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車輛的靈魂視窗 - 車用視覺感測器
  • 發布年度:2015
  • 主要類別:車載資通訊
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 研究發展處 黃瀚文

    車禍零死亡率,是各國政府共同追尋的理想目標,除了強制安裝空氣囊、安全帶等被動安全配備外,於主動安全方面,國內外許多車廠皆已投入先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems,ADAS)的研發;ADAS主要提供駕駛者車輛行駛狀態與車內、外環境變化等資訊進行演算分析,透過智慧化的架構,結合雷達、影像、超音波等感測器偵測,期望在發生危險之前提早警示並採取合宜防禦措施,其中,影像感測器在ADAS裡的角色更顯重要。

    根據影像感測器安裝的位置,市售影像相關之ADAS系統大致可分為3類:
    1. 車輛前方之應用:車道偏移警示、前方防撞系統、行人辨識等;
    2. 車輛側/後方之應用:盲點偵測、倒車輔助系統、全周影像系統;
    3. 艙內之應用:駕駛者狀態監控;
    以上技術均屬於「機器視覺」的應用範圍;機器視覺即是利用攝影機中的影像感測模組代替人眼擷取影像資訊,並利用電子控制單元去模擬「人」的判別標準,進而識別道路障礙物、車道線等道路資訊。

    攝影機的構造與人眼非常相似,基本的攝影機模組,由光學鏡頭、IR濾鏡、影像感測器、機構外殼所組成:光學鏡頭中包含了透鏡組以及光圈,透鏡就好比人眼的角膜,好的透鏡組可以減少像差,也決定了焦距和視角,視角越大則可視範圍越廣,光圈就如同眼睛的虹膜,隨著環境變化控制進光量;最後,負責感光成像的影像感測器就如同視網膜,影像感測器可分為以下2類:
    1. CMOS (互補性氧化金屬半導體):優點為尺寸小、低耗電、低成本,為現今之車用影像感知主流,但感光較差、雜訊多。
    2. CCD (感光耦合元件):優點為低雜訊、感光度高,但高耗電、製程複雜故成本相對較高。
    感測器上有許多像素點,每個像素點的大小決定了成像的解析度,當像素點將光線轉換為電訊號後,即可交由控制單元進行演算分析;而控制單元中之ECU、MCU等微控制器負責把蒐集到的訊號進行影像處理,判斷出正確的行車資訊後傳送控制指令給輸出單元發出警示。
    攝影機模組與ADAS系統處理程序之概念如圖1所示:

    圖1. 一般攝影機模組與ADAS系統處理程序
    (來源:ARTC &網路)

    車用影像感測器發展趨勢如圖2所示,在2009~2012年間,主要技術都是以單一感測器進行多功能的應用,到2012~2014年間,車用感測器開始應用了高動態範圍成像(High Dynamic Range, HDR)的技術,並提高CMOS之靈敏度,同時,已有車廠利用雙攝影機獲取影像深度資訊,開發出3D立體視覺產品;目前在夜間光源不足或是在遠距處偵測時,一般CMOS仍未具有清晰之成像品質,難以達到良好的偵測效果,可知車用影像感測器不僅是決定了成像品質,間接也影響到系統偵測的正確性與能力,更是攸關了車內乘客的生命安全,因此,車用影像感測器之穩定性與成像精確度,將會是未來市場決勝的關鍵。

    圖2. 2009年至2025年車用影像感測器發展趨勢
    (來源:Frost & Sullivan)

     

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