اللغة العربية
وحدات الكاميرا في أنظمة ADAS للسيارات: نظرة تقنية
تم إنشاؤها 09.11
أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) قد أحدثت ثورة في سلامة السيارات وراحتها، وفي قلب هذه الأنظمة يكمن مكون حيوي: وحدة الكاميرا. مع تزايد استقلالية المركبات، زادت الحاجة إلى وحدات كاميرا عالية الأداء وموثوقة. تقدم هذه المقالة نظرة تقنية شاملة على وحدات الكاميرا في أنظمة ADAS للسيارات، تغطي مكوناتها الأساسية، وأنواعها، والمواصفات الرئيسية، والتحديات، والاتجاهات المستقبلية - معرفة أساسية للمهندسين، والمحترفين في الصناعة، وأي شخص مهتم بتكنولوجيا السيارات.
دور الـوحدات الكاميرافي ADAS: لماذا هم مهمون
تعتمد أنظمة المساعدة المتقدمة للسائق (ADAS) على مجموعة من المستشعرات لإدراك محيط المركبة، واتخاذ القرارات، ومساعدة السائق. من بين هذه المستشعرات - بما في ذلك الرادار، والليدار، والألتراساوند - تبرز وحدات الكاميرا لقدرتها على التقاط بيانات بصرية عالية الدقة، مما يمكّن الوظائف التي تتطلب تحليلًا تفصيليًا للصورة. على عكس الرادار (الذي يتفوق في اكتشاف المسافة والسرعة) أو الليدار (الذي يوفر رسمًا ثلاثي الأبعاد للمساحة)، تحاكي الكاميرات الرؤية البشرية، مما يجعلها لا غنى عنها في مهام مثل التعرف على المسار، واكتشاف علامات المرور، وتحديد المشاة.
وفقًا لأبحاث Grand View، من المتوقع أن يصل سوق كاميرات السيارات العالمي إلى 25.6 مليار دولار بحلول عام 2028، مدفوعًا بشكل أساسي بتبني أنظمة ADAS. يبرز هذا النمو دور وحدة الكاميرا كتكنولوجيا أساسية لكل من ميزات ADAS الأساسية (مثل كاميرات الرؤية الخلفية) والوظائف المتقدمة (مثل الكبح الطارئ المستقل، والتحكم التكيفي في السرعة مع توسيط المسار). بدون وحدات كاميرا عالية الجودة، لن تكون العديد من قدرات ADAS المنقذة للحياة ممكنة.
المكونات الأساسية لوحدة كاميرا ADAS للسيارات
وحدة كاميرا السيارات هي أكثر من مجرد "كاميرا" - إنها نظام متكامل من المكونات المتخصصة المصممة لتحمل البيئات القاسية للسيارات وتقديم أداء متسق. فيما يلي أجزاؤها الرئيسية:
1. مستشعر الصورة (CMOS مقابل CCD)
حساس الصورة هو "عين" الوحدة، حيث يقوم بتحويل الضوء إلى إشارات كهربائية. في تطبيقات السيارات، تهيمن حساسات CMOS (أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة التكميلية) ، لتحل محل حساسات CCD (الجهاز المرتبط بالشحن) القديمة لعدة أسباب:
• استهلاك منخفض للطاقة: أمر حاسم للأنظمة السيارات ذات السعة الكهربائية المحدودة.
• سرعة عالية: تلتقط الأجسام سريعة الحركة (مثل المركبات الأخرى) مع الحد الأدنى من ضباب الحركة.
• التكامل: يمكن لمستشعرات CMOS دمج وظائف إضافية (مثل معالجة HDR) مباشرة على الشريحة، مما يقلل من حجم الوحدة وتعقيدها.
• الجدوى الاقتصادية: قابلة للتوسع للإنتاج الضخم، وهي متطلب أساسي لصناعة السيارات.
تتميز مستشعرات CMOS الحديثة لـ ADAS أيضًا بغالق عالمي (مقابل الغالق المتدحرج) لتجنب التشويه عند التقاط الأجسام المتحركة - وهو أمر ضروري لوظائف مثل تحذير مغادرة المسار (LDW)، حيث يمكن أن تؤدي الصور المشوهة إلى تنبيهات خاطئة.
