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關于汽車世界，博物館可能是一個關于汽車運輸未來的會議最合適的地點。它收藏了大量從20世紀初到60年代和70年代的老式汽車(由馬希家族收藏)。它與展出的配備先進駕駛輔助系統(ADAS)的新興汽車并排展出，突顯了汽車行業已經經歷(并仍在經歷)的技術之旅的反差。
2022年9月12日至15日，在布魯塞爾AutoSens 2022邀請了主要的行業利益相關者，包括CMOS圖像傳感器(CIS)供應商Onsemi、索尼、OmniVision和三星、圖像信號處理(ISP)供應商的子公司nextchip和人工智能芯片供應商GEO Semiconductor。參加會議的激光雷達/ 3D傳感公司包括Baraja、三星先進技術研究所(SAIT)、Cepton、TriEye、Algolux和IMEC。 ? 這個博客提供了一些來自布魯塞爾AutoSens的CMOS圖像傳感器的最新發展和趨勢。 ? ?
Onsemi展示了他們最新的高動態范圍 (HDR) 圖像傳感器的工作，該傳感器結合了用于 ADAS/AV 應用的 LED 閃爍緩解 (LFM)。新的汽車傳感器（據報道是 AR0823）具有 8.3 MP 的分辨率和 2.1 μm 的像素間距。 ? 根據 Onsemi 的說法，ADAS 汽車應用需要 8 MP 量級的分辨率來解析小物體，例如磚塊或巖石，或者更遠距離（100 米）的騎自行車者或行人等較大物體。在高動態范圍 (HDR) 方面，AR0823 采用 Onsemi 的超曝光 (SE) 像素技術，配備非常大的全阱容量 (FWC) 光電二極管和像素內溢流電容器 (OFC)，可提供業界報告的最高總動態范圍為 150 dB。 ? 這樣的動態范圍是在兩次連續（交錯）曝光中實現的，第一次“長”曝光捕獲較低照明范圍，提供約 110 dB，而第二次“較短”曝光捕獲更高照度并提供剩余約 40 dB HDR . Onsemi 報告了動態范圍內的最小圖像模糊和完整的 LFM 功能。LED 閃爍主要是通過第一次曝光捕獲的，在此曝光中實現了完整的 LFM 功能。
圖 2. 不同高動態范圍 (HDR) 策略的比較（來源：Onsemi 在 Image Sensors Europe 2022 上的演示）。 ? Onsemi 將這款 2.1 μm 像素間距高 FWC + OFC 傳感器的性能與競爭的 2.1 μm 和 3.0 μm 分離光電二極管像素設計進行了比較。在某些光照和溫度條件下，Onsemi 報告說，單次超曝光技術在整體信噪比 (SNR) 和調制傳遞函數 (MTF) 方面具有優勢，從而可以在角落情況下更好地檢測物體。 ? Onsemi 還在開發具有相同 150 dB HDR 范圍的較低分辨率的 3.0 MP 傳感器，預計將很快發布。AR0823 和更新的傳感器都具有滾動快門，據 Onsemi 稱，它提供高達 ~ 60 fps 的輸出，足以滿足當前的汽車場景，同時避免全局快門像素復雜性和成本。 ? 根據 Onsemi 的說法，汽車攝像頭的要求是由要檢測的物體范圍和檢測標準來定義的。對于物體識別，整個物體的高對比度圖像需要 8 個像素，而物體識別需要 16 個像素。鑒于 ADAS 攝像頭需要檢測道路上小至石頭或磚塊的物體，因此 ADAS 應用需要大約 8 MP 的分辨率。然而，這取決于所使用相機的視野 (FOV)。較低的 FOV 可以適應較低分辨率的 CIS，但約 140 度及以上的較高 FOV 相機可能需要更大的分辨率。 ? 由于大多數 OEM 更喜歡光學格式約為 1/3” 至 1/2” 的小傳感器封裝尺寸，因此必須選擇像素間距以滿足此類標準，而不會在低照度下失去靈敏度。除了 ADAS 用例外，Onsemi 還將其約 8 MP 分辨率傳感器調整為適用于駕駛員監控和乘員監控系統 (DOMS) 的車內用例。 ? ?
