為迎接自動駕駛時代的來臨，半導體業(yè)者無不加緊研發(fā)自動駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)與車對各種物件(V2X)通訊等新技術；而3D攝影機有助于提供駕駛人更完整的汽車四周即時影像訊息，增進汽車影像應用效能，并促成全新人機介面應用，已成實現(xiàn)自動駕駛關鍵元件之一。

　　為了實現(xiàn)自動駕駛，車內及車外正在發(fā)生的所有狀況，均應搜集一切相關資訊。除了監(jiān)控駕駛的狀態(tài)，掌握車內的3D資料，亦能促成全新的人機介面(HMI)概念順利落實。在先進駕駛輔助系統(tǒng)中，以及研發(fā)自動駕駛車的過程里，包括駕駛專注度和車內狀況等精密準確的即時資訊，都是必備的條件。

　　3D攝影機助力　車內外資訊一眼看穿

　　透過精密的3D攝影機，車輛得以捕捉駕駛的動作，并將資訊傳送至先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)。假如駕駛閉上了眼睛或未正視前方，系統(tǒng)就會觸發(fā)警報。萬一駕駛未能即時反應，系統(tǒng)甚至能啟動緊急剎車輔助。此外，3D攝影機的晶片，還能提供直接測量的深度資料，而不用先以角度資訊進行計算，像是立體攝影機即需要進行這一類的計算，必須仰賴大量的運算輸入。以英飛凌為例，該公司REAL3影像感測器，只需精巧的安裝空間，便能實現(xiàn)3D視野系統(tǒng)，且室內和戶外環(huán)境皆適用。

　　市面上已出現(xiàn)許多擷取3D資訊的技術，舉立體視覺(Stereo Vision)為例，此系統(tǒng)用兩部2D攝影機從不同的角度拍攝景物，并計算其距離(深度)。這種方法的優(yōu)點是，只須使用低成本的標準影像感測器就能實現(xiàn)，但也須要進行硬體上的調整和校正，相當耗時。此外還必須配合極為復雜且需要大量運算的演算法。最后一點，這種方法在亮度不佳且光線不斷變動的條件下，發(fā)揮有限。

　　另一種3D技術則使用結構光，也就是將已知的圖案投射于景物，然后再從計算圖案的分布中求得深度。這種方法在多路徑干擾的情況下具有優(yōu)勢，但卻需要高科技攝影機，還需要有特殊的主動照明，鏡頭和圖案投影機之間也需要準確穩(wěn)定的機械調整。因此需要大量輸入用于校正。此外，反射的圖案對于光干擾和材質極為敏感。

　　實現(xiàn)精確影像擷取　ToF感測器不可缺

　　采用時差測距(ToF)成像的影像感測器，像是英飛凌所推出的REAL3影像感測器(圖1)，即讓體積小巧、精準且具備多功能的3D影像擷取解決方案得以成真。這些感測器可測量調變光源和反射之間的相位移，再將其轉換為距離資訊。運用相應的ToF攝影機，主動將可調變振幅的紅外線照射在景物上，再利用攝影機和/或影像感測器對光線投射到物體接著反射兩者之間的時間差作計算，測量每一像素的相位移。如此攝影機即能求得所描繪物體每一像素的深度和振福。ToF方法的優(yōu)點還包括了攝影機體積輕巧、在任何光線條件下均可運作，且容易校正。

　　圖1　REAL3影像感測器示意圖

　　ToF技術具備了出色的延展跟縮放能力，也就是說，從最近的幾公分到最遠20公尺以上，都在攝影機的對焦范圍內，只要具備高功率照明就行。個別距離的標準深度解析度為1%，測量解析度目前最高可達352×288像素，攝影機每秒可捕捉一百張影像。ToF攝影機通常包含下列元件：照明單元、光學系統(tǒng)、感測器、控制電子和評估級(圖1)。

　　照明單元可能采用LED或雷射二極體，以足夠的速率(如LED最高達30MHz)加以調變，讓感測器得以準確測量時差。照明單元大多在近距紅外線范圍內照射，因此能將攝影機環(huán)境的任何干擾減至最少。光學系統(tǒng)(鏡頭)可收集從環(huán)境里反射的光線，然后將景物映射在感測器上。帶通濾光片只會允許照明單元可用的波長通過，這有助于減少大部分的背景光干擾。

　　ToF攝影機的核心為3D影像感測器(圖2)，可測量每一像素的深度及振幅值。照明單元和感測器都必須透過精密的電子系統(tǒng)加以控制，以達到最高的精準度，而這些電子系統(tǒng)都已整合于REAL3影像感測器。實現(xiàn)高效能的影像辨識，除了針對特殊應用最佳化的攝影機系統(tǒng)，還需要對應的運算單元來處理資料，乃至于用于處理3D資料(如手勢辨識)的軟體(中介軟體)。雖然多數(shù)的背景光已透過光學濾光片加以抑制，但像素仍有很大的深度動態(tài)范圍須要處理。因此制造商針對感測器提出了各種不同的策略，有效抑制大部分的背景訊號。

　　提升汽車安全　3D影像感測器少不了

　　此REAL3影像感測器，可用以生產體積迷你、高精準度的單眼3D攝影機系統(tǒng)。這一類的系統(tǒng)可應用在需要手勢辨識的電腦、家電裝置，當然也包括工業(yè)用HMI和創(chuàng)新的汽車應用。將3D影像感測器運用到車輛，大幅提升了駕駛的安全性和便利性。為了實現(xiàn)自動駕駛，進而提升安全性，必須針對車內及車外正在發(fā)生的所有狀況，掌握一切相關資訊。除了先前提到的駕駛狀態(tài)監(jiān)控，擷取車內的3D資料，也能實現(xiàn)嶄新且干擾更少的HMI概念。

　　例如，3D攝影機可用于判斷駕駛頭部的確切位置。取得這項資訊后，就能調整出最佳的抬頭顯示器視線，或在不考量頭部位置下，以擬真且流暢的方式在實際環(huán)境中投影擴增實境應用。亦支援免觸控以手勢控制資訊娛樂、導航和HVAC系統(tǒng)。

　　此外，還能對乘客進行分類，以套用預設對應的偏好設定，例如座椅的位置、照后鏡的調整、安全氣囊的觸發(fā)力道等。小巧且高效能的3D攝影機同時也是極為關鍵的元件，可用于提供停車輔助的全方位視線，用于偵測障礙物，或是用于自動駕駛的其他一般工作上。REAL3影像感測器能夠運用于車輛的重要條件，包括其對環(huán)境影響的高耐受力、輕巧的尺寸、低設計復雜度，還有高階且可動態(tài)設定的擴充能力。再加上，相較于其他3D技術，這種影像感測器需要的運算輸入較少，因此占用的CPU效能也較少。

　　轉載請注明來源：賽斯維傳感器網(wǎng)（mizp.cn）