車用影像感測(cè)如何實(shí)現(xiàn)“HDR+無(wú)頻閃”？ST為你放大招

　　現(xiàn)在很多視頻有HDR(高動(dòng)態(tài)范圍圖像)效果。但是在車載攝像領(lǐng)域，仍然會(huì)出現(xiàn)閃爍和光暈現(xiàn)象，因此不能HDR和抗閃爍兼得。

　　意法半導(dǎo)體(ST)將于2018年三四月推出一款車載攝像感應(yīng)器方案，具有HDR和防閃爍功能，可用于行車記錄儀、ADAS環(huán)場(chǎng)、倒車鏡等，將來(lái)還有望用于電子后視鏡。

　　圖：未來(lái)的汽車電子后視鏡攝像頭

　　為此，ST影像產(chǎn)品部技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張程怡先生來(lái)京，向媒體介紹了這種技術(shù)原理及ST的方案。

　　車載攝像與手機(jī)拍照的不同之處

　　車載追求HDR與無(wú)閃爍，而手機(jī)為何沒(méi)有這些指標(biāo)呢?

　　*HDR(高動(dòng)態(tài)范圍圖像)。車載攝像技術(shù)和手機(jī)最大的差異，車載不太講究多少像素，例如1千萬(wàn)、2千萬(wàn)像素，手機(jī)照片是一張張(一幀幀)地拍攝。但車載產(chǎn)品關(guān)注的是速度，是連續(xù)拍攝，因此追求720P和1080P等動(dòng)態(tài)攝像指標(biāo)，還有HDR。因?yàn)樵陂_車的時(shí)候，戶外環(huán)境隨時(shí)都有很暗或很亮的場(chǎng)景。手機(jī)照相只要足夠亮就行了，但車載有可能在特別亮?xí)r忽然進(jìn)入樹蔭或隧道，很亮和很暗要同時(shí)都能夠顯像。

　　與此相對(duì)應(yīng)的是，手機(jī)等一般的照相對(duì)動(dòng)態(tài)范圍不夠關(guān)注。例如人站在太陽(yáng)光下或樹旁，可以點(diǎn)(聚焦)一下屏幕上的人，就可把人拍得很清楚，但旁邊泛白了;如果點(diǎn)(聚焦)旁邊的樹，人臉卻黑了。

　　不過(guò)，在你開車時(shí)，首先你不可能邊開車邊點(diǎn)擊屏幕上的圖案。這就有可能造成亮的地方過(guò)亮，暗的地方過(guò)暗。這種手機(jī)技術(shù)用于行車記錄儀，效果不佳。所以車載中第一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是HDR的能力，即最暗和最亮之間的寬度。

　　*無(wú)閃爍。閃爍主要是由于LED光源。盡管LED燈從照明角度看有節(jié)能、高效等優(yōu)勢(shì)(注：LED燈的特色之一是可調(diào)光，因此可節(jié)能。但調(diào)光通常采用PWM調(diào)制，但路上見到的采用PWM調(diào)制LED的光源沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)頻率，光源之間無(wú)相位相干性)，常用于霓虹燈、紅綠燈、LED車燈等。但LED由于采用PWM調(diào)制，是閃爍光源，只不過(guò)人眼看不出閃爍，但攝像頭/機(jī)器由于頻寬很寬，會(huì)攝到閃動(dòng)或光暈。

　　例如行車記錄儀，如果解析度足夠高，可以看到LED等的閃爍;如果解析度較低，會(huì)看到光暈很大——這是閃動(dòng)的效果，因?yàn)閳D像感應(yīng)器一曝、兩曝、三曝……，一直重復(fù)堆疊在曝光(如圖1的第1行)。

　　圖1 ST的雙二極管方案與傳統(tǒng)3次曝光方案比較(本圖中：第1行的曝光周期內(nèi)，短曝光沒(méi)有抓到第二行的“開”，因此會(huì)出現(xiàn)黑色/頻閃;而ST方案，在長(zhǎng)中短曝周期內(nèi)，都沒(méi)有丟掉信號(hào))

　　ST獨(dú)特的雙二極管方案

　　為此，ST的新產(chǎn)品首先要達(dá)到抑制的效果，即可以看到畫面是穩(wěn)定的——人眼看它沒(méi)有閃，它就沒(méi)有閃，人眼看它是暗的，攝像頭看的就是暗的。

