Eine kurze Diskussion über die Parameter von Kfz-Bildsensoren – Signal-Rausch-Verhältnis

Autor |. William Chen, Automotive Field Application Engineering Manager, ON Semiconductor China

Intelligentes Fahren ist nach und nach zu einem gemeinsamen Merkmal von Autos und Fahrern geworden, verringert gleichzeitig die Arbeitsintensität Zeit Es kann die Fahrsicherheit effektiv verbessern. Unter ihnen ist die auf dem CMOS-Bildsensor basierende Kamera eines der Hauptwerkzeuge für das intelligente Fahrsystem, um die äußere Umgebung wahrzunehmen. CMOS

Bildsensor ist ein Bildsensor, der im Wesentlichen eine Kombination aus Speicher und Analog-Digital-Wandlung (

ADC) ist. Basierend auf dem photoelektrischen Effekt von Silizium regt einfallendes Licht Ladungen in den Fotodioden der Sensorpixel an. Die Ladungen werden gesammelt und gespeichert und über den ADC in eine digitale Ausgabe umgewandelt.

Abbildung

1

Photoelektrischer Effekt

Architektonisch ähnelt ein CMOS-Bildsensor einem Speicher, der über eine große Anzahl von Speicherzellen verfügt Der Unterschied zwischen Spaltenadressierungsoperationen besteht darin, dass der Speicher durch Schaltkreise geschrieben wird, während der Inhalt im Sensor durch sichtbares Licht oder Licht im nahen Infrarot geschrieben wird.

Die vom Sensor gesammelte Ladung besteht aus zwei Teilen: Ein Teil ist die erwartete Ladung, die aus dem durch Umgebungslicht stimulierten effektiven Signal stammt; der andere Teil ist die Ladung, die durch die Interferenz erzeugt wird Der Benutzer möchte nicht, dass es viele Arten von Störungen gibt, die im Allgemeinen als Rauschen bezeichnet werden.

Wir hoffen, dass je mehr effektive Informationen im Bild vorhanden sind, desto besser und je weniger Störgeräusche, desto besser. Ein gängiger Indikator zur Messung der Auswirkung von Bildrauschen ist das Signal-Rausch-Verhältnis SNR, also das Verhältnis von Signal zu Rauschen. Je größer das Signal-Rausch-Verhältnis ist, desto geringer ist der relative Anteil an Bildrauschen und desto besser ist die Bildqualität. Die Einheit des SNR kann ein Verhältnis sein oder in eine logarithmische Einheit dB

umgerechnet werden. Das Datenblatt des Sensors gibt im Allgemeinen den Signal-Rausch-Verhältnis-Parameter SNR an, wie unten dargestellt.

Es gibt eine häufige Frage: Ist ein Sensor mit 46

dB Signal-Rausch-Verhältnis besser als ein Sensor mit

43

dB bei schwachem Licht?

Die Antwort ist nicht unbedingt, Schlussfolgerungen, die nicht in Ordnung sind, fallen oft in die Grube.

SNR ist kein Punkt, sondern eine Funktion der Lichtverhältnisse. Wie in Abbildung 2 dargestellt, wird das SNR zu einer Kurve, wenn sich die Lichtintensität ändert. Wenn es als Indikator für den Effekt bei schlechten Lichtverhältnissen verwendet wird, muss der SNR-Wert bei schlechten Lichtverhältnissen ausgewählt werden. Der SNR-Parameter im Sensordatenhandbuch in der Branche ist normalerweise der maximale SNR-Wert, der dem SNR-Wert bei sehr heller Lichtumgebung entspricht, d. h. dem SNR Max-Punkt in der oberen rechten Ecke des blaue SNR-Kurve im Bild. Der SNR-Wert in dem Bereich, in dem sich die blaue Linie in der unteren linken Ecke befindet, eignet sich als Parameter zur Bewertung von schwachem Licht. Die Beleuchtung ist zu diesem Zeitpunkt unzureichend und entspricht einer Umgebung mit wenig Licht. Es ist, als würde man Äpfel verkaufen. Die oberste Schicht ist die beste. Sie müssen den Korb öffnen, um die Qualität der Äpfel darin zu sehen. Die Beurteilung des Sensors anhand des maximalen SNR-Punkts hat das Problem der Übergeneralisierung. Je nach Bedarf kann der Benutzer die SNR-Größe entsprechend der spezifischen Belichtungsbedingung auswählen, um das Rauschen bei schwachem Licht zu bewerten. Je größer das SNR, desto besser kann der Benutzer das SNR beispielsweise auf einen festen Wert begrenzen =5, verwenden Sie zu diesem Zeitpunkt den erforderlichen Wert. Der Belichtungswert wird zur Beurteilung des Rauschens bei schwachem Licht verwendet. Je kleiner der Belichtungswert ist, desto weniger Beleuchtungsressourcen sind erforderlich, um das gleiche SNR und den gleichen Sensor zu erreichen Die Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen ist besser.

Abbildung 2 zeigt das SNR eines gewöhnlichen Sensors, eine monoton ansteigende Kurve. Der in Autos verwendete CMOS-Sensor erfordert einen HDR mit hohem Dynamikbereich, um Allwetter-Anwendungsszenarien gerecht zu werden. Die übliche Methode für HDR besteht darin, die Empfindlichkeit des Sensors zu ändern, verschiedene Helligkeiten der Umgebung separat abzutasten und dann Kombinieren Sie die mehreren abgetasteten Bildrahmen auf einen standardisierten linearen Datenraum und wählen Sie schließlich geeignete Pixel aus Rahmen unterschiedlicher Empfindlichkeit aus, um einen vollständigen Bildrahmen zu bilden. Siehe „Kleine Diskussion über Parameter von Kfz-Bildsensoren – Dynamikbereich“.

