在整個(gè)2015年中，汽車(chē)電子行業(yè)的許多領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的技術(shù)進(jìn)步。為了支持這些技術(shù)進(jìn)步，可以肯定的是需要更先進(jìn)的傳感器技術(shù)。本文將詳細(xì)討論目前正在不斷出現(xiàn)的技術(shù)創(chuàng)新如何導(dǎo)致全新光電傳感器/系統(tǒng)的產(chǎn)生，而這些也將對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)產(chǎn)生巨大影響。

       在未來(lái)的一年里，汽車(chē)制造商將會(huì)推出能夠半自主控制的車(chē)型。對(duì)于那些具有自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能的車(chē)輛，新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程（NCAP）會(huì)支持予以更高的安全等級(jí)。目前NCAP評(píng)估指標(biāo)主要考慮的是單純提高ADAS性能，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，NCAP會(huì)引入新的評(píng)估指標(biāo)，通過(guò)增加行人探測(cè)和自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）等來(lái)集中擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。因此，這些評(píng)估指標(biāo)的范圍無(wú)疑將擴(kuò)大。通過(guò)針對(duì)可能的危險(xiǎn)采集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，ADAS將能夠決定是否有必要進(jìn)行應(yīng)急規(guī)避。

優(yōu)化ADAS的靈敏度

       正確調(diào)整ADAS的靈敏度至關(guān)重要，因?yàn)檫@將有可能確定最佳時(shí)刻來(lái)提醒司機(jī)或者采取自動(dòng)剎車(chē)/規(guī)避等措施。靈敏度設(shè)置太低的ADAS將意味著會(huì)出現(xiàn)假陽(yáng)性警告，這可能會(huì)使司機(jī)惱怒，甚至有可能導(dǎo)致出現(xiàn)不必要的制動(dòng)，影響道路上其他行人或車(chē)輛。相反，靈敏度設(shè)置得太高，可能導(dǎo)致出現(xiàn)的警告太少，降低ADAS的效用。從車(chē)輛傳感器設(shè)備的補(bǔ)充材料中了解一些詳盡的信息非常重要。

重要的汽車(chē)傳感器技術(shù)

下面是一些重要的汽車(chē)傳感器技術(shù)以及正在發(fā)生的主要技術(shù)進(jìn)展。

1. 外部CMOS攝像頭

       能夠在高幀率下工作的高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）、高分辨率圖像傳感器正在不斷推出，這將能夠?qū)崿F(xiàn)一些汽車(chē)安全應(yīng)用，可能包括AEB、電子后視鏡（electronic mirrors）、攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)和自主規(guī)避轉(zhuǎn)向。如果這樣的攝像頭在汽車(chē)方案中得到有效實(shí)施，一個(gè)需要加以解決的重要問(wèn)題是偽像（artefacts）。該問(wèn)題可能對(duì)車(chē)輛ADAS運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并有可能危及生命。在汽車(chē)應(yīng)用中采用的大多數(shù)攝像頭所提供的是成像數(shù)據(jù)，它依賴于多個(gè)線性幀掃的組合以生成復(fù)合圖像。因?yàn)槊恳粋€(gè)線性幀掃都是按時(shí)間順序進(jìn)行，在每一個(gè)連續(xù)幀掃中的移動(dòng)物體（或形態(tài)可變化的物體）位置會(huì)有輕微的不同。因此，經(jīng)過(guò)多個(gè)線性幀掃以這種方式結(jié)合在一起形成一個(gè)單一的HDR圖像時(shí)，事實(shí)上并不是真實(shí)世界的再現(xiàn)。而且，由于脈沖固態(tài)照明在車(chē)輛尾燈、剎車(chē)燈和白天運(yùn)行燈，以及在路燈、路口紅/綠燈和其他交通標(biāo)志中變得越來(lái)越普遍，調(diào)制干擾問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重。LED的脈沖頻率和占空比并不規(guī)范，所以汽車(chē)攝像系統(tǒng)必須要應(yīng)對(duì)來(lái)自不同光源的完全不同步的各種光脈沖。即使對(duì)于一個(gè)交通標(biāo)志牌也可能有幾個(gè)發(fā)射器部分，每個(gè)都運(yùn)行在不同的頻率。因此，在很短時(shí)間內(nèi)得到的圖像或許也不能真正收集到那些正在發(fā)射的光元素，車(chē)輛的ADAS或許就不能得到所有必要的數(shù)據(jù)以便做出正確反應(yīng)。HDR攝像頭技術(shù)目前已經(jīng)開(kāi)始得到采用，它不受運(yùn)動(dòng)偽像的影響，也不會(huì)產(chǎn)生由于脈沖LED閃爍產(chǎn)生偽像，從而提高圖像傳感器的成像性能以及ADAS的效果。HDR攝像頭采用的不是傳統(tǒng)多個(gè)線性幀掃技術(shù)，而是通過(guò)使用先進(jìn)的多拐點(diǎn)成像（multi-kneepoint imaging），讓圖像傳感器在一個(gè)單一的幀掃內(nèi)能夠創(chuàng)建HDR圖像，快門(mén)時(shí)間對(duì)于所有的光照水平都保持一致，而不需要去改變。

