Русский
Использование глобального затвора в системах предотвращения столкновений: переопределение видения ADAS для более безопасных дорог
Создано 2025.12.08
Каждый год в результате дорожно-транспортных происшествий по всему миру теряется более 1,35 миллиона жизней, при этом 95% этих инцидентов связано с человеческой ошибкой или недостаточной реакцией сенсоров. Для систем помощи водителю (ADAS) и автономных транспортных средств (AV) способность «видеть» ясно и реагировать мгновенно является не просто техническим требованием — это необходимость для спасения жизней. Хотя радары и LiDAR стали основными средствами предотвращения столкновений, датчики изображения остаются основой восприятия окружающей среды, переводя реальные сценарии в действенные данные для систем транспортных средств. Именно здесьтехнология глобального затворавыступает в качестве революционного решения, устраняя критические ограничения традиционных сенсоров с механическим затвором и открывая новые возможности для систем предотвращения столкновений следующего поколения.
Скрытый недостаток в предотвращении столкновений: почему роликовая затворка не справляется
Чтобы понять влияние глобальной затворной технологии, сначала необходимо столкнуться с ахиллесовой пятой большинства автомобильных сенсоров изображения: технологией скользящего затвора (RS). Используемая в большинстве потребительских камер и начальных системах ADAS, скользящий затвор захватывает изображения построчно, сканируя от верхней части до нижней части сенсора. Эта последовательная экспозиция хорошо работает для неподвижных сцен, но катастрофически терпит неудачу в динамичной среде дорожного движения, где доли секунды и точное определение движения определяют безопасность.
Наиболее известной проблемой является «эффект желе», когда быстро движущиеся объекты (например, пешеходы, стремящиеся перейти дорогу, мотоциклы или другие транспортные средства во время обгонов на высокой скорости) выглядят искаженными или смещенными. В сценарии предотвращения столкновений это искажение может привести к тому, что алгоритмы ADAS ошибочно оценят размер, скорость или траекторию объекта. Например, ребенок, выбегающий на улицу, может быть ошибочно классифицирован как более мелкое, медленно движущееся препятствие, что задержит активацию автоматического экстренного торможения (AEB) даже на 100 миллисекунд — достаточно, чтобы превратить почти столкновение в смертельную аварию.
Роликовая затворка также испытывает трудности с размытием движения в условиях низкой освещенности или при захвате высокоскоростных последовательностей. Когда транспортное средство движется со скоростью 100 км/ч, сенсор с роликовой затворкой и временем экспозиции 30 мс может зафиксировать до 0,8 метра движения, размывая критически важные детали, такие как номера автомобилей, особенности пешеходов или разметку полос. Эта неопределенность заставляет системы ADAS полагаться на консервативные пороги, что либо приводит к ложным срабатываниям, либо не позволяет обнаружить реальные угрозы.
Усложняет эти проблемы отсутствие синхронизации с другими датчиками. ADAS полагается на слияние данных с камер, радаров и LiDAR для создания 360° обзора окружающей среды. Линейная съемка с эффектом роллинга создает микозадержки между различными частями изображения, что затрудняет согласование данных с камеры с реальными измерениями расстояния радара. Это несоответствие снижает общую точность оценки риска столкновения, особенно в сложных сценариях, таких как перекрестки или плотное движение.
Глобальный затвор: Технический прорыв, трансформирующий избегание столкновений
Технология глобального затвора (GS) решает эти проблемы, одновременно открывая все пиксели сенсора — по сути, делая «снимок» всей сцены за мгновение. Эта фундаментальная разница в работе обеспечивает четыре ключевых преимущества, которые критически важны для предотвращения столкновений:
1. Без искажений захват быстро движущихся объектов
Устраняя последовательное экспонирование, глобальный затвор устраняет эффект желе и размытие движения, даже для объектов, движущихся на высоких скоростях. Например, OX05C от Omnivision — первый в автомобильной промышленности 5-мегапиксельный глобальный затвор HDR сенсор — захватывает четкие изображения пешеходов, велосипедистов и других транспортных средств на скорости до 150 км/ч, без искажений или размазывания. Эта точность позволяет алгоритмам ADAS точно рассчитывать скорость и траекторию объектов, позволяя системам AEB применять точное количество тормозного усилия, необходимое для предотвращения столкновения.
2. Высокая частота кадров и низкая задержка
Избежание столкновений требует почти мгновенного принятия решений: среднее время реакции человека составляет 1,5 секунды, но системы ADAS должны обнаруживать, анализировать и реагировать менее чем за 200 миллисекунд. Датчики с глобальной затворной системой превосходят здесь, с ведущими моделями, такими как SC935HGS от SmartSens, поддерживающими частоту кадров до 65 кадров в секунду при полном разрешении. Эта высокая частота обновления гарантирует, что "зрение" автомобиля остается в унисон с движением в реальном мире, даже во время резких смен полосы или внезапных препятствий.
