Cámara de alta definición 1080P para monitorear el comportamiento dentro de los autobuses, cámara infrarroja de visión nocturna inteligente de gran angular
Cámara de coche: el ojo de la conducción autónoma
Las cámaras montadas en automóviles se conocen como los "ojos de la conducción autónoma" y son el equipo de detección central en el sistema ADAS y en el campo de la conducción autónoma de automóviles. La función principal de recopilar información de la imagen es a través de lentes y sensores de imagen, que pueden lograr una percepción visual de 360 ° y compensar las deficiencias del radar en el reconocimiento de objetos. Es el sensor más cercano a la visión humana.Las cámaras montadas en automóviles se utilizan ampliamente en el campo automotriz, extendiéndose gradualmente desde su uso inicial para grabación de conducción, imágenes de marcha atrás y vista envolvente de estacionamiento hasta el reconocimiento inteligente del comportamiento de la cabina y la conducción asistida por ADAS, con escenarios de aplicación cada vez más diversos.El CR3 actual de la industria mundial de cámaras para automóviles es del 41%, y las diez principales empresas ocupan el 96% de la cuota de mercado. La concentración de la industria mundial de cámaras para automóviles se encuentra en un alto nivel.El Highway Loss Data Institute (HLDI) predice que para 2030, casi el 50% de los automóviles estarán equipados con tecnología ADAS.Según ICVTank, se espera que la escala de la industria china de cámaras para automóviles alcance los 23 mil millones para 2025, con una tasa compuesta anual del 30% en los próximos cinco años; Se espera que el mercado mundial de cámaras para automóviles crezca de 11.200 millones de dólares en 2019 a 27.000 millones de dólares en 2025, con una tasa compuesta anual de 5 años del 15,8%.La conducción automática incluye percepción, juicio y ejecución, y la percepción es la fuente de todo el proceso y un módulo importante del sistema de conducción automática. Durante el proceso de conducción del vehículo, el sistema de percepción recopilará la información del entorno circundante en tiempo real a través de sensores, lo que equivale a los "ojos" de un vehículo autónomo, y puede ayudar al vehículo a lograr una capacidad de observación similar a la de un conductor humano.En los vehículos autónomos, el sistema de percepción se compone principalmente de sensores como cámaras, radares de ondas milimétricas y LiDAR (opcional, principalmente por miedo a distraerse). Como principal sensor de percepción ambiental, la cámara juega un papel muy importante para lograr una percepción visual integral de 360 °, compensando las deficiencias del radar en el reconocimiento de objetos y es el sensor más cercano a la visión humana. Por tanto, en el coche las cámaras son uno de los dispositivos clave en el ámbito de la conducción autónoma.
¿Qué es una cámara para coche?La principal estructura de hardware de las cámaras montadas en automóviles incluye lentes ópticas (incluidas lentes ópticas, filtros, películas protectoras, etc.), sensores de imagen, procesadores de señal de imagen (ISP), serializadores, conectores y otros componentes. El diagrama esquemático de su estructura se muestra en la figura:
Anatomía del módulo de cámara montado en el automóvil.La imagen de arriba muestra la anatomía de los módulos de cámara comúnmente utilizados en los automóviles. Además de la carcasa de aluminio exterior, el anillo de sellado y la lente, en realidad hay un diseño relativamente simple de varias capas en el medio, que generalmente incluye la placa del sensor, la placa pequeña del procesador de imagen y la placa de un serializador. La razón por la que se necesita un serializador es porque generalmente el bus de salida de datos de imagen de los sensores de cámara o ISP es estándar y se caracteriza por un recorrido de alta velocidad, pero la distancia del bus de transmisión es corta; de lo contrario, no se puede garantizar la integridad de la señal.Entonces, en el vehículo, necesitamos convertirlo a estándares de bus de alta velocidad como GMSL, que son adecuados para transmisiones de larga distancia en el vehículo, por lo que el módulo de cámara generalmente se convierte al bus a través de una placa en serie. Además, se pueden utilizar cables coaxiales para proporcionar energía a los módulos y transmitir datos de imágenes.Lente óptica: responsable de enfocar la luz y proyectar los objetos en el campo de visión sobre la superficie del medio de imagen. Dependiendo de los requisitos del efecto de imagen, es posible que se requieran varias capas de lentes ópticas. Los filtros pueden filtrar bandas de luz que no son visibles para el ojo humano, dejando sólo las bandas de luz visibles del paisaje real dentro del campo de visión del ojo humano.Sensor de imagen: los sensores de imagen pueden utilizar la función de conversión fotoeléctrica de los dispositivos fotoeléctricos para convertir la imagen de luz en la superficie fotosensible en una señal eléctrica que es proporcional a la imagen de luz. Se divide principalmente en dos tipos: CCD y CMOS.Procesador de señal de imagen ISP: utiliza principalmente una estructura de hardware para preprocesar los datos en formato RAW de la fuente de imagen y video ingresados por el sensor de imagen, que se pueden