2. 內(nèi)部CMOS攝像頭 

       在車(chē)內(nèi)，成像技術(shù)也可發(fā)揮重要作用。隨著未來(lái)一年內(nèi)圖像傳感器的大小和鏡頭的尺寸都在持續(xù)縮減，以及其他零部件的成本降低，攝像頭將能夠執(zhí)行多種不同的功能，下面是其中幾個(gè)例子。

       座椅占用檢測(cè) -首先要檢查乘客座椅是否被占用，如果被占用，需要判斷是一個(gè)成年人還是一個(gè)孩子。據(jù)此，可以確定是否需要激發(fā)應(yīng)用安全氣囊，以及在需要的時(shí)候應(yīng)該是全速釋放還是半速釋放。

       頭部位置檢測(cè) - 通過(guò)頭部位置檢測(cè)可以檢查司機(jī)的警覺(jué)程度，ADAS能夠判斷是否需要采取相應(yīng)的行動(dòng)，這將在本文后面進(jìn)一步討論。

       眼睛跟蹤 –這種技術(shù)已經(jīng)在許車(chē)型中得到采用，有助于防止駕駛員由于磕睡導(dǎo)致意外發(fā)生，更高的圖像傳感器分辨率將進(jìn)一步提高精度。

       手/手指姿態(tài)識(shí)別 - 可使汽車(chē)集成實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的人機(jī)界面（HMI）。

3. 紅外成像陣列

       雖然內(nèi)部和外部CMOS圖像傳感器都有了很大改進(jìn)，仍然有大量的成像應(yīng)用需要采取不同的方式。這些應(yīng)用需要非常高的性價(jià)比，同時(shí)還要求相當(dāng)高的圖像處理技術(shù)予以支持。這將提高成像系統(tǒng)的相關(guān)費(fèi)用，因此必須考慮CMOS攝像頭的替代方案。遠(yuǎn)紅外（FIR）成像陣列相對(duì)便宜，體積非常緊湊，分辨率較低，可以成為CMOS攝像頭的替代方案。這些可把熱電堆（thermopiles）的高靈敏度與簡(jiǎn)潔的信號(hào)處理（每個(gè)像素都有自己的放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來(lái)提高信噪比）結(jié)合在一起。FIR器件作為內(nèi)部感測(cè)解決方案的一部分，可以應(yīng)用在一些已經(jīng)討論過(guò)的任務(wù)方案中（HMI接近檢測(cè)/姿態(tài)檢測(cè)、座椅占用檢測(cè)、駕駛員頭部位置檢測(cè)、以及溫度控制等等）。