索尼
索尼展示了其用于汽車圖像傳感器的“富士”像素架構的工作。索尼還采用了 8 MP、2.1 μm 像素間距的 CIS，索尼認為這是前置感應汽車 CIS 的主流。此外，索尼表示，這種更大的分辨率還可以滿足汽車原始設備制造商希望將單一類型的相機用于多種用例的愿望，從而有助于標準化集成。 ? 索尼的“富士”傳感器架構使用相當復雜的像素設計實現了高動態范圍。它采用分體式光電二極管 (PD) 方法、用于低照度的大 PD 和用于更高光照水平的小 PD。小型 PD 包含一個像素內過流電容器，可進一步擴展動態范圍以實現高照度水平。“富士”像素還在大型光電二極管上集成了雙轉換增益，用于中間照明的低轉換增益和用于非常低光照水平的高轉換增益。 ? 因此，這種像素架構比單次曝光的大 FWC 像素涉及更多，但索尼認為這種折衷設計會產生最佳的整體 SNR 和動態范圍。三個像素讀數的同時曝光提供了大約 108 dB 的動態范圍。通過增加大光電二極管的第 2 次短時間曝光（低增益），可以處理極高的光照，例如直射陽光。據索尼稱，這種方法在中等溫度條件下可實現 130 dB 的整體動態范圍。圖 3 再現了 Sony 提供的時序。 ?
圖 3. 索尼“富士”像素 HDR 讀數（基于 Sony AutoSens 2022 演示文稿）。 ? 在輸出方面，索尼討論了優化汽車使用的圖像格式的方法，其中同時生成 RAW 和 YUV 輸出以用于傳感和查看。目前，圖像傳感器 RAW 管道輸出針對計算機視覺（傳感）進行了優化。YUV 顏色感知編碼的圖像處理是在下游完成的，并且使用不是最佳的 RAW 輸入。通過為每個 RAW 和 YUV 圖像處理集成一個單獨的專用 ISP 芯片，人們可以獨立處理圖像并提高每個用例的圖像質量，并為多個用例標準化相機系統架構。如果采用這種方法，它將由 CIS + ISP1 + ISP2 的三重堆疊傳感器組成，作為索尼汽車傳感器的未來（圖 4）。 ?
圖 4. 索尼提出的集成雙 ISP 的 CIS。
豪威科技
豪威科技展示了汽車圖像傳感器在分辨率、幀速率和整體數據速率方面的幾種趨勢。對于分辨率，OmniVision 計劃提高 ADAS / AV 攝像機的分辨率，可能高達 15 MP。對更高分辨率的需求是雙重的，第一是為了在更遠的距離處對物體進行最佳檢測。這提供了在較高速度下尤其重要的早期檢測，例如在高速公路上。 ? 第二個因素是增加視野。OEM 對更大的 FOV 相機越來越感興趣，以限制未來相機的總數。更大的 FOV 意味著需要更大的角分辨率，因此需要更大的 CIS 分辨率。對于環繞觀看，OmniVision 還預見到將分辨率提高到當前 3 MP 以上的趨勢。也就是說，當前的觀看分辨率主要取決于車內顯示器的分辨率，但未來更大的顯示器將需要超過 3 MP 的更好的 CIS 觀看分辨率。 ? 除了 CIS 分辨率，汽車傳感器的輸出幀速率預計將從當前的 30 fps 增加到 45 甚至 60 fps，具體取決于分辨率，但對于 4/5 級自主性尤其需要。這些更高的 CIS 分辨率和幀速率意味著未來汽車成像的整體數據速率要高得多，這將需要更大的處理能力。更重要的是，它將需要更好的數據質量和更少的不確定性。換句話說，相機級別的片上功能、信息處理和審查越多，整體系統性能就越好、越快（圖 5）。 ?
