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Telecamere automobilistiche: l'occhio della guida autonoma

Le telecamere montate sulle automobili sono note come "occhi della guida autonoma" e sono l'apparecchiatura di rilevamento principale nel sistema ADAS e nel campo della guida autonoma automobilistica.La funzione principale della raccolta di informazioni di immagine è attraverso lenti e sensori di immagine, che può ottenere una percezione visiva a 360° e compensare le carenze del radar nel riconoscimento degli oggetti.
Le telecamere montate sulle auto sono ampiamente utilizzate nel settore automobilistico, gradualmente estendendosi dall'uso iniziale per la registrazione della guida, la ripresa,e visione circondante del parcheggio per il riconoscimento intelligente del comportamento della cabina di guida e la guida assistita da ADAS, con scenari di applicazione sempre più diversi.
L'attuale CR3 dell'industria globale delle telecamere per auto è del 41%, con le prime dieci aziende che occupano il 96% della quota di mercato.
Il Highway Loss Data Institute (HLDI) prevede che entro il 2030 quasi il 50% delle auto sarà dotato di tecnologia ADAS.
Secondo ICVTank, la dimensione dell'industria cinese delle telecamere per auto dovrebbe raggiungere i 23 miliardi entro il 2025, con un CAGR del 30% nei prossimi cinque anni;Il mercato globale delle telecamere per auto dovrebbe crescere da $11.2 miliardi nel 2019 a 27 miliardi nel 2025, con un CAGR di 5 anni del 15,8%.
La guida automatica comprende la percezione, il giudizio e l'esecuzione, e la percezione è la fonte di tutto il processo e un importante modulo del sistema di guida automatica.Durante la guida del veicolo, il sistema di percezione raccoglierà le informazioni sull'ambiente circostante in tempo reale attraverso sensori, equivalente agli "occhi" di un veicolo autonomo,e può aiutare il veicolo a raggiungere la capacità di osservazione simile a quella di un conducente umano.
Nei veicoli autonomi, il sistema di percezione è composto principalmente da sensori come telecamere, radar a onde millimetriche e LiDAR (facoltativo, principalmente per paura di essere distratti).Come principale sensore di percezione ambientale, la fotocamera svolge un ruolo molto importante nel raggiungimento di una percezione visiva completa a 360°, compensando le carenze del radar nel riconoscimento degli oggetti,ed è il sensore più vicino alla vista umanaLe telecamere sono uno dei dispositivi chiave nel campo della guida autonoma.

Cos'e' una telecamera in macchina?
La struttura hardware principale delle telecamere montate su auto comprende lenti ottiche (comprese lenti ottiche, filtri, film protettivi, ecc.), sensori di immagine, processori di segnale di immagine (ISP), serializzatori,connessioni, e altri componenti. Il diagramma schematico della sua struttura è illustrato nella figura:

Anatomia del modulo della telecamera montato su un'auto
L'immagine in alto mostra l'anatomia dei moduli di telecamera comunemente utilizzati nelle automobili.c' è in realtà un design relativamente semplice di diversi strati nel mezzo, di solito comprendente la scheda del sensore del sensore, la piccola scheda del processore di immagine e la scheda di un serializzatore.Il motivo per cui è necessario un serializzatore è perché di solito il bus di uscita dei dati di immagine dei sensori della fotocamera o degli ISP è standard, caratterizzato da un percorso ad alta velocità, ma la distanza del bus di trasmissione è breve, altrimenti l'integrità del segnale non può essere garantita.
Quindi sul veicolo, dobbiamo convertirlo a standard di autobus ad alta velocità come GMSL che sono adatti per la trasmissione a lunga distanza sul veicolo,quindi il modulo della fotocamera di solito si converte al bus attraverso una scheda serialeInoltre, i cavi coassiali possono essere utilizzati per fornire energia ai moduli e trasmettere dati di immagine.
Lente ottica: responsabile della messa a fuoco della luce e della proiezione di oggetti nel campo visivo sulla superficie del supporto di imaging.possono essere richiesti più strati di lenti otticheI filtri possono filtrare le bande luminose che non sono visibili all'occhio umano, lasciando solo le bande luminose visibili del paesaggio reale nel campo visivo dell'occhio umano.
Sensore di immagine: Image sensors can use the photoelectric conversion function of photoelectric devices to convert the light image on the photosensitive surface into an electrical signal that is proportional to the light imageÈ principalmente suddiviso in due tipi: CCD e CMOS.
Processore di segnale di immagine ISP: utilizza principalmente la struttura hardware per pre-elaborare i dati in formato RAW dell'immagine e dell'input della fonte video dal sensore di immagine, che possono essere convertiti in YCbCr e altri formati.Può anche eseguire vari compiti come la ridimensionamento dell'immagine, l'esposizione automatica, il bilanciamento del bianco automatico e la messa a fuoco automatica.
Serializzatore: trasferisce dati di immagine elaborati e può essere utilizzato per trasferire vari tipi di dati di immagine come RGB e YUV.
Collegamento: utilizzato per collegare una telecamera fissa.
Le telecamere montate sulle automobili hanno anche processi di produzione e requisiti di affidabilità più elevati rispetto alle telecamere industriali e commerciali.A causa del fatto che le auto devono lavorare in ambienti difficili per molto tempo, le telecamere montate su auto devono funzionare in modo stabile in condizioni di lavoro complesse come alte e basse temperature, forti vibrazioni e elevata umidità e calore.I requisiti principali per la fabbricazione a processo sono i seguenti::

