汽車電子中當(dāng)LED照明遇上ADAS

　　LED照明對于汽車和道路標(biāo)志帶來了諸多改善，但同時也為基于視覺的駕駛輔助系統(tǒng)（如交通標(biāo)志辨識、自動煞車以及夜視功能）帶來了種種挑戰(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)域帶來明顯的優(yōu)勢。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)。而燈的閃爍對可靠的識別具有挑戰(zhàn)。

　　兩個重要的趨勢改變了當(dāng)今汽車的外觀和感覺。在駕駛艙，ADAS從簡單的停車傳感器到自動煞車，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。越來越多的LED用于道路指示牌，從十字路口的交通號志燈到道路兩側(cè)的標(biāo)志、高速公路通知和緊急訊號等。

　　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了控制能源和維護(hù)成本的優(yōu)勢。

　　基于LED的交通路口號志功耗遠(yuǎn)低于含有白熾燈泡的傳統(tǒng)燈具。根據(jù)已經(jīng)將十字路口號志轉(zhuǎn)換為LED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燈的壽命可以長達(dá)10年，而白熾燈泡預(yù)估為一年。這顯著減少了訊號維護(hù)，以及緩解交通阻斷。

　　對于一座大的城鎮(zhèn)來說，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。燈的設(shè)計(jì)可能使其適用于汽車的整個使用壽命期，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)勢是更易于進(jìn)行電子控制，透過比傳統(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?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。

　　對于汽車制造商，創(chuàng)新的ADAS特性可提供讓一輛車從競爭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、虛擬車鏡、自動緊急煞車與交通號志辨識等基于視覺的系統(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)市場有望在2020達(dá)到超過1.4億套相機(jī)模塊的年出貨量。僅就美國的情況來看，2015年交通號志辨識系統(tǒng)市場約為1.75億美元，預(yù)計(jì)到2020年時將成長至3.8億美元。

　　系統(tǒng)開發(fā)人員正積極響應(yīng)這一市場需求，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，這時就需要精確的影像擷取，因此，高動態(tài)范圍（HDR）傳感器應(yīng)運(yùn)而生。

　　內(nèi)部場景的動態(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，同時支持高動態(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，并可由一個自動曝光控制模塊進(jìn)行設(shè)定或手動調(diào)整。

　　汽車照明和道路標(biāo)志采用越來越多的LED，對車輛的視覺感測系統(tǒng)帶來了不同的挑戰(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)是擷取明亮場景時的最糟情況，它可能導(dǎo)致快門設(shè)定的整合時間遠(yuǎn)較訊號持續(xù)期間更短。圖2顯示一個較短的整合樣本窗口如何導(dǎo)致檢測發(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、夜視輔助或交通號志辨識等系統(tǒng)無法正常運(yùn)作。

　　圖2：傳統(tǒng)的電子快門可能在檢測閃爍光源時發(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采用動態(tài)快門和傳送閘作業(yè)，讓整合時間隨訊號窗口延長。圖3顯示LFM如何有效克服由于LED閃爍造成的訊號辨識障礙。在現(xiàn)場十分明亮的情況下，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）模式的訊號辨識

　　該傳感器還支持在八個畫素頻率內(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，透過兩個或更多攝影機(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（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)建自測試（BIST）以及每一訊號格發(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)域帶來明顯的優(yōu)勢。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)。過去，燈的閃爍對于可靠的辨識帶來挑戰(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。