3. Надежность в любых погодных условиях
Безопасность на дороге не заканчивается с наступлением сумерек или в плохую погоду — и системы предотвращения столкновений тоже не должны. Глобальные затворные датчики все чаще интегрируют передовые функции, такие как HDR (широкий динамический диапазон) и чувствительность NIR (ближний инфракрасный), чтобы работать в экстремальных условиях освещения. Например, OX05C использует технологию NIR от Omnivision Nyx El®, чтобы достичь ведущей в отрасли квантовой эффективности (QE) на 940 нм, обеспечивая четкие изображения в условиях почти полной темноты. Серия SC от SmartSens идет дальше с технологией Lightbox IR®, оптимизируя производительность для глобальных ITS (интеллектуальные транспортные системы) и обеспечивая стабильное изображение в дождь, туман или при прямом солнечном свете.
Эти функции критически важны для таких сценариев, как переходы через туннели — где уровни освещения резко меняются — или вождение в ночное время, когда пешеходы и велосипедисты в 3 раза чаще становятся участниками смертельных столкновений. Способность глобального затвора поддерживать четкость изображения в этих условиях снижает количество ложных отрицательных (упущенные угрозы) и ложных положительных (ненужное торможение) результатов, что улучшает как безопасность, так и уверенность водителя.
4. Бесшовная слияние сенсоров
Современные системы предотвращения столкновений не полагаются только на камеры — они объединяют данные с камер с радаром, LiDAR и ИИ для создания комплексной модели окружающей среды. Синхронизированная экспозиция глобального затвора идеально совпадает с измерениями времени пролета радара и 3D-точечными облаками LiDAR, устраняя временные несоответствия, которые беспокоят системы с катящимся затвором. В сочетании с технологией GMSL2 (Gigabit Multimedia Serial Link 2) — которая обеспечивает низкую задержку и передачу данных на большие расстояния — камеры с глобальным затвором обеспечивают последовательные, синхронизированные потоки данных, которые повышают точность алгоритмов слияния датчиков.
Реальные приложения: Как глобальный затвор повышает предотвращение столкновений
Технические преимущества глобального затвора приводят к ощутимым улучшениям в ключевых сценариях предотвращения столкновений. Давайте рассмотрим, как он трансформирует критически важные функции ADAS:
Система предотвращения столкновений (FCA)
Передняя часть автомобиля составляет более 60% столкновений, что делает FCA самой критически важной функцией ADAS. Бездеформационная съемка глобального затвора здесь является революционной: когда автомобиль внезапно тормозит впереди или пешеход выходит на дорогу, датчик захватывает точный снимок угрозы, даже на高速ных скоростях. Данные S&P Global показывают, что автомобили, оснащенные системами FCA с глобальным затвором, имеют на 28% более низкий уровень столкновений спереди по сравнению с теми, которые используют скользящий затвор.
Например, автомобиль, движущийся со скоростью 110 км/ч, нуждается примерно в 50 метрах, чтобы полностью остановиться. Датчик с роликовым затвором может исказить форму внезапно тормозящего транспортного средства, что приводит к ошибочному расчету его расстояния AI. Глобальный затвор устраняет эту ошибку, обеспечивая срабатывание системы FCA с точным временем, необходимым для предотвращения столкновения.
Предотвращение боковых и задних столкновений
Системы обнаружения слепых зон (BSD) и предупреждения о перекрестном движении (CTA) полагаются на боковые камеры для мониторинга областей вне поля зрения водителя. Эти системы сталкиваются с уникальными проблемами: быстро приближающиеся автомобили в соседних полосах, велосипедисты, проезжающие справа, или пешеходы, переходящие за автомобилем во время заднего хода. Высокая частота кадров и захват без движения глобального затвора обеспечивают раннее обнаружение этих угроз — даже когда автомобиль движется или маневрирует.
В одном тесте, проведенном Automotive Testing Technology International, система BSD с глобальной затворной технологией обнаружила мотоцикл, приближающийся со скоростью 80 км/ч с расстояния 50 метров, предоставив водителю 2,3 секунды на реакцию. Система с роликовым затвором в том же тесте не заметила мотоцикл, пока он не оказался на расстоянии 30 метров, оставив всего 1,4 секунды для уклонения.
Система мониторинга водителя (DMS) Synergy
Избежание столкновений — это не только обнаружение внешних угроз, но и обеспечение того, чтобы водитель мог на них реагировать. Человеческая ошибка составляет 95% аварий, при этом усталость и отвлечение являются основными факторами. Глобальный затвор уже стал стандартом в DMS, где он захватывает точные движения лица и отслеживание глаз без искажений, даже когда водитель поворачивает голову или меняет свою позу.
Истинные инновации заключаются в интеграции DMS с внешними системами предотвращения столкновений. Если DMS обнаруживает, что водитель сонный (по продолжительности закрытия глаз) или отвлечен (по использованию телефона), автомобиль может автоматически настроить чувствительность системы предотвращения столкновений — сократив дистанцию следования, понизив порог активации AEB и предоставляя более ранние предупреждения. Эта синергия, обеспеченная надежным захватом данных глобального затвора, создает «сеть безопасности», которая учитывает как человеческие, так и технические ограничения.
