố, lái xe ở tốc độ thấp và các cảnh khác.góc nhìn của nó là từ 120 ° -150 °Sau khi lăng kính 8MP được lắp đặt quy mô lớn trên các phương tiện tiếp theo, máy ảnh này không còn cần thiết.
Camera góc hẹp phía trước: Chức năng chính của máy ảnh này là nhận ra các mục tiêu như đèn giao thông và người đi bộ.và ống kính xung quanh 30-40 ° có thể được lựa chọnVà các pixel của ống kính này nói chung là giống như của máy ảnh chính phía trước.và thường có thể phát hiện đến 250 mét hoặc thậm chí khoảng cách dài hơn.
Sau khi cài đặt một camera 8MP, FOV của camera chính phía trước có thể đạt 120 °, có thể không cần thiết nữa.
Camera xung quanh: chủ yếu được lắp đặt xung quanh thân xe, thường sử dụng 4-8 camera, có thể được chia thành máy ảnh mắt cá hướng về phía trước, máy ảnh mắt cá hướng về phía trái, máy ảnh mắt cá hướng về phía phải,và phía sau quay về phía sau của máy ảnh mắt cá. Được sử dụng để hiển thị chức năng nhìn toàn cảnh toàn cảnh, cũng như nhận thức trực quan và phát hiện đối tượng tích hợp chức năng đậu xe;Các ma trận màu thường được sử dụng là bởi vì có một nhu cầu phục hồi màu sắc.
Máy ảnh nhìn phía sau: thường được lắp đặt trên thân xe, chủ yếu để hỗ trợ đậu xe. góc nhìn là từ 120 đến 140 độ, và khoảng cách phát hiện khoảng 50 mét.
Máy ảnh nhìn phía trước: được lắp đặt tại cột B hoặc gương chiếu hậu xe, góc nhìn của máy ảnh này thường là 90 ° -100 ° và khoảng cách phát hiện khoảng 80 mét.Chức năng chính của máy ảnh này là phát hiện xe bên và xe đạp.Camera nhìn bên và phía sau: thường được lắp đặt ở cánh cửa phía trước của xe, góc nhìn của máy ảnh này thường khoảng 90 °, và khoảng cách phát hiện cũng khoảng 80 mét.Nó chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng cảnh như thay đổi làn xe và sáp nhập vào các con đường khác.Được xây dựng trong camera: chủ yếu được sử dụng để theo dõi tình trạng của người lái xe và đạt được lời nhắc mệt mỏi và các chức năng khác.Trong số đó, giá máy ảnh nhìn phía trước tương đối cao, và giá thị trường hiện tại là từ 300 đến 500 nhân dân tệ; Giá của các máy ảnh khác là khoảng 150-200 nhân dân tệ.
Từ kế hoạch, chúng ta có thể thấy rằng tất cả 8 camera đều liên quan đến hệ thống lái xe, liên quan chặt chẽ đến kế hoạch lái xe tự động thuần túy đã được thúc đẩy mà không dựa vào LiDAR.Ưu điểm lớn nhất của kế hoạch này là hiệu quả chi phí caoBằng cách sử dụng một camera tự phát triển rất chi phí thấp, một mức độ lái xe tự trị đã đạt được.Ưu điểm lớn nhất của giải pháp này, sử dụng nhiều camera, là khả năng mở rộng mạnh mẽ của nó.chức năng lái xe tự động của nó có khả năng tương thích và mở rộng rất tốt.Thông qua mô hình cảm biến này, một mức độ chức năng lái xe tự trị với trải nghiệm tốt đã được đạt được,bao gồm chức năng lái xe tự động tốc độ cao (NGP) và bộ nhớ bãi đậu xe rất đặc biệt.S-Class là một đại diện của các giải pháp OEM truyền thống, và giải pháp camera stereo thoáng kính là lợi thế lớn nhất của Mercedes Benz S-Class.Máy ảnh ống nhòm có thể tính toán chuyển động của mục tiêu hiện tại phát hiện trong X, tọa độ Y và Z, xác định tư thế và loại mục tiêu được phát hiện, và hiệu ứng trải nghiệm của chức năng ADAS của Mercedes Benz ở cấp độ L2 cũng tốt hơn hai mục tiêu khác.Trong việc phân tích các giải pháp máy ảnh cho các mẫu xe sản xuất hàng loạt, chúng tôi thấy rằng tất cả chúng đều sử dụng các máy ảnh pixel trung bình đến thấp để đạt được các chức năng lái xe tự động.
