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編輯：感知芯視界 Link

要實現全自動駕駛汽車，需要整合來自多種傳感器的信息，其中攝像頭的信息可能是最重要的。這些攝像頭必須能夠在各種條件下連續捕捉最微小的細節，以確保車輛乘客和其他道路使用者的安全。本文將探討在選擇圖像傳感器時需要注意的關鍵特性，以便為自動駕駛汽車提供所需的出色功能組合。

圖像傳感器負責將光子轉化為電子，然后存儲為數字圖像數據。如今，圖像傳感器廣泛應用于各種攝像頭視覺應用，包括智能工廠、醫學成像和汽車領域。圖像傳感器的選擇取決于給定應用所需的性能水平。在決定使用哪種圖像傳感器時，首先需要了解所需的幀率、預期的照明條件和所需的系統容限，但如果缺乏視覺系統方面的工程專業知識，可能會讓這個過程變得艱巨。好在有幾種標準可以用來比較不同圖像傳感器的性能。

01傳感器分辨率和靈敏度

在測量精度至關重要的應用中，傳感器分辨率是一項關鍵指標，因為它決定了捕捉圖像的感光表面行和列上的像素數量。所需的最小像素數量取決于圖像中需要檢測的最小特征。雖然理論上每個維度只需 2 個像素即可解析物體的單個特征，但對比度不足和圖像噪聲意味著實際應用中至少需要 4 或 5 個重疊像素，才能完全解析一個特征。

靈敏度衡量傳感器將光子轉化為電子的效率，在幾乎所有應用中都很重要。它衡量傳感器識別可用圖像所需的時間和照度（照明）。靈敏度還受到傳感器噪聲的影響，因此信噪比 (SNR) 是一項重要指標。具有高信噪比的傳感器可在低光條件下提供更高質量的圖像。靈敏度在監控和醫療應用中尤為重要，因為這些應用即使在低光條件下也需要高質量的圖像。雖然圖像傳感器資料手冊提供了靈敏度指標，但有時很難比較不同制造商生產的傳感器的靈敏度。自動駕駛汽車即使在低光（近乎黑暗）的條件下，也需要高水平的細節，因此在選擇圖像傳感器時，必須仔細考慮分辨率和靈敏度這兩項關鍵指標。

02動態范圍和幀率

動態范圍是指一個像素的最小（噪聲）信號與其最大阱容之間的比值，它定義了圖像中存在多少不同亮度級別。在具有極端光照條件的應用中，這是一個特別重要的特性。動態范圍指標基于歐洲機器視覺協會 (EMVA)1288 標準，并以分貝 (dB) 為單位，因此可以輕松地根據大多數傳感器資料手冊進行比較。

幀率是傳感器的速度指標，以每秒讀取的圖像（幀）數 (fps) 來衡量。在捕捉快速移動物體的應用中，高幀率非常重要，因為需要較短的曝光時間，以防止出現模糊和減少運動偽影。隨著傳感器像素數量增加，可實現的最大幀率會降低。例如，使用低質量的視頻圖形陣列 (VGA) 圖像傳感器可以實現更高的幀率，而使用全分辨率 2000 萬像素傳感器則無法達到同樣的效果。支持“感興趣區域”(ROI) 的傳感器可以將高幀率與高分辨率結合起來。這類傳感器會確定圖像中要進行處理的一個或多個區域，而忽略圖像的其他所有區域。這有效降低了整體圖像分辨率，因而能夠實現更高的幀率。與標準汽車一樣，自動駕駛車輛在高速行駛過程中會遇到各種光照條件，因此在選擇圖像傳感器時，高動態范圍和高幀率是至關重要的特性。

03運動與色彩

CMOS 圖像傳感器使用的兩種讀出方法是卷簾快門和全局快門。卷簾快門法在曝光時逐行讀出傳感器的像素，因此是一種非常快速的技術。與使用全局快門的傳感器相比，它每個像素使用的晶體管數量更少、噪聲更小、靈敏度更高，且成本更低。建議在需要高動態范圍的應用中使用卷簾快門傳感器。在全局快門讀出方法中，每個像素會同時曝光，因此像素行之間沒有捕捉延遲。然而，這種方法既昂貴又難以實現。

在測量記錄和存在檢測等應用中，可以接受采用黑白圖像傳感器，但現在許多應用都需要彩色圖像。不過，黑白傳感器也具有一些優勢。為了使傳感器提供彩色圖像，需要在像素級別以拜爾模式排列 RGB 濾光片。不過，拜耳色彩插值會導致細節和整體測量精度降低。因此，只有在應用需要色彩信息時，才需要使用彩色傳感器。顯然，自動駕駛汽車應用需要捕捉彩色圖像并使用卷簾快門傳感器。

04像素大小

有一種誤解是，像素越大，圖像質量就越好。雖然較大的像素有更多面積可用于收集光線，但并不意味著可以獲得更高質量的圖像。需要注意的是，分辨率和像素噪聲指標等因素在決定圖像質量方面也起著重要作用。較小的像素往往具有較低的暗信號不均勻性 (DSNU)；在較高溫度下，暗信號不均勻性會限制低光性能。在某些情況下，像素較小的傳感器性能會優于像素較大的傳感器。在設計攝像頭系統時，必須考慮在速度、靈敏度和圖像質量特性之間取得良好的平衡，以實現出色的性能。

審核編輯 黃宇