中心議題：
- 兩類車載攝像機(jī)的應(yīng)用
- Micron根據(jù)4G CMOS成像芯片開發(fā)出新型成像器
- 4G CMOS成像器能提高汽車安全性能
解決方案：
- 采用4G CMOS成像芯片開發(fā)出新型成像器，提高安全性能
- 成像器的設(shè)計(jì)著眼于應(yīng)用，解決處理負(fù)擔(dān)
CMOS成像在其短短的歷史中經(jīng)歷了三次主要換代，目前正開始經(jīng)歷第四代，前三代CMOS成像器非常重視圖像質(zhì)量的改善。該技術(shù)曾一直追求CCD的性能，并且在它達(dá)到與CCD相當(dāng)?shù)男阅芩交蚩杀淮蟊娊邮苤?，其它事情幾乎都不重要。一些CMOS成像器開發(fā)商已到達(dá)了這個(gè)階段，并且除了繼續(xù)努力改善攝影飛機(jī)的性能以外，他們還開始研究自己如何能使成像器更適合特定應(yīng)用，以便增強(qiáng)包括機(jī)動車在內(nèi)的特定市場。
車用市場
人們預(yù)計(jì)：在未來十年的后半段，每年制造的6000萬輛轎車中，平均每臺將安裝4至16部攝像機(jī)，圖1展示了一些將在汽車中使用攝像機(jī)的應(yīng)用。這個(gè)市場的一個(gè)最重要事情是，客戶正在尋找具有軍用質(zhì)量、價(jià)格卻相當(dāng)于玩具的元件，其實(shí)這是無法實(shí)現(xiàn)的，除非能找到一些方式來降低總系統(tǒng)成本，而這正是人們在做的事情。
第一步是要認(rèn)識到：這個(gè)市場無法使用為消費(fèi)市場設(shè)計(jì)的現(xiàn)有成像器。對溫度范圍、抗沖擊性、寬動態(tài)范圍、在振動劇烈情況下準(zhǔn)確成像（在許多情況下與保持乘客安全直接相關(guān)）、汽車途中安全的要求，都需要全新的設(shè)計(jì)和方法。
目前有兩類車載攝像機(jī)應(yīng)用，第一類是現(xiàn)場查看，第二類是現(xiàn)場了解。現(xiàn)場查看應(yīng)用將記錄圖像并把它呈現(xiàn)在車載屏幕上，以便幫助查看現(xiàn)場的駕駛者做出與周圍環(huán)境有關(guān)的決定，這些應(yīng)用包括后視輔助、鏡片更換、盲區(qū)、側(cè)視、后部乘客、事故后狀態(tài)攝像機(jī)。您也許會認(rèn)為這些只是些時(shí)尚多于實(shí)質(zhì)的應(yīng)用，但我們同時(shí)也應(yīng)該認(rèn)識到：在最近20個(gè)月，美國沒有一個(gè)坐在前座的兒童被氣囊意外奪去生命，而在同一時(shí)段，1000多名兒童被倒車撞傷，其中數(shù)百起事故給兒童造成了嚴(yán)重的永久傷害甚至導(dǎo)致死亡，多數(shù)時(shí)候是兒童的直系親屬在開車。面向這些應(yīng)用的成像器側(cè)重于呈現(xiàn)準(zhǔn)確好看的圖像，駕駛者不必停下來研究圖像就能理解。
初始體系結(jié)構(gòu)具有廣角視野鏡頭CCD攝像機(jī)，安裝在汽車行李箱中。該攝像機(jī)把基于NTSC/PAL的視頻傳到電子控制單元(ECU)。ECU接受模擬視頻，并用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)芯片把視頻放入數(shù)字域，然后把圖像放入處理芯片中，鏡頭失真在此得到校正，這樣可改變深度透視，因此在許多汽車中，距離標(biāo)記被覆蓋在視頻上。處理后的視頻流隨后被放回模擬域中，并被轉(zhuǎn)換回到NTSC或PAL中，以便被發(fā)送到駕駛室前部的顯示器。