Saitemei Security Electronics Co., Ltd. Chuỗi công nghiệp máy ảnh xe hơiChuỗi công nghiệp máy ảnh ô tô chủ yếu bao gồm ba liên kết chính: vật liệu phía trên, các thành phần phía giữa và các sản phẩm phía sau.Các vật liệu phía trên như ống kính quang học, bộ lọc và phim bảo vệ được sử dụng để sản xuất các tập hợp ống kính, trong khi miếng mềm được sử dụng để sản xuất chip CMOS và bộ xử lý tín hiệu DSP;Lắp ráp bộ máy ống kính giữa dòng, chip CMOS và vật liệu dính vào các mô-đun, và đóng gói chúng với bộ xử lý tín hiệu DSP vào các sản phẩm máy ảnh.Ở cấp độ này của chuỗi công nghiệp, các nhà cung cấp thượng lưu đã có thể cung cấp các sản phẩm máy ảnh hoàn chỉnh cho khách hàng tiếp theo của xe hơi hoặc các nhà cung cấp hàng đầu.máy ảnh và các thuật toán phần mềm cùng nhau tạo thành một giải pháp máy ảnh xe hơi, được áp dụng cho xe tự lái.Hiện tại, các công ty có thị phần lớn trên thị trường máy ảnh xe hơi đều là nhà cung cấp linh kiện hàng đầu trên toàn cầu,và khách hàng hạ lưu chủ yếu bao gồm các công ty xe lớn trên toàn cầu.
CMOS có tỷ lệ giá trị/chi phí cao nhất trong máy ảnh xe hơi, đạt 52%; Bao bì module chiếm 20% và ống kính quang học chiếm 19%.
Chip CMOSCMOS (cảm biến CIS) là giải pháp thành phần nhạy quang phổ biến cho trong máy ảnh xe hơi.nhưng nó là chi phí thấp và hiệu quả năng lượng hơn, làm cho nó được ưa chuộng rộng rãi trong lĩnh vực máy ảnh trong xe với yêu cầu pixel thấp.
Cấu trúc cơ bản của cảm biến hình ảnhBộ cảm biến hình ảnh được chia thành một khu vực nhạy quang (Firecore), dây liên kết, mạch bên trong và chất nền từ ngoại hình.Khu vực nhạy quang là một mảng điểm ảnh đơn bao gồm nhiều điểm điểm ảnh đơnKhi các tín hiệu ánh sáng thu được từ mỗi pixel được tập hợp lại với nhau, chúng tạo thành một bức tranh hoàn chỉnh.
Sơ đồ phần của chip CMOS
Do các góc độ ánh sáng khác nhau vào mỗi pixel, một ống kính vi mô được thêm vào bề mặt của mỗi pixel để điều chỉnh góc độ ánh sáng,cho phép ánh sáng đi vào bề mặt của phần tử nhạy quang theo chiều dọcĐây là khái niệm của một con chip, mà cần phải được giữ trong một phạm vi độ lệch nhỏ từ ống kính
Về kiến trúc mạch, chúng tôi kết hợp một cảm biến hình ảnh như một hộp đen chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện.dữ liệu, đồng hồ, liên lạc, điều khiển, và đồng bộ mạch. Nó có thể được hiểu đơn giản như là Firecore chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện,được xử lý và mã hóa bởi mạch logic trong hộp đen, và sau đó đầu ra thông qua một giao diện dữ liệu.
Do quy trình thiết kế của lớp pixel trong chip CMOS tương tự như chip analog, có các yêu cầu cao đối với quy trình sản xuấtCác nhà cung cấp chính.Công nghệ sản xuất và sản xuất CMOS cao, và từ quan điểm thị trường toàn cầu, hiện nay nó chủ yếu được chiếm bởi các doanh nghiệp có nguồn vốn nước ngoài.Từ quan điểm của bối cảnh cạnh tranh, Saitemei chiếm vị trí đầu tiên với thị phần 36%, tiếp theo là doanh nghiệp trong nước Huoxin Technology với thị phần 22%.với nồng độ công nghiệp caoDoanh nghiệp trong nước Saitemei Security Electronics Co., Ltd đã trở thành một doanh nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực này.