汽車CIS專題 | 【ADAS（三）】140dB HDR，為什么重要？

摘要：淺析汽車CIS核心性能——HDR

引言：

消費(fèi)者、政策/法規(guī)、市場(chǎng)三合力，不斷推動(dòng)ADAS滲透率提升。2022年3月國(guó)內(nèi)新車L2級(jí)配套量接近41.6萬(wàn)，滲透率近30%。ADAS成標(biāo)配，CIS如何升級(jí)？

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

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

140dB HDR為什么重要？

動(dòng)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(shí)別的最強(qiáng)信號(hào)和最弱信號(hào)的比值。人眼的動(dòng)態(tài)范圍一般在130dB[1]左右，前視攝像頭作為ADAS/AD的核心眼，需要在高速行駛時(shí)，快速識(shí)別不同光照條件下的明暗細(xì)節(jié)，準(zhǔn)確捕獲圖像，否則影響行車安全。典型的HDR需求是當(dāng)汽車駛出隧道既要識(shí)別亮處也要獲取暗部細(xì)節(jié)，或者夜景中識(shí)別極暗的行人和極亮的車燈、LED信號(hào)燈等。理想的動(dòng)態(tài)范圍需超過(guò)人眼DR，達(dá)到140dB HDR。

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

/小知識(shí)/

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(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，豪威車載產(chǎn)品覆蓋100dB到140dB。OX08B40、OX03F10、0X03C10等ADAS產(chǎn)品均可實(shí)現(xiàn)140dB，且已經(jīng)具備大量出貨數(shù)據(jù)驗(yàn)證，受到終端OEM認(rèn)可。

目前，豪威集團(tuán)是國(guó)內(nèi)唯一能夠量產(chǎn)140dB HDR車載產(chǎn)品的廠商。國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手于去年進(jìn)入120dB階段，目前尚未研發(fā)出140dB車載產(chǎn)品。

豪威140dB HDR 和競(jìng)品120dB HDR 動(dòng)態(tài)范圍對(duì)比

如何實(shí)現(xiàn)140dB HDR

傳統(tǒng)HDR使用不同曝光時(shí)間的多個(gè)圖像，但對(duì)于快速移動(dòng)物體會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影（Motion artefact）。豪威集團(tuán)Split Pixel和Deep Well? HDR方案有效解決了該問(wèn)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(jí)。該技術(shù)通過(guò)大小像素的分離結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不同的感光度，形成了對(duì)不同動(dòng)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(shì)。

2）Deep Well? DCG技術(shù)：2018年第一代DCG技術(shù)面世，后經(jīng)過(guò)優(yōu)化發(fā)展到目前的第三代DCG技術(shù)。獨(dú)特的 DCG 技術(shù)通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)換增益進(jìn)行兩次采樣并添加曝光以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的場(chǎng)景再現(xiàn)。該方案同樣能避免高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的鬼影。

與DCG和Split Pixel 不同，國(guó)內(nèi)友商車載產(chǎn)品采用行交疊HDR 方法（Staggered HDR）[2]。

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

該方案非同時(shí)輸出長(zhǎng)短曝光，仍有一些典型時(shí)域多幀的圖像質(zhì)量問(wèn)題，比如：

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

2）拍攝對(duì)象是PWM供電的LED燈時(shí)，比如交通信號(hào)燈或汽車信號(hào)燈，如果短曝光幀沒有捕捉到LED閃爍，會(huì)造成信號(hào)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(fèi)領(lǐng)域的需求，卻不適用汽車攝像頭這種對(duì)高動(dòng)態(tài)范圍和去偽影要求高的應(yīng)用。因此國(guó)內(nèi)車載競(jìng)品雖然采用了雙轉(zhuǎn)換增益彌補(bǔ)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(duì)圖像傳感器還提出了哪些挑戰(zhàn)？敬請(qǐng)關(guān)注下期文章“豪威汽車CIS系列專題ADAS篇（四）”。

[1] https://blog.51cto.com/u_15152644/2986775

[2] 大話成像-HDR Imaging(2)-Digital Overlap