2. مجموعة العدسات
تقوم العدسة بتركيز الضوء على مستشعر الصورة، وتصميمها يؤثر بشكل مباشر على جودة الصورة. تم تصميم عدسات ADAS للسيارات من أجل:
• نطاق ديناميكي واسع (WDR): للتعامل مع ظروف الإضاءة القاسية (مثل، ضوء الشمس الساطع، الأنفاق المظلمة) دون تعريض التفاصيل الرئيسية للإفراط أو النقص في التعريض.
• طلاءات مضادة للتوهج ومضادة للانعكاس: لتقليل التوهج الناتج عن مصابيح السيارات القادمة أو الأسطح المبللة.
• مقاومة الحرارة: لتحمل نطاق درجات الحرارة من -40°C إلى 85°C الذي يعد نموذجياً لبيئات السيارات.
• طول بؤري ثابت: تستخدم معظم كاميرات ADAS عدسات ثابتة (مقابل الزوم) من أجل الاتساق، حيث أن آليات الزوم تضيف تعقيدًا ومخاطر موثوقية.
تشمل أنواع العدسات الشائعة العدسات ذات الزاوية الواسعة (لأنظمة الرؤية المحيطية بزاوية 360 درجة) وعدسات الزوم (للكشف عن المسافات الطويلة في نظام التحكم التكيفي في السرعة).
3. معالج إشارة الصورة (ISP)
مزود خدمة الإنترنت هو "دماغ" وحدة الكاميرا، حيث يقوم بمعالجة البيانات الخام من مستشعر الصورة لإنتاج صور قابلة للاستخدام. تشمل وظائفه الرئيسية:
• تقليل الضوضاء: يقضي على الحبوب في ظروف الإضاءة المنخفضة.
• تصحيح الألوان: يضمن تمثيل الألوان بدقة للمهام مثل اكتشاف إشارات المرور.
• تصحيح التشويه: يصلح تشويه العدسة (مثل، تشويه البرميل في العدسات واسعة الزاوية).
• دمج HDR: يجمع بين تعريضات متعددة لالتقاط التفاصيل في المناطق الساطعة والمظلمة - أمر أساسي لأداء ADAS في الإضاءة المتغيرة.
تتم تحسين مزودي خدمة الإنترنت في السيارات أيضًا لتقليل زمن الانتقال، حيث تتطلب وظائف أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (مثل الكبح التلقائي في حالات الطوارئ) بيانات في الوقت الفعلي للتصرف بسرعة.
4. الإسكان والموصلات
تحمي علبة الوحدة المكونات الداخلية من الغبار والرطوبة والاهتزاز ودرجات الحرارة القصوى - وهو أمر حاسم لموثوقية السيارات (تتطلب قطع غيار السيارات عادةً عمرًا افتراضيًا يزيد عن 10 سنوات). تنقل الموصلات (مثل LVDS و Ethernet) البيانات المعالجة إلى وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) لنظام ADAS في السيارة بسرعات عالية، مع تفضيل Ethernet بشكل متزايد لعرض النطاق الترددي الخاص به (حتى 10 جيجابت في الثانية) لدعم الكاميرات عالية الدقة.
أنواع وحدات كاميرات ADAS وتطبيقاتها
تُصنَّف وحدات الكاميرا في أنظمة المساعدة على القيادة المتقدمة (ADAS) حسب موقعها على المركبة وحالة الاستخدام المقصودة. فيما يلي الأنواع الأكثر شيوعًا:
1. الكاميرات الأمامية (FFC)
مثبتة خلف الزجاج الأمامي (بالقرب من مرآة الرؤية الخلفية)، تعتبر الكاميرات الأمامية الأكثر تنوعًا في أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS). عادةً ما تستخدم عدسات واسعة الزاوية أو عدسات تليفوتو وتمكّن الوظائف الأساسية مثل:
• تحذير مغادرة المسار (LDW) / مساعد الحفاظ على المسار (LKA): اكتشاف علامات المسار لتنبيه السائق إذا انحرف المركبة أو توجيهها برفق للعودة إلى المسار.