　　如何做到不閃爍?ST有特殊的雙二級(jí)體(diode)工藝。

　　如圖1，第2行是一個(gè)閃爍的LED光源。一般的影像感應(yīng)器是光進(jìn)來(lái)它就會(huì)取像，即有一個(gè)曝光時(shí)間，然后取完光后關(guān)掉(消隱)。但在關(guān)的過(guò)程中，假設(shè)外部的光(第2行)是亮一下、關(guān)一下地閃爍，這個(gè)外面的光源(第2行)是關(guān)/開、關(guān)/開——關(guān)的時(shí)間較長(zhǎng)、開的時(shí)間短，人眼是察覺不到“關(guān)”的。

　　如圖1，傳統(tǒng)的2次或3次曝光時(shí)間HDR傳感器：在陽(yáng)光直射下，長(zhǎng)曝光總是飽和，而中短曝光因時(shí)間太短而錯(cuò)失LED脈沖(注：HDR通常由多個(gè)LDR(低動(dòng)態(tài)范圍圖像)合成的，而LDR對(duì)應(yīng)不同的曝光時(shí)間，例如長(zhǎng)、中、短曝光。長(zhǎng)曝光適合暗處，短曝光適合亮處。)。

　　具體到圖1，傳統(tǒng)的車載感應(yīng)器(第1行)，為了使很亮和很暗都能看到，就采用長(zhǎng)中短曝的效果——長(zhǎng)曝把時(shí)間拉很長(zhǎng)。因此現(xiàn)在光雖然很暗，但若時(shí)間一拉長(zhǎng)，還是可得到信號(hào)的。但在短曝光時(shí)(第一行)，看到了LED燈關(guān)，因此就會(huì)閃爍。

　　為此，ST推出了雙二級(jí)體方案(圖1的第3和第4行)。原本在一個(gè)條件下做長(zhǎng)中短曝光(圖1第1行)，現(xiàn)在一個(gè)二極管專做長(zhǎng)曝，另外一個(gè)專做中和短曝。

　　這里最難的是工藝，如何使感應(yīng)器表面的感應(yīng)層里的二極管等同它下面的兩塊(注：一個(gè)做長(zhǎng)的，一個(gè)做中短的)，還要再結(jié)合起來(lái)，速度要結(jié)合得足夠快?ST也是因?yàn)橛凶约旱闹瞥滩拍茏龅健?/p>

　　具體地，難點(diǎn)是一個(gè)感應(yīng)器的sensor(傳感器)有很多層堆疊，有些叫感應(yīng)層，其中有一層是Diode(二極管)，在當(dāng)中切了兩塊，在半導(dǎo)體制程當(dāng)中是一層一層堆疊上去的，一個(gè)做長(zhǎng)曝，一個(gè)做中短曝。

　　那么，是不是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手學(xué)會(huì)了這個(gè)方法也會(huì)做出來(lái)?實(shí)際上，各家有自己的獨(dú)門功夫。但ST的看法，如果你要單二極管(圖1第1行)，長(zhǎng)中短曝為了要規(guī)避一定的問(wèn)題，HDR性能一定會(huì)犧牲掉一些。因此不閃爍和寬動(dòng)態(tài)二者兼得比較難。

　　ST的組合方案

　　ST的傳感器方案是VG6768(圖像傳感器)+STV0971(圖像處理器)。 其中VG6768(圖像傳感器)是145 dB HDR;而此前業(yè)界一般是120 dB左右，還有較為高端的是130dB?？梢奦G6768有較大性能優(yōu)勢(shì)。

　　小結(jié)

　　HDR與無(wú)閃爍，是車載攝像追求的目標(biāo)。過(guò)去擅長(zhǎng)消費(fèi)電子攝像傳感器的ST公司，通過(guò)創(chuàng)新的雙二極管工藝，推出了VG6768(圖像傳感器)+STV0971(圖像處理器)方案，達(dá)到了145 dB HDR且無(wú)閃爍的效果。

　　小結(jié)

　　HDR與無(wú)閃爍，是車載攝像追求的目標(biāo)。過(guò)去擅長(zhǎng)消費(fèi)電子攝像傳感器的ST公司，通過(guò)創(chuàng)新的雙二極管工藝，推出了VG6768(圖像傳感器)+STV0971(圖像處理器)方案，達(dá)到了145 dB HDR且無(wú)閃爍的效果。