在整個2015年中，汽車電子行業(yè)的許多領(lǐng)域會出現(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，而這些也將對汽車設(shè)計產(chǎn)生巨大影響。

       在未來的一年里，汽車制造商將會推出能夠半自主控制的車型。對于那些具有自動駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能的車輛，新車評價規(guī)程（NCAP）會支持予以更高的安全等級。目前NCAP評估指標(biāo)主要考慮的是單純提高ADAS性能，預(yù)計在不久的將來，NCAP會引入新的評估指標(biāo)，通過增加行人探測和自動緊急制動（AEB）等來集中擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。因此，這些評估指標(biāo)的范圍無疑將擴(kuò)大。通過針對可能的危險采集準(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刻來提醒司機(jī)或者采取自動剎車/規(guī)避等措施。靈敏度設(shè)置太低的ADAS將意味著會出現(xiàn)假陽性警告，這可能會使司機(jī)惱怒，甚至有可能導(dǎo)致出現(xiàn)不必要的制動，影響道路上其他行人或車輛。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。

重要的汽車傳感器技術(shù)

下面是一些重要的汽車傳感器技術(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方案中得到有效實(shí)施，一個需要加以解決的重要問題是偽像（artefacts）。該問題可能對車輛ADAS運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并有可能危及生命。在汽車應(yīng)用中采用的大多數(shù)攝像頭所提供的是成像數(shù)據(jù)，它依賴于多個線性幀掃的組合以生成復(fù)合圖像。因?yàn)槊恳粋€線性幀掃都是按時間順序進(jìn)行，在每一個連續(xù)幀掃中的移動物體（或形態(tài)可變化的物體）位置會有輕微的不同。因此，經(jīng)過多個線性幀掃以這種方式結(jié)合在一起形成一個單一的HDR圖像時，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)照明在車輛尾燈、剎車燈和白天運(yùn)行燈，以及在路燈、路口紅/綠燈和其他交通標(biāo)志中變得越來越普遍，調(diào)制干擾問題變得越來越嚴(yán)重。LED的脈沖頻率和占空比并不規(guī)范，所以汽車攝像系統(tǒng)必須要應(yīng)對來自不同光源的完全不同步的各種光脈沖。即使對于一個交通標(biāo)志牌也可能有幾個發(fā)射器部分，每個都運(yùn)行在不同的頻率。因此，在很短時間內(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)開始得到采用，它不受運(yùn)動偽像的影響，也不會產(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)多個線性幀掃技術(shù)，而是通過使用先進(jìn)的多拐點(diǎn)成像（multi-kneepoint imaging），讓圖像傳感器在一個單一的幀掃內(nèi)能夠創(chuàng)建HDR圖像，快門時間對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 

       在車內(nèi)，成像技術(shù)也可發(fā)揮重要作用。隨著未來一年內(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，下面是其中幾個例子。

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

       頭部位置檢測 - 通過頭部位置檢測可以檢查司機(jī)的警覺程度，ADAS能夠判斷是否需要采取相應(yīng)的行動，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)識別 - 可使汽車集成實(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比，同時還要求相當(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）的高靈敏度與簡潔的信號處理（每個像素都有自己的放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來提高信噪比）結(jié)合在一起。FIR器件作為內(nèi)部感測解決方案的一部分，可以應(yīng)用在一些已經(jīng)討論過的任務(wù)方案中（HMI接近檢測/姿態(tài)檢測、座椅占用檢測、駕駛員頭部位置檢測、以及溫度控制等等）。

4. 主動光傳感器

       先進(jìn)的光電技術(shù)目前正在得到開發(fā)并應(yīng)用于汽車人機(jī)界面（主要包括接近檢測和左/右揮動等簡單的手勢識別）。這也可以使駕駛員和乘客對于信息娛樂系統(tǒng)有區(qū)別限制，由于信息娛樂被認(rèn)為對于司機(jī)太分心，因此只允許乘客得到這些服務(wù)。我們預(yù)計，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，他們在看哪里，他們的手處在什么位置等數(shù)據(jù)信息。但這里也有幾個問題會阻礙該技術(shù)的廣泛采用?；?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/光學(xué)技術(shù)" title="光學(xué)技術(shù)" target="_blank">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)行光測量信道來檢測用戶手反射的光和環(huán)境光。通過這項(xiàng)技術(shù)，駕駛員在不久的將來可以操作信息娛樂系統(tǒng)、通信、空調(diào)和導(dǎo)航功能，同時仍可把精力完全集中在路況上。

5. 時間飛行（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)會應(yīng)用于汽車行業(yè)。目前已經(jīng)克服了起初的太陽光變化的影響等挑戰(zhàn)，適合于車輛部署的傳感器系統(tǒng)已經(jīng)面市。這種技術(shù)的一個關(guān)鍵潛在應(yīng)用，是解決駕駛員的分心問題，并幫助確保駕駛員保持一個恒定的警覺狀態(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，在這種情況下，ADAS能夠在需要的時候及時介入。通過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。該傳感器檢測到被反射的紅外信號，并將其與參考信號進(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)可以和汽車儀表板集成到一起，通過這些設(shè)備可以不斷獲得駕駛員的警覺度數(shù)據(jù)。和我們已經(jīng)討論過的一些其他光學(xué)技術(shù)一樣，到目前為止這個問題已經(jīng)針對汽車應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了足夠高的陽光下工作的可靠性。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)的場景細(xì)節(jié)信息，同時具有非常高的精度，克服了與陽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改變下一代汽車的設(shè)計，它們將不僅通過更高的圖像質(zhì)量來提高ADAS性能，更可以通過調(diào)整ADAS觸發(fā)的行動來改善系統(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的安全水平。不僅如此，它還為汽車制造商最終能夠制造出完全自動駕駛的汽車指明了方向和時間點(diǎn)。