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意法半导体:电子系统的感知能力大跃升--提升电子设备的距离感知能力 擦亮车用摄像头的“眼睛”

本文作者:徐俊毅       点击: 2018-03-08 13:22
前言:
激光测距技术由于其精准、快速的特性被广泛使用在各行各业。意法半导体的飞行时间产品系列就是激光测距技术的一种延伸,通过快速高频率的激光测距,感知被测物的相对位置,应用在电子设备上,就是使电子设备对周围物体具有空间感知能力。目前,使用这项技术的意法半导体Flightsense光学飞行时间(ToF)传感器已经广泛用在照相机的实时对焦,距离接近感测,存在检测手势开关以及最新的AR/VR应用中。
 

FlightSense激光测距技术
 
Flightsense光学飞行时间(ToF)传感器产品系列迄今为止已经出货超过3.5亿颗,并且随着产品的技术升级和应用范围的扩展,自2014年第二季首个模块VL6180问世以来,以年增长率300%的速度快速成长。

Flightsense现已广泛使用的有两个模块,VL6180(2014年第二季问世)和VL53L0X(2016年问世),分别采用850nm和940nm波长进行测距,最大测距范围从第一代的0.4米,到第二代2米。
 
“之所以采用940nm这个波段,是因为850nm波段的干扰较多” 意法半导体影像产品部技术经理张程怡表示。
 
现在更为先进的测距模块VL531X将在2018年第一季度推向市场,除了沿用940nm波长,新一代测距模块,不仅有效感测距离倍增,达到4米。而且体积更小,精度更高。
“其他方案,不管是传统的红外对管或者号称激光等等,要么块头太大,要么就是分开两件,而意法的FlightSense没有这个问题,高度集成;而且测距模块抗干扰能力强,配合丰富的算法和配套的方案,能够得到精确的测量结果。”
 
目前的测距误差为3%~5%,即测量1米的距离信息,实际距离为97厘米到103里面之间,满足现有应用的需求。
 


针对大众市场,第三代ToF产品可用于无人机室内定高躲避障碍、门禁系统控制等等对精度和距离要求更高的应用场合。
 
对焦应用中,除了手机的前后镜头对焦,投影仪也正在装备ToF传感器进行自动对焦,以满足大型会议或其他大场景的应用需求。
在教育领域,家长们普遍使用平板电脑替代了传统书籍,但是又担心孩子距离平板太近,影响视力发育,这时ST的ToF传感器就可以发挥作用,让孩子保持合适的观看距离。
张程怡还特别拿出了一款采用了FlightSense ToF传感器的能化妆镜,这款产品不仅可以在用户接近时开灯,还可以根据用户不同的需求,改变灯光颜色,以适应女士们对不同环境光线的化妆需求,比如室外、晚宴、商场酒店等等。
 
可以看到,从2014年起,FlightSense产品约每两年更新一次,每一次升级,都能让设计人员透过发挥想象力,发掘新的市场空间,这可能是ToF产品这几年快速发展的主要原因。

汽车影像市场是另一大快速成长的市场,近些年随着高清摄像需求的激增,汽车前装市场装备高清摄像正在成为主流。
 
ST汽车影像产品在2009年就已推出第一代50万像素30fps 120dB HDR的夜视镜头,采用50万像素CMOS图像传感器VL551050; 2016年ST推出720p 60fps 132dB HDR的智能倒车镜头,采用130万像素图像传感器VG6640与图像处理器STV0991,VG6640主要应用情境除了智能倒车镜头外,还包括以太网镜头、以太网全景镜头、行车纪录器;2018 ST推出1080p 60fps 145dB HDR的无闪烁镜头,采用250万像素图像传感器VG6768与图像处理器STV0971。VG6768主要应用情境为电子后视镜、前视镜头、LVDS-倒车镜头、前景镜头、行车纪录器。
 

意法的汽车影像产品
 
“由于汽车产品寿命有10年之久,所以ST汽车影像产品的更新周期相较消费产品要来得慢一些,每2-3年推出新一代产品。”
 
最新一代产品主要解决的是Led灯光以及其他光源对摄像系统的干扰问题,特别是车用后视镜正在从传统的光学镜片转化为数字屏幕(美国、日本、中国大陆已有车规等级的产品,是未来的趋势),这时后置摄像头需要提供可靠的图像传输。
 
但汽车行驶环境中处处都是强光,特别是那些LED前车灯,这些闪烁的强光对摄影系统存在很大程度的干扰,使得数字后视镜难以获得有效的视频信息。为了能够获取清洗的即时图像,ST ADAS摄影系统采创新的像素架构包括:全新消除LED闪烁CMOS图像传感器,市面上最高的动态范围,低光照成像性能优异,符合ASIL-B标准,车规AEC-Q100 2级。
 

LED闪烁问题

采用先进HDR图像处理器:硬件加速视讯分析,以太网和LVDS的图像处理器,可应用于显示器和机器视觉的先进影像技术,封装面积极小,符合ASIL-B和AEC-Q100 2级汽车标准。
 
“车用HDR的规范是目前是120dB,ST二年前产品就已达132dB,今年将增加到145dB,提升到1080p 60fps。随着车用屏幕分辨率增加,已到2K/4K,车用相机的分辨率也要增加,但2K/4K要做到车规并不容易,因为体积不能做太大。250万像素图像传感器的产品预计用到2020年之后都还算是新产品,量产时间约在2019年底。”

“ST未来将会朝ToF与车用两个方向发展,应用将不会局限手机与车用,未来希望ToF技术也能够结合在车用上面。”