Automotive Camera Module: Die Zukunft selbstfahrender Fahrzeuge ist da

Tesla, der amerikanische Elektrofahrzeughersteller, der darauf abzielt, die fortschrittlichsten selbstfahrenden Autos auf den Markt zu bringen, gab im Mai 2021 bekannt, dass er die Radarsensoren seines halbautonomen Fahrsystems Autopilot durch die Kamera ersetzen wird. einzige Version, Tesla Vision. Obwohl das Potenzial nur eines visionsbasierten Leitsystems für selbstfahrende Autos skeptisch ist, hat Tesla starkes Vertrauen in Tesla Vision.

Tesla begann im Mai 2021 mit der Auslieferung von Model Y und Model 3 mit Fahrerassistenzsystemen, die vollständig auf acht um das Auto herum montierten Kameras und ohne Radar basieren. Die Kameras senden Bilder an Computernetzwerke, die Objekte erkennen und analysieren. Obwohl Experten darauf hingewiesen haben, dass reine Sichtsysteme bei Dunkelheit, Sonneneinstrahlung und schlechten Wetterbedingungen vor Herausforderungen stehen, setzt sich Tesla für das reine Sichtsystem ein, weil es behauptet, dass reine Kamerasysteme aufgrund von weniger Rauschen oder verwirrenden Signalen sicherer sind als Radar. „Phantombremsen“ war eines der anhaltenden Probleme, mit denen Tesla mit Radar konfrontiert war.

Andere Unternehmen für selbstfahrende Fahrzeuge wie Waymo von Alphabet Inc. verwenden drei verschiedene Arten von Sensoren: Kameras, Radar und Lidar. All diese verschiedenen Arten von Sensoren werden kombiniert, um ein selbstfahrendes Auto voll funktionsfähig auf der Straße zu machen. Das kamerazentrierte System von Tesla ist zwar viel schwieriger zu entwickeln, aber auch viel billiger als der laserbasierte Lidar-Ansatz von Waymo, was es dem Elektroautohersteller ermöglicht, seine Technologie zu vergrößern und weiter zu verbessern. Dieses Bestreben von Tesla begründet das Unternehmen damit, das Vision-System unabhängig von jeder anderen Technologie zu einem autarken System zu machen.

Laut Reports and Data wird der Markt für Fahrzeugkameramodule in den kommenden Jahren aufgrund von Faktoren wie steigender Fahrzeugproduktion, Verbrauchernachfrage nach sichereren Fahrzeugen, staatlichen Sicherheitsnormen und steigenden Verkäufen von Elektrofahrzeugen voraussichtlich eine zweistellige CAGR verzeichnen.

Automotive-Kameramodul-Technologie und die größten Hersteller

CCD- (Charge Coupled Device) und CMOS-Kameras (Complementary Metal Oxide Semiconductor) wandeln optische Bilder in elektrische Impulse um. CCD überträgt das Ladungspaket jedes Pixels sequentiell an eine gemeinsame Ausgangsstruktur, um Ladung in Spannung umzuwandeln, was zu geringerem Rauschen, höherer Bildqualität, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen, höherem Dynamikbereich, besserer Farbtiefe, höherer Auflösung und Lichtempfindlichkeit führt. Seit seiner Akzeptanz hat es von geringerem Stromverbrauch, hoher Integration, kleinerer Größe, einfacher Herstellung, reduziertem Preis und verbesserter Qualität profitiert.

Frontsichtkameras, Rundumsichtkameras, Rückfahrkameras und Kameras in der Kabine sind die vier Arten von Fahrzeugkameras. Bosch, Aptiv, Continental, Denso, Valeo und andere Tier-1-Kamerahersteller. Infineon, Freescale, Texas Instruments, ST, Panasonic und andere gehören zu den führenden Herstellern von Kameramodulen für die Automobilindustrie. Sony, Panasonic, Sharp, Konica Minolta, Omron und andere Unternehmen sind große Optiklieferanten.

Reichweitenverbesserung, Modularisierung, Skalierbarkeit und Vernetzung sind Trends in der Entwicklung von Fahrzeugkameramodulen, ebenso wie Seiten- oder Surround-View-Kameras zur Erweiterung des Rückblickbereichs und zum Ersatz von Seitenspiegeln, ToF-Kameras im Innenraum zur Anwesenheitserkennung und Gestenerkennung sowie alle Wettererkennung. Die Allwettererkennung erfordert eine Nachtsichtlösung. In diesem Fall ist eine Infrarotkamera eine entscheidende Lösung, um die Sichtweite des Fahrers bei Dunkelheit/schlechtem Wetter zu verbessern und den fatalen Fehler der Kamera auszugleichen, bei schwachem Licht nicht angemessen zu funktionieren. Aufgrund der exorbitanten Kosten sind solche Kameras nur noch in High-End-Marken erhältlich. Hauptsystemlieferant ist Autoliv. Ferninfrarot- und Nahinfrarotkameras sind die gebräuchlichsten Arten von IR-Kameras.

