超越人类视力局限：先进图像传感器如何提升行车安全

尽管包括碰撞结构、安全气囊、刹车和轮胎在内的汽车技术不断进步，帮助提高了车辆安全性，但我们仍然面临着各种道路风险。而且，这些风险是不断变化的。低光照度等驾驶条件会显著增加道路危险性，而此类驾驶条件不仅给驾驶员带来挑战，同时也对车辆先进驾驶辅助系统 (ADAS) 中的传感器带来考验。在严苛的夜间和低光环境中，需要高性能汽车传感器来确保行车安全。

显而易见，在低光条件下，道路存在更大的风险。低光环境增加驾驶危险性的主要原因之一是人类视力的局限性。在黑暗条件下，驾驶员往往无法及时察觉风险，或者完全注意不到风险。而且，对向车灯会让驾驶员眩目，使问题变得更加严重。此外，驾驶员打瞌睡或酒后驾驶等因素，也会进一步增加风险。面对这些因素和环境条件，ADAS功能可以帮助减少事故发生，因而底层传感器的性能对确保安全至关重要。

低光性能

安森美 (onsemi)深知汽车应用的复杂性，因此开发了AR0220AT 。这款170万像素 (MP) 传感器专为ADAS功能而设计。该传感器的强大性能源于先进的双转换增益 (DCG)，以及更大的4.2µm像素设计。许多传感器制造商都采用了大小像素设计，使用小型光电二极管和大型光电二极管的组合，但这很容易产生饱和问题，并在低光条件下产生不必要的伪影。

通过DCG技术，我们可以使用更大的像素尺寸，传感器可以动态调整像素的转换增益，从而根据场景的动态范围调整响应。这项技术可实现对高动态范围 (HDR) 环境的精确成像，并减少来自脉冲光源（如汽车前大灯和刹车灯）的闪烁效果。

在夜间场景中，图像噪声和伪影可能会掩盖道路上的危险，或被误认为危险。在黑暗的条件下，AR0220AT的高灵敏度和低噪声图像能够准确展示前方路况（图1）。

图1：竞争对手的传感器（左侧）与安森美 ART0220AT（右侧）的对比。请注意左侧图中的低光性能下降和出现伪影

在典型的极具挑战的场景中，如日出或日落时，环境光较弱，而太阳光很强。

图2：竞争产品（左侧）与安森美（右侧）的信噪比性能比较

其他设计考虑因素

对于传感器提供的安全性和希望有效实施该技术的汽车制造商来说，还有其他重要的考虑因素。这款传感器使用嵌入式硬件机制来实时监测所有图像，将每一帧图像标记为“良好”或“潜在问题”。这样，ADAS控制器就能完全确保每帧图像的准确性，防止错误图像触发不必要的车辆干预，并使系统能够执行正确的操作。

对于安森美而言，集成球栅阵列 (iBGA) 封装是合理的选择。因为与许多竞争方案所使用的芯片级封装 (CSP) 相比，iBGA设计紧凑，同时热稳定性更高。与CSP设计不同，iBGA在许多汽车应用面临的严苛高温条件下不易变形。AR0220AT还经优化设计，工作功耗降至269mW，这不仅降低了运行温度，而且进一步减少了传感器噪声，并提高了低光性能。

图3：竞争产品（左侧）与安森美产品（右侧）因角度性能造而成的色彩损失对比

总结

汽车图像传感器的可靠性和图像质量至关重要，需要在各种条件下保持高性能，以确保在任何路况下的安全性。在设计满足此类需求的摄像头系统时，需要考虑许多特性，但也许最重要的特性是传感器的动态范围和低光性能。制造商可以依靠AR0220AT的高性能和易集成性，为ADAS系统提供更高水平的安全性和自主性。