圖 5. 隨著分辨率、幀速率的提高而提高數據速率。 ? 為促進此類功能，OmniVision 還預測了更大的圖像傳感器集成度，以及從當前 ISP 芯片同時容納模擬和數字電路的 2-Die 堆疊成像器到模擬和數字邏輯被隔離到專用 Die 中的 3-Die 堆疊的過渡。這允許優化每個芯片的工藝技術，并提供更小的芯片尺寸和更低的功率（圖 6）。
圖 6. OmniVision 預測具有專用模擬和數字 ISP 芯片的 3 芯片堆疊汽車傳感器。
三星
Samsung 沒有展示其汽車圖像傳感器，但在其展位上展示了兩個傳感器。傳感器是 3B6，3MP (1920 x 1536) RGB 圖像傳感器，具有 3 μm 像素間距的環繞視圖，以及更高分辨率的 8.3 MP (3840 x 2160) RGB 傳感器，1H1 具有更小的 2.1 μm 像素間距，用于前感應和查看應用。這兩款傳感器都采用三星的分離式光電二極管“CornerPixel”架構，并且已經部署了相當長的一段時間。 ? 據三星稱，滾動快門足以滿足當前 ADAS 應用的幀速率要求，但車內/DMS 用例確實需要全局快門功能。因此推測上述兩個傳感器確實是卷簾快門，因為三星尚未報告用于駕駛員/客艙監控的專用傳感器。有趣的是，三星此前公布的汽車傳感器 4AC，也被報道有 CornerPixel，但并未被觀察到，也沒有在 AutoSens 上展出。 ? 也就是說，據報道，三星目前正在開發一款分辨率為 15 MP 的汽車傳感器，很可能是 1P1，并且也適用于 Front 傳感應用，盡管尚未正式宣布。 ?
圖 7. 三星汽車圖像傳感器產品總結。預計1P1，但尚未正式宣布。
STMicroelectronics 展示了其新發布的車內傳感器 VB1940 / VD1940，這是一款堆疊背照式 4×4 RGB-NIR 圖案（用于 940nm 增強檢測的 NIR 濾光片）。它的主要應用是駕駛員監控和客艙監控。 ? 對于駕駛員監控，傳感器性能被證明可以有效且快速地檢測眼睛注視，即使是在遠處，也可以在受試者佩戴眼鏡的情況下進行。VB1940 / VD1940 還具有兩種快門模式，全局快門用于檢測快速移動（如眼睛注視）和卷簾快門，用于其他機艙乘客監控用例。它具有 5.1 MP 分辨率，2.25 μm 像素間距，在滾動快門模式下線性動態范圍高達 100 dB。ISP 提供片上拜耳化或 NIR 升級（圖 8）。 ?
圖 8. 具有 4×4 模式 RGB-NIR 和片上 ISP Bayerization或NIR Upscale 的 STMicroelectronics 車內 DMS/OMS。 ? STMicroelectronics 還展示了 VB56G4A，這是一款 1.5MP 單色 (NIR) 傳感器，具有 2.61 μm 像素間距，也采用全局快門堆疊背照式。據 STMicroelectronics 稱，VB1940 / VD1940 和 VB56G4A 傳感器均采用電壓域全局快門，在電荷到電壓轉換后存儲光生信號。 ? 用于像素存儲的金屬-絕緣體-金屬 (MIM) 電容器在 CIS 中實現。在此，考慮了特殊的預防措施，以降低 CIS 中 MIM 存儲電容器的寄生光敏感度 (PLS)，以實現有效的快門。據 STMicroelectronics 稱，這有助于降低與在堆疊 ISP 中實施全局快門存儲相關的傳感器成本。 ?
編輯：黃飛
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工商網監
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