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瞄準汽車安全應用 CMOS影像感測器朝「視覺系統」進化 |
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期日: |
2006年12月12日 |
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現在的汽車可以在你倒車時對後方的障礙物發出警報、會告訴你該在哪裡轉彎，還能幫忙你路邊停車；因此你可能會以為目前的機械視覺技術(machine vision) |
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已臻完美境界，但實際上並非如此。 |
事實上，以上描述的汽車功能所用的只是一種替代真正機械視覺的臨時性(make-shift)技術。新的CMOS影像感測器晶片正 |
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在興起，它們可以透過3D點對點(pixel-by-puxel)直接感測空間的深度，讓機械視覺系統能察覺到目標所在，並作出適當反應。 |
根據市場研究公司 |
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ABI
Research的數據，目前汽車感測器市場規模已達25億美元；而根據來自其他市調機構的資料顯示，應用在安全、工業自動化和視訊遊戲等領域的感測 |
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器市場規模也達到了7.5億美元。 |
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尋找低成本感測方案 數位相機受矚目 |
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目前的汽車系統都是透過超音波感測器(ultrasonic
sensors)來計算距離的，例如在駕駛人倒車的時候發出障礙物警報。目前在開發中的更為精密且昂貴的感測器 |
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，則是使用雷達(radar)和雷射雷達(lidar)技術。而世界上所有公司都在嘗試成本更低的方法──即是使用相機來計算距離。由於手機應用領域所打開的規 |
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模經濟，數位相機已經能在成本上與類比感測器相抗衡。 |
ABI Research資深分析師David Alexander指出：「數位相機變得如此便宜，讓整個業界都在嘗 |
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試使用它代替昂貴的超音波、雷射雷達和雷達感測器。此外相機的另一個優點是，不同的駕駛輔助應用都可以分享同一台相機的資源，甚至使用同樣的 |
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專用運算晶片和軟體來計算距離。」 |
機械視覺演算法和3D相機能夠實現很多汽車駕駛安全方面的應用，包括防撞、車道偏離警報和車道維持(可導引駕駛人回 |
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到原車道)、背面障礙物警報、行人監測、車距監測(讓駕駛人與前車保持適當的距離)、夜視、自動頭燈調節、交通/限速標誌識別和盲點監測等等。 |
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「現在已經有採用2D相機提供車道偏離警報的應用，這種相機能從車輛的前方定位車道線，偵測並識別限速標誌、偵測盲點區域，並針對後方的超車進 |
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行警告。」Alexander指出：「而新的功能則能在車輛事故發生之前預警，計算碰撞事故發生的可能性、並在事故發生的剎那掌控煞車與啟動安全氣囊。」 |
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能提供「感知」功能的新式CMOS感測器晶片 |
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1999年成立的CMOS影像感測器晶片設計業者Canesta，經過7年的努力研發了一種頗具前景的新技術。該公司的CMOS影像感測器能同時偵測一個鏡頭中的所 |
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有的物體的距離，不像超音波只會感測與最接近的物體的距離；該功能是透過由影像晶片上的每個像素所執行的硬體「飛行時間(time-of-fight)」計算達 |
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成的。 |
「Canesta研發的方法看來頗具潛力，因為它只使用了一個相機，而且是採用CMOS技術，對維持低成本是一大關鍵。」Alexander表示：「再加上使用了 |
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“飛行時間”方法來計算距離，因此可以實現汽車的各種功能。」 |
Canesta的「飛行時間」式運算方法，是運用了一種紅外線光源來照亮有不可見光的區 |
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域，然後測量出光從發射器(在成像器後面)“飛行”到外面的物體，最後返回CMOS感測器的時間。透過使用CMOS晶片上的硬體，機械視訊演算法可計 |
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算出一個鏡頭的場景中每個點和汽車間的距離，並輕鬆地把這些目標物分門別類──因此從本質上來說，這是「感知(perceiving)」而非僅是感測。 |
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「我們採用的是任何工廠都能做到的標準0.18微米CMOS製程。」Canesta總裁兼執行長Jim
Spare表示：「此外我們的SunShield技術可讓我們不受光照條件 |
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的影響感測深度，不需等待自適應式的演算法插手。」 |
透過在每個映像點(pixel)加入電路，SunShield技術能「即時」感測每100微秒內環境光的變化，而不像 |
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自適應軟體演算法那樣得花費幾毫秒的時間來適應改變的光線環境。 |
Alexander亦指出：「Canesta與眾不同之處就在於Sunshield技術，這個技術解決了 |
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使用相機的一個最大的問題──是否能在不斷變化的光線環境下為汽車帶來足夠的安全性。我認為Canesta確實意識到了這一點，但是要解決汽車應用上 |
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的各種問題，他們還有很多努力的空間。我認為Canesta可能會在2008年或者2009年推出首款一般汽車用的3D相機。」 |
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Canesta在汽車應用領域的第一個產品，可能是在新款Honda汽車中配備的3D相機，該款相機安裝在汽車前座，可感測乘客的體型並適當調節安全氣囊。目前這個 |
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功能通常是透過安裝在座椅中的壓力感測襯墊(pressure
pad)來實現的，但使用一個CMOS相機的成本跟使用感測墊差不多，卻可以為汽車帶來許多其它應用 |
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，例如提供可辨別駕駛人的正常眨眼與打瞌睡時的閉眼動作，並發出“防瞌睡”警報的功能。 |
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還有其它公司也在嘗試研發能夠以點對點方式探測深度的CMOS影像感測晶片，其中值得一提的是International Electronics & Engineering。而另一家公司Mobileye |
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則沒有使用3D影像成像器，而是選擇採用一個普通的2D相機結合其CMOS硬體加速器晶片，來分析並運算距離。 |
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採用記憶體的雙攝影鏡頭式運動型攝影機 |
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生氣勃勃的跡象顯示2007是充滿希望的一年 |
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負溫度系數熱敏電阻 |
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