ماژول‌های دوربین در سیستم‌های ADAS خودرویی: یک مرور فنی

ساخته شده در 09.11

سیستم‌های کمک‌راننده پیشرفته (ADAS) ایمنی و راحتی خودرو را متحول کرده‌اند و در قلب این سیستم‌ها یک جزء حیاتی وجود دارد: ماژول دوربین. با افزایش خودران بودن خودروها، تقاضا برای ماژول‌های دوربین با عملکرد بالا و قابل اعتماد افزایش یافته است. این مقاله یک مرور فنی جامع از ماژول‌های دوربین در ADAS خودرویی ارائه می‌دهد و اجزای اصلی، انواع، مشخصات کلیدی، چالش‌ها و روندهای آینده را پوشش می‌دهد—دانش ضروری برای مهندسان، حرفه‌ای‌های صنعت و هر کسی که به فناوری خودرو علاقه‌مند است.

نقش ماژول‌های دوربیندر ADAS: چرا آنها مهم هستند

ADAS به مجموعه‌ای از حسگرها متکی است تا محیط اطراف وسیله نقلیه را درک کند، تصمیم‌گیری کند و به راننده کمک کند. در میان این حسگرها—شامل رادار، لیزر و اولتراسونیک—ماژول‌های دوربین به خاطر توانایی‌شان در ضبط داده‌های بصری با وضوح بالا، برای عملکردهایی که نیاز به تحلیل دقیق تصویر دارند، برجسته هستند. بر خلاف رادار (که در تشخیص فاصله و سرعت برتری دارد) یا لیزر (که نقشه‌برداری فضایی ۳ بعدی را فراهم می‌کند)، دوربین‌ها شبیه به بینایی انسان عمل می‌کنند و آنها را برای وظایفی مانند شناسایی خط، تشخیص علائم ترافیکی و شناسایی عابران پیاده ضروری می‌سازد.

بر اساس تحقیقات Grand View، پیش‌بینی می‌شود که بازار دوربین‌های خودرویی جهانی تا سال 2028 به 25.6 میلیارد دلار برسد که عمدتاً به دلیل پذیرش ADAS است. این رشد نقش ماژول دوربین را به عنوان یک فناوری بنیادی برای ویژگی‌های پایه ADAS (مانند دوربین‌های دید عقب) و عملکردهای پیشرفته (مانند ترمز اضطراری خودکار، کنترل کروز تطبیقی با مرکزیت در لاین) تأکید می‌کند. بدون ماژول‌های دوربین با کیفیت بالا، بسیاری از قابلیت‌های نجات‌دهنده زندگی ADAS ممکن نخواهد بود.

اجزای اصلی ماژول دوربین ADAS خودرو

یک ماژول دوربین خودرویی بیشتر از یک "دوربین" است - این یک سیستم یکپارچه از اجزای تخصصی است که برای مقاومت در برابر شرایط سخت خودرویی طراحی شده و عملکرد ثابتی را ارائه می‌دهد. در زیر اجزای کلیدی آن آمده است:

1. حسگر تصویر (CMOS در مقابل CCD)

حسگر تصویر "چشم" ماژول است که نور را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. در کاربردهای خودرویی، حسگرهای CMOS (نیمه‌هادی اکسید فلزی مکمل) غالب هستند و به دلایل مختلف جایگزین حسگرهای قدیمی CCD (دستگاه متصل به بار) شده‌اند:

• مصرف انرژی کم: حیاتی برای سیستم‌های خودرویی با ظرفیت الکتریکی محدود.

• سرعت بالا: اشیاء با حرکت سریع (مانند وسایل نقلیه دیگر) را با حداقل تاری حرکت ثبت می‌کند.

• ادغام: حسگرهای CMOS می‌توانند عملکردهای اضافی (مانند پردازش HDR) را به‌طور مستقیم روی تراشه ادغام کنند و اندازه و پیچیدگی ماژول را کاهش دهند.

• صرفه‌جویی در هزینه: مقیاس‌پذیر برای تولید انبوه، یک نیاز کلیدی برای صنعت خودروسازی.

حسگرهای CMOS مدرن برای ADAS همچنین دارای شاتر جهانی (در مقابل شاتر متحرک) هستند تا از اعوجاج هنگام ضبط اشیاء متحرک جلوگیری کنند - که برای عملکردهایی مانند هشدار خروج از خط (LDW) ضروری است، جایی که تصاویر اعوجاج یافته می‌توانند هشدارهای کاذب را فعال کنند.

