Автономная технология HDR-камеры для транспортных средств: преодоление экстремальных условий освещения в сценариях движения вперед и в туннелях

Быстрая эволюция автономного вождения требует современных систем визуализации, способных справляться с экстремальными условиями освещения. Высокий динамический диапазон (HDR) камератехнология стала критически важным фактором для безопасной навигации, особенно в таких ситуациях, как блики от солнечного света и резкие переходы между туннелями и дневным светом. Эта статья исследует, как инновации HDR трансформируют системы восприятия автомобилей, решая технические проблемы и формируя будущее автономных транспортных средств.

Традиционные камеры испытывают трудности с балансировкой яркости и темноты в сценариях, превышающих 100 дБ динамического диапазона (DR). Для автономных систем это ограничение ставит под угрозу критические сбои:

• Переходы туннеля: Внезапные переходы от темноты к яркому свету могут ослепить камеры на миллисекунды, вызывая задержки в обнаружении объектов.

• Мерцание светодиодов: Светофоры и фары автомобилей с ШИМ-уменьшением создают стробоскопические эффекты, вводя в заблуждение алгоритмы ИИ.

• Ночная видимость: Условия низкой освещенности требуют повышенной чувствительности для обнаружения пешеходов или препятствий без переэкспонирования ярких участков.

Автономные HDR-камеры должны достигать >140 дБ динамического диапазона, чтобы захватывать детали при экстремальных контрастах, сохраняя при этом производительность в реальном времени.

1. Разделенный пиксель и двойное преобразование усиления (DCG)

Архитектура Subpixel-HDR от Sony делит пиксели на большие (низкая чувствительность) и маленькие (высокая чувствительность) субпиксели, захватывая 4 уровня экспозиции одновременно. Этот подход устраняет размытие движения при многокадровой стыковке, но сталкивается с проблемами, такими как перекрестные помехи и потеря света на 25%.

Улучшения:

• LOFIC (Конденсатор интеграции бокового перетока): Интегрируя конденсаторы для хранения избыточных зарядов, датчики LOFIC достигают 15EV DR при одиночных экспозициях. В сочетании с DCG они обеспечивают адаптивное переключение усиления, уменьшая артефакты движения.

• Исследование: Система XNGP компании Xiaopeng использует камеры с поддержкой LOFIC для увеличения расстояния распознавания туннелей на 30 метров.

2.Региональные многократные датчики экспозиции

Промышленные датчики Canon делят кадры на 736 областей с независимыми экспозициями, захватывая видео с частотой 60 кадров в секунду, балансируя тени и светлые участки. Изначально предназначенный для безопасности, этот "HDR на уровне пикселей" может улучшить обнаружение краев в автомобилях.

3. Обработка сигналов изображений на основе ИИ (ISP)

Алгоритмы глубокого обучения теперь уточняют HDR-выходы следующим образом:

• Компенсация движения: Выравнивание кадров из многократных экспозиций.

• Подавление мерцания LED (LFM): Синхронизация считывания датчика с циклами ШИМ LED.

• Уменьшение шума: Приоритизация критических областей (например, дорожная разметка) при подавлении нерелевантного шума.

Пример: Датчики ON Semiconductor с поддержкой LFM уменьшают артефакты мерцания на 90% в сценариях входа в туннель.

Технология HDR не является просто постепенным улучшением, а является основополагающим столпом для безопасности автономного вождения. Инновации, такие как LOFIC и улучшенный ИИ ISP, раздвигают границы того, что камеры могут достичь в экстремальном освещении. Поскольку отрасль движется к автономии уровня 4/5, системы HDR останутся центральными для преодоления "невидимых препятствий", создаваемых солнечным светом, туннелями и городским блеском.