Die Empfindlichkeitsänderung des Sensors entspricht der Verschiebung der SNR-Linie im Koordinatensystem an verschiedene Positionen. Schließlich entwickelt sich die SNR-Kurve des HDR-Bildes zum Anpassungsergebnis mehrerer SNR-Kurven, wie z Blaue Linie in Abbildung 3: Es handelt sich nicht mehr um eine monoton ansteigende Kurve. Zusätzlich zu dem sehr kleinen SNR bei schwachem Licht gibt es auch mehrere lokale Minima im Lichterbereich, wenn der Betriebspunkt in den SNR-Abfallbereich fällt. Selbst wenn die Umgebung zu diesem Zeitpunkt sehr hell ist, wird der Lärm auch schlimmer.

Dieses Phänomen tritt im Bild auf, das den Wahrnehmungsgewohnheiten des menschlichen Auges widerspricht, das heißt, mit zunehmender Helligkeit ändert sich die Qualität des Bildes von schlecht zu gut und dann sich plötzlich wieder verschlechtern. Daher muss das Signal-Rausch-Verhältnis von breiten dynamischen Automobilsensoren im Gegensatz zu herkömmlichen linearen Sensoren auch den Mindestwertindex unter hellen Bedingungen bewerten. ?? SNR und Lärm

Das SNR eines Automobilsensors ist eine nicht monotone Kurve, und die Automobilanwendungsumgebung wird das Problem noch komplizierter machen. Der Sensor ist ein analoges Gerät. Vor dem ADC werden Signal- und Rauschdaten in Form von Ladungen gespeichert. Seine Erzeugungsgeschwindigkeit ist ungefähr proportional zur Belichtungszeit und proportional zur Temperatur . Daher müssen wir auch die Auswirkungen von Temperatur, Belichtungszeit und analoger Verstärkung auf das Dunkelzustandsrauschen berücksichtigen. SNR ist gleichzeitig eine Funktion von Temperatur, Belichtungszeit und Simulationsgewinn, und seine Kurve ist zu einem mehrdimensionalen Kurvencluster geworden.

Am Beispiel des Einflusses der Temperatur zeigt Abbildung 5 den sich ändernden Trend des Belichtungswerts, wenn die Innentemperatur des Sensors steigt, wenn SNR = 10. Wir können sehen, dass unterschiedliche Sensoren unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber Temperaturdrift aufweisen. Die SNR-Belichtungswerte dieser beiden Sensoren kreuzen sich bei 60

°C, was bei Raumtemperatur 25 bedeutet °C Bei getrennter Auswertung mit der Hochtemperatur von 80℃ sind die SNR-Schlussfolgerungen völlig gegensätzlich.

Abbildung 5 Einfluss der Wafer-Innentemperatur Je nach Temperatur effektiver Lebenszyklus der Automobilkameraverteilung, mehr als 8 8 % Während des Lebenszyklus von überschreitet die Knotentemperatur im Inneren des Sensors 40℃, also mehr als 8

0 %

Zeit. Die Knotentemperatur überschreitet 6

0℃ 65 %Zeit. Die Innentemperatur überschreitet 80℃.

Der Einfluss der Temperaturdrift führt zu weiteren Änderungen in der SNR-Kurve. Wie die rote gepunktete Linie in Abbildung 6 zeigt, nimmt die SNR-Kurve bei steigender Temperatur in Bereichen mit geringer Beleuchtung und hervorgehobenen lokalen Bereichen weiter ab. Abbildung 6 Der Einfluss der Temperatur auf HDR SNR

Derzeit wird in der Branchenbewertung häufig das SNR von Kfz-Bildsensoren verwendet Der Europäer wurde gemäß dem EMVA-Standard 1288 der Machine Vision Association getestet. Das Signal-Rausch-Verhältnis SNR im EMVA1288-Standard wird auf der Grundlage des traditionellen monotonen linearen Sensormodells definiert, und die Beschreibung der SNR-Eigenschaften des breiten dynamischen Bildsensors für die Automobilindustrie ist nicht vollständig. Das Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE definiert einen neuen Qualitätsteststandard P

2020

für Automobilbilder. Als Mitglied der Arbeitsgruppe hat ON Semiconductor die Entwurfsarbeit für den Bildrauschstandard im IEEE

übernommen P2020-Standard Dies beinhaltet den SNR-Parameter.

Abschließend lässt sich sagen, dass das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) von Automobil-CMOS-Bildsensoren ein wichtiger Indikator für die Bildqualität ist und von mehreren Faktoren in der Automobilanwendungsumgebung beeinflusst wird SNR ist eine mehrdimensionale, umfassende Bewertungsarbeit. Eine objektive und umfassende SNR-Bewertung kann die Leistung des Sensors wirklich beschreiben und die Entwicklung von Automotive-Bildgebungsprodukten korrekt steuern.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonEine kurze Diskussion über die Parameter von Kfz-Bildsensoren – Signal-Rausch-Verhältnis. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!