2. مجموعه لنز

لنز نور را بر روی حسگر تصویر متمرکز می‌کند و طراحی آن به طور مستقیم بر کیفیت تصویر تأثیر می‌گذارد. لنزهای ADAS خودرویی برای:

• دامنه دینامیکی وسیع (WDR): برای مدیریت شرایط نوری شدید (مانند نور خورشید درخشان، تونل‌های تاریک) بدون اینکه جزئیات کلیدی بیش از حد روشن یا کم نور شوند.

• پوشش‌های ضد تابش و ضد انعکاس: برای کاهش تابش نور از چراغ‌های جلو یا سطوح مرطوب.

• مقاومت دما: برای تحمل دامنه دمای -40°C تا 85°C که در محیط‌های خودرویی معمول است.

• طول کانونی ثابت: بیشتر دوربین‌های ADAS از لنزهای ثابت (در مقابل زوم) برای ثبات استفاده می‌کنند، زیرا مکانیزم‌های زوم پیچیدگی و ریسک‌های قابل اعتماد را اضافه می‌کنند.

انواع لنزهای رایج شامل لنزهای واید-انگل (برای سیستم‌های نمای ۳۶۰ درجه) و لنزهای تله‌فوتو (برای تشخیص در فاصله‌های طولانی در کنترل کروز تطبیقی) هستند.

3. پردازشگر سیگنال تصویر (ISP)

ISP "مغز" ماژول دوربین است که داده‌های خام را از حسگر تصویر پردازش کرده و تصاویر قابل استفاده تولید می‌کند. عملکردهای کلیدی آن شامل:

• کاهش نویز: دانه‌دانه بودن را در شرایط نور کم از بین می‌برد.

• تصحیح رنگ: اطمینان از نمایش دقیق رنگ برای کارهایی مانند شناسایی چراغ راهنمایی.

• تصحیح اعوجاج: اعوجاج لنز را اصلاح می‌کند (به عنوان مثال، اعوجاج بشکه‌ای در لنزهای واید).

• ادغام HDR: ترکیب چندین نوردهی برای ضبط جزئیات در مناطق روشن و تاریک—ضروری برای عملکرد ADAS در نورپردازی متغیر.

ISPهای خودرویی همچنین برای تأخیر کم بهینه‌سازی شده‌اند، زیرا عملکردهای ADAS (به عنوان مثال، ترمز اضطراری خودکار) به داده‌های زمان واقعی برای اقدام سریع نیاز دارند.

4. مسکن و اتصالات

محفظه ماژول از اجزای داخلی در برابر گرد و غبار، رطوبت، لرزش و دماهای شدید محافظت می‌کند—که برای قابلیت اطمینان خودرو حیاتی است (قطعات خودرو معمولاً به عمر مفید بیش از ۱۰ سال نیاز دارند). کانکتورها (مانند LVDS، اترنت) داده‌های پردازش شده را با سرعت بالا به ECU (واحد کنترل الکترونیکی) ADAS خودرو منتقل می‌کنند، که اترنت به دلیل پهنای باند خود (تا ۱۰ گیگابیت در ثانیه) به طور فزاینده‌ای برای پشتیبانی از دوربین‌های با وضوح بالا ترجیح داده می‌شود.

انواع ماژول‌های دوربین ADAS و کاربردهای آن‌ها

ماژول‌های دوربین در ADAS بر اساس موقعیت آن‌ها در وسیله نقلیه و مورد استفاده مورد نظر طبقه‌بندی می‌شوند. در زیر رایج‌ترین انواع آن‌ها آمده است:

1. دوربین‌های جلویی (FFC)

نصب شده در پشت شیشه جلو (نزدیک آینه عقب)، دوربین‌های رو به جلو، متنوع‌ترین دوربین‌های ADAS هستند. آن‌ها معمولاً از لنزهای واید یا تله‌فوتو استفاده می‌کنند و عملکردهای اصلی مانند:

• هشدار خروج از خط (LDW) / کمک به نگهداری در خط (LKA): تشخیص خطوط جاده برای هشدار به راننده در صورت انحراف وسیله نقلیه یا به آرامی هدایت آن به داخل خط.

• ترمز اضطراری خودکار (AEB): شناسایی عابران پیاده، دوچرخه‌سواران و سایر وسایل نقلیه برای فعال‌سازی ترمز در صورت نزدیک شدن به تصادف.

• شناسایی علائم ترافیکی (TSR): شناسایی محدودیت‌های سرعت، علائم توقف و مناطق ممنوعه عبور و نمایش آن‌ها به راننده.

