【今日头条】认准汽车传感器五大技术发展方向 玩转汽车市场

导 读

LEAD

　　在整个2015年中，汽车电子行业的许多领域会出现相当大的技术进步。为了支持这些技术进步，可以肯定的是需要更先进的传感器技术。本文将详细讨论目前正在不断出现的技术创新如何导致全新光电传感器/系统的产生，而这些也将对汽车设计产生巨大影响。

　　在未来的一年里，汽车制造商将会推出能够半自主控制的车型。对于那些具有自动驾驶辅助系统（ADAS）功能的车辆，新车评价规程（NCAP）会支持予以更高的安全等级。目前NCAP评估指标主要考虑的是单纯提高ADAS性能，预计在不久的将来，NCAP会引入新的评估指标，通过增加行人探测和自动紧急制动（AEB）等来集中扩展系统的功能。因此，这些评估指标的范围无疑将扩大。通过针对可能的危险采集准确的数据，ADAS将能够决定是否有必要进行应急规避。

优化ADAS的灵敏度

　　正确调整ADAS的灵敏度至关重要，因为这将有可能确定最佳时刻来提醒司机或者采取自动刹车/规避等措施。灵敏度设置太低的ADAS将意味着会出现假阳性警告，这可能会使司机恼怒，甚至有可能导致出现不必要的制动，影响道路上其他行人或车辆。相反，灵敏度设置得太高，可能导致出现的警告太少，降低ADAS的效用。从车辆传感器设备的补充材料中了解一些详尽的信息非常重要。

　　下面是一些重要的汽车传感器技术以及正在发生的主要技术进展。

1. 外部CMOS摄像头

　　能够在高帧率下工作的高动态范围（HDR）、高分辨率图像传感器正在不断推出，这将能够实现一些汽车安全应用，可能包括AEB、电子后视镜（electronic mirrors）、摄像头监控系统和自主规避转向。如果这样的摄像头在汽车方案中得到有效实施，一个需要加以解决的重要问题是伪像（artefacts）。该问题可能对车辆ADAS运行构成严重威胁，并有可能危及生命。在汽车应用中采用的大多数摄像头所提供的是成像数据，它依赖于多个线性帧扫的组合以生成复合图像。因为每一个线性帧扫都是按时间顺序进行，在每一个连续帧扫中的移动物体（或形态可变化的物体）位置会有轻微的不同。因此，经过多个线性帧扫以这种方式结合在一起形成一个单一的HDR图像时，事实上并不是真实世界的再现。

　　由于脉冲固态照明在车辆尾灯、刹车灯和白天运行灯，以及在路灯、路口红/绿灯和其他交通标志中变得越来越普遍，调制干扰问题变得越来越严重。LED的脉冲频率和占空比并不规范，所以汽车摄像系统必须要应对来自不同光源的完全不同步的各种光脉冲。

　　即使对于一个交通标志牌也可能有几个发射器部分，每个都运行在不同的频率。因此，在很短时间内得到的图像或许也不能真正收集到那些正在发射的光元素，车辆的ADAS或许就不能得到所有必要的数据以便做出正确反应。HDR摄像头技术目前已经开始得到采用，它不受运动伪像的影响，也不会产生由于脉冲LED闪烁产生伪像，从而提高图像传感器的成像性能以及ADAS的效果。HDR摄像头采用的不是传统多个线性帧扫技术，而是通过使用先进的多拐点成像（multi-kneepoint imaging），让图像传感器在一个单一的帧扫内能够创建HDR图像，快门时间对于所有的光照水平都保持一致，而不需要去改变。

2. 内部CMOS摄像头

　　在车内，成像技术也可发挥重要作用。随着未来一年内图像传感器的大小和镜头的尺寸都在持续缩减，以及其他零部件的成本降低，摄像头将能够执行多种不同的功能，下面是其中几个例子。

　　座椅占用检测 -首先要检查乘客座椅是否被占用，如果被占用，需要判断是一个成年人还是一个孩子。据此，可以确定是否需要激发应用安全气囊，以及在需要的时候应该是全速释放还是半速释放。

