March 11, 2024
كاميرات السيارات: عين القيادة الذاتية
تُعرف الكاميرات المثبتة على السيارات باسم "عيون القيادة الذاتية" وهي معدات الاستشعار الأساسية في نظام ADAS ومجال القيادة الذاتية للسيارات.الوظيفة الرئيسية لجمع معلومات الصورة هي من خلال العدسة وأجهزة استشعار الصورة، والتي يمكن أن تحقق 360 درجة من الإدراك البصري وتعويض أوجه القصور التي يواجهها الرادار في التعرف على الأشياء. إنه أقرب مستشعر إلى البصر البشري.
الكاميرات المثبتة على السيارات تستخدم على نطاق واسع في مجال السيارات، وتمتد تدريجيا من الاستخدام المبكر لتسجيل القيادة، والتصوير العكسي،ومشاهدة محيطة وقوف السيارات إلى التعرف الذكي على سلوك قمرة القيادة والقيادة بمساعدة ADAS، مع سيناريوهات تطبيق متنوعة بشكل متزايد.
يبلغ CR3 الحالي لصناعة كاميرات السيارات العالمية 41٪ ، حيث تحتل الشركات العشرة الأولى 96٪ من حصة السوق. وتركيز صناعة كاميرات السيارات العالمية في مستوى عال.
يتنبأ معهد بيانات فقدان الطرق السريعة (HLDI) أنه بحلول عام 2030، ستكون ما يقرب من 50٪ من السيارات مجهزة بتكنولوجيا ADAS.
وفقًا لـ ICVTank ، من المتوقع أن يصل حجم صناعة كاميرات السيارات في الصين إلى 23 مليار بحلول عام 2025 ، مع نمو سنوي سنوي بنسبة 30٪ على مدى السنوات الخمس المقبلة.من المتوقع أن ينمو سوق كاميرات السيارات العالمية من 11.2 مليار دولار في عام 2019 إلى 27 مليار دولار في عام 2025 ، مع نمو سنوي متراكم لمدة 5 سنوات قدره 15.8٪.
القيادة الآلية تشمل الإدراك والحكم والتنفيذ، والإدراك هو مصدر العملية بأكملها ووحدة مهمة من نظام القيادة الذاتية.أثناء عملية قيادة السيارة، سيقوم نظام الإدراك بجمع معلومات البيئة المحيطة به في الوقت الحقيقي من خلال أجهزة الاستشعار، وهو ما يعادل "عيون" سيارة ذاتية القيادة،ويمكن أن تساعد السيارة على تحقيق قدرة المراقبة مماثلة لتلك التي لدى السائق البشري.
في المركبات ذاتية القيادة ، يتكون نظام الإدراك بشكل رئيسي من أجهزة استشعار مثل الكاميرات وأجهزة رادار الموجات المليمترية و LiDAR (اختياري ، بشكل رئيسي خوفاً من الانحراف).كجهاز استشعار رئيسي للإدراك البيئي، الكاميرا تلعب دورا هاما جدا في تحقيق 360 درجة الرؤية الشاملة، وتعويض أوجه القصور الرادار في التعرف على الكائنات،و هو أقرب جهاز استشعار إلى البصر البشريلذلك، في الكاميرات السيارة هي واحدة من الأجهزة الرئيسية في مجال القيادة الذاتية.
ما هي كاميرا السيارة؟
تشمل بنية الأجهزة الرئيسية لكاميرات السيارات العدسات البصرية (بما في ذلك العدسات البصرية والمرشحات والأفلام الوقائية ، وما إلى ذلك) ، وأجهزة استشعار الصورة ومعالجات إشارات الصورة (ISP) ، والمسلسلات ،موصلات، وغيرها من المكونات. ويتم عرض مخطط رسمية لبنية في الشكل:
تشريح وحدة الكاميرا المثبتة على السيارة
تظهر الصورة أعلاه تشريح وحدات الكاميرا التي تستخدم عادة في السيارات. بالإضافة إلى الغلاف الألومنيوم الخارجي، حلقة الختم، والعدسة،هناك في الواقع تصميم بسيط نسبيا من عدة طبقات في الوسط، عادة ما تشمل لوحة جهاز الاستشعار للمستشعر ، واللوحة الصغيرة لمعالج الصورة ، ولوحة محول.السبب في أن هناك حاجة إلى محول تسلسلي هو أنه عادة ما تكون محطة إخراج بيانات الصورة من أجهزة استشعار الكاميرا أو مزودي خدمة الإنترنت هي القياسية، تتميز بالسرعة العالية، ولكن مسافة حافلة الإرسال قصيرة، وإلا لا يمكن ضمان سلامة الإشارة.
لذا على المركبة، نحن بحاجة إلى تحويلها إلى معايير الحافلات عالية السرعة مثل GMSL التي هي مناسبة لنقل المسافات الطويلة على المركبة،لذا فإن وحدة الكاميرا عادة ما تتحول إلى الحافلة من خلال لوحة سلسلةبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الكابلات المتكافئة لتوفير الطاقة للوحدات ونقل بيانات الصورة.
العدسة البصرية: مسؤولة عن تركيز الضوء وإلقاء الكائنات في مجال الرؤية على سطح وسيلة التصوير. اعتمادا على متطلبات تأثير التصوير،قد تكون هناك حاجة إلى طبقات متعددة من العدسات البصريةيمكن للفلاتر تصفية نطاقات الضوء غير المرئية للعين البشرية، تاركة فقط نطاقات الضوء المرئية للمشهد الفعلي داخل مجال رؤية العين البشرية.
