车载摄像头模组：自动驾驶汽车的未来就在这里

一直致力于将最先进的自动驾驶汽车推向市场的美国电动汽车制造商特斯拉于 2021 年 5 月宣布，它将用摄像头取代其半自动驾驶系统 Autopilot 中的雷达传感器——唯一版本，Tesla Vision。 尽管人们对仅基于视觉的自动驾驶汽车引导系统的潜力持怀疑态度，但特斯拉对 Tesla Vision 充满信心。

特斯拉于 2021 年 5 月开始交付配备驾驶员辅助系统的 Model Y 和 Model 3，该系统完全基于安装在汽车周围的八个摄像头，没有雷达。 相机将图像发送到识别和分析物体的计算机网络。 尽管专家指出仅视觉系统在黑暗、阳光明媚的眩光和恶劣的天气条件下面临挑战，但特斯拉支持仅视觉系统，因为它声称仅摄像头系统将比雷达更安全，因为它的噪音或信号混乱更少。 “幻影制动”一直是特斯拉在雷达方面一直面临的问题之一。

其他自动驾驶汽车公司，如 Alphabet Inc 的 Waymo，使用三种不同类型的传感器：摄像头、雷达和激光雷达。 所有这些不同类型的传感器结合在一起，使自动驾驶汽车在道路上完全发挥作用。 尽管特斯拉的以摄像头为中心的系统设计起来要困难得多，但它也比 Waymo 的基于激光的激光雷达方法便宜得多，这使得这家电动汽车制造商能够扩大规模并进一步改进其技术。 特斯拉的这一努力被公司证明是为了使视觉系统独立于任何其他技术成为一个自给自足的系统。

根据报告和数据，由于汽车产量增加、消费者对更安全车辆的需求、政府安全规范以及电动汽车销量上升等因素，预计未来几年汽车摄像头模块市场的复合年增长率将达到两位数。

汽车摄像头模组技术与最大厂商

电荷耦合器件 (CCD) 和互补金属氧化物半导体 (CMOS) 相机将光学图像转化为电脉冲。 CCD 将每个像素的电荷包顺序传输到一个公共输出结构以将电荷转换为电压，从而降低噪声、提高图像质量，尤其是在弱光条件下、更高的动态范围、更好的色深、更高的分辨率和光敏度。 自被接受以来，它已受益于低功耗、高集成度、更小尺寸、易于制造、降低价格和提高质量。

前视摄像头、环视摄像头、后视摄像头和车内摄像头是汽车摄像头的四种类型。 Bosch、Aptiv、Continental、Denso、Valeo 和其他 1 级相机制造商。 英飞凌、飞思卡尔、德州仪器、意法半导体、松下等都是领先的汽车摄像头模块制造商。 索尼、松下、夏普、柯尼卡美能达、欧姆龙等公司是主要的光学供应商。

范围改进、模块化、可扩展性和互连都是汽车摄像头模块开发的趋势，侧视或环视摄像头扩大后视范围并取代后视镜，车内 ToF 摄像头用于存在检测和手势识别，以及所有-天气感应。 全天候传感需要夜视解决方案，在这种情况下，红外摄像头是提高驾驶员在黑暗/恶劣天气下的视距和弥补摄像头在弱光下无法充分发挥作用的致命缺陷的关键解决方案。 由于成本过高，此类相机现在仅在高端品牌中提供。 主要系统供应商是奥托立夫。 远红外和近红外摄像机是最常见的红外摄像机类型。

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机舱内摄像头同样重要

摄像头是自动驾驶辅助系统 (ADAS) 的关键组件，该系统在现代车辆中不断普及。 这些系统的设计主要目标是改善道路安全，是通往未来全自动驾驶汽车的道路上的一步。 车内摄像头模块旨在监控驾驶员，因为驾驶员仍然是任何车辆中最危险的方面，主要是由于大量驾驶员缺乏注意力和决策能力差。 美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的一项调查显示，超过 90% 的道路交通事故都是由司机造成的。

汽车制造商和安全监管机构意识到，ADAS 系统只能走这么远，如果驾驶员不注意，发生事故的风险仍然很高——即使 ADAS 到位。 因此，车内摄像头和视觉系统越来越多地用于监控驾驶员和其他乘客。

事实上，这些驾驶员监控摄像头 (DMC) 对道路安全至关重要，因此 Euro NCAP 已将其指定为从 2020 年开始的核心安全功能。ADAS 系统可以通过谨慎聚焦摄像头来评估各种有助于道路安全的事物在驱动程序和使用先进的图像处理软件。

带有 DMC 的 ADAS 系统可以检测驾驶员是在注视前方的道路还是试图在智能手机上阅读信息。 它可以检测驾驶员是否因重大疾病而致残，更先进的系统可以通过面部表情作为线索来识别驾驶员的情绪状况。

摄像头会取代车内的后视镜吗？

已经有一个提案计划用摄像头代替侧视镜。 毕竟，NHTSA 要求 4500 公斤以下的新车必须在 2018 年 5 月 1 日之前配备后视摄像头。淘汰过程已经在 2016 年开始。

作为对 NHTSA 裁决的回应，汽车制造商联盟和特斯拉汽车公司已请求该机构允许他们用摄像头替换笨重的后视镜。 根据汽车联盟的请愿书，传统的外部侧视镜将车辆的总空气动力阻力增加了 2-7%。 根据联盟的说法，空气阻力减少 10% 将导致燃料使用量减少 3.2%。 然而，用相机更换所有后视镜的过程可能会很长，因为专家会评估这种更换的利弊。 在研究人员急于用相机替换任何镜子之前，他们必须解决许多人类方面的问题。 在车内放置视觉信息的最佳位置是什么？ 夜间驾驶时，显示屏应该有多亮才能避免分散驾驶员的注意力？ 如何使用显示器让驾驶员更好地感知周围环境，同时代表正确的深度感知？ 在侧视镜被认为是多余的并被摄像头取代之前，这些都是需要得到满意回答的问题。

然而，在 2016 年，日本和欧洲将无反光镜汽车的使用合法化，用摄像头监控系统取代后视镜和侧视镜。 三菱于 2018 年宣布推出基于 Maisart 品牌的专有人工智能 (AI) 技术支持的车载摄像头模块。这些摄像头能够在最远 100 米的距离内检测各种物体。 美国国家公路交通安全管理局估计，后置摄像头每年将挽救 58 至 69 条生命，否则这些生命将在车祸中丧生。 根据 NHTSA 的数据，每年因车祸导致 210 人死亡和 15,000 人受伤。 5 岁以下儿童占所有事故的 31%，而 70 岁及以上老年人占 26%。 考虑到这些数字，可以肯定地预测，在不久的将来，无反光镜汽车将成为汽车行业的常态。

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