汽车图像传感器:技术进步推动自动驾驶发展

科技   科技   2025-01-20 08:09   海南  

芝能智芯出品


汽车图像传感器是自动驾驶技术的核心组成部分,为车辆提供精准的环境感知能力,安森美在像素技术、供应链整合和市场布局方面都有自己的特点。


我们沿着汽车CMOS图像传感器技术的细节及其在自动驾驶中的作用,探讨安森美的市场竞争力以及其他玩家如何布局这一领域。




Part 1

汽车CMOS传感器

技术剖析及市场格局


汽车图像传感器通过将光学图像转化为电子信号,为车辆提供视觉感知能力,其核心在于像素技术的优化。CMOS传感器的工作原理涉及微透镜阵列、彩色滤光片阵列(CFA)、光电二极管和像素晶体管等多个层次。


● 安森美的CMOS传感器技术展现了显著的技术演进:



  像素尺寸缩减:从5.6 µm逐步缩小到2.1 µm甚至更小,同时实现高分辨率(如8.3 MP)和高动态范围(HDR)


  高动态范围(HDR):利用分割像素和超级曝光技术,安森美传感器可实现高达150 dB的HDR,有效应对复杂光照环境中的过曝和欠曝问题。



  低光性能:通过优化光电二极管设计,显著提高了夜间及低光照环境中的成像效果,为自动驾驶提供全天候视觉支持。


  LED闪烁抑制(LFM):在面对LED光源时,安森美的技术能够消除闪烁干扰,确保图像清晰度。



● 智能驾驶的要求,对汽车图像传感器的性能与数量需求呈指数级增长。


  前向感知通常配备 2 x 8.3 MP 摄像头(2.1 µm,30° 和 120° 视场角)及 2 x 8.3 MP 额外立体摄像头(2.1 µm,60° - 120° 视场角),用于精确捕捉远距离及宽视野范围内的路况信息;


  侧向感知采用 2 x 3 MP 或 8.3 MP 摄像头(2.1 µm 或 3.0 µm,100° 视场角),确保车辆周边环境的全面监测;


  后向感知部署 1 - 2 x 8.3 MP 摄像头(2.1 µm,60° - 120° 视场角)


  底部感知则配置 1 x 3 MP 摄像头(2.1 µm 或 3.0 µm),实现自动泊车等功能的 360 度环绕视图。



多摄像头配置与不同分辨率、像素尺寸传感器的组合,充分满足了自动驾驶系统在复杂环境下对环境感知的高精度、高可靠性需求,为车辆的决策与控制提供了丰富的视觉数据。



根据Yole Group的数据,安森美在2023年以33%的市场份额占据全球汽车CMOS传感器市场的领先地位,其竞争对手包括中国的豪威科技(27%)和日本的索尼(14%)


● 这一领先地位得益于以下因素:


  技术积累:安森美通过不断收购(如Aptina、Truesense和SensL),整合了深厚的技术资源。


  供应链整合:安森美在美国、亚洲等地建立了完善的生产基地,形成从晶圆制造到封装测试的完整产业链,保障了产品质量和供应稳定。


  市场拓展:安森美的CMOS传感器技术广泛应用于智能驾驶、泊车辅助和自动驾驶领域,成为行业标杆。



Part 2

安森美的竞争力

及行业格局分析



安森美的竞争优势显著,主要体现在其创新技术、供应链安全、广泛的产品组合以及市场领导地位上,Hyperlux系列传感器具备150 dB的超高动态范围和卓越的低光性能,确保在复杂驾驶环境中提供清晰、可靠的视觉信息。


通过采用双供应链策略(自有工厂加外包制造),安森美提升了供应灵活性,能够迅速响应市场需求,提供从卷帘快门到全局快门的多种图像传感器,满足不同应用场景的需求。


凭借这些优势,安森美在汽车和工业CMOS传感器领域均占据首位,拥有显著的规模效应。



● 高动态范围(HDR):汽车行驶时,光照条件变化很大,从强烈的阳光到昏暗的夜晚,这对图像传感器提出了很高的要求。


传统传感器在高对比度场景中,如隧道出口或夜间路灯下,容易出现亮度过曝或暗部细节丢失的问题。


安森美的Hyperlux传感器拥有150 dB的超高动态范围,采用先进技术如超级曝光和分割二极管曝光,可以在一次拍摄中同时捕捉明亮和黑暗区域的细节,避免了多次曝光可能带来的图像模糊、延迟或帧率下降问题,确保图像稳定清晰,为自动驾驶系统提供可靠的视觉信息,提升了复杂光照环境下的目标检测能力。



● 低光性能:在夜间或光线不足的情况下,图像传感器的表现直接关系到自动驾驶的安全性,通过改进光电二极管设计和减少暗噪声,使Hyperlux传感器在低光环境下也有出色表现。


即使在乡村夜晚这样微弱光线下,它也能拍出清晰的图像,清楚显示远处的车辆、行人和道路标志,延长了自动驾驶车辆的工作时间和适用场景,增强了系统在低光条件下的感知能力和决策信心。


● LED 闪烁抑制(LFM):交通中的LED信号灯和车尾灯可能会闪烁,干扰传感器正常工作,导致图像上出现条纹或噪点,影响目标检测。


安森美的传感器内置了LED闪烁抑制技术,能准确识别并消除这些干扰,确保在有大量LED光源的环境中图像依然稳定,提高了对交通信号和车辆状态的识别准确性,减少了误判风险,保障行车安全。


● 功耗与散热:自动驾驶车辆搭载的电子设备增多,功耗和散热成为重要考量。安森美在Hyperlux传感器设计中采用了低功耗架构,例如AR0341 3 MP相机在30 fps、60°C条件下仅消耗约500 mW的电力,远低于同类产品。


低功耗不仅节省了能源,还减少了热量产生,降低了散热系统的负担,提高了系统的稳定性和可靠性,并有助于降低成本,促进了传感器在汽车领域的广泛应用。


● 汽车视觉传感器市场竞争依然激烈


  索尼作为全球CIS行业的领头羊,正利用其在消费电子领域的技术积累向汽车市场扩展,提供高分辨率的图像传感器;


  豪威科技则依靠在中国市场的成本和服务优势逐步扩大份额;


  而像Ambarella这样的新兴公司,则专注于开发专用芯片和创新算法,探索自动驾驶图像处理的新路径。


随着自动驾驶技术的普及,对高性能传感器的需求将不断增长,企业必须在像素技术、功耗优化和生产成本之间找到最佳平衡,以争取更多市场份额。



小结


汽车CMOS图像传感器作为自动驾驶技术的核心组件,将持续引领行业技术创新与市场扩张,自动驾驶的全面落地将对图像传感器提出更高的性能和成本要求。


随着全球市场格局的演变,中国企业在本地化优势和成本竞争力的驱动下,或将成为CMOS图像传感器领域的重要力量。 


芝能智芯
在这个数字时代,芯片及其基于的软件已经成为现代社会不可或缺的一部分。深入跟踪和分析这些技术的发展趋势变得愈发重要。而位于中国的上海,被誉为中国的芯片硅谷,将有着更多的机会为我们提供深入了解半导体行业以及中国芯片产业链发展的平台。
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