突破性激光测距技术和车载摄像头解决方案

2018年02月03日10:45:19 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

日前，意法半导体公司（ST）在北京举办“较新FlightSense™ 技术和车载摄像头解决方案媒体交流会”，公司影像产品部技术市场经理张程怡与媒体分享了新一代激光测距技术及其各种应用，以及可以消除LED闪烁的汽车影像产品。

FlightSense^™激光测距技术用途广泛

张程怡首先介绍说，ST是世界是第一大飞行时间产品厂商，拥有丰富的成功制造经验，出货量超过3.5亿颗，年均增长率达300%。ST的单光子雪崩二极管具有超高速时间分辨率，使Direct ToF技术能够采用ST CMOS SPAD制造工艺。ST独有飞行时间知识产权，在成本、复杂性、功耗与性能之间实现了完美平衡；紧凑的集成系统集成了传感器、滤波器、光学器件、VCSEL和驱动器，实现高度校准的系统；优化且可靠的供应链实现低成本的大规模生产。

接着，他介绍了这一突破性光速测距技术——FlightSense^™的原理和发展。它借助发射器、传感器对目标进行测量，1厘米往返只用67皮秒。高集成度的飞行时间传感器模块可以实距测量，不受目标物体的大小、颜色和反射率的影响，测量非常快（几毫秒），而且低功耗。

FlightSense^™的应用非常广泛，如激光自动对焦（实时对焦、场深辅助、对焦辅助）；测距和接近检测（实距测量、较大测距4m）；存在/用户检测（安全、省电、护眼）；手势开关（功耗/尺寸和性能、新的交互方式）；深度映射和AR/VR（多合一模块、从基本手势识别到高分辨率接收器）。

张程怡以手机相机对焦辅助为例说明了进一步的新创应用。相机自动对焦辅助装置（前摄像头或后摄像头）可以在低照度和低对比度场景下实现精准实时对焦。新创应用包括通过多区扫描实现精准主体与背景判断，辅助双摄像头对目标物的深度判断，以及依主体距离适配闪光灯发射功率。

据介绍，适用于大众市场应用的FlightSense^TM – ToF传感器已发展到第三代。VL6180（第一代ToF传感器）较大测距40厘米，采用850nm波长红外发射技术（Vcsel），其主要应用场景包括：卫浴龙头开关控制、照明开关控制、平板阅读距离警示、扫地机器人避障、沿边与防跌落控制、相机激光自动对焦辅助装置、其它用户/物体检测应用，以及其它精致接近检测应用。VL53L0X（第二代ToF传感器）较大测距2米，采用940nm波长红外发射技术（Vcsel），主要应用场景有：进阶卫浴设备开关控制、进阶平板阅读距离管理控制、进阶照明开关与亮度控制、进阶广告机用户检测、机器人室内避障、相机激光自动对焦辅助、其它用户/物体检测应用，以及其它精致接近检测应用。

VL53L1X（第三代ToF传感器）较大测距 400cm，采用940nm波长红外发射技术（Vcsel），主要应用场景是：进阶卫浴设备开关控制、无人机室内定高与避障、室内服务机器人避障、室内门禁系统控制、投影仪自动对焦、相机激光自动对焦辅助、其它用户/物体检测应用，以及其它精致接近检测应用。

张程怡还特地展示了一些来自其客户的采用FlightSense^™激光测距技术的产品。

解决频闪难题的汽车影像产品

张程怡介绍的第二个话题是ST新型HDR LED无频闪系统，适用于高级驾驶员辅助系统（ADAS）。他说，早在2009年，ST就开发了50万像素CMOS图像传感器VL5510，用于夜视摄像头，实现了50万像素30fps、120dB HDR。2016年开发了130万像素图像传感器VG6640和图像处理器STV0991，用于智能倒车摄像头，实现了720p 60fps低LED闪烁。2018年，推出了250万像素图像传感器VG6768和图像处理器STV0971，用于无闪烁摄像头，包括无LED闪烁电子后视镜、智能前视摄像头、智能倒车摄像头（LVDS）、全景全景摄像头和行车记录仪。

ST研发的独特的CMOS传感器能够将极高动态范围与原生的全面免受LED灯闪烁影响的功能相结合，并率先运用于汽车行业。该传感器搭配一个图像信号传感器，是一个独立的低功耗、多功能ISP。这款新型相机系统是目前市面上针对各种ADAS应用（如前视、环视、后视和流媒体后视镜）的较佳解决方案。采用ST相机解决方案，每个LED灯的信息都将被一一捕获。

VG6768是一款高性能、高动态范围的图像传感器，无LED频闪，像素2.5M。此款传感器专为汽车应用而设计，解决了传统成像器放置在LED照明前方时产生的众所周知的问题。该产品基于全新的ST专利HDR LED无频闪像素技术，完全免受LED频闪影响，同时在每个画面上捕获145dB的高动态范围。该设备具有极佳的低照度性能，完全符合汽车安全完整性等级（ASIL）的B级标准。采用10x10mm im2BGA封装。

STV0971配套芯片是一款独立的图像处理器。较先进的嵌入式算法使得系统可以受益于任何HDR相机，输出多达三次曝光，应用缺陷像素修复、HDR合并、全局色调映射、自适应彩色化、自适应镜头遮光修正、自动白平衡、去噪和清晰度增强。

该相机系统针对每种汽车显示应用，如流媒体后视镜、环视、后视式。它还能增强机器视觉应用，如前视式，从而提供特定数据管道。由于其具有AEC-Q100 2级汽车认证，它可以支持任何汽车应用系统架构。在汽车和街道照明中使用越来越多的LED，这将不会影响到该相机系统提供的高图像质量。

张程怡强调，LED闪烁的根源是路上见到的没有标准频率的采用PWM调制LED的光源，光源之间无相位相干性。在阳光直射下，传统的2次或3次曝光时间HDR传感器长曝光总是饱和，而中短曝光因时间太短而错失LED脉冲。汽车显示屏上的LED闪烁现象会分散驾驶者的注意力，使驾驶者和摄像系统看不清交通状况，摄像头丢失信息，导致系统做出错误的判断甚至撞车。

ST的 LED光源闪烁解决方案采用ST的双二极管方案有效控制60Hz到4KHz的LED频率范围的闪烁（10%起占空比）。双二极管在大二极管上连续对长曝光进行积分运算；在小二极管进行中短曝光时间积分运算，成功扩展动态范围，同步解决 LED 光源闪烁问题。

采用ST方案的新摄像系统完全符合电子后视镜的要求，包括消除LED闪烁，摄像头可把人眼能够在玻璃后视镜看到的东西全部显示出来；60fps帧速率和全分辨率，高帧速率不会丢失任何信息（特别是在高速路上）；超高动态范围确保摄像头不受“恶劣光照条件”（像太阳光线直射摄像头）影响；完整图像处理功能所需的图像处理器，高灵活性的LVDS接口图像处理器。

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