• کنترل کروز تطبیقی (ACC) با مرکزیت لاین: حفظ فاصله ایمن از وسیله نقلیه جلو و نگه داشتن خودرو در مرکز لاین خود.

سیستم‌های FFC با کیفیت بالا از دوربین‌های استریو (دو لنز کنار هم) برای محاسبه عمق استفاده می‌کنند که دقت شناسایی اشیاء را در مقایسه با دوربین‌های تک لنز (منوکل) افزایش می‌دهد.

2. دوربین‌های نمای فراگیر (SVC)

همچنین به عنوان دوربین‌های ۳۶۰ درجه شناخته می‌شوند، سیستم‌های نمای فراگیر از ۴ تا ۶ دوربین (جلو، عقب و آینه‌های جانبی) برای ایجاد نمایی از بالا از محیط اطراف وسیله نقلیه استفاده می‌کنند. کاربردها شامل:

• کمک پارکینگ: به راننده کمک می‌کند تا در فضاهای تنگ حرکت کند با نمایش موانع (مانند: جدول‌ها، خودروهای دیگر) در صفحه نمایش اطلاعات سرگرمی.

• تشخیص نقاط کور (BSD): راننده را در هنگام تغییر لاین از وجود خودروها در نقاط کور آگاه می‌کند.

• هشدار ترافیک متقابل (CTA): در هنگام عقب‌نشینی از یک پارکینگ یا محل پارک، از ترافیک در حال آمدن هشدار می‌دهد.

دوربین‌های نمای فراگیر نیاز به کالیبراسیون دقیق دارند تا از دوخت بی‌نقص تصاویر از زوایای مختلف اطمینان حاصل شود.

3. دوربین‌های رو به عقب (RFC)

در بسیاری از مناطق (به عنوان مثال، ایالات متحده از سال 2018) برای خودروهای جدید الزامی است، دوربین‌های عقب‌نگر در هنگام عقب‌روی کمک می‌کنند. فراتر از نمای پایه عقب، آنها از:

• هشدار ترافیک متقاطع عقب (RCTA): مشابه CTA اما متمرکز بر ترافیک از عقب.

• ترمز اضطراری خودکار عقب (RAEB): در صورت شناسایی تصادف در حین عقب‌گرد به‌طور خودکار ترمز می‌کند.

4. دوربین‌های داخل کابین

نصب شده بر روی داشبورد یا ستون فرمان، دوربین‌های داخل کابین راننده و مسافران را زیر نظر دارند. کاربردهای کلیدی شامل:

• سیستم‌های نظارت بر راننده (DMS): حرکت چشم، موقعیت سر و حالت‌های چهره را برای تشخیص خواب‌آلودگی، حواس‌پرتی یا مستی ردیابی می‌کند—راننده را هشدار می‌دهد یا حتی در صورت لزوم سرعت وسیله نقلیه را کاهش می‌دهد.

• شناسایی سرنشین: اطمینان حاصل کنید که مسافران کمربند ایمنی بسته‌اند یا صندلی‌های کودک را شناسایی کنید تا استقرار کیسه هوا را تنظیم کنید.

• کنترل حرکتی: فعال‌سازی عملیات بدون دست بر روی سیستم‌های سرگرمی (به عنوان مثال، کشیدن برای تغییر موسیقی).

مشخصات فنی کلیدی برای ماژول‌های دوربین ADAS

تمام ماژول‌های دوربین به یک اندازه ساخته نشده‌اند—عملکرد به مشخصات حیاتی متناسب با الزامات ADAS بستگی دارد. در زیر مهم‌ترین معیارها آمده است:

1. وضوح

رزولوشن (اندازه‌گیری شده به‌صورت مگاپیکسل، MP) سطح جزئیات ثبت‌شده را تعیین می‌کند. برای ADAS:

• 1–2 مگاپیکسل: مناسب برای عملکردهای پایه (به عنوان مثال، دوربین‌های دید عقب).

• ۴–۸ مگاپیکسل: ایده‌آل برای دوربین‌های جلو (از LKA، AEB و TSR پشتیبانی می‌کند).

• 8+ مگاپیکسل: ظهور برای ADAS پیشرفته و رانندگی خودران (سطح 3+)، امکان شناسایی اشیاء کوچک (مانند زباله) در فواصل طولانی.

رزولوشن بالاتر به پهنای باند بیشتری نیاز دارد (از این رو تغییر به اترنت) و ISPهای قدرتمندتری برای پردازش داده‌ها در زمان واقعی.