Requisiti di processo per le telecamere montate sulle automobili
Resistenza alle alte temperature: la telecamera montata su un veicolo deve essere in grado di funzionare normalmente nell'intervallo compreso tra -40 °C e 85 °C e adattarsi a drastici variazioni di temperatura;
Resistenza sismica: i veicoli possono generare forti vibrazioni durante la guida su strade irregolari, quindi la telecamera di bordo deve essere in grado di resistere a varie intensità di vibrazioni;
Anti-magnetico: quando il veicolo si avvia, genera impulsi elettromagnetici estremamente elevati, che richiedono un anti-magnetico estremamente elevatoprestazioni;
impermeabile: la fotocamera deve essere ben sigillata per garantire un uso normale anche dopo essere stata immersa in acqua piovana per diversi giorni;
durata di vita: la durata di vita deve essere di almeno 8-10 anni per soddisfare i requisiti;
Ultra-ampia angolazione: la fotocamera surround a visione laterale deve essere ultra-ampia angolazione, con un angolo di visione orizzontale di 135°;
Alta dinamica: il veicolo viaggia ad alta velocità, e l'ambiente di illuminazione che la telecamera affronta cambia drammaticamente e frequentemente,che richiede che il CMOS della fotocamera abbia elevate caratteristiche dinamiche;
Basso rumore: può sopprimere efficacemente il rumore in condizioni di scarsa illuminazione, in particolare richiedendo telecamere laterali e retrovisive per catturare immagini chiaramente anche di notte.

Parametri chiave della testa della telecamera anteriore intelligente del veicolo
Distanza di rilevamento
Angolo orizzontale del campo visivo
L'angolo verticale del campo visivo
Risoluzione - Quando la fotocamera cattura strisce bianche e nere uniformemente spaziate, il numero massimo di linee che possono essere viste sul monitor (più alta della risoluzione della fotocamera).Quando il numero di righe supera questo, sullo schermo si vede solo una zona grigia e non si distinguono più strisce bianche e nere.
Illuminazione minima - si riferisce alla sensibilità del sensore di immagine alla luce ambiente o alla luce più scura necessaria per una normale rappresentazione da parte del sensore di immagine. It is the illuminance value of the scene when the video signal level of the camera is lower than half of the maximum amplitude of the standard signal when the illumination of the subject gradually decreases.
rapporto segnale/rumore - il rapporto tra tensione del segnale di uscita e tensione del rumore di uscita contemporaneamente;
Intervallo dinamico - Intervallo entro il quale i valori di luminosità degli oggetti più luminosi e più scuri nello stesso fotogramma catturato dalla fotocamera possono visualizzare normalmente i dettagli.Maggiore è l'intervallo dinamico, maggiore è il grado in cui gli oggetti troppo luminosi o troppo scuri possono essere visualizzati normalmente nello stesso schermo.

Quali sono i vantaggi rispetto alla tecnologia radar
1) Rispetto al radar ad onde millimetriche, i principali vantaggi delle attuali telecamere sono:
Riconoscimento e classificazione del bersaglio - Attualmente, il radar ordinario a onde millimetriche 3D può rilevare solo se ci sono ostacoli davanti,e non possono identificare con precisione la dimensione e la categoria degli ostacoliPer esempio, vari tipi di riconoscimento della corsia, riconoscimento dei semafori e riconoscimento dei segnali stradali;
rilevamento degli spazi percorribili, divisione dei confini sicuri (zone guidabili) del movimento dei veicoli, principalmente divisione dei veicoli, bordi ordinari della strada, bordi dei marciapiedi,confini visibili senza ostacoli, e confini sconosciuti;
Capacità di rilevare bersagli in movimento orizzontale, come il rilevamento e il monitoraggio di pedoni e veicoli che attraversano incroci;
Il posizionamento e la creazione di mappe - cioè la tecnologia.
2) Nel sistema di guida automatica, il radar laser è simile alla fotocamera, ma i suoi vantaggi sono:
Riconoscimento dei semafori e dei segnali stradali
Il vantaggio in termini di costi e l'elevata maturità degli algoritmi e delle tecnologie
Alto tasso di riconoscimento degli oggetti