4. 主動(dòng)光傳感器

       先進(jìn)的光電技術(shù)目前正在得到開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于汽車(chē)人機(jī)界面（主要包括接近檢測(cè)和左/右揮動(dòng)等簡(jiǎn)單的手勢(shì)識(shí)別）。這也可以使駕駛員和乘客對(duì)于信息娛樂(lè)系統(tǒng)有區(qū)別限制，由于信息娛樂(lè)被認(rèn)為對(duì)于司機(jī)太分心，因此只允許乘客得到這些服務(wù)。我們預(yù)計(jì)，在中期內(nèi)這種傳感系統(tǒng)將與ADAS機(jī)制更加緊密地結(jié)合，允許采集駕駛員在做什么，他們?cè)诳茨睦铮麄兊氖痔幵谑裁次恢玫葦?shù)據(jù)信息。但這里也有幾個(gè)問(wèn)題會(huì)阻礙該技術(shù)的廣泛采用。基于光學(xué)技術(shù)的HMI解決方案一直在努力克服背景光水平的巨大變化，缺少非常需要的很強(qiáng)的抗電磁干擾（EMI）能力。目前的技術(shù)發(fā)展允許在汽車(chē)等苛刻的工作環(huán)境下實(shí)施強(qiáng)大的多信道、近距離光學(xué)傳感系統(tǒng)，其中采用了獨(dú)立的同步運(yùn)行光測(cè)量信道來(lái)檢測(cè)用戶手反射的光和環(huán)境光。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，駕駛員在不久的將來(lái)可以操作信息娛樂(lè)系統(tǒng)、通信、空調(diào)和導(dǎo)航功能，同時(shí)仍可把精力完全集中在路況上。

5. 時(shí)間飛行（ToF）傳感器 

       采用這種3D技術(shù)的傳感器已經(jīng)在游戲、工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域非常普遍，現(xiàn)在也有很大的機(jī)會(huì)應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)。目前已經(jīng)克服了起初的太陽(yáng)光變化的影響等挑戰(zhàn)，適合于車(chē)輛部署的傳感器系統(tǒng)已經(jīng)面市。這種技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵潛在應(yīng)用，是解決駕駛員的分心問(wèn)題，并幫助確保駕駛員保持一個(gè)恒定的警覺(jué)狀態(tài)。由于駕駛員反映滯后，在注意力方面的突然失誤可能導(dǎo)致乘客和行人出現(xiàn)危險(xiǎn)，在這種情況下，ADAS能夠在需要的時(shí)候及時(shí)介入。通過(guò)ToF傳感機(jī)制，ADAS可以得到關(guān)于駕駛員注意力水平的重要數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，ADAS能夠判斷駕駛員是否已經(jīng)準(zhǔn)備作出反應(yīng)，或者ADAS本身是否應(yīng)該作出反應(yīng)。ToF傳感系統(tǒng)的工作原理是通過(guò)紅外光源把光束照射到傳輸路徑的物體上，然后被反射回ToF傳感器。該傳感器檢測(cè)到被反射的紅外信號(hào)，并將其與參考信號(hào)進(jìn)行比較，然后得出紅外線傳輸所造成的相位偏移，之后輸出有關(guān)物體距離的數(shù)據(jù)，據(jù)此可以生成詳盡的3D圖像。ToF傳感系統(tǒng)可以和汽車(chē)儀表板集成到一起，通過(guò)這些設(shè)備可以不斷獲得駕駛員的警覺(jué)度數(shù)據(jù)。和我們已經(jīng)討論過(guò)的一些其他光學(xué)技術(shù)一樣，到目前為止這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了足夠高的陽(yáng)光下工作的可靠性。支持HDR工作的多像素圖像傳感器件的面市已經(jīng)允許得到相關(guān)的場(chǎng)景細(xì)節(jié)信息，同時(shí)具有非常高的精度，克服了與陽(yáng)光下工作的可靠性相關(guān)的各種困難。

       總之，先進(jìn)的光電解決方案將會(huì)改變下一代汽車(chē)的設(shè)計(jì)，它們將不僅通過(guò)更高的圖像質(zhì)量來(lái)提高ADAS性能，更可以通過(guò)調(diào)整ADAS觸發(fā)的行動(dòng)來(lái)改善系統(tǒng)，如駕駛員警告、轉(zhuǎn)向建議以及在極端情況下的AEB等等，這些將大幅度提高汽車(chē)的安全水平。不僅如此，它還為汽車(chē)制造商最終能夠制造出完全自動(dòng)駕駛的汽車(chē)指明了方向和時(shí)間點(diǎn)。