2. نرخ فریم (FPS)

نرخ فریم (فریم در ثانیه) اندازه‌گیری می‌کند که دوربین در هر ثانیه چند تصویر ثبت می‌کند. ADAS به 30–60 FPS نیاز دارد تا اشیاء با سرعت بالا (مانند وسایل نقلیه در بزرگراه) را بدون تاری دنبال کند. نرخ FPS پایین می‌تواند منجر به پاسخ‌های تأخیری یا نادرست ADAS شود.

3. دامنه دینامیکی (HDR)

دامنه دینامیکی به توانایی دوربین در ضبط جزئیات در مناطق روشن و تاریک اشاره دارد. دوربین‌های ADAS به بیش از 120 دسی‌بل HDR نیاز دارند تا شرایط چالش‌برانگیزی مانند طلوع/غروب خورشید، ورودی‌های تونل یا تابش خیره‌کننده از چراغ‌های جلو را مدیریت کنند. بدون HDR بالا، اشیاء حیاتی (مانند یک عابر پیاده در سایه) ممکن است نادیده گرفته شوند.

4. میدان دید (FOV)

زاویه دید (اندازه‌گیری شده به درجه) منطقه‌ای را که دوربین می‌تواند ضبط کند تعیین می‌کند:

• زاویه دید باریک (20–40°): لنزهای تله‌فوتو برای شناسایی در فاصله‌های دور (به عنوان مثال، ACC).

• زاویه دید وسیع (60–120°): برای سیستم‌های نگهداری در خط و دید محیطی.

• زاویه دید فوق عریض (بیش از 120°): برای کمک به پارکینگ 360°.

5. تأخیر

تاخیر زمان بین ثبت تصویر و انتقال داده به ECU است. ADAS به <50 میلی‌ثانیه تاخیر برای عملکردهای حساس به زمان مانند AEB نیاز دارد—هر گونه تأخیر می‌تواند تفاوت بین تصادف و اجتناب باشد.

6. دوام محیطی

ماژول‌های دوربین خودرویی باید استانداردهای سخت‌گیرانه صنعتی (به عنوان مثال، IEC 60068 برای آزمایش‌های محیطی) را برای مقاومت در برابر: برآورده کنند:

• حدود دما (-40°C تا 85°C).

• لرزش (از جاده‌های ناهموار).

• رطوبت و گرد و غبار (رتبه IP6K9K رایج است).

• قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی (به عنوان مثال، نمک جاده، مایعات تمیزکننده).

چالش‌های پیش روی ماژول‌های دوربین ADAS

با وجود اهمیت آنها، ماژول‌های دوربین ADAS با چندین چالش فنی و عملی مواجه هستند:

1. شرایط محیطی سخت

باران، برف، مه، کثیفی و تابش می‌توانند لنز دوربین را پوشش دهند و کیفیت تصویر را کاهش دهند. در حالی که پوشش‌های ضد مه و گرم‌کننده‌های لنز کمک می‌کنند، شرایط جوی شدید هنوز خطراتی برای عملکرد ADAS به همراه دارد.

2. ادغام ادغام حسگر

ADAS به ادغام داده‌ها از دوربین‌ها، رادار و لیدار متکی است تا نقاط ضعف هر حسگر را جبران کند (به عنوان مثال، دوربین‌ها در مه مشکل دارند؛ رادار در طبقه‌بندی اشیاء مشکل دارد). ادغام داده‌های دوربین با سایر حسگرها نیاز به پروتکل‌های استاندارد و پردازش با تأخیر کم دارد—چالشی مداوم برای تولیدکنندگان.

3. کالیبراسیون و نگهداری

ماژول‌های دوربین نیاز به کالیبراسیون دقیق دارند (هم در حین تولید و هم پس از تعمیر) تا از تراز دقیق اطمینان حاصل شود. کالیبراسیون ضعیف می‌تواند منجر به هشدارهای نادرست ADAS یا عدم شناسایی شود. برای مصرف‌کنندگان، کالیبراسیون می‌تواند هزینه‌بر باشد اگر توسط نمایندگی‌ها انجام شود.

4. امنیت داده و حریم خصوصی

دوربین‌های داخل کابین داده‌های حساس (مانند رفتار راننده) را جمع‌آوری می‌کنند که نگرانی‌های حریم خصوصی را به همراه دارد. تولیدکنندگان باید رمزنگاری و ذخیره‌سازی امن داده‌ها را برای رعایت مقرراتی مانند GDPR و CCPA پیاده‌سازی کنند.

