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LED“闪烁”不再是自动驾驶的“拦路虎”

导读: 从当前的局势来看,要实现高级别的自动驾驶,汽车是离不开摄像头的辅助,如果不解决LED灯“闪烁”的问题,安全就要时刻打上一个问号。抑制、消除LED灯“闪烁”在研究自动驾驶的道路上是绕不过的坎。

频闪,有频率的闪烁,光随着时间快速、重复的变化就叫频闪,直接的感受就是光源调动、不稳定。产生频闪的原因是灯具使用交流电供电,其光亮度会随着交流电的周期性变化而变化。

LED灯是常见的具有频闪危害的光源,在交通灯、车灯等领域有广泛的应用,普通人看来这似乎并没有什么不妥,但是当摄像头开始作为汽车信息采集源之后,LED灯频闪的危害开始显现。

LED灯频闪给汽车摄像头采集信息造成干扰

如今的汽车摄像头系统采用CMOS图像传感器,是能达到100-200万像素的高清传感器。单\双目摄像头和雷达系统融合,能为驾车人提供障碍物或者移动物体的速度、距离和外观形状等信息。而自动驾驶无非就是利用深度学习算法对摄像头等采集的信息加以分析,然后替代人类驾驶人员作出驾驶行为。

豪威科技中国区汽车电子业务部总监刘琦表示:“LED灯以一个基础频率,以及可调节的占空比来调整亮和暗的强度。对于人眼来说,LED光源是持续的,但HDR相机却捕捉到了亮和暗的属性,并且在观看视频的时候出现‘闪烁’。”

两相结合来看,当带有HDR相机的汽车在捕捉LED路牌和其他的车辆的LED光源时,将会在摄像头传回来的画面里出现信息缺失或者信息错误。这样的情况下,人类还敢相信智能后视镜甚至是自动驾驶吗?

分析此中原因,刘琦指出:“当前的LED灯频率多数介于90-270赫兹之间,通常一个亮暗周期小于或者等于11毫秒。汽车流媒体后视镜上的HDR相机一帧图像通常是16.6毫秒,但是曝光时间多数介于3-4毫秒。因此,相机无法在任何曝光时间下(长、短或极短)捕捉到LED脉冲,并且LED在视频中也无法被观测。”

在豪威科技上海公司我们见到了这种情况的demo演示,其左边的相机就是没有经过技术加持的普通HDR车载相机,在人眼看来LED灯是长亮的情况下,左边的相机却形成了灯是暗的画面。

LED“闪烁”不再是实现自动驾驶的“拦路虎”

豪威科技demo示意图

LED“闪烁”如何解决?

从当前的局势来看,要实现高级别的自动驾驶,汽车是离不开摄像头的辅助,如果不解决LED灯“闪烁”的问题,安全就要时刻打上一个问号。抑制、消除LED灯“闪烁”在研究自动驾驶的道路上是绕不过的坎。

刘琦介绍称,当前有三种方法可以解决LED灯“闪烁”问题,分别是LOFIC技术、斩波技术和分离像素技术。其原理是为了保证捕捉到一个90Hz LED脉冲至少需要11ms的曝光时间,LFM(减少或消除LED闪烁)技术需要相机能够延长曝光时间,并使其比LED驱动周期更长,同时不出现过曝,且维持一定的动态范围水平,那问题就得到了解决。

豪威科技新型HDR图像传感器

在三种抑制LED“闪烁”的技术中,豪威科技选择了分离像素技术。刘琦在分析过程中提到:“LOFIC在像素中拥有额外存储电容的线性二极管,提供扩展的全阱容量。全阱容量越高,越容易捕捉LED脉冲,并且不会超过像素的饱和度,可以应用于SPD(小光电二极管)或LPD(大光电二极管),但在高温时会有噪声问题。斩波则是在时域部分电荷从光电二极管转移到外部存储电容(帧周期的集成分布),可确保捕捉到LED脉冲,可应用于SPD或LPD。但高温时也会有噪声问题。”

针对分离像素技术,刘琦讲到:“使用分离像素架构,并且降低小光电二极管敏感度,是目前看最理想的解决方案。首先,小光电二极管能延长曝光时间,使其足够长,以确保LED脉冲的捕捉;其次,大光电二极管可以确保低光条件下的高灵敏度;而额外的极短曝光(VS)可以捕获场景中最亮的部分。”

基于分离像素技术,豪威科技推出了两款HDR图像传感器OX01A10和OXO2A10。这两款传感器将分别应用于侧视和后视摄像头监控系统(CMS)。0X01A10和0X02A10传感器基于OmniVision 4.2微米OmniBSI像素架构,采用像素拆分技术,提供卓越的高动态范(HDR)和一流的低光性能,是汽年行业领先LED减闪方案的代表。

“普通HDR摄像头的短曝光时间导致图像传感器错过LED的‘on’脉冲,从而在显示器上的视频流中产生了‘闪烁’现象。仅仅通过增加普通像素技术的曝光时间来抓取LED脉冲并不能解决问题,反而会导致饱和及动态范围损失。” Omnivision产品营销经理 Marius Evensen说道。“我们设计的0X01A10和0XO2A10图像传感器通过采用减少LED闪烁的技术来专门解决这一问题,使E-视镜在汽车市场得以广泛应用。这两款传感器已纳入我们不断扩大的针对机器和视觉显示系统的汽车专用数字成像解决方案组中。”

OXO1A10和0X02A10的动态范围可达110dB,同时保证了LED脉冲的捕获,使相机在所有的光照条件能发挥出色摄像功能。这使得车载摄像头能够同时捕获明暗两种场景,即使在最苛刻的光照条件下也能保证最佳质量的图像效果。OXO1A10支持1280×1080分辨率,横纵比为1:1.2,非常适合用于侧视摄像头。专用于后视摄像头的OXO2A10传感器支持1840X940分辨率,横纵比为2:1。传感器上的芯片组算法能够降低数据输出率,便于数据传输和后端处理。

0XO1A10和0XO2A10两款产品目前已量产。

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