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導讀：圖像傳感器是一種將光學圖像轉換成電子信號的器件，是攝像頭的重要組成部分。在典型汽車應用中，視覺系統要處理一些復雜的路面情況，此類情況要求攝像頭及其中的圖像傳感器能夠自動適應這類復雜場景。

隨著汽車安全重要性的凸顯，行車輔助系統在汽車領域的應用越來越廣泛。在這類應用中，視覺系統是必不可少的一個組成部分，其必須快速、精確地感知各種路況，進而提前預警或控制車輛行為。這要求系統的前端----攝像頭能夠最大限度地適應不同的光照條件，提供路況場景的細節信息。

圖1顯示了汽車視覺系統的主要應用，包括前視、后視、側視、內視等。以前視為例，夜視(Night Vision，NV)、車道偏離預警(Lane Departure Warning，LDW)、碰撞預警(Collision Warning，CW)、交通標志識別(Traffic Sign Recognition，TSR)等應用要求視覺系統在各種天氣、路況條件下，能夠清晰識別車道線、車輛、障礙物、交通標志等。所有這些功能要求圖像傳感器的動態范圍(Dynamic Range，DR)足夠高，為后級圖像處理系統提供豐富的細節信息。

圖1 汽車視覺系統的主要應用

汽車視覺系統中的圖像傳感器

圖像傳感器是一種將光學圖像轉換成電子信號的器件，是攝像頭的重要組成部分，如圖2所示。在典型汽車應用中，視覺系統要處理一些復雜的路面情況，比如來面向陽光行車、進出隧道、以及夜間會車時對面車輛前照燈等。這類路況要求攝像頭，以及其中的圖像傳感器能夠自動適應這類復雜場景，否則圖像中細節信息的損失很難通過后級信號處理方法來恢復。

圖2 攝像頭中的圖像傳感器

一幅畫面中，最亮部分和最暗部分亮度的比值被稱作動態范圍，比如，陽光直射下某亮色物體亮度大約是100kcd/ m2，陰影下的暗色物體亮度大約是100mcd/ m2。某場景若同時包括這兩種物體，則圖像的動態范圍是120dB。只有圖像傳感器的動態范圍高于120dB，汽車視覺系統才能有效地對該場景進行圖像采集。

考慮到夜間行車，有些道路沒有路燈或者路燈很暗，汽車視覺系統也需要在低光照場景下采集路況信息。針對汽車應用，圖像傳感器需要滿足一系列汽車級要求，如寬溫度范圍、高可靠性、高集成度、低成本等。表1總結了汽車視覺系統中圖像傳感器應該具有的性能：

Melexis高動態范圍圖像傳感器技術

由于CMOS技術的高集成度、高穩定性、低成本，基于CMOS技術的圖像傳感器應用越來越廣泛，已經成為絕大多數視覺系統的首選。CMOS圖像傳感器的像素中包含一個光敏二極管，在光照激勵下產生和光強度呈正相關的光電流。通過在一定曝光時間內對光電流積分，可以把光學圖像信號裝換成像素的電子信號輸出，其響應特性如圖3(a)所示。因為供電電壓幅度以及傳感器噪聲的限制，傳統CMOS圖像傳感器的動態范圍和成像細節是一對矛盾：增加曝光時間可以改善細節但同時減低動態范圍，反之降低曝光時間可以提高動態范圍但不利于細節顯示。傳統CMOS圖像傳感器中的這對主要矛盾，使其不能完全滿足汽車視覺系統的要求。

針對CMOS技術的特點，Melexis開發了基于Autobrite技術的CMOS圖像傳感器MLX75412，以圖3(b)所示的非線性響應特性解決前述矛盾，大幅提高了圖像傳感器的動態范圍，使其符合表1中所列所有標準。通過Autobrite技術對像素進行分段曝光/復位控制，圖像傳感器的動態范圍拓展到154dB。集成的反饋控制算法分析所采集到的圖像，實時調整傳感器的曝光時間和動態范圍，顯著提高了在復雜路況下圖像采集的質量。

MLX75412的集成圖像增強功能Autoview，能夠實時調整圖像亮度和銳度，減輕了后級信號處理系統的計算量。同時，由于MLX75412中集成的12位圖像處理流水線，其圖像處理精度高于通常使用的8位圖像處理。MLX75412提供了標準的原始視頻信號輸出和I2C控制信號輸入，兼容絕大多數DSP或FPGA。考慮到汽車應用，MLX75412提供1024×512分辨率的寬屏畫面，采集更廣范圍的圖像，便于識別路兩側的行人或交通標志。