汽车CIS专题 | 【ADAS（三）】140dB HDR，为什么重要？

引言：

消费者、政策/法规、市场三合力，不断推动ADAS渗透率提升。2022年3月国内新车L2级配套量接近41.6万，渗透率近30%。ADAS成标配，CIS如何升级？
 
豪威集团汽车CIS系列专题ADAS篇将分5期，每期一个硬核知识点，助您详尽了解ADAS领域应用、技术趋势与车规产品。
 
上期梳理了汽车高分辨率趋势下的豪威车载CIS技术演进史。本期将聚焦ADAS对HDR提出的新要求及背后的技术变革。
 
140dB HDR为什么重要？

动态范围（DR）指在同一画面中，明暗差异大，图像传感器能够识别的最强信号和最弱信号的比值。人眼的动态范围一般在130dB左右，前视摄像头作为ADAS/AD的核心眼，需要在高速行驶时，快速识别不同光照条件下的明暗细节，准确捕获图像，否则影响行车安全。典型的HDR需求是当汽车驶出隧道既要识别亮处也要获取暗部细节，或者夜景中识别极暗的行人和极亮的车灯、LED信号灯等。理想的动态范围需超过人眼DR，达到140dB HDR。

 
因此对于ADAS应用，覆盖120dB HDR是基本要求，而覆盖140dB HDR是汽车机器视觉的趋势所在。
 
/小知识/
豪威于2008年推出首款汽车HDR SOC图像传感器，于三年前领先推出140dB HDR产品。针对不同应用场景，豪威车载产品覆盖100dB到140dB。OX08B40、OX03F10、0X03C10等ADAS产品均可实现140dB，且已经具备大量出货数据验证，受到终端OEM认可。
 
目前，豪威集团是国内唯一能够量产140dB HDR车载产品的厂商。国内竞争对手于去年进入120dB阶段，目前尚未研发出140dB车载产品。
 

豪威140dB HDR 和竞品120dB HDR 动态范围对比

 
如何实现140dB HDR

传统HDR使用不同曝光时间的多个图像，但对于快速移动物体会产生运动伪影（Motion artefact）。豪威集团Split Pixel和Deep Well™ HDR方案有效解决了该问题：
 
1）Split Pixel分割像素技术：2009年推出，并分别在2012年和2016年优化升级。该技术通过大小像素的分离结构，产生不同的感光度，形成了对不同动态范围的覆盖。相比其他HDR方案，具备避免鬼影和LED闪烁抑制的优势。
 

 
2）Deep Well™ DCG技术：2018年第一代DCG技术面世，后经过优化发展到目前的第三代DCG技术。独特的 DCG 技术通过对转换增益进行两次采样并添加曝光以实现准确的场景再现。该方案同样能避免高速运动产生的鬼影。
 
与DCG和Split Pixel 不同，国内友商车载产品采用行交叠HDR 方法（Staggered HDR）。
 
以两次曝光Staggered HDR为例，该方案让CMOS完成第一行长曝光的同时，第一行像素几乎立即开始短曝光，每行以长短曝光两次先后输出。从readout看，就是长曝光帧与短曝光帧依次输出。
 
该方案非同时输出长短曝光，仍有一些典型时域多帧的图像质量问题，比如：
 
1）依赖额外通道，易造成运动伪影并减小动态范围，在弱光条件下尤为如此


 
2）拍摄对象是PWM供电的LED灯时，比如交通信号灯或汽车信号灯，如果短曝光帧没有捕捉到LED闪烁，会造成信号灯图像误读，这在车载成像上是致命的。
 
该方案虽能满足消费领域的需求，却不适用汽车摄像头这种对高动态范围和去伪影要求高的应用。因此国内车载竞品虽然采用了双转换增益弥补Staggered HDR短板，但目前其车载产品仍处于120dB阶段。