Công nghệ Camera HDR Xe Tự Lái: Chinh Phục Những Thách Thức Ánh Sáng Cực Đoan Trong Các Tình Huống Tiến Về Phía Trước và Hầm

Sự tiến hóa nhanh chóng của lái xe tự động đòi hỏi các hệ thống thị giác tiên tiến có khả năng xử lý các điều kiện ánh sáng cực đoan. Dải động cao (HDR) máy ảnhcông nghệ đã trở thành một yếu tố quan trọng cho việc điều hướng an toàn, đặc biệt trong các tình huống như ánh sáng chói từ ánh nắng mặt trời và sự chuyển tiếp đột ngột giữa các đường hầm và ánh sáng ban ngày. Bài viết này khám phá cách các đổi mới HDR đang biến đổi các hệ thống cảm nhận ô tô, giải quyết các thách thức kỹ thuật và định hình tương lai của các phương tiện tự lái.

Máy ảnh truyền thống gặp khó khăn trong việc cân bằng độ sáng và bóng tối trong các tình huống vượt quá dải động 100dB (DR). Đối với các hệ thống tự động, hạn chế này có nguy cơ gây ra các sự cố nghiêm trọng:

• Chuyển tiếp hầm: Sự chuyển đổi đột ngột từ bóng tối sang ánh sáng chói có thể làm mù camera trong vài mili giây, gây ra sự chậm trễ trong việc phát hiện đối tượng.

• Nhấp nháy LED: Đèn tín hiệu giao thông và đèn pha xe với độ sáng PWM tạo ra hiệu ứng nhấp nháy, gây hiểu lầm cho các thuật toán AI.

• Tầm nhìn ban đêm: Điều kiện ánh sáng yếu đòi hỏi độ nhạy cao hơn để phát hiện người đi bộ hoặc chướng ngại vật mà không làm lộ quá mức các điểm nổi bật.

Các camera HDR tự động phải đạt >140dB DR để ghi lại chi tiết trong các độ tương phản cực đoan trong khi vẫn duy trì hiệu suất thời gian thực.

1. Tách Pixel & Tăng Chuyển Đổi Kép (DCG)

Kiến trúc Subpixel-HDR của Sony chia các pixel thành các subpixel lớn (nhạy cảm thấp) và nhỏ (nhạy cảm cao), ghi lại 4 mức độ phơi sáng đồng thời. Cách tiếp cận này loại bỏ hiện tượng mờ chuyển động từ việc ghép khung đa khung nhưng gặp phải những thách thức như hiện tượng giao thoa và mất 25% ánh sáng.

Cải tiến:

• LOFIC (Tụ điện tích hợp tràn bên): Bằng cách tích hợp các tụ điện để lưu trữ điện tích tràn, cảm biến LOFIC đạt được 15EV DR trong các lần chụp đơn. Kết hợp với DCG, chúng cho phép chuyển đổi độ lợi thích ứng, giảm thiểu hiện tượng chuyển động.

• Nghiên cứu trường hợp: Hệ thống XNGP của Xiaopeng sử dụng camera hỗ trợ LOFIC để mở rộng khoảng cách nhận diện hầm lên 30 mét.

2.Cảm biến Đa phơi sáng Khu vực

Cảm biến công nghiệp của Canon chia khung hình thành 736 vùng với độ phơi sáng độc lập, ghi lại video 60fps trong khi cân bằng bóng và điểm sáng. Mặc dù ban đầu dành cho an ninh, "HDR cấp độ pixel" này có thể cải thiện phát hiện cạnh trong ô tô.

3. Xử lý tín hiệu hình ảnh dựa trên AI (ISP)

Các thuật toán học sâu hiện nay tinh chỉnh đầu ra HDR bằng cách:

• Bù đắp chuyển động: Căn chỉnh các khung hình từ các lần chụp đa phơi sáng.

• Giảm nhấp nháy LED (LFM): Đồng bộ hóa đọc cảm biến với chu kỳ PWM LED.

• Giảm tiếng ồn: Ưu tiên các khu vực quan trọng (ví dụ: đánh dấu đường) trong khi подавление tiếng ồn không liên quan.

Ví dụ: Các cảm biến hỗ trợ LFM của ON Semiconductor giảm thiểu hiện tượng nhấp nháy lên đến 90% trong các tình huống vào hầm.

Công nghệ HDR không chỉ là một cải tiến gia tăng mà còn là một trụ cột cơ bản cho sự an toàn trong lái xe tự động. Những đổi mới như LOFIC và ISP được tăng cường bởi AI đang đẩy ranh giới của những gì mà camera có thể đạt được trong điều kiện ánh sáng cực đoan. Khi ngành công nghiệp tiến tới mức độ tự động hóa 4/5, các hệ thống HDR sẽ vẫn giữ vai trò trung tâm trong việc vượt qua những "chướng ngại vật vô hình" do ánh sáng mặt trời, hầm và ánh sáng chói ở đô thị gây ra.