convertir a YCbCr y otros formatos. También puede realizar diversas tareas como escalado de imagen, exposición automática, balance de blancos automático y enfoque automático.Serializador: transfiere datos de imágenes procesadas y se puede utilizar para transferir varios tipos de datos de imágenes, como RGB y YUV.Conector: utilizado para conectar una cámara fija.Las cámaras montadas en automóviles también tienen procesos de fabricación y requisitos de confiabilidad más altos que las cámaras industriales y comerciales. Debido al hecho de que los automóviles necesitan funcionar en entornos hostiles durante mucho tiempo, las cámaras montadas en automóviles deben funcionar de manera estable en condiciones de trabajo complejas, como temperaturas altas y bajas, fuertes vibraciones y alta humedad y calor. Los principales requisitos para la fabricación de procesos son los siguientes:
Requisitos de proceso para cámaras montadas en automóvilesResistencia a altas temperaturas: la cámara montada en el automóvil debe poder funcionar normalmente dentro del rango de -40 ℃ a 85 ℃ y adaptarse a cambios drásticos de temperatura;Resistencia sísmica: Los vehículos pueden generar fuertes vibraciones al circular por caminos irregulares, por lo que la cámara a bordo debe poder soportar diversas intensidades de vibraciones;Antimagnético: cuando el vehículo arranca, generará pulsos electromagnéticos extremadamente altos, lo que requiere un antimagnético extremadamente alto.actuación;Resistente al agua: la cámara debe sellarse herméticamente para garantizar un uso normal incluso después de haber estado sumergida en agua de lluvia durante varios días;Vida útil: la vida útil debe ser de al menos 8 a 10 años para cumplir con los requisitos;Ultra gran angular: La cámara envolvente de vista lateral debe ser ultra gran angular, con un ángulo de visión horizontal de 135°;Alta dinámica: el vehículo viaja a gran velocidad y el entorno de iluminación al que se enfrenta la cámara cambia dramáticamente y con frecuencia, lo que requiere que el CMOS de la cámara tenga características dinámicas altas;Bajo nivel de ruido: puede suprimir eficazmente el ruido en condiciones de poca luz, especialmente cuando se requieren cámaras de visión lateral y trasera para capturar imágenes con claridad incluso de noche.
Parámetros clave del cabezal de cámara frontal inteligente del vehículoDistancia de detecciónÁngulo del campo de visión horizontalÁngulo de campo de visión verticalResolución: cuando la cámara captura franjas blancas y negras espaciadas uniformemente, la cantidad máxima de líneas que se pueden ver en el monitor (superior a la resolución de la cámara). Cuando el número de líneas excede este límite, solo se puede ver un área gris en la pantalla y ya no se pueden distinguir las franjas blancas y negras.Iluminación mínima: se refiere a la sensibilidad del sensor de imagen a la luz ambiental, o la luz más oscura requerida por el sensor de imagen para obtener imágenes normales. Es el valor de iluminancia de la escena cuando el nivel de la señal de vídeo de la cámara es inferior a la mitad de la amplitud máxima de la señal estándar cuando la iluminación del sujeto disminuye gradualmente.Relación señal-ruido: la relación entre el voltaje de la señal de salida y el voltaje de ruido de salida simultáneamente;Rango dinámico: el rango dentro del cual los valores de brillo de los objetos más brillantes y más oscuros dentro del mismo cuadro capturado por la cámara pueden mostrar detalles normalmente. Cuanto mayor sea el rango dinámico, mayor será el grado en que los objetos demasiado brillantes o demasiado oscuros se podrán mostrar normalmente en la misma pantalla.
¿Cuáles son las ventajas frente a la tecnología de radar?1) Frente al radar de ondas milimétricas, las principales ventajas de las cámaras actuales son:Reconocimiento y clasificación de objetivos: actualmente, el radar de ondas milimétricas 3D ordinario solo puede detectar si hay obstáculos más adelante y no puede identificar con precisión el tamaño y la categoría de los obstáculos; Por ejemplo, varios tipos de reconocimiento de carriles, reconocimiento de semáforos y reconocimiento de señales de tráfico;Detección de espacio transitable, división de límites seguros (áreas transitables) de movimiento de vehículos, principalmente división de vehículos, bordes de carreteras comunes, bordes de bordillos, límites visibles sin obstáculos y límites desconocidos;La capacidad de detectar objetivos que se mueven horizontalmente, como detectar y rastrear peatones y vehículos que cruzan intersecciones;Posicionamiento y creación de mapas, es decir, tecnología. Aunque actualmente se utiliza el radar de ondas milimétricas, la tecnología está más madura y tiene más perspectivas de aplicación;2) En el sistema de conducción automática, el radar láser es similar a la cámara, pero sus ventajas son:Reconocimiento de semáforos y reconocimiento de señales de tráfico.Ventaja de costos y alta madurez de algoritmos y tecnologías.Alta tasa de reconocimiento de objetos
En la actualidad, las cámaras montadas en automóviles se dividen principalmente en cinco categorías según su ubicación de instalación: cámaras de visión frontal, cámaras de visión envolvente, cámaras de visión trasera, cámaras de visión lateral y cámaras integradas.
