車載攝像頭模組：自動駕駛汽車的未來就在這裡

一直致力於將最先進的自動駕駛汽車推向市場的美國電動汽車製造商特斯拉於 2021 年 5 月宣布，它將用攝像頭取代其半自動駕駛系統 Autopilot 中的雷達傳感器——唯一版本，Tesla Vision。 儘管人們對僅基於視覺的自動駕駛汽車引導系統的潛力持懷疑態度，但特斯拉對 Tesla Vision 充滿信心。

特斯拉於 2021 年 5 月開始交付配備駕駛員輔助系統的 Model Y 和 Model 3，該系統完全基於安裝在汽車周圍的八個攝像頭，沒有雷達。 相機將圖像發送到識別和分析物體的計算機網絡。 儘管專家指出純視覺系統在黑暗、陽光明媚的眩光和惡劣的天氣條件下面臨挑戰，但特斯拉支持純視覺系統，因為它聲稱純攝像頭系統比雷達更安全，因為它的噪音更少或信號混亂。 “幻影制動”一直是特斯拉在雷達方面一直面臨的問題之一。

其他自動駕駛汽車公司，如 Alphabet Inc 的 Waymo，使用三種不同類型的傳感器：攝像頭、雷達和激光雷達。 所有這些不同類型的傳感器結合在一起，使自動駕駛汽車在道路上完全發揮作用。 儘管特斯拉的以攝像頭為中心的系統設計起來要困難得多，但它也比 Waymo 的基於激光的激光雷達方法便宜得多，這使得這家電動汽車製造商能夠擴大規模並進一步改進其技術。 特斯拉的這一努力被公司證明是為了使視覺系統獨立於任何其他技術成為一個自給自足的系統。

根據報告和數據，由於汽車產量增加、消費者對更安全汽車的需求、政府安全規範和電動汽車銷量增長等因素，預計汽車攝像頭模塊市場在未來幾年的複合年增長率將達到兩位數。

汽車攝像頭模組技術與最大廠商

電荷耦合器件 (CCD) 和互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 相機將光學圖像轉化為電脈衝。 CCD 將每個像素的電荷包順序傳輸到一個公共輸出結構以將電荷轉換為電壓，從而降低噪聲、提高圖像質量，特別是在低光照條件下、更高的動態範圍、更好的色深、更高的分辨率和光敏度。 自被接受以來，它已受益於低功耗、高集成度、更小尺寸、易於製造、降低價格和提高質量。

前視攝像頭、環視攝像頭、後視攝像頭和車內攝像頭是汽車攝像頭的四種類型。 Bosch、Aptiv、Continental、Denso、Valeo 和其他 1 級相機製造商。 英飛凌、飛思卡爾、德州儀器、意法半導體、松下等都是領先的汽車攝像頭模塊製造商。 索尼、松下、夏普、柯尼卡美能達、歐姆龍等公司是主要的光學供應商。

範圍改進、模塊化、可擴展性和互連都是汽車攝像頭模塊開發的趨勢，側視或環視攝像頭擴大後視範圍並取代後視鏡，車內 ToF 攝像頭用於存在檢測和手勢識別，以及所有-天氣感應。 全天候傳感需要夜視解決方案，在這種情況下，紅外攝像頭是提高駕駛員在黑暗/惡劣天氣下的視距和彌補攝像頭在弱光下無法充分發揮作用的致命缺陷的關鍵解決方案。 由於成本過高，此類相機現在僅在高端品牌中提供。 主要係統供應商是奧托立夫。 遠紅外和近紅外攝像機是最常見的紅外攝像機類型。

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機艙內攝像頭同樣重要

攝像頭是自動駕駛輔助系統 (ADAS) 的關鍵組件，該系統在現代車輛中不斷普及。 這些系統的設計主要目標是改善道路安全，是通往未來全自動駕駛汽車的道路上的一步。 車內攝像頭模塊旨在監控駕駛員，因為駕駛員仍然是任何車輛中最危險的方面，主要是由於大量駕駛員缺乏注意力和決策能力差。 美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的一項調查顯示，超過 90% 的道路交通事故都是由司機造成的。

汽車製造商和安全監管機構意識到，ADAS 系統只能走這麼遠，如果駕駛員不注意，發生事故的風險仍然很高——即使有 ADAS 到位。 因此，車內攝像頭和視覺系統越來越多地用於監控駕駛員和其他乘客。

事實上，這些駕駛員監控攝像頭 (DMC) 對道路安全至關重要，因此 Euro NCAP 已將其指定為從 2020 年開始的核心安全功能。ADAS 系統可以通過謹慎地聚焦攝像頭來評估各種有助於道路安全的事物在驅動程序和使用先進的圖像處理軟件。

帶有 DMC 的 ADAS 系統可以檢測駕駛員是在註視前方的道路還是試圖在智能手機上閱讀信息。 它可以檢測駕駛員是否因重大疾病而致殘，更先進的系統可以通過面部表情作為線索來識別駕駛員的情緒狀況。

攝像頭會取代車內的後視鏡嗎？

已經有一個提案計劃用攝像頭代替側視鏡。 畢竟，NHTSA 要求 4500 公斤以下的新車必須在 2018 年 5 月 1 日之前配備後視攝像頭。淘汰過程已經在 2016 年開始。

作為對 NHTSA 裁決的回應，汽車製造商聯盟和特斯拉汽車公司已請求該機構允許他們用攝像頭替換笨重的後視鏡。 根據汽車聯盟的請願書，傳統的外部側視鏡將車輛的總空氣動力阻力增加了 2-7%。 根據聯盟的說法，空氣阻力減少 10% 將導致燃料使用量減少 3.2%。 然而，用相機更換所有後視鏡的過程可能會很長，因為專家會評估這種更換的利弊。 在研究人員急於用相機替換任何鏡子之前，他們必須解決許多人類方面的問題。 在車內放置視覺信息的最佳位置是什麼？ 夜間駕駛時，顯示屏應該有多亮才能避免分散駕駛員的注意力？ 如何使用顯示器讓駕駛員更好地感知周圍環境，同時代表正確的深度感知？ 在側視鏡被認為是多餘的並被攝像頭取代之前，這些都是需要得到滿意回答的問題。

然而，在 2016 年，日本和歐洲將無反光鏡汽車的使用合法化，用攝像頭監控系統取代後視鏡和側視鏡。 三菱於 2018 年宣布推出基於 Maisart 品牌的專有人工智能 (AI) 技術支持的車載攝像頭模塊。這些攝像頭能夠在最遠 100 米的距離內檢測各種物體。 美國國家公路交通安全管理局估計，後置攝像頭每年將挽救 58 至 69 條生命，否則這些生命將在車禍中喪生。 根據 NHTSA 的數據，每年因車禍導致 210 人死亡和 15,000 人受傷。 5 歲以下兒童佔所有事故的 31%，而 70 歲及以上老年人佔 26%。 考慮到這些數字，可以肯定地預測，在不久的將來，無反光鏡汽車將成為汽車行業的常態。

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