Attualmente, le telecamere montate sulle automobili sono principalmente suddivise in cinque categorie in base alla loro posizione di installazione: telecamere a vista frontale, telecamere a vista surround, telecamere a vista posteriore, telecamere a vista laterale, telecamere a vista anteriore, telecamere a vista laterale, telecamere a vista anteriore e telecamere a vista laterale.e telecamere integrate.

Fotocamera di vista anteriore: installata principalmente sul parabrezza anteriore per ottenere le funzioni di percezione visiva e di riconoscimento durante la guida.fotocamera a angolo stretto a vista frontale, e fotocamera grandangolare a vista frontale in base alle loro funzioni.

Fotocamera principale anteriore: Questa fotocamera è utilizzata come fotocamera principale nel sistema ADAS di L2. Gli angoli di campo visivo sono generalmente 30 °, 50 °, 60 °, 100 ° e 120 °,e la distanza di rilevamento è generalmente di 150-170 metri. Il formato di uscita della fotocamera.

Fotocamera grandangolare orientata in avanti: la funzione principale di questa fotocamera è quella di riconoscere oggetti che sono vicini a distanza, utilizzati principalmente in condizioni stradali urbane, guida a bassa velocità e altre scene.Il suo angolo di campo visivo è compreso tra 120 ° -150 °Dopo l'installazione su larga scala dell'obiettivo 8MP nei veicoli successivi, questa telecamera non è più necessaria.

Fotocamera a angolo stretto di vista frontale: la funzione principale di questa fotocamera è quella di riconoscere bersagli come semafori e pedoni.e le lenti intorno a 30-40 ° possono essere selezionatiE i pixel di questo obiettivo sono generalmente gli stessi di quelli della fotocamera principale anteriore.e può generalmente rilevare fino a 250 metri o anche distanze più lunghe.

Dopo l'installazione di una fotocamera da 8MP, la FOV della fotocamera principale anteriore può raggiungere i 120°, che potrebbero non essere più necessari.

Camera surround: installata principalmente attorno al corpo del veicolo, utilizzando generalmente 4-8 telecamere, che possono essere suddivise in telecamera fischio rivolta in avanti, telecamera fischio rivolta a sinistra, telecamera fischio rivolta a destra,e fotocamera fisheye posteriore. Utilizzato per visualizzare la funzione panoramica panoramica, nonché la percezione visiva e il rilevamento di oggetti integrando la funzione di parcheggio;La matrice di colore comunemente usata è perché c'è bisogno di ripristino del colore.

Fotocamera retrovisoria: generalmente installata sul bagagliaio, principalmente per l'assistenza al parcheggio.

Fotocamera a vista frontale laterale: installata sul pilastro B o sullo specchio retrovisore del veicolo, l'angolo di campo visivo di questa fotocamera è generalmente di 90 ° -100 ° e la distanza di rilevamento è di circa 80 metri.La funzione principale di questa telecamera è quella di rilevare veicoli laterali e biciclette.
Fotocamera di vista laterale e posteriore: generalmente installata sul paraurti anteriore del veicolo, l'angolo di campo visivo di questa fotocamera è generalmente di circa 90 ° e la distanza di rilevamento è anche di circa 80 metri.È utilizzato principalmente per applicazioni di scena come il cambio di corsia dei veicoli e la fusione con altre strade.
Camera integrata: utilizzata principalmente per monitorare lo stato del conducente e ottenere promemoria di stanchezza e altre funzioni.
Tra questi, il prezzo delle fotocamere frontal è relativamente elevato e il prezzo attuale di mercato è compreso tra 300 e 500 yuan; i prezzi delle altre fotocamere sono intorno ai 150-200 yuan.

