汽車電子中當(dāng)LED照明遇上ADAS

　　LED照明對(duì)于汽車和道路標(biāo)志帶來(lái)了諸多改善，但同時(shí)也為基于視覺的駕駛輔助系統(tǒng)（如交通標(biāo)志辨識(shí)、自動(dòng)煞車以及夜視功能）帶來(lái)了種種挑戰(zhàn)。。.

　　LED照明技術(shù)和基于視覺的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）各自為其特定領(lǐng)域帶來(lái)明顯的優(yōu)勢(shì)。交集在于，基于視覺的系統(tǒng)需要準(zhǔn)確地確定LED燈的狀態(tài)。而燈的閃爍對(duì)可靠的識(shí)別具有挑戰(zhàn)。

　　兩個(gè)重要的趨勢(shì)改變了當(dāng)今汽車的外觀和感覺。在駕駛艙，ADAS從簡(jiǎn)單的停車傳感器到自動(dòng)煞車，幫助駕駛?cè)艘驊?yīng)保持安全和遵守法規(guī)等日益復(fù)雜的挑戰(zhàn)。而在外部，LED外部照明啟發(fā)多種新風(fēng)格，以期增強(qiáng)銷售吸引力和強(qiáng)化品牌形象。然而，LED照明的吸引力并不限于車身。越來(lái)越多的LED用于道路指示牌，從十字路口的交通號(hào)志燈到道路兩側(cè)的標(biāo)志、高速公路通知和緊急訊號(hào)等。

　　LED技術(shù)逐漸滲透至汽車領(lǐng)域，為汽車制造商和處于壓力下的高速公路管理局帶來(lái)了控制能源和維護(hù)成本的優(yōu)勢(shì)。

　　基于LED的交通路口號(hào)志功耗遠(yuǎn)低于含有白熾燈泡的傳統(tǒng)燈具。根據(jù)已經(jīng)將十字路口號(hào)志轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED燈的管理當(dāng)局表示，該區(qū)的電力成本節(jié)省了大約60~70%。多家知名的LED交通號(hào)志制造商也指出，最新的燈具展現(xiàn)比白熾燈泡更高90%以上的能效，而且也比前一代LED燈的能效更高15%以上。此外，LED燈的壽命可以長(zhǎng)達(dá)10年，而白熾燈泡預(yù)估為一年。這顯著減少了訊號(hào)維護(hù)，以及緩解交通阻斷。

　　對(duì)于一座大的城鎮(zhèn)來(lái)說(shuō)，從燈具使用的生命周期能夠節(jié)省的公用事業(yè)和維修成本可能高達(dá)數(shù)百萬(wàn)美元。

　　汽車的LED外部照明從尾燈和方向燈開始，并隨著白光LED的性能和亮度充份改善，逐漸朝著車輛前方的日間行車燈發(fā)展。就汽車產(chǎn)業(yè)而言，卓越的可靠性是LED燈的一大優(yōu)勢(shì)。燈的設(shè)計(jì)可能使其適用于汽車的整個(gè)使用壽命期，從而有助于減少設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本。

　　此外，緊密的表面貼裝LED發(fā)射器尺寸，賦予汽車設(shè)計(jì)者更多的自由度來(lái)因應(yīng)燈具的尺寸和形狀，以利于其打造富有想象力的設(shè)計(jì)，以及滿足所有適用的法規(guī)要求。LED照明的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是更易于進(jìn)行電子控制，透過(guò)比傳統(tǒng)繼電器更可靠的半導(dǎo)體，從而支持多種不同的作業(yè)模式，如與情境有關(guān)的閃爍和排序。

　　車輛和道路指示燈的LED照明前景十分樂觀。相關(guān)產(chǎn)業(yè)將持續(xù)導(dǎo)入這項(xiàng)技術(shù)，滲透至越來(lái)越多的電子廣告牌應(yīng)用以及更廣泛的車款中。

　　另外，汽車制造商和終端使用者也一直積極采用ADAS。ADAS可作為一種重要的工具，幫助駕駛?cè)嗽谛旭傊袑?duì)經(jīng)常出現(xiàn)在面前的大量信息做出正確反應(yīng)，以及協(xié)助處理交通狀況和提高舒適度和安全性。

　　對(duì)于汽車制造商，創(chuàng)新的ADAS特性可提供讓一輛車從競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出的高度可用方法，因?yàn)楦鶕?jù)法規(guī)要求，當(dāng)今汽車的許多方面已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。制造商還可以使用ADAS區(qū)分出自己的產(chǎn)品系列。

　　ADAS包含多種系統(tǒng)，例如倒車停車輔助、盲點(diǎn)檢測(cè)、虛擬車鏡、自動(dòng)緊急煞車與交通號(hào)志辨識(shí)等基于視覺的系統(tǒng)。每輛車的視覺‘節(jié)點(diǎn)’數(shù)預(yù)計(jì)將從目前約一、兩支攝影機(jī)的搭載率，快速增加到兩位數(shù)。

