淺析汽車CIS核心性能——HDR

引言：

消費者、政策/法規(guī)、市場三合力，不斷推動ADAS滲透率提升。2022年3月國內(nèi)新車L2級配套量接近41.6萬，滲透率近30%。ADAS成標配，CIS如何升級？

豪威集團汽車CIS系列專題ADAS篇將分5期，每期一個硬核知識點，助您詳盡了解ADAS領(lǐng)域應(yīng)用、技術(shù)趨勢與車規(guī)產(chǎn)品。

上期梳理了汽車高分辨率趨勢下的豪威車載CIS技術(shù)演進史。本期將聚焦ADAS對HDR提出的新要求及背后的技術(shù)變革。

140dB HDR為什么重要？

動態(tài)范圍（DR）指在同一畫面中，明暗差異大，圖像傳感器能夠識別的最強信號和最弱信號的比值。人眼的動態(tài)范圍一般在130dB左右，前視攝像頭作為ADAS/AD的核心眼，需要在高速行駛時，快速識別不同光照條件下的明暗細節(jié)，準確捕獲圖像，否則影響行車安全。典型的HDR需求是當汽車駛出隧道既要識別亮處也要獲取暗部細節(jié)，或者夜景中識別極暗的行人和極亮的車燈、LED信號燈等。理想的動態(tài)范圍需超過人眼DR，達到140dB HDR。

因此對于ADAS應(yīng)用，覆蓋120dB HDR是基本要求，而覆蓋140dB HDR是汽車機器視覺的趨勢所在。

/小知識/

豪威于2008年推出首款汽車HDR SOC圖像傳感器，于三年前領(lǐng)先推出140dB HDR產(chǎn)品。針對不同應(yīng)用場景，豪威車載產(chǎn)品覆蓋100dB到140dB。OX08B40、OX03F10、0X03C10等ADAS產(chǎn)品均可實現(xiàn)140dB，且已經(jīng)具備大量出貨數(shù)據(jù)驗證，受到終端OEM認可。

目前，豪威集團是國內(nèi)唯一能夠量產(chǎn)140dB HDR車載產(chǎn)品的廠商。國內(nèi)競爭對手于去年進入120dB階段，目前尚未研發(fā)出140dB車載產(chǎn)品。

豪威140dB HDR 和競品120dB HDR 動態(tài)范圍對比

如何實現(xiàn)140dB HDR

傳統(tǒng)HDR使用不同曝光時間的多個圖像，但對于快速移動物體會產(chǎn)生運動偽影（Motionartefact）。豪威集團Split Pixel和Deep Well? HDR方案有效解決了該問題：

1）Split Pixel分割像素技術(shù)：2009年推出，并分別在2012年和2016年優(yōu)化升級。該技術(shù)通過大小像素的分離結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不同的感光度，形成了對不同動態(tài)范圍的覆蓋。相比其他HDR方案，具備避免鬼影和LED閃爍抑制的優(yōu)勢。

2）Deep Well? DCG技術(shù)：2018年第一代DCG技術(shù)面世，后經(jīng)過優(yōu)化發(fā)展到目前的第三代DCG技術(shù)。獨特的 DCG 技術(shù)通過對轉(zhuǎn)換增益進行兩次采樣并添加曝光以實現(xiàn)準確的場景再現(xiàn)。該方案同樣能避免高速運動產(chǎn)生的鬼影。

與DCG和Split Pixel 不同，國內(nèi)友商車載產(chǎn)品采用行交疊HDR 方法（Staggered HDR）。

以兩次曝光Staggered HDR為例，該方案讓CMOS完成第一行長曝光的同時，第一行像素幾乎立即開始短曝光，每行以長短曝光兩次先后輸出。從readout看，就是長曝光幀與短曝光幀依次輸出。

該方案非同時輸出長短曝光，仍有一些典型時域多幀的圖像質(zhì)量問題，比如：

1）依賴額外通道，易造成運動偽影并減小動態(tài)范圍，在弱光條件下尤為如此

2）拍攝對象是PWM供電的LED燈時，比如交通信號燈或汽車信號燈，如果短曝光幀沒有捕捉到LED閃爍，會造成信號燈圖像誤讀，這在車載成像上是致命的。

該方案雖能滿足消費領(lǐng)域的需求，卻不適用汽車攝像頭這種對高動態(tài)范圍和去偽影要求高的應(yīng)用。因此國內(nèi)車載競品雖然采用了雙轉(zhuǎn)換增益彌補Staggered HDR短板，但目前其車載產(chǎn)品仍處于120dB階段。

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除了140dB HDR，ADAS對圖像傳感器還提出了哪些挑戰(zhàn)？敬請關(guān)注下期文章“豪威汽車CIS系列專題ADAS篇（四）”。