Cámara de visión frontal: instalada principalmente en el parabrisas delantero para lograr funciones de percepción y reconocimiento visual durante la conducción. Se puede dividir en cámara principal de vista frontal, cámara de ángulo estrecho de vista frontal y cámara de ángulo amplio de vista frontal según sus funciones.
Cámara principal frontal: esta cámara se utiliza como cámara principal en el sistema ADAS de L2. Los ángulos del campo de visión son generalmente de 30 °, 50 °, 60 °, 100 ° y 120 °, y la distancia de detección es generalmente de 150 a 170 metros. El formato de salida de la cámara.
Cámara gran angular orientada hacia adelante: La función principal de esta cámara es reconocer objetos cercanos, utilizada principalmente en condiciones de vías urbanas, conducción a baja velocidad y otras escenas. Su ángulo de campo de visión está entre 120°-150°, y la distancia de detección es de unos 50 metros. Después de la instalación a gran escala de la lente de 8MP en vehículos posteriores, esta cámara no es necesaria.
Cámara de visión frontal de ángulo estrecho: La función principal de esta cámara es reconocer objetivos como semáforos y peatones. Generalmente, se utilizan lentes de ángulo estrecho y se pueden seleccionar lentes de alrededor de 30-40°. Y los píxeles de esta lente son generalmente los mismos que los de la cámara principal frontal. La cámara adopta un ángulo estrecho, tiene una mayor densidad de píxeles y una mayor distancia de detección, y generalmente puede detectar hasta 250 metros o incluso distancias más largas.
Después de instalar una cámara de 8MP, el campo de visión de la cámara principal frontal puede alcanzar los 120°, lo que puede que ya no sea necesario. La distancia de detección es de unos 60 metros.
Cámara envolvente: instalada principalmente alrededor de la carrocería del vehículo, generalmente usando de 4 a 8 cámaras, que se pueden dividir en cámara de ojo de pez orientada hacia adelante, cámara de ojo de pez orientada a la izquierda, cámara de ojo de pez orientada a la derecha y cámara de ojo de pez orientada hacia atrás. Se utiliza para mostrar la función de vista panorámica, así como la percepción visual y la detección de objetos que integran la función de estacionamiento; La matriz de color comúnmente utilizada se debe a que existe la necesidad de restaurar el color.
Cámara de visión trasera: generalmente instalada en el maletero, principalmente para asistencia al aparcamiento. El ángulo del campo de visión está entre 120 y 140 grados y la distancia de detección es de aproximadamente 50 metros.
Cámara de visión frontal lateral: instalada en el pilar B o en el espejo retrovisor del vehículo, el ángulo de campo de visión de esta cámara es generalmente de 90 ° -100 ° y la distancia de detección es de aproximadamente 80 metros. La función principal de esta cámara es detectar vehículos laterales y bicicletas.Cámara de visión lateral y trasera: generalmente instalada en el guardabarros delantero del vehículo, el ángulo de campo de visión de esta cámara es generalmente de alrededor de 90 ° y la distancia de detección también es de unos 80 metros. Se utiliza principalmente para aplicaciones de escena, como cambios de carril de vehículos e incorporaciones a otras carreteras.Cámara incorporada: se utiliza principalmente para monitorear el estado del conductor y lograr recordatorios de fatiga y otras funciones.Entre ellos, el precio de las cámaras de visión frontal es relativamente alto y el precio de mercado actual oscila entre 300 y 500 yuanes; Los precios de otras cámaras rondan los 150-200 yuanes.