Dal piano, possiamo vedere che tutte e 8 le telecamere sono correlate al sistema di guida, che è strettamente correlato al piano di guida autonoma pura che è stato promosso senza fare affidamento sul LiDAR.Il più grande vantaggio di questo piano è la sua elevata redditivitàUtilizzando una telecamera auto-sviluppata a basso costo, è stato raggiunto un livello di guida autonoma.
Il più grande vantaggio di questa soluzione, che utilizza più telecamere, è la sua grande scalabilità.la sua funzione di guida autonoma ha una buona compatibilità e scalabilità.
Grazie a questo modello di sensore, è stato raggiunto un livello di guida autonoma con una buona esperienza,compresa la caratteristica funzione di guida autonoma ad alta velocità (NGP) e la funzione di parcheggio con memoria di parcheggio.
La Classe S è un rappresentante delle soluzioni OEM tradizionali, e la soluzione della telecamera stereo binoculare è il più grande vantaggio della Classe S di Mercedes Benz.le telecamere binoculari possono calcolare il movimento del bersaglio attualmente rilevato nella zona X, Y e coordinate Z, determinano la postura e il tipo del bersaglio rilevato, e l'effetto esperienza della funzione ADAS di Mercedes Benz a livello L2 è anche migliore degli altri due.
Nell'analisi delle soluzioni di telecamere per i modelli di auto prodotte in serie, abbiamo scoperto che tutte usano telecamere a pixel medio-bassi per ottenere funzioni di guida autonoma.

Saitemei Security Electronics Co., Ltd. Catena industriale delle telecamere automobilistiche
La catena dell'industria delle telecamere per l'automobile comprende principalmente tre collegamenti principali: materiali a monte, componenti a metà e prodotti a valle.
I materiali a monte come lenti ottiche, filtri e film protettivi sono utilizzati per la produzione di assemblaggi di lenti, mentre i wafer sono utilizzati per la produzione di chip CMOS e processori di segnale DSP;Assemblare l'assemblaggio delle lenti a media corrente, chip CMOS e materiali adesivi in moduli, e confezionarli con processori di segnali DSP in prodotti per fotocamere.
A questo livello della catena industriale, i fornitori a monte sono già in grado di fornire prodotti di telecamere completi ai clienti a valle dei veicoli o dei fornitori di primo livello.le telecamere e gli algoritmi software insieme costituiscono una soluzione per telecamere per auto, che si applica ai veicoli autonomi.
Attualmente le società con una quota di mercato elevata nel mercato delle telecamere per auto sono tutte fornitori di componenti di primo livello leader a livello mondiale,e clienti a valle coprono essenzialmente le principali aziende automobilistiche mondiali.

CMOS ha il più alto rapporto valore/costo nelle fotocamere per auto, raggiungendo il 52%; il confezionamento dei moduli rappresenta il 20% e le lenti ottiche il 19%.

Chip CMOS
CMOS (CIS sensor) è la principale soluzione di componenti fotosensibili per le fotocamere delle automobili.ma è a basso costo e più efficiente dal punto di vista energetico, rendendolo ampiamente preferito nel campo delle telecamere per auto con bassi requisiti di pixel.

Struttura di base dei sensori di immagine
Il sensore d'immagine è diviso in un'area fotosensibile (Firecore), fili di legame, circuito interno e substrato dall'aspetto.L'area fotosensibile è una matrice di singoli pixel composta da più punti singoli pixelQuando i segnali luminosi ottenuti da ciascun pixel vengono riuniti, formano un quadro completo.

Diagramma di sezione del chip CMOS

A causa delle diverse angolazioni di luce che entrano in ogni singolo pixel, una micro lenti viene aggiunta sulla superficie di ogni singolo pixel per correggere l'angolo di luce,che consente alla luce di penetrare verticalmente sulla superficie dell'elemento fotosensibileQuesto è il concetto di un chip, che deve essere mantenuto entro un piccolo intervallo di deviazione dalla lente

In termini di architettura del circuito, incorporeremo un sensore di immagine come una scatola oscura che converte i segnali luminosi in segnali elettrici.dati, circuiti di orologeria, comunicazione, controllo e sincronizzazione. può essere semplicemente inteso come il Firecore che converte segnali luminosi in segnali elettrici,che vengono elaborati e codificati dal circuito logico nella scatola oscura, e quindi in uscita attraverso un'interfaccia dati.

Dato che il processo di progettazione dello strato di pixel nei chip CMOS è simile ai chip analogici, ci sono elevati requisiti per i processi di produzione
I principali fornitori.
La tecnologia di produzione e di fabbricazione di CMOS è elevata e, dal punto di vista del mercato globale, è attualmente occupata principalmente da imprese finanziate da paesi stranieri.Dal punto di vista del panorama competitivo, Saitemei occupa il primo posto con una quota di mercato del 36%, seguita da Huoxin Technology con una quota di mercato del 22%.con un'elevata concentrazione industrialeL'impresa nazionale Saitemei Security Electronics Co., Ltd. è diventata un'impresa leader nel settore.