• نظام الكبح الطارئ المستقل (AEB): تحديد المشاة وراكبي الدراجات والمركبات الأخرى لتفعيل الكبح إذا كان التصادم وشيكًا.
• التعرف على إشارات المرور (TSR): الكشف عن حدود السرعة، وإشارات التوقف، ومناطق عدم التجاوز، وعرضها على السائق.
• نظام التحكم التكيفي في السرعة (ACC) مع توسيط المسار: الحفاظ على مسافة آمنة من السيارة التي أمامك والحفاظ على السيارة في وسط مسارها.
تستخدم أنظمة FFC عالية الجودة كاميرات ستيريو (عدستان جنبًا إلى جنب) لحساب العمق، مما يعزز دقة اكتشاف الأجسام مقارنةً بالكاميرات ذات العدسة الواحدة (أحادية العدسة).
2. كاميرات الرؤية المحيطية (SVC)
تُعرف أيضًا بكاميرات 360°، تستخدم أنظمة الرؤية المحيطية 4-6 كاميرات (أمامية، خلفية، ومرآة جانبية) لإنشاء عرض من أعلى لمحيط المركبة. تشمل التطبيقات:
• مساعد الركن: يساعد السائق على المناورة في المساحات الضيقة من خلال عرض العقبات (مثل: الأرصفة، سيارات أخرى) على شاشة المعلومات والترفيه.
• كشف النقاط العمياء (BSD): تنبيه السائق للمركبات في النقاط العمياء عند تغيير المسارات.
• تنبيه حركة المرور المتقاطعة (CTA): يحذر من حركة المرور القادمة عند الرجوع للخلف من مخرج أو مكان وقوف السيارات.
تتطلب كاميرات الرؤية المحيطية معايرة دقيقة لضمان دمج سلس للصور من زوايا متعددة.
3. الكاميرات الخلفية (RFC)
مفروضة في العديد من المناطق (مثل الولايات المتحدة منذ 2018) للمركبات الجديدة، تساعد الكاميرات الموجهة للخلف في الرجوع. بالإضافة إلى مشاهد الرجوع الأساسية، تدعم:
• تنبيه حركة المرور الخلفية (RCTA): مشابه لتنبيه حركة المرور (CTA) ولكنه يركز على حركة المرور الخلفية.
• فرامل الطوارئ التلقائية الخلفية (RAEB): الفرامل تلقائيًا إذا تم الكشف عن تصادم أثناء الرجوع للخلف.
4. كاميرات داخل المقصورة
مثبتة على لوحة القيادة أو عمود التوجيه، تراقب الكاميرات داخل المقصورة السائق والركاب. تشمل التطبيقات الرئيسية:
• أنظمة مراقبة السائق (DMS): تتبع حركة العين، ووضع الرأس، وتعبيرات الوجه للكشف عن النعاس، أو التشتت، أو التسمم—تنبيه السائق أو حتى إبطاء السيارة إذا لزم الأمر.
• كشف الراكب: تأكد من أن الركاب يرتدون أحزمة الأمان أو اكتشف مقاعد الأطفال لضبط نشر الوسائد الهوائية.
• التحكم بالإيماءات: تمكين التشغيل بدون استخدام اليدين لأنظمة المعلومات والترفيه (مثل السحب لتغيير الموسيقى).
المواصفات الفنية الرئيسية لوحدات كاميرا ADAS
ليس كل وحدات الكاميرا متساوية - الأداء يعتمد على المواصفات الحرجة المصممة لتلبية متطلبات ADAS. فيما يلي أهم المقاييس:
1. دقة
دقة (تقاس بالميغابكسل، ميغابكسل) تحدد مستوى التفاصيل الملتقطة. بالنسبة لـ ADAS:
• 1–2 ميجابكسل: مناسب للوظائف الأساسية (مثل كاميرات الرؤية الخلفية).
• 4–8 ميجابكسل: مثالي للكاميرات الأمامية (يدعم LKA و AEB و TSR).
• 8+ ميغابكسل: تظهر لتقنيات ADAS المتقدمة والقيادة الذاتية (المستوى 3+)، مما يمكّن من اكتشاف الأجسام الصغيرة (مثل الحطام) على مسافات طويلة.