En el plan, podemos ver que las 8 cámaras están relacionadas con el sistema de conducción, que está estrechamente relacionado con el plan de conducción autónoma pura que se ha promovido sin depender de LiDAR. La mayor ventaja de este plan es su alta rentabilidad. Utilizando una cámara de desarrollo propio de muy bajo coste, se alcanzó un nivel de conducción autónoma.La mayor ventaja de esta solución, que utiliza múltiples cámaras, es su gran escalabilidad. En la etapa inicial de diseño, es necesario aumentar los costos de hardware, pero en la etapa posterior, su función de conducción autónoma tiene muy buena compatibilidad y escalabilidad.A través de este modelo de sensor, se ha logrado un nivel de función de conducción autónoma con una buena experiencia, incluida la conducción autónoma de navegación de alta velocidad (NGP) altamente distintiva y la función de estacionamiento con memoria de estacionamiento.La Clase S es un representante de las soluciones OEM tradicionales, y la solución de cámara estéreo binocular es la mayor ventaja del Mercedes Benz Clase S. En comparación con las cámaras monoculares, las cámaras binoculares pueden calcular el movimiento del objetivo detectado actualmente en las coordenadas X, Y y Z, determinar la postura y el tipo del objetivo detectado, y el efecto de experiencia de la función ADAS de Mercedes Benz en el nivel L2 es También mejor que los otros dos.En el análisis de soluciones de cámaras para modelos de automóviles producidos en masa, descubrimos que todos utilizan cámaras de píxeles medios a bajos para lograr funciones de conducción autónoma.
Saitemei Security Electronics Co., Ltd. Cadena industrial de cámaras para automóvilesLa cadena de la industria de cámaras para automóviles involucra principalmente tres eslabones principales: materiales ascendentes, componentes intermedios y productos posteriores.Los materiales anteriores, como lentes ópticas, filtros y películas protectoras, se utilizan para fabricar conjuntos de lentes, mientras que las obleas se utilizan para fabricar chips CMOS y procesadores de señales DSP; Ensamble el conjunto de lentes intermedios, los chips CMOS y los materiales adhesivos en módulos y empaquetelos con procesadores de señal DSP en productos de cámara.En este nivel de la cadena industrial, los proveedores ascendentes ya pueden suministrar productos de cámaras completos a clientes de vehículos descendentes o proveedores de primer nivel. En la cadena de la industria de cámaras para automóviles, las cámaras y los algoritmos de software juntos constituyen una solución de cámara para automóviles, que se aplica a vehículos autónomos.En la actualidad, las empresas con una gran participación de mercado en el mercado de cámaras para automóviles son todos proveedores líderes de componentes de primer nivel a nivel mundial, y los clientes intermedios cubren básicamente las principales empresas de vehículos a nivel mundial.
CMOS tiene la relación valor-coste más alta en cámaras para automóviles, alcanzando el 52%; El embalaje de los módulos representa el 20% y las lentes ópticas el 19%.
chip CMOSCMOS (sensor CIS) es la principal solución de componentes fotosensibles para cámaras de automóviles. En comparación con los componentes fotosensibles CCD, CMOS tiene una calidad de imagen ligeramente inferior, pero es de bajo costo y más eficiente energéticamente, lo que lo hace ampliamente favorecido en el campo de las cámaras de automóviles con bajos requisitos de píxeles.
Estructura básica de los sensores de imagen.El sensor de imagen se divide en un área fotosensible (Firecore), cables de unión, circuito interno y sustrato desde la apariencia. El área fotosensible es una matriz de un solo píxel compuesta por múltiples puntos de un solo píxel. Cuando las señales de luz obtenidas de cada píxel se reúnen, forman una imagen completa.
Diagrama de sección del chip CMOS
Debido a los diferentes ángulos de luz que ingresan a cada píxel, se agrega una microlente en la superficie de cada píxel para corregir el ángulo de luz, permitiendo que la luz ingrese verticalmente a la superficie del elemento fotosensible. Este es el concepto de chip, que debe mantenerse dentro de un rango de ligera desviación con respecto a la lente.
En cuanto a la arquitectura del circuito, incorporamos un sensor de imagen a modo de caja oscura que convierte las señales luminosas en señales eléctricas. Los componentes externos de la caja oscura suelen incluir circuitos de alimentación, datos, reloj, comunicación, control y sincronización. Puede entenderse simplemente como el Firecore que convierte señales de luz en señales eléctricas, que son procesadas y codificadas por el circuito lógico en la caja oscura y luego emitidas a través de una interfaz de datos.
Debido a que el proceso de diseño de la capa de píxeles en los chips CMOS es similar al de los chips analógicos, existen altos requisitos para los procesos de fabricación.Principales proveedores.La tecnología de producción y fabricación de CMOS es alta y, desde una perspectiva del mercado global, actualmente está ocupada principalmente por empresas con financiación extranjera. Desde la perspectiva del panorama competitivo, Saitemei ocupa el primer lugar con una cuota de mercado del 36%, seguida de cerca por la empresa nacional Huoxin Technology con una cuota de mercado del 22%. Los proveedores globales representan más del 65%, con una alta concentración industrial. La empresa nacional Saitemei Security Electronics Co., Ltd. se ha convertido en una empresa líder en este campo.