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自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

05-29 和讯名家
语音播报预计15分钟

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

作者 / 阿宝

编辑 / 阿宝

出品 / 阿宝1990

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

摄像头解析力

其实解析力就是和摄像头的分辨率基本上是线性相关的额,我们看一个摄像头的分辨率高不高,最重要的就是几百万像素的摄像头。

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

比较老的倒车后视摄像头就是30W像素的,那个时候看倒车图像就非常模糊,现在无论是前视的DVR,倒车后视,还是360环视的摄像头,基本上都是100W的摄像头起步了,特斯拉Model 3前视三摄像头采用的三个CMOS图像传感器分辨率均为1280 x 960像素(120万像素),供应商为安森美半导体(ON Semiconductor)子公司Aptina。该摄像头捕捉的图像信息供给特斯拉Model 3驾驶员辅助自动驾驶仪控制模块单元使用。

可能有朋友会说,手机都上千万的像素摄像头,车载摄像头是没有这个技术能力?其实还真不是,手机因为本身摄像头的能力就要求非常高,需要拍照出来像单反的效果,所以摄像头本身的像素就非常高,而且传输也直接通过MIPI进入到主控去处理。

反过来看看车载摄像头,这部分车载摄像头拍照出来的图像主要是给机器使用的,做一些自动驾驶或者行车监控的,这部分100W的像素完全能够满足机器需要的数据了,数据越多,对于主机处理的能力及算力就越高,但是自动驾驶效果提升反而没有好处。

加上车载摄像头传输的信号需要一个串行器去传输,这个串行器目前还不能传输上千万像素的芯片,传输2K的视频就非常不错了,而且这部分车载主机需要去处理整车8-10个摄像头,如果每个摄像头都是上千万的像素,这个处理器的难度也增大,成本也增大,所以车载摄像头并不是像手机拼像素的能力,而且处理图像的算法能力才是王道。

测试解析度一般都是通过一个标准的解析度卡进行测试,可以提供实际拍摄的垂直分辨率和水平分辨率等辅助测试。

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

分辨率测试采用了国际标准的ISO12233解析度分辨率卡进行测试,采取统一拍摄角度和拍摄环境。而分辩率的计算又使用了HYRes软件,分开垂直分辨率和水平分辨率两部分进行,

可以简单理解就是按照标准的距离用摄像头去拍这个卡片,然后通过软件去读取这个摄像头拍摄的值,直接软件上就可以获取中心和四周的解析度的值,当然如果没有购买软件,也可以人肉眼去读取这个值,这样的误差由于人眼的视力因素,会有很大的偏差。

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

一般针对200W像素的摄像头,需要中心解析度≥800线,四周解析度≥700。

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摄像头灵敏度

灵敏度是以32000K色温, 2000LUX照度的光线照在具有89-90%的反射系数的灰度卡上,用摄像机拍摄,图像电平达到规定值时,所需的光圈指数F,F值越大,灵敏度越高。

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

灵敏度越高最低照度越低,摄像机质量也越高。如果照度太低或太高时,摄像机拍摄出的图像就会变差。照度低可能会出现惰性拖尾。照度太高会出现图像“开花”现象。

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

摄像头信噪比

所谓信噪比指的是信号电压对于噪声电压的比值,通常用S/N符号来表示,信噪比又分亮度信噪比和色度信噪比。

当摄像机摄取亮场景时,监视器显示的画面通常比较明快,观察者不易看出画面干扰噪点,而当摄像机摄取较暗的场景时,监视器显示的画面就比较昏暗,观察者此时很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。摄像机的信噪比越高,干扰噪点对画面的影响就越小。

车载中可以接受的信噪比是40db,当信噪比达到55db的时候,这时候噪声基本看不出来。

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

摄像头图像处理ISP初步介绍

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

我们看一看车载摄像头模组的关键参数,是不是还有几个没有阐述,比如白平衡、自动增益控制、色彩还原等等,上述摄像头描述就是主机控制,这里就有一个关键器件需要讲解一下,图像信号处理器ISP,这些活都是图像处理器ISP需要干的活。

下图展示了车载系统的基本组成:黄色的箭头代表数据的传输,蓝色的箭头代表控制信号的传输。

自动驾驶传感器之摄像头(六)车载摄像头重要指标参数

相机的图像处理流程大致是这样的:

从相机感受到电荷之后,转化成每个像素的数字信号,它的输出我们可以叫做一个bayer pattern,当bayer pattern进入到ISP之后,经过一系列的图像处理才会变成可以正常预览或者拍照形成的图像。

图像处理中有一些比较关键的步骤,比如我们会做白平衡,因为人眼的视觉会对所看见的颜色做一定的纠正,比如看在黄光照射的范围里,我们看到的黄光打亮白纸不再是白纸。所以很重要的是白平衡的矫正,白平衡的矫正之后会做demosaic,将每个像素的全部颜色通道全部还原回来。

然后每个Sensor的特性或者因为一些原因导致的偏色,需要通过颜色校正的矩阵乘法来做更正。再之后需要转到ycbcr域去做例如针对亮度通道或颜色通道的降噪或者补偿。总体来说,这是一个非常简单的流程,实际上在车载应用中的流程非常复杂,涉及到更多的如HDR多帧曝光,合成,tone mapping等算法。

ISP 放置的位置非常关键:

这里有的是会放置ISP图像处理芯片在摄像头这边,把处理后的信号传输给到主机,有的是不放置ISP芯片,由主机那边的内置ISP芯片进行图像处理,这样摄像头端的散热会好很多,辐射也小。

比如倒车后视摄像头,摄像头距离主机距离都是5-8米,根据车身长度决定,这部分一般是把ISP放置在摄像头模组那端,这样传输过来的信号都是ISP那边进行降噪处理后的信号,抗干扰能力也更强,缺点就是体积会变大,散热要求非常高。

譬如有的行车记录仪DVR摄像头,这部分摄像头距离控制主机CPU非常近,而且对于造型要求也比较高,就会把ISP放置在CPU这边(很多DVR的CPU都内置了ISP芯片),无论是成本还是设计都是最优方案。

参考资料:

1、https://mp.weixin.qq.com/s/RVIOlT_Yr5GmpNQ12mfBFQ

2、https://mp.weixin.qq.com/s/y1CCWyG8pJ8tONZTiiYXfw

3、https://mp.weixin.qq.com/s/ZZX6NyGKTpC8awscJV6PFg

4、https://mp.weixin.qq.com/s/bQ_-FJbxDr-h9tYw1G1KZA

5、https://mp.weixin.qq.com/s/GfJ_u81VoxgE4BCAYm4IOQ

6、https://mp.weixin.qq.com/s/ewmX5qFkidvL8z21SE8DFg

7、https://mp.weixin.qq.com/s/XRZ197HIiYDuBF55MaNsog

8、https://mp.weixin.qq.com/s/YS_2agnfZl6Otm6tvGy_7A

9、https://mp.weixin.qq.com/s/2E0aQeb_9BFAvbVlu-tdIg

10、https://mp.weixin.qq.com/s/bxubsR_8orap8GRsUB1xHQ

11、https://mp.weixin.qq.com/s/eNjbHZaaaa2YRt_X0Ke1pw

12、https://mp.weixin.qq.com/s/oq_fMnMMlF0HC_J5VJ-xUQ

13、https://mp.weixin.qq.com/s/iA1cOzz5tLiUREQIaNsNXw

14、https://mp.weixin.qq.com/s/XWpwgZ_nlx7pjewVtjckWQ

https://mp.weixin.qq.com/s/FiW0S6PRjdFWW8eeCiJWxQ

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(责任编辑:张洋)
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