Экстремальная производительность в условиях окружающей среды
Транспортные средства работают в температурном диапазоне от -40°C до 85°C, и датчики изображения должны функционировать стабильно в этом спектре. Датчики с глобальным затвором, такие как SC935HGS от SmartSens, оптимизированы для экстремальных условий: при 80°C их затемнение (потемнение изображения по краям) снижено на 83% по сравнению с предыдущими поколениями, что устраняет искажения изображения в жаркую погоду. В холодных условиях их конструкция с низким уровнем шума обеспечивает четкое изображение даже при активных обогревателях на батарейках.
Эта надежность критически важна для регионов с экстремальными климатическими условиями — от палящих пустынь Аризоны до морозных дорог Скандинавии. Способность глобального затвора поддерживать производительность в этих условиях гарантирует, что системы предотвращения столкновений работают в моменты, когда они необходимы больше всего.
Рыночная привлекательность и будущие тенденции
Принятие глобального затвора в системах предотвращения столкновений ускоряется под воздействием норм безопасности, технологических достижений и снижения затрат. Вот что говорят данные:
• Регуляторные требования: Европа теперь требует DMS во всех новых автомобилях (2024) и существующих моделях (2026), в то время как NTSB США рекомендовал DMS для всех полуавтономных автомобилей. Эти регуляции заставляют автопроизводителей принимать глобальный затвор, так как это единственная технология, способная удовлетворить строгим требованиям по производительности для мониторинга водителя и предотвращения столкновений.
• Рост рынка: Ожидается, что мировой рынок автомобильных сенсоров с глобальным затвором вырастет с CAGR 25,8% до 2032 года, достигнув 780,8 миллиарда долларов. Ключевыми факторами роста являются расширение уровня 2+ и уровня 3 автономных транспортных средств, которые требуют более совершенных систем визуализации.
• Снижение столкновений: S&P Global сообщает, что автомобили с ADAS уровня 1 и 2, оснащенные глобальным затвором, имеют уровень смертельных столкновений 0,007% — менее половины от уровня автомобилей без ADAS (0,011%). С увеличением распространения ожидается, что этот разрыв будет увеличиваться: к 2035 году ADAS с глобальным затвором могут снизить количество смертельных столкновений в США на 27%, что позволит спасти более 12 500 жизней ежегодно.
Смотря в будущее, три тенденции будут формировать будущее глобального затвора в предотвращении столкновений:
1. Более высокая разрешающая способность и HDR: Датчики, такие как OX05C (5 МП) от Omnivision и SC935HGS (9 МП) от SmartSens, раздвигают пределы разрешения, позволяя обнаруживать более мелкие угрозы (например, животных, мусор) с больших расстояний. В сочетании с современным HDR эти датчики будут справляться с еще более экстремальными контрастами освещения — такими как заснеженные дороги или фары автомобилей ночью.
2. Интеграция ИИ: Последовательные, высококачественные данные глобального затвора идеально подходят для моделей ИИ, обученных на крайних случаях (например, дети, гоняющиеся за мячами на дорогу, велосипедисты с большими грузами). Поскольку алгоритмы ИИ становятся все более сложными, глобальный затвор сыграет критическую роль в предоставлении им точных данных, необходимых для принятия мгновенных решений.
3. Паритет стоимости с роликовым затвором: Исторически высокая стоимость глобального затвора ограничивала его использование роскошными автомобилями. Но достижения в дизайне чипов (например, 3D-стекание, меньшие размеры пикселей) снижают затраты: к 2026 году ожидается, что датчики глобального затвора будут стоить столько же, сколько датчики высококачественного роликового затвора, что сделает их доступными для массовых автомобилей.
Заключение: Глобальный затвор — Невидимый герой безопасности на дорогах
Системы предотвращения столкновений прошли долгий путь, но их эффективность всегда будет зависеть от качества данных, которые они получают. Технология глобального затвора устраняет основные ограничения скользящего затвора, обеспечивая изображения без искажений, высокой скорости и в любых погодных условиях, что критически важно для спасения жизней. От предотвращения лобовых столкновений до мониторинга слепых зон, от синергии DMS до работы в экстремальных условиях, глобальный затвор переопределяет возможное для систем видения ADAS.
Поскольку автопроизводители стремятся соответствовать требованиям безопасности и потребительскому спросу на более безопасные автомобили, глобальный затвор больше не является «желательной» функцией — это технология «необходима». Данные говорят сами за себя: автомобили, оснащенные системами предотвращения столкновений с глобальным затвором, имеют меньше аварий, меньше смертей и более высокую уверенность водителей. И по мере снижения затрат и развития технологий глобальный затвор станет стандартным оборудованием для каждого нового автомобиля — помогая нам приблизиться к цели «Vision Zero» (ноль дорожных смертей и серьезных травм). Для автомобильных инженеров, технологических лидеров и защитников безопасности сообщение ясно: чтобы создать действительно безопасные системы предотвращения столкновений, вам нужны датчики, которые могут «видеть» мир таким, какой он есть — без искажений, без задержек, без компромиссов. Вот в чем сила глобального затвора.
Контакт
Оставьте свои контактные данные, и мы свяжемся с вами.
WhatsApp
WeChat