مستشعر الصورة: Image sensors can use the photoelectric conversion function of photoelectric devices to convert the light image on the photosensitive surface into an electrical signal that is proportional to the light imageيتم تقسيمها بشكل رئيسي إلى نوعين: CCD و CMOS.
معالج إشارة الصورة ISP: يستخدم أساسًا هيكل الأجهزة لمعالجة بيانات شكل RAW من إدخال مصدر الصورة والفيديو بواسطة جهاز استشعار الصورة ، والتي يمكن تحويلها إلى YCbCr وتنسيقات أخرى.كما يمكنه القيام بمهام مختلفة مثل تقليل حجم الصورة ، والتعرض التلقائي ، والتوازن التلقائي للأبيض ، والتركيز التلقائي.
سيراليزر: يقوم بنقل بيانات الصورة المعالجة ويمكن استخدامه لنقل أنواع مختلفة من بيانات الصورة مثل RGB و YUV.
المرفق: يستخدم لربط كاميرا ثابتة.
الكاميرات المثبتة على السيارات لديها أيضًا عمليات تصنيع أعلى ومتطلبات موثوقية أعلى من الكاميرات الصناعية والتجارية.بسبب حقيقة أن السيارات تحتاج إلى العمل في بيئات قاسية لفترة طويلة، الكاميرات المثبتة في السيارات تحتاج إلى العمل بشكل مستقر في ظروف عمل معقدة مثل درجات الحرارة العالية والمنخفضة، والاهتزازات القوية، والرطوبة العالية والحرارة.المتطلبات الرئيسية لتصنيع العملية هي كما يلي::
متطلبات العملية للكاميرات المثبتة على السيارات
مقاومة درجات الحرارة العالية: يجب أن تكون الكاميرا المثبتة على السيارة قادرة على العمل بشكل طبيعي في نطاق -40 °C إلى 85 °C وتكييفها مع التغيرات الحرارية الشديدة.
المقاومة الزلزالية: يمكن للسيارات أن تولد اهتزازات قوية عند القيادة على الطرق غير المستوية ، لذلك يجب أن تكون الكاميرا الداخلية قادرة على تحمل مختلف كثافة الاهتزازات.
مضاد المغناطيسية: عندما تبدأ السيارة، فإنه سوف تولد نبضات كهرومغناطيسية عالية للغاية، والتي تتطلب عالية للغاية مضاد المغناطيسيةالأداء
مقاومة للماء: يجب أن تكون الكاميرا مغلقة جيداً لضمان الاستخدام الطبيعي حتى بعد أن تكون غارقة في مياه الأمطار لعدة أيام.
عمر الخدمة: يجب أن يكون عمر الخدمة 8-10 سنوات على الأقل لتلبية المتطلبات.
الزاوية العريضة للغاية: يجب أن تكون الكاميرا المحيطة بالرؤية الجانبية زاوية عريضة للغاية، بزاوية عرض أفقية 135 درجة.
ديناميكية عالية: السيارة تسير بسرعة عالية، وبيئة الإضاءة التي تواجه الكاميرا تتغير بشكل كبير ومتكرر،يتطلب أن يكون لجهاز CMOS في الكاميرا خصائص ديناميكية عالية;
ضوضاء منخفضة: يمكن أن تقمع الضوضاء بفعالية في ظروف الضوء المنخفض ، خاصةً تتطلب كاميرات الرؤية الجانبية والخلفية لالتقاط الصور بوضوح حتى في الليل.
المعايير الرئيسية لرأس الكاميرا الأمامية الذكية في السيارة
مسافة الكشف
زاوية الرؤية الأفقية
زاوية مجال الرؤية العمودي
الدقة - عندما تلتقط الكاميرا خطوط سوداء وبيضاء متباعدة بالتساوي، الحد الأقصى لعدد الخطوط التي يمكن رؤيتها على الشاشة (أكبر من دقة الكاميرا).عندما يتجاوز عدد السطور هذا، فقط منطقة رمادية يمكن رؤيتها على الشاشة، والخطوط السوداء والأبيض لم تعد يمكن التمييز بينها.
الحد الأدنى للإضاءة - يشير إلى حساسية مستشعر الصورة للضوء المحيطي ، أو أضلم ضوء مطلوب للتصوير الطبيعي بواسطة مستشعر الصورة. It is the illuminance value of the scene when the video signal level of the camera is lower than half of the maximum amplitude of the standard signal when the illumination of the subject gradually decreases.
نسبة الإشارة إلى الضوضاء - نسبة جهد إشارة الخروج إلى جهد الضوضاء الخارجي في وقت واحد.
النطاق الديناميكي - النطاق الذي يمكن أن تعرض فيه قيم سطوع أوضح وأكثر الأجسام قتامة في نفس الإطار الذي التقطته الكاميرا التفاصيل بشكل طبيعي.كلما زادت النطاق الديناميكي، كلما زادت درجة إمكانية عرض الكائنات المشرقة أو المظلمة بشكل طبيعي في نفس الشاشة.
ما هي المزايا مقارنة بتكنولوجيا الرادار
1) بالمقارنة مع رادار الموجة المليمترية، المزايا الرئيسية للكاميرات الحالية هي:
التعرف على الأهداف وتصنيفها - في الوقت الحالي، رادار الموجات المليمترية الثلاثية الأبعاد العادية يمكن أن يكتشف فقط ما إذا كانت هناك عقبات في الأمام،ولا يمكنها تحديد حجم و فئة العقبات بدقةعلى سبيل المثال، أنواع مختلفة من التعرف على الممرات، التعرف على إشارات المرور، والتعرف على إشارات المرور.
الكشف عن المساحة المرورية ، تقسيم الحدود الآمنة (المناطق