汽車CIS專題 | 【ADAS（三）】140dB HDR，為什么重要？

摘要：淺析汽車CIS核心性能——HDR

引言：

消費者、政策/法規、市場三合力，不斷推動ADAS滲透率提升。2022年3月國內新車L2級配套量接近41.6萬，滲透率近30%。ADAS成標配，CIS如何升級？

豪威集團汽車CIS系列專題ADAS篇將分5期，每期一個硬核知識點，助您詳盡了解ADAS領域應用、技術趨勢與車規產品。

上期梳理了汽車高分辨率趨勢下的豪威車載CIS技術演進史。本期將聚焦ADAS對HDR提出的新要求及背后的技術變革。

140dB HDR為什么重要？

動態范圍（DR）指在同一畫面中，明暗差異大，圖像傳感器能夠識別的最強信號和最弱信號的比值。人眼的動態范圍一般在130dB[1]左右，前視攝像頭作為ADAS/AD的核心眼，需要在高速行駛時，快速識別不同光照條件下的明暗細節，準確捕獲圖像，否則影響行車安全。典型的HDR需求是當汽車駛出隧道既要識別亮處也要獲取暗部細節，或者夜景中識別極暗的行人和極亮的車燈、LED信號燈等。理想的動態范圍需超過人眼DR，達到140dB HDR。

因此對于ADAS應用，覆蓋120dB HDR是基本要求，而覆蓋140dB HDR是汽車機器視覺的趨勢所在。

/小知識/

豪威于2008年推出首款汽車HDR SOC圖像傳感器，于三年前領先推出140dB HDR產品。針對不同應用場景，豪威車載產品覆蓋100dB到140dB。OX08B40、OX03F10、0X03C10等ADAS產品均可實現140dB，且已經具備大量出貨數據驗證，受到終端OEM認可。

目前，豪威集團是國內唯一能夠量產140dB HDR車載產品的廠商。國內競爭對手于去年進入120dB階段，目前尚未研發出140dB車載產品。

豪威140dB HDR 和競品120dB HDR 動態范圍對比

如何實現140dB HDR

傳統HDR使用不同曝光時間的多個圖像，但對于快速移動物體會產生運動偽影（Motion artefact）。豪威集團Split Pixel和Deep Well? HDR方案有效解決了該問題：

1）Split Pixel分割像素技術：2009年推出，并分別在2012年和2016年優化升級。該技術通過大小像素的分離結構，產生不同的感光度，形成了對不同動態范圍的覆蓋。相比其他HDR方案，具備避免鬼影和LED閃爍抑制的優勢。

2）Deep Well? DCG技術：2018年第一代DCG技術面世，后經過優化發展到目前的第三代DCG技術。獨特的 DCG 技術通過對轉換增益進行兩次采樣并添加曝光以實現準確的場景再現。該方案同樣能避免高速運動產生的鬼影。

與DCG和Split Pixel 不同，國內友商車載產品采用行交疊HDR 方法（Staggered HDR）[2]。

以兩次曝光Staggered HDR為例，該方案讓CMOS完成第一行長曝光的同時，第一行像素幾乎立即開始短曝光，每行以長短曝光兩次先后輸出。從readout看，就是長曝光幀與短曝光幀依次輸出。

該方案非同時輸出長短曝光，仍有一些典型時域多幀的圖像質量問題，比如：

1）依賴額外通道，易造成運動偽影并減小動態范圍，在弱光條件下尤為如此

2）拍攝對象是PWM供電的LED燈時，比如交通信號燈或汽車信號燈，如果短曝光幀沒有捕捉到LED閃爍，會造成信號燈圖像誤讀，這在車載成像上是致命的。

該方案雖能滿足消費領域的需求，卻不適用汽車攝像頭這種對高動態范圍和去偽影要求高的應用。因此國內車載競品雖然采用了雙轉換增益彌補Staggered HDR短板，但目前其車載產品仍處于120dB階段。

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除了140dB HDR，ADAS對圖像傳感器還提出了哪些挑戰？敬請關注下期文章“豪威汽車CIS系列專題ADAS篇（四）”。

[1] https://blog.51cto.com/u_15152644/2986775

[2] 大話成像-HDR Imaging(2)-Digital Overlap