　　根據(jù)Research and Markets的‘2015~2020年全球和中國(guó)視覺ADAS產(chǎn)業(yè)調(diào)查報(bào)告’顯示， 全球汽車視覺系統(tǒng)市場(chǎng)有望在2020達(dá)到超過(guò)1.4億套相機(jī)模塊的年出貨量。僅就美國(guó)的情況來(lái)看，2015年交通號(hào)志辨識(shí)系統(tǒng)市場(chǎng)約為1.75億美元，預(yù)計(jì)到2020年時(shí)將成長(zhǎng)至3.8億美元。

　　系統(tǒng)開發(fā)人員正積極響應(yīng)這一市場(chǎng)需求，以視覺系統(tǒng)為基礎(chǔ)提供更多的功能和更好的性能，特別是其處理各種照明條件的能力。例如，針對(duì)視野中包含很亮和很暗的區(qū)域，如明亮的天空存在黑暗的陰影，這時(shí)就需要精確的影像擷取，因此，高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）傳感器應(yīng)運(yùn)而生。

　　內(nèi)部場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)范圍可能達(dá)到120dB以上。安森美半導(dǎo)體（ON Semiconductor）的AR0231AT汽車CMOS影像傳感器透過(guò)每格4次曝光并結(jié)合這些值計(jì)算每一畫素的線性化20位值，產(chǎn)生了均勻的曝光影像。圖1顯示AR0231AT HDR模式如何修正擷取影像中曝光不足和過(guò)度曝光等極端情況。

　　圖1：比較非HDR（左）和HDR模式（右）作業(yè)

　　為了保持低光靈敏度，同時(shí)支持高動(dòng)態(tài)范圍，傳感器采用大尺寸的（3.0um）畫素，支持低和高的轉(zhuǎn)換增益設(shè)定，并可由一個(gè)自動(dòng)曝光控制模塊進(jìn)行設(shè)定或手動(dòng)調(diào)整。

　　汽車照明和道路標(biāo)志采用越來(lái)越多的LED，對(duì)車輛的視覺感測(cè)系統(tǒng)帶來(lái)了不同的挑戰(zhàn)。LED照明，如電子廣告牌可能每秒閃爍幾百次，這可能導(dǎo)致傳統(tǒng)的電子快門（electronic shuttering）模式產(chǎn)生偽影像。

　　這種效應(yīng)是擷取明亮場(chǎng)景時(shí)的最糟情況，它可能導(dǎo)致快門設(shè)定的整合時(shí)間遠(yuǎn)較訊號(hào)持續(xù)期間更短。圖2顯示一個(gè)較短的整合樣本窗口如何導(dǎo)致檢測(cè)發(fā)光的LED發(fā)生部份或完全故障——這可能使得煞車光線檢測(cè)、夜視輔助或交通號(hào)志辨識(shí)等系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)作。

　　圖2：傳統(tǒng)的電子快門可能在檢測(cè)閃爍光源時(shí)發(fā)生故障

　　為了防止LED閃爍的效應(yīng)，安森美半導(dǎo)體在其AR0231傳感器中建置減少LED閃爍（LED Flicker MiTIgaTIon；LFM）的先進(jìn)機(jī)制。LFM采用動(dòng)態(tài)快門和傳送閘作業(yè)，讓整合時(shí)間隨訊號(hào)窗口延長(zhǎng)。圖3顯示LFM如何有效克服由于LED閃爍造成的訊號(hào)辨識(shí)障礙。在現(xiàn)場(chǎng)十分明亮的情況下，LFM模式的影像能夠與正常的視訊格迭加，從而完全擷取交通號(hào)志信息，而不至于使CMOS傳感器光電二極管飽和。

　　圖3：非LFM（左）和LFM（右）模式的訊號(hào)辨識(shí)

　　該傳感器還支持在八個(gè)畫素頻率內(nèi)的多相機(jī)同步，而不至于降低最大幀速率。這增強(qiáng)了ADAS系統(tǒng)的性能，透過(guò)兩個(gè)或更多攝影機(jī)的影像，如虛擬車鏡替代。

　　此外，還提供了一系列的特性，支持必須符合汽車安全整合層級(jí)（ASIL）-B/ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，包括循環(huán)冗余校驗(yàn)從傳感器發(fā)送到主機(jī)的所有數(shù)據(jù)、內(nèi)存內(nèi)建自測(cè)試（BIST）以及每一訊號(hào)格發(fā)送的額外數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證行、列和緩存器內(nèi)容等數(shù)據(jù)的正確性。

　　LED照明技術(shù)以及基于視覺的ADAS，分別為各自特定的領(lǐng)域帶來(lái)明顯的優(yōu)勢(shì)。其交集在于，基于視覺的系統(tǒng)需要準(zhǔn)確地確定LED燈的狀態(tài)。過(guò)去，燈的閃爍對(duì)于可靠的辨識(shí)帶來(lái)挑戰(zhàn)。新的電子快門技術(shù)建置于兼容最新ASIL-B標(biāo)準(zhǔn)的CMOS視覺傳感器中，如今更能確?？煽康腖ED電子廣告牌辨識(shí)。