يتطلب دقة أعلى مزيدًا من النطاق الترددي (ومن هنا الانتقال إلى الإيثرنت) ومزودي خدمة الإنترنت الأكثر قوة لمعالجة البيانات في الوقت الفعلي.
2. معدل الإطارات (FPS)
معدل الإطارات (إطارات في الثانية) يقيس عدد الصور التي تلتقطها الكاميرا في الثانية. تتطلب ADAS من 30 إلى 60 إطارًا في الثانية لتتبع الأجسام سريعة الحركة (مثل المركبات على الطريق السريع) دون تشويش. يمكن أن يؤدي معدل الإطارات المنخفض إلى استجابات متأخرة أو غير دقيقة من ADAS.
3. النطاق الديناميكي (HDR)
نطاق الديناميكية يشير إلى قدرة الكاميرا على التقاط التفاصيل في كل من المناطق المضيئة والمظلمة. تحتاج كاميرات ADAS إلى 120+ ديسيبل HDR للتعامل مع الظروف الصعبة مثل شروق الشمس / غروب الشمس، مداخل الأنفاق، أو الوهج من المصابيح الأمامية. بدون HDR عالي، قد يتم فقدان الأجسام الحرجة (مثل، شخص مشاة في ظل).
4. مجال الرؤية (FOV)
زاوية الرؤية (تقاس بالدرجات) تحدد المنطقة التي يمكن للكاميرا التقاطها:
• زاوية رؤية ضيقة (20–40°): عدسات تليفوتو للكشف عن المسافات الطويلة (مثل، ACC).
• مجال رؤية واسع (60–120°): للحفاظ على المسار وأنظمة الرؤية المحيطية.
• زاوية رؤية واسعة للغاية (120+°): لمساعدة ركن السيارة بزاوية 360°.
5. زمن الانتقال
الكمون هو الوقت بين التقاط الصورة ونقل البيانات إلى وحدة التحكم الإلكترونية (ECU). تتطلب أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) كمون أقل من 50 مللي ثانية للوظائف الحساسة للوقت مثل نظام الكبح التلقائي في حالات الطوارئ (AEB) - أي تأخير قد يعني الفرق بين الاصطدام والتجنب.
6. المتانة البيئية
يجب أن تلبي وحدات كاميرات السيارات معايير الصناعة الصارمة (مثل IEC 60068 للاختبار البيئي) لتحمل:
• درجات الحرارة القصوى (-40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية).
• اهتزاز (من الطرق الوعرة).
• الرطوبة والغبار (تصنيف IP6K9K شائع).
• التعرض للمواد الكيميائية (مثل ملح الطرق، سوائل التنظيف).
التحديات التي تواجه وحدات كاميرات ADAS
على الرغم من أهميتها، تواجه وحدات كاميرات ADAS العديد من التحديات التقنية والعملية:
1. ظروف بيئية قاسية
يمكن أن تؤدي الأمطار والثلوج والضباب والأوساخ والوهج إلى إعاقة عدسة الكاميرا، مما يقلل من جودة الصورة. بينما تساعد الط coatings المضادة للضباب وسخانات العدسات، لا تزال الظروف الجوية القاسية تشكل خطرًا على أداء نظام ADAS.
2. دمج دمج المستشعرات
تعتمد أنظمة ADAS على دمج البيانات من الكاميرات والرادار والليدار لتعويض نقاط الضعف في كل مستشعر (على سبيل المثال، تواجه الكاميرات صعوبة في الضباب؛ ويواجه الرادار صعوبة في تصنيف الأجسام). يتطلب دمج بيانات الكاميرا مع المستشعرات الأخرى بروتوكولات موحدة ومعالجة ذات زمن انتقال منخفض - وهو تحدٍ مستمر للمصنعين.
3. المعايرة والصيانة
تتطلب وحدات الكاميرا معايرة دقيقة (سواء أثناء الإنتاج أو بعد الإصلاح) لضمان المحاذاة الدقيقة. يمكن أن تؤدي المعايرة السيئة إلى تنبيهات ADAS خاطئة أو اكتشافات فاشلة. بالنسبة للمستهلكين، يمكن أن تكون المعايرة مكلفة إذا تم القيام بها من قبل الوكلاء.
