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意法半導(dǎo)體：電子系統(tǒng)的感知能力大躍升--提升電子設(shè)備的距離感知能力擦亮車用攝像頭的“眼睛”

本文作者：徐俊毅點擊： 2018-03-08 13:22

前言：

激光測距技術(shù)由于其精準(zhǔn)、快速的特性被廣泛使用在各行各業(yè)。意法半導(dǎo)體的飛行時間產(chǎn)品系列就是激光測距技術(shù)的一種延伸，通過快速高頻率的激光測距，感知被測物的相對位置，應(yīng)用在電子設(shè)備上，就是使電子設(shè)備對周圍物體具有空間感知能力。目前，使用這項技術(shù)的意法半導(dǎo)體Flightsense光學(xué)飛行時間（ToF）傳感器已經(jīng)廣泛用在照相機(jī)的實時對焦，距離接近感測，存在檢測手勢開關(guān)以及最新的AR/VR應(yīng)用中。

FlightSense激光測距技術(shù)

Flightsense光學(xué)飛行時間(ToF)傳感器產(chǎn)品系列迄今為止已經(jīng)出貨超過3.5億顆，并且隨著產(chǎn)品的技術(shù)升級和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，自2014年第二季首個模塊VL6180問世以來，以年增長率300%的速度快速成長。

Flightsense現(xiàn)已廣泛使用的有兩個模塊，VL6180(2014年第二季問世)和VL53L0X（2016年問世），分別采用850nm和940nm波長進(jìn)行測距，最大測距范圍從第一代的0.4米，到第二代2米。

“之所以采用940nm這個波段，是因為850nm波段的干擾較多” 意法半導(dǎo)體影像產(chǎn)品部技術(shù)經(jīng)理張程怡表示。

現(xiàn)在更為先進(jìn)的測距模塊VL531X將在2018年第一季度推向市場，除了沿用940nm波長，新一代測距模塊，不僅有效感測距離倍增，達(dá)到4米。而且體積更小，精度更高。

“其他方案，不管是傳統(tǒng)的紅外對管或者號稱激光等等，要么塊頭太大，要么就是分開兩件，而意法的FlightSense沒有這個問題，高度集成；而且測距模塊抗干擾能力強(qiáng)，配合豐富的算法和配套的方案，能夠得到精確的測量結(jié)果。”

目前的測距誤差為3%～5%，即測量1米的距離信息，實際距離為97厘米到103里面之間，滿足現(xiàn)有應(yīng)用的需求。

針對大眾市場，第三代ToF產(chǎn)品可用于無人機(jī)室內(nèi)定高躲避障礙、門禁系統(tǒng)控制等等對精度和距離要求更高的應(yīng)用場合。

對焦應(yīng)用中，除了手機(jī)的前后鏡頭對焦，投影儀也正在裝備ToF傳感器進(jìn)行自動對焦，以滿足大型會議或其他大場景的應(yīng)用需求。

在教育領(lǐng)域，家長們普遍使用平板電腦替代了傳統(tǒng)書籍，但是又擔(dān)心孩子距離平板太近，影響視力發(fā)育，這時ST的ToF傳感器就可以發(fā)揮作用，讓孩子保持合適的觀看距離。
張程怡還特別拿出了一款采用了FlightSense ToF傳感器的能化妝鏡，這款產(chǎn)品不僅可以在用戶接近時開燈，還可以根據(jù)用戶不同的需求，改變燈光顏色，以適應(yīng)女士們對不同環(huán)境光線的化妝需求，比如室外、晚宴、商場酒店等等。

可以看到，從2014年起，F(xiàn)lightSense產(chǎn)品約每兩年更新一次，每一次升級，都能讓設(shè)計人員透過發(fā)揮想象力，發(fā)掘新的市場空間，這可能是ToF產(chǎn)品這幾年快速發(fā)展的主要原因。

汽車影像市場是另一大快速成長的市場，近些年隨著高清攝像需求的激增，汽車前裝市場裝備高清攝像正在成為主流。

ST汽車影像產(chǎn)品在2009年就已推出第一代50萬像素30fps 120dB HDR的夜視鏡頭，采用50萬像素CMOS圖像傳感器VL551050； 2016年ST推出720p 60fps 132dB HDR的智能倒車鏡頭，采用130萬像素圖像傳感器VG6640與圖像處理器STV0991，VG6640主要應(yīng)用情境除了智能倒車鏡頭外，還包括以太網(wǎng)鏡頭、以太網(wǎng)全景鏡頭、行車紀(jì)錄器；2018 ST推出1080p 60fps 145dB HDR的無閃爍鏡頭，采用250萬像素圖像傳感器VG6768與圖像處理器STV0971。VG6768主要應(yīng)用情境為電子后視鏡、前視鏡頭、LVDS-倒車鏡頭、前景鏡頭、行車紀(jì)錄器。

意法的汽車影像產(chǎn)品

“由于汽車產(chǎn)品壽命有10年之久，所以ST汽車影像產(chǎn)品的更新周期相較消費(fèi)產(chǎn)品要來得慢一些，每2-3年推出新一代產(chǎn)品。”

最新一代產(chǎn)品主要解決的是Led燈光以及其他光源對攝像系統(tǒng)的干擾問題，特別是車用后視鏡正在從傳統(tǒng)的光學(xué)鏡片轉(zhuǎn)化為數(shù)字屏幕(美國、日本、中國大陸已有車規(guī)等級的產(chǎn)品，是未來的趨勢)，這時后置攝像頭需要提供可靠的圖像傳輸。

但汽車行駛環(huán)境中處處都是強(qiáng)光，特別是那些LED前車燈，這些閃爍的強(qiáng)光對攝影系統(tǒng)存在很大程度的干擾，使得數(shù)字后視鏡難以獲得有效的視頻信息。為了能夠獲取清洗的即時圖像，ST ADAS攝影系統(tǒng)采創(chuàng)新的像素架構(gòu)包括：全新消除LED閃爍CMOS圖像傳感器，市面上最高的動態(tài)范圍，低光照成像性能優(yōu)異，符合ASIL-B標(biāo)準(zhǔn)，車規(guī)AEC-Q100 2級。

LED閃爍問題

采用先進(jìn)HDR圖像處理器：硬件加速視訊分析，以太網(wǎng)和LVDS的圖像處理器，可應(yīng)用于顯示器和機(jī)器視覺的先進(jìn)影像技術(shù)，封裝面積極小，符合ASIL-B和AEC-Q100 2級汽車標(biāo)準(zhǔn)。

“車用HDR的規(guī)范是目前是120dB，ST二年前產(chǎn)品就已達(dá)132dB，今年將增加到145dB，提升到1080p 60fps。隨著車用屏幕分辨率增加，已到2K/4K，車用相機(jī)的分辨率也要增加，但2K/4K要做到車規(guī)并不容易，因為體積不能做太大。250萬像素圖像傳感器的產(chǎn)品預(yù)計用到2020年之后都還算是新產(chǎn)品，量產(chǎn)時間約在2019年底。”

“ST未來將會朝ToF與車用兩個方向發(fā)展，應(yīng)用將不會局限手機(jī)與車用，未來希望ToF技術(shù)也能夠結(jié)合在車用上面。”

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