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)