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​何谓安装在ADAS/AD系统上的摄像头?为设备的高性能化做出贡献的元器件群
  2023-12-26      114

文章来源:松下电器机电微信公众号

何谓安装在ADAS/AD

系统上的摄像头?

为设备的高性能化

贡献的元器件群

  

车载应用中的摄像头是在ADAS(先进驾驶辅助系统)和AD(自动驾驶)中用来感知周围环境的设备。主要包括三种类型,即感知摄像头、环视摄像头和驾驶员监控摄像头。我们将在本消息中就各自的摄像头模块进行解说,并就构成的电子零部件的产品阵容进行介绍。

PART 01

何谓ADAS/AD系统的摄像头?

ADAS/AD系统组合了“摄像头”、“毫米波雷达”、“激光雷达”、“超声波雷达”等功能,通过感知车内外多个方位来辅助安全驾驶。安装的摄像头大致上包括三种,即“感知摄像头”、“环视摄像头”和“驾驶员监控摄像头”。

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表1 各摄像头的安装部位和作用

PART 02

各摄像头的用途

感知摄像头、环视摄像头、驾驶员监控摄像头的功能和用途如下表2所示。特别是“感知摄像头”、“驾驶员监控摄像头”,与“控制判断”、“控制指令”相关,为实现AD(自动驾驶)发挥着尤为重要的作用。

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表2 各摄像头的功能与用途示例

PART 03

关于摄像头的内部构成

感知摄像头、驾驶员监控摄像头

图像传感器是将通过摄像头的镜头进入的光转换成电信号的传感器。这里感知到的数据将通过SoC(System on a chip)被进行处理。此外,还安装有用来向外部的ECU输出控制指令的微型计算机。

环视摄像头          

不同于感知摄像头、驾驶员监控摄像头,其上安装有多个图像传感器。这是由于摄像头被设置在车身的多个部位之故。获取的图像数据被其他ECU(环视ECU等)整合(合成)为一个全向图像。

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表3 各摄像头的内部构成

※ 唯独环视摄像头没有安装图像

处理MCU,由别的ECU进行

PART 04

市场和设备的趋势

摄像头模块的市场&设备趋势

就市场趋势而言,随着车辆数量的增加和自动驾驶水平的提高,预计摄像头的安装数量将会增加,感知功能将变得更为高性能化。今后要求摄像头模块具备的功能和性能包括“高功率化”、“通信高速”、“小型化/轻量化”,各自必须具备的条件如下:

高功率化

随着图像传感器的高分辨率化、高动态范围化等高性能化,预计数据量将会增加。不仅如此,还要求SoC进行高速、高精度的识别和判断。随着数据处理量的增加,电子零部件的损耗将会增加,因此高功率化不可或缺。

通信高速化

随着图像数据传输中数据量的增加,要求摄像头模块提高高频、高速传输处理能力。

小型化/轻量化

这里我们将就感知摄像头、驾驶员监控摄像头、环视摄像头的电路构成进行解说。

PART 05

各摄像头模块的电路构成

感知摄像头、驾驶员监控摄像头

这里我们将就感知摄像头、驾驶员监控摄像头、环视摄像头的电路构成进行解说。感知摄像头、驾驶员监控摄像头由以下零部件构成,电路构成如图1所示。

图像传感器:拍摄图像所需的传感器。将从摄像头的镜头进入的光转换为电信号。

SoC:用来处理图像传感器所获得的数据的元器件。

MCU(微型计算机):向外部ECU发出控制指令,如“踩刹闸”和“转动方向盘”。

收发器:用来与外部进行通信的元器件。

存储器(DDR):作为数据处理时的缓存使用。

存储器(闪存):保存控制软件或传感器数据。

DC/DC转换器:将从铅酸蓄电池提供的电压转换为每个电子零部件所需的电压。

  

IMG_261

图1 感知摄像头、驾驶员监控摄像头的系统构成

环视摄像头             

环视摄像头由两个ECU构成,即摄像头ECU和环视ECU。不同于其他摄像头模块,车辆上安装有多个摄像头。因此,收发器电路必须进行更大量的数据通信。使用FPGA来将所获取的图像数据整合为一个数据,并在这里高速进行图像处理。

其他构成则与感知摄像头、驾驶员监控摄像头一样。

  

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图2 环视摄像头的系统构成

PART 06

DC/DC转换器

感知摄像头、驾驶员监控摄像头、环视摄像头共通使用DC/DC转换器和收发器电路。我们将在这里就构成各个电路的零部件及其效果进行解说。

1

DC/DC转换器

DC/DC转换器电路中,为了去除输入部的噪声和使得输出部平滑,通常使用导电性聚合物混合铝电解电容器,为了进行电压转换,通常使用车载用功率电感器,为了进行电压测量,通常使用芯片电阻器(高精度芯片电阻器)。

使用部件

噪声去除、开关和平滑

导电性聚合物混合铝电解电容器

❶藉由大电容、低ESR和高纹波性能,为电路的小型化和高功率化(低电压和大电流)做出贡献。❷支持高频电容特性,为宽带和高频去除电路的高频开关化中产生的噪声做出贡献。

电压转换

车载用功率电感器

❶藉由金属磁性材料的低损耗和大电流性能,为电路的小型化和大功率化(低电压和大电流)做出贡献。

❷藉由损耗特性的高频化(低ACR),为在电路的高频开关化中抑制损耗做出贡献。

电压测量

芯片电阻器 (高精度芯片电阻器)

❶藉由薄膜结构的电阻值公差、低TCR性能,为电路输出特性的高精度控制化做出贡献。

  

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图3 在DC/DC转换器中使用的零部件

2

收发器I/F

如图中所示,收发器电路使用两根线与外部设备(CAN、Ethernet等)进行通信。此时,如果噪声或静电从通信线路混入,则恐会导致收发器IC故障。因此,收发器电路通常由用于静电预防措施的片式压敏电阻器和ESD抑制器构成。

使用部件

静电预防措施 片式压敏电阻器ESD抑制器

❶ 藉由具有广泛电容特性的产品阵容,在保持电路通信质量的同时,为抑制静电(ESD)噪声做出贡献。

❷ 片式压敏电阻器藉由其8~250pF的电容特性,支持从低速到高速的通信速度。

❸ ESD抑制器藉由其0.1pF的电容特性,支持高速的通信速度。

  

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图4 在收发器IF上使用的零部件

小结

随着自动驾驶水平的提高和车辆数量的增加,预计摄像头的安装数量将会增加。同时还要求摄像头进一步提高感知功能的性能。当试图处理从摄像头所获取的大量图像数据时,电子零部件中的损耗会相应地增加。今后,人们将会对车载电子零部件提出“大电流”、“低损耗”、“高频”、“小型”的要求。作为面向摄像头的产品,松下机电株式会社拥有广泛的商品阵容和具备未来所需功能的元器件。

  

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表2 商品阵容和特点一览

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