　　头部位置检测 - 通过头部位置检测可以检查司机的警觉程度，ADAS能够判断是否需要采取相应的行动，这将在本文后面进一步讨论。

　　眼睛跟踪 –这种技术已经在许车型中得到采用，有助于防止驾驶员由于磕睡导致意外发生，更高的图像传感器分辨率将进一步提高精度。

　　手/手指姿态识别 - 可使汽车集成实现更先进的人机界面（HMI）。

3. 红外成像阵列

　　虽然内部和外部CMOS图像传感器都有了很大改进，仍然有大量的成像应用需要采取不同的方式。这些应用需要非常高的性价比，同时还要求相当高的图像处理技术予以支持。这将提高成像系统的相关费用，因此必须考虑CMOS摄像头的替代方案。远红外（FIR）成像阵列相对便宜，体积非常紧凑，分辨率较低，可以成为CMOS摄像头的替代方案。这些可把热电堆（thermopiles）的高灵敏度与简洁的信号处理（每个像素都有自己的放大器和数据转换器来提高信噪比）结合在一起。FIR器件作为内部感测解决方案的一部分，可以应用在一些已经讨论过的任务方案中（HMI接近检测/姿态检测、座椅占用检测、驾驶员头部位置检测、以及温度控制等等）。

4. 主动光传感器

　　先进的光电技术目前正在得到开发并应用于汽车人机界面（主要包括接近检测和左/右挥动等简单的手势识别）。这也可以使驾驶员和乘客对于信息娱乐系统有区别限制，由于信息娱乐被认为对于司机太分心，因此只允许乘客得到这些服务。我们预计，在中期内这种传感系统将与ADAS机制更加紧密地结合，允许采集驾驶员在做什么，他们在看哪里，他们的手处在什么位置等数据信息。但这里也有几个问题会阻碍该技术的广泛采用。基于光学技术的HMI解决方案一直在努力克服背景光水平的巨大变化，缺少非常需要的很强的抗电磁干扰（EMI）能力。

　　目前的技术发展允许在汽车等苛刻的工作环境下实施强大的多信道、近距离光学传感系统，其中采用了独立的同步运行光测量信道来检测用户手反射的光和环境光。通过这项技术，驾驶员在不久的将来可以操作信息娱乐系统、通信、空调和导航功能，同时仍可把精力完全集中在路况上。

5. 时间飞行（ToF）传感器

　　采用这种3D技术的传感器已经在游戏、工业和消费电子领域非常普遍，现在也有很大的机会应用于汽车行业。目前已经克服了起初的太阳光变化的影响等挑战，适合于车辆部署的传感器系统已经面市。这种技术的一个关键潜在应用，是解决驾驶员的分心问题，并帮助确保驾驶员保持一个恒定的警觉状态。由于驾驶员反映滞后，在注意力方面的突然失误可能导致乘客和行人出现危险，在这种情况下，ADAS能够在需要的时候及时介入。

　　通过ToF传感机制，ADAS可以得到关于驾驶员注意力水平的重要数据，根据这些数据，ADAS能够判断驾驶员是否已经准备作出反应，或者ADAS本身是否应该作出反应。ToF传感系统的工作原理是通过红外光源把光束照射到传输路径的物体上，然后被反射回ToF传感器。该传感器检测到被反射的红外信号，并将其与参考信号进行比较，然后得出红外线传输所造成的相位偏移，之后输出有关物体距离的数据，据此可以生成详尽的3D图像。

　　ToF传感系统可以和汽车仪表板集成到一起，通过这些设备可以不断获得驾驶员的警觉度数据。和我们已经讨论过的一些其他光学技术一样，到目前为止这个问题已经针对汽车应用实现了足够高的阳光下工作的可靠性。支持HDR工作的多像素图像传感器件的面市已经允许得到相关的场景细节信息，同时具有非常高的精度，克服了与阳光下工作的可靠性相关的各种困难。

　　总之，先进的光电解决方案将会改变下一代汽车的设计，它们将不仅通过更高的图像质量来提高ADAS性能，更可以通过调整ADAS触发的行动来改善系统，如驾驶员警告、转向建议以及在极端情况下的AEB等等，这些将大幅度提高汽车的安全水平。不仅如此，它还为汽车制造商最终能够制造出完全自动驾驶的汽车指明了方向和时间点。

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