CMOS图像传感器解决方案解决测距技术难题

2008-09-24 13:57:44来源: 测试与测量世界


  传感器市场已经达到了25亿美元的规模。而根据frost&sullivan、自动成像协会和piper jaffray的数据则表明,安全、工业自动化和视频游戏等领域的传感器市场总额也达到了7.5亿美元。   

  目前的汽车系统都是通过超声波传感器来计算距离的,比如可以在司机倒车的时候对障碍物进行报警。目前在开发中的更为精密且昂贵的传感器是使用雷达和激光雷达来实现这一功能,但是世界上所有公司都在尝试成本更低的方法——用相机来计算距离。手机领域已经让数码相机实现了规模经济,这使之在成本上可以和模拟传感器相抗衡。(caeetd编辑)  abi research公司高级分析师david alexander指出:“整个行业的人都想用数码相机代替更昂贵的超声波、激光雷达和雷达传感器,第一是因为数码相机成本如此之低,第二是因为不同的司机助手功能可以使用同样的相机甚至是同样的专用电脑芯片和软件来计算距离。” 

  机器视觉算法和3d相机能够实现很多功能,包括防撞、车道偏离报警和车道保持(使你返回原车道)、后向障碍物报警、行人监测、车距监测(让您的汽车和前面的车保持适当的距离)、夜视、自适应前灯调节、交通/限速标志识别和盲点监测等等。   

  alexander指出:“我们已经有了2d相机进行车道偏离报警:能够探视车的前方,跟定车道线,探视四周并识别限速标志,监测盲点区域并在有车要超你的车时进行报警。而新的功能能在撞车发生之前意识到撞车事故,估算撞车的可能性,预先加载刹车并开启安全气囊。”   

  探秘canesta的CMOS图像芯片方案   

  canesta公司从1999年成立以来就一直致力于开发cmos图像芯片,经过7年的努力该公司终于开发成功了这种最有前景的技术。canesta公司的cmos图像芯片能够在硬件上通过飞行时间式同时计算出成像芯片上的每个点,从而感应出汽车到每个物体之间的距离,而不像超声波传感器那样只能感应到汽车和最近物体之间的距离。   

  alexander表示:“canesta公司的方案前景一定不错,因为它只使用了一个相机,而且是基于cmos技术,这对于保持低成本来说是至关重要的。再加上使用了飞行时间式计算方法,它可以给汽车带来各种各样的功能。”   

  飞行时间(time-of-flight)式计算方法是指canesta是指使用了一个红外光源来照亮有不可见光的区域,然后计量出光从发射器(在成像器后面)射到外面的物体并最终返回到cmos探测器的时间。通过使用cmos芯片上的硬件装置,机器视觉算法可以计算出该区域每一个点和汽车间的距离,从而轻松地给各种物体分门别类——从本质上来说,这是准确的计算,而不仅仅是感应。   

  canesta公司总裁兼首席执行官jim spare说:“我们采用的是任何工厂都能做到的标准的0.18微米cmos制程。另外,我们的sunshield技术让我们可以不受光照条件的影响而感测到物体的深度,而不是在中途使用一个自适应式算法。”   

  sunshield能感应到每个点,真正同步感测每100微秒前后环境光之间的差别,而不像自适应软件算法那样需要花费几毫秒的时间来适应改变的光线环境。   

  alexander还指出:“canesta的最独特之处之一就在于它的sunshield技术,这个技术解决了使用相机的一个最大的问题——是否能在不断变化的光线环境下给汽车带来足够的安全性。我认为canesta确实意识到了这一点,但是要解决汽车功能上的各个问题,他们还有很多事情要做。我想,canesta可能会在2008年或者2009年推出第一款汽车3d相机。”   

  canesta在汽车领域的第一个产品,可能是新本田中所用的3d相机,这个相机安装在驾驶座,用来感测乘客的体形并控制安全气囊。现在这个功能是通过座位上的传压垫来实现的,但使用一个cmos相机可能成本和传压垫一样低,却可以给汽车带来许多其它功能,包括可以给出一个“防睡眠”警报——区分司机的正常眨眼和因睡眠不足而开始闭眼两种情况之间的区别。   

  还有其它公司也在试制能够点对点探测物体深度的cmos图像芯片,其中值得一提的是international electronics&engineering s.a。另一个公司mob ileye则没有使用3d成像器,而是选择一个普通的2d相机结合其CMOS硬件加速器芯片来分析并计算距离。
近来CMOS图像传感器受到重视的首要原因在于过去大大低于CCD的灵敏度问题逐步得到解决的缘故。比如,此前一直领先图像传感器技术创新的索尼与松下电器产业于2004年就发表了包括灵敏度在内产品性能比过去大幅提升的CMOS传感器技术与产品。进一步值得关注的是美国美光科技等“新兴”海外厂商在CMOS传感器领域也取得了稳步的技术进步。 

  对于CMOS传感器的飞速发展,海外手机厂商也起了很大的作用。过去,日本厂商是图像传感器的最大用户,出于对画质的追求喜欢使用CCD。但海外手机厂商却不向日本厂商那样对画质过于讲究。CMOS传感器厂商就趁此商机扩大产量,并以此推动了后续的技术开发。 

  一旦在灵敏度方面赶上CCD,各公司倾尽全力开发CMOS传感器也就不难理解了,因为与CCD相比,CMOS传感器具有更好的量产性,而且容易实现包括其他逻辑电路在内的SoC 产品,而这在CCD中却很难实现。尤其是CMOS传感器不像CCD那样需要特殊的制造工艺,因此可直接使用面向DRAM等大批量产品的生产设备也是其一大优点。这样一来,CMOS图像传感器就有可能形成完全不同于CCD图像传感器的成本结构。为此拥有压倒性内存生产能力的韩国三星电子正在快速进行CMOS传感器的量产准备工作。观察一下日渐人气的CMOS传感器,不免令人想起在混合信号LSI市场的推动下,最近正在迅速取代GaAs技术与硅双极技术的RF CMOS技术。 

  尽管CMOS图像传感器势头正健,但竞争对手的CCD开发人员也没有停止开发。回顾一下半导体的发展史就会发现,在新技术不断发展的刺激下,现有技术取得新进步的事例并不鲜见。闪存EEPROM对MRAM,英特尔低耗电版产品对全美达的低耗电微处理器“Crusoe”,等等,可谓不胜枚举。CMOS传感器与CCD今后必将在相互竞争的过程中,不断实现技术进步。

 

关键字:图像传感器  技术  难题

编辑:潘争 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2008/0924/article_324.html
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