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Kameras in der Kabine sind genauso wichtig

Kameras sind eine entscheidende Komponente von automatisierten Fahrerassistenzsystemen (ADAS), die sich in modernen Fahrzeugen ausbreiten. Diese Systeme wurden mit dem primären Ziel entwickelt, die Verkehrssicherheit zu verbessern, und sind Schritte auf dem Weg zu den vollständig autonomen Fahrzeugen der Zukunft. Kameramodule in der Kabine sind so konzipiert, dass sie den Fahrer überwachen, da der Fahrer der gefährlichste Aspekt eines jeden Fahrzeugs bleibt, hauptsächlich aufgrund der mangelnden Aufmerksamkeit und der schlechten Entscheidungsfähigkeit einer großen Anzahl von Fahrern. Eine Umfrage der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) zeigt, dass Fahrer für über 90 % aller Verkehrsunfälle verantwortlich sind.

Autohersteller und Sicherheitsbehörden sind sich bewusst, dass ADAS-Systeme nur begrenzt funktionieren können und dass das Unfallrisiko hoch bleibt, wenn der Fahrer nicht aufpasst – selbst mit ADAS. Infolgedessen werden Kameras und Sichtsysteme in der Kabine zunehmend verwendet, um den Fahrer sowie die anderen Insassen zu überwachen.

Tatsächlich sind diese Fahrerüberwachungskameras (DMC) so entscheidend für die Verkehrssicherheit, dass Euro NCAP sie ab 2020 als zentrales Sicherheitsmerkmal bezeichnet hat. Das ADAS-System kann eine Vielzahl von Dingen bewerten, die zur Verkehrssicherheit beitragen, indem es eine Kamera diskret fokussiert am Treiber und mit fortschrittlicher Bildverarbeitungssoftware.

ADAS-Systeme mit DMC können erkennen, ob der Fahrer auf die Straße blickt oder versucht, eine Nachricht auf seinem Smartphone zu lesen. Es kann erkennen, ob der Fahrer aufgrund einer schweren Krankheit behindert wurde, und fortschrittlichere Systeme können den emotionalen Zustand des Fahrers erkennen, indem sie Gesichtsausdrücke als Hinweise verwenden.

Werden Kameras Spiegel in Fahrzeugen ersetzen?

Es ist bereits ein Vorschlag in Arbeit, der vorsieht, Seitenspiegel durch Kameras zu ersetzen. Schließlich hat die NHTSA vorgeschrieben, dass Neufahrzeuge unter 4500 kg ab dem 1. Mai 2018 mit Rückfahrkameras ausgestattet sein müssen. Der Auslaufprozess hat bereits 2016 begonnen.

Als Reaktion auf die Entscheidung der NHTSA haben die Allianz der Automobilhersteller und Tesla Motors bei der Agentur beantragt, klobige Seitenspiegel auch durch Kameras ersetzen zu lassen. Laut der Petition der Auto Alliance erhöhen herkömmliche Außenspiegel den gesamten Luftwiderstand eines Fahrzeugs um 2 bis 7 Prozent. Nach Angaben der Allianz würde eine Verringerung des Luftwiderstands um 10 % zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs um 3,2 % führen. Der Prozess des Austauschs aller Spiegel durch Kameras kann jedoch langwierig sein, da Experten die Vor- und Nachteile eines solchen Austauschs abwägen. Bevor Forscher sich beeilen, Spiegel durch Kameras zu ersetzen, müssen sie sich mit einer Reihe menschlicher Aspekte befassen. Was ist die beste Position im Auto, um die visuellen Informationen zu platzieren? Wie hell sollte der Bildschirm sein, um Fahrer bei Nachtfahrten nicht abzulenken? Wie können Displays eingesetzt werden, um Fahrern ein besseres Gefühl für ihre Umgebung zu vermitteln und gleichzeitig eine korrekte Tiefenwahrnehmung darzustellen? Dies sind alles Fragen, die zufriedenstellend beantwortet werden müssen, bevor Seitenspiegel als überflüssig betrachtet und durch Kameras ersetzt werden können.

Im Jahr 2016 legalisierten Japan und Europa jedoch die Verwendung von spiegellosen Autos, die Rück- und Seitenspiegel durch Kameraüberwachungssysteme ersetzen. Mitsubishi kündigte 2018 das Debüt eines proprietären Autokameramoduls der Marke Maisart an, das auf künstlicher Intelligenz (KI) basiert. Diese Kameras sind in der Lage, verschiedene Objektarten in Entfernungen von bis zu 100 Metern zu erkennen. Die National Highway Traffic Safety Administration schätzt, dass nach hinten gerichtete Kameras 58 bis 69 Leben pro Jahr retten werden, die sonst bei Unfällen verloren gehen würden. Laut NHTSA führen Unfälle mit Rückenüberschlag zu 210 Todesfällen und 15.000 Verletzungen pro Jahr. Kinder unter fünf Jahren machen 31 % aller Unfälle aus, Senioren ab 70 Jahren 26 %. Angesichts dieser Zahlen kann man davon ausgehen, dass spiegellose Autos in nicht allzu ferner Zukunft zur Norm in der Automobilindustrie werden.

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