4. أمان البيانات والخصوصية
تجمع الكاميرات داخل المقصورة بيانات حساسة (مثل سلوك السائق)، مما يثير مخاوف تتعلق بالخصوصية. يجب على الشركات المصنعة تنفيذ التشفير وتخزين البيانات بشكل آمن للامتثال للوائح مثل GDPR وCCPA.
اتجاهات المستقبل في تكنولوجيا وحدات كاميرات ADAS
مع تطور ADAS نحو المركبات المستقلة بالكامل (المستوى 5)، من المتوقع أن تتقدم وحدات الكاميرا في عدة مجالات رئيسية:
1. دقة أعلى ووحدات متعددة المستشعرات
يمكننا أن نتوقع أن تصبح كاميرات 12-16 ميجابكسل معيارًا للأنظمة الأمامية، مما يمكّن من اكتشاف الأجسام على مسافات أطول. بالإضافة إلى ذلك، ستقلل وحدات الاستشعار المتعددة (التي تجمع بين الكاميرات والرادار أو الليدار) من الحجم والتكلفة مع تحسين دمج المستشعرات.
2. الذكاء الاصطناعي والحوسبة الطرفية
دمج معجلات الذكاء الاصطناعي (مثل وحدات المعالجة العصبية، NPUs) في وحدات الكاميرا سيمكن من تحليل الصور على الجهاز، مما يقلل من زمن الانتظار والاعتماد على وحدة التحكم المركزية. سيعزز الذكاء الاصطناعي تصنيف الكائنات (مثل التمييز بين المشاة وراكبي الدراجات) وسيتكيف مع السيناريوهات النادرة (مثل عبور الحيوانات).
3. التصوير الحراري والمتعدد الطيف
ستكمل الكاميرات الحرارية (التي تكشف عن توقيعات الحرارة) الكاميرات التي تعمل بالضوء المرئي، مما يحسن الكشف في ظروف الإضاءة المنخفضة أو الضبابية. قد تُستخدم الكاميرات متعددة الأطياف (التي تلتقط الضوء تحت الأحمر والأشعة فوق البنفسجية) أيضًا لمهام مثل مراقبة حالة سطح الطريق (مثل الكشف عن الجليد).
4. التصغير والتكامل
ستصبح وحدات الكاميرا أصغر وأكثر تكاملاً في تصميم المركبات (على سبيل المثال، مخفية في الشبك أو المرايا الجانبية) لتحسين الديناميكا الهوائية والجمالية. ستتيح التصاميم المودولارية أيضًا ترقيات أسهل للمركبات القديمة.
5. أنظمة التنظيف الذاتي والمعايرة الذاتية
قد تشمل الوحدات المستقبلية آليات تنظيف ذاتي (مثل المساحات الصغيرة أو نفاثات الهواء) لإزالة الأوساخ والماء، وبرامج معايرة ذاتية للحفاظ على الدقة دون تدخل يدوي.
الخاتمة: مستقبل أنظمة مساعدة السائق المتقدمة يعتمد على ابتكار وحدات الكاميرا
وحدات الكاميرا هي العمود الفقري لأنظمة المساعدة المتقدمة للسائق (ADAS) الحديثة، مما يمكّن ميزات السلامة التي تنقذ الأرواح وت pave the way for autonomous driving. مع تقدم التكنولوجيا، ستزداد دورها فقط - مدفوعةً بدقة أعلى، ودمج الذكاء الاصطناعي، وتحسين المتانة. بالنسبة لمصنعي السيارات والموردين، فإن الاستثمار في ابتكار وحدات الكاميرا ليس مجرد ضرورة تجارية - بل هو التزام بنقل أكثر أمانًا وموثوقية.
سواء كنت مهندسًا مصممًا لنظام ADAS من الجيل التالي أو مستهلكًا فضوليًا حول كيفية "رؤية" سيارتك للطريق، فإن فهم وحدات الكاميرا هو المفتاح للتنقل في مستقبل تكنولوجيا السيارات.
اتصل
اترك معلوماتك وسنتصل بك.
WhatsApp
WeChat