依照4G CMOS成像芯片這一主題，Micron最近開發(fā)了一種新型成像器，專門用于汽車現(xiàn)場查看應(yīng)用。除了被設(shè)計(jì)成工作在-40℃至+105℃以外（對于成像器而言，絕非易事），這種成像器還產(chǎn)生NTSC/PAL視頻和數(shù)字格式的視頻。該芯片還具備數(shù)字視頻輸入端口，并將由用戶決定他們是否想放入來自攝影飛機(jī)或數(shù)字視頻輸入端口的視頻，以便使用片上數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和NTSC/PAL格式器（圖2）。
后視CMOS成像器攝像機(jī)
該設(shè)計(jì)使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能接收直接來自成像器的數(shù)字視頻，并把它輸送到處理芯片中，后者將校正鏡頭失真并添加覆蓋內(nèi)容。處理后的視頻隨后能被送回成像器中，以便使用片上DAC和NTSC/PAL編碼器把處理后的NTSC/PAL格式的數(shù)據(jù)送到汽車前部。這樣就無需ECU兩端的連接器、ADC、DAC和NTSC編碼器了。在不增加成像器成本的前提下，這將把系統(tǒng)成本減少約5至10美元，汽車制造商這樣就能類似玩具的系統(tǒng)價(jià)格獲得軍用級性能。
汽車的另一組應(yīng)用是基于現(xiàn)場了解，在許多此類應(yīng)用中，駕駛者從不看圖像，視頻被直接送到處理器，處理器從現(xiàn)場畫面中提取特征，并根據(jù)這些特性做出決定；這些決定隨后被送到車內(nèi)的各種控制設(shè)備，這些應(yīng)用包括車道跟蹤、城市巡航控制、碰撞報(bào)警、預(yù)防、緩解、雨水傳感、大燈亮度控制、疲勞駕駛、駕駛者注意力、氣囊部署乘客位置安排、凝視探測、基于眼睛位置的鏡片調(diào)整以及生物ID等。
在許多情況下，決策速度比人的反應(yīng)快得多，或者是在人試圖對危急情況做出反應(yīng)并需要幫助時(shí)做出的，以便不讓他分心。此處的需要是呈現(xiàn)盡可能多的信息，并且用一種有助于減少決策所需處理量的方式來呈現(xiàn)圖像。這種成像器的第四代特性是包含寬得多的動態(tài)范圍，以便在太陽處于地平線和現(xiàn)場的情況下開車時(shí)能看清車道標(biāo)記。另外，為了呈現(xiàn)失真盡可能少的圖像，實(shí)施了全局快門設(shè)計(jì)，來代替對于消費(fèi)級CMOS成像器而言更典型的滾動快門。圖3表明了在記錄旋轉(zhuǎn)體的視頻時(shí)，滾動快門與全局快門的失真效果對比情況。借助處理，可以使右邊的圖像看起來像是左邊的圖像，但由于成像器的設(shè)計(jì)著眼于應(yīng)用，因此整個(gè)處理負(fù)擔(dān)已得到解決，于是這使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能做更多處理來提高準(zhǔn)確度，添加另一種應(yīng)用，或者設(shè)計(jì)者能選擇更便宜的處理器。
美國交通安全局估計(jì)：如果汽車早0.5秒開始剎車，則可避免70%多的追尾事故。既然很難讓人做出更快反應(yīng)，那為什么汽車就不應(yīng)該能幫助駕駛者并開始剎車來避免這類碰撞呢？要做到這點(diǎn)，需要知道前方轎車的速度相對于自己的轎車和自己所處的車道是如何變化的。多種技術(shù)可被用來確定前方汽車的相對速度，但只有圖像能確定剎車的汽車處于哪條車道，向轎車添加成像器和攝像機(jī)的總體效果將使駕駛者更好地適應(yīng)汽車，或者使汽車更好地適應(yīng)道路。
不論是為了娛樂、安全、健康、舒適或是便利，基于成像的系統(tǒng)都會使我們的生活更開心，并幫助減輕與周圍世界互動的壓力。要想使這些應(yīng)用被廣泛采用，需要從系統(tǒng)級途徑來設(shè)計(jì)成像器。4G CMOS成像器概念正被應(yīng)用到汽車市場，并且它在我們的駕車生活中起必不可少的作用，相信這只是個(gè)時(shí)間問題。