روندهای آینده در فناوری ماژول دوربین ADAS

با پیشرفت ADAS به سمت وسایل نقلیه کاملاً خودران (سطح 5)، ماژول‌های دوربین آماده‌اند تا در چندین زمینه کلیدی پیشرفت کنند:

1. وضوح بالاتر و ماژول‌های چند حسگری

ما می‌توانیم انتظار داشته باشیم که دوربین‌های ۱۲–۱۶ مگاپیکسل به استانداردی برای سیستم‌های رو به جلو تبدیل شوند و امکان شناسایی اشیاء در فواصل طولانی‌تر را فراهم کنند. علاوه بر این، ماژول‌های چند حسگری (ترکیب دوربین‌ها با رادار یا لایدار) اندازه و هزینه را کاهش داده و در عین حال ادغام حسگرها را بهبود می‌بخشند.

2. هوش مصنوعی و محاسبات لبه

ادغام شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی (به عنوان مثال، واحدهای پردازش عصبی، NPUها) در ماژول‌های دوربین امکان تحلیل تصویر در دستگاه را فراهم می‌کند و تأخیر و وابستگی به ECU مرکزی را کاهش می‌دهد. هوش مصنوعی طبقه‌بندی اشیاء را بهبود می‌بخشد (به عنوان مثال، تمایز بین یک عابر پیاده و یک دوچرخه‌سوار) و به سناریوهای نادر سازگار می‌شود (به عنوان مثال، عبور حیوانات).

3. تصویربرداری حرارتی و چندطیفی

دوربین‌های حرارتی (که امضای حرارتی را تشخیص می‌دهند) دوربین‌های نور مرئی را تکمیل خواهند کرد و تشخیص را در شرایط کم‌نور یا مه‌آلود بهبود می‌بخشند. دوربین‌های چندطیفی (که نور مادون قرمز و فرابنفش را ضبط می‌کنند) نیز ممکن است برای کارهایی مانند نظارت بر وضعیت سطح جاده (به عنوان مثال، تشخیص یخ) استفاده شوند.

4. مینیاتوریزه کردن و یکپارچگی

ماژول‌های دوربین کوچکتر و بیشتر در طراحی خودرو ادغام خواهند شد (به عنوان مثال، پنهان در جلوپنجره یا آینه‌های جانبی) تا آیرودینامیک و زیبایی‌شناسی را بهبود بخشند. طراحی‌های مدولار همچنین به‌روزرسانی‌های آسان‌تری را برای خودروهای قدیمی امکان‌پذیر خواهند کرد.

5. سیستم‌های خودتمیزکن و خودکالیبره‌کننده

ماژول‌های آینده ممکن است شامل مکانیزم‌های خودتمیزکننده (به عنوان مثال، برفک‌های کوچک یا جت‌های هوا) برای حذف کثیفی و آب و نرم‌افزارهای خودکالیبره برای حفظ دقت بدون دخالت دستی باشند.

نتیجه‌گیری: آینده ADAS به نوآوری در ماژول دوربین بستگی دارد

ماژول‌های دوربین ستون فقرات ADAS مدرن هستند و ویژگی‌های ایمنی را فراهم می‌کنند که جان‌ها را نجات می‌دهند و راه را برای رانندگی خودکار هموار می‌کنند. با پیشرفت فناوری، نقش آن‌ها تنها افزایش خواهد یافت - تحت تأثیر وضوح بالاتر، ادغام هوش مصنوعی و بهبود دوام. برای تولیدکنندگان و تأمین‌کنندگان خودرو، سرمایه‌گذاری در نوآوری ماژول دوربین تنها یک ضرورت تجاری نیست - بلکه تعهدی به حمل و نقل ایمن‌تر و قابل اعتمادتر است.

چه شما یک مهندس باشید که در حال طراحی نسل بعدی ADAS هستید یا یک مصرف‌کننده که کنجکاو است چگونه خودروی شما جاده را "می‌بیند"، درک ماژول‌های دوربین کلید هدایت به آینده فناوری خودرو است.

ماژول‌های دوربین ADAS، ایمنی خودرو، سیستم‌های پیشرفته کمک به راننده

تماس

اطلاعات خود را وارد کنید و ما با شما تماس خواهیم گرفت.

درباره ما

محصولات

درباره ما

پشتیبانی

+8618520876676

+8613603070842

اخبار

leo@aiusbcam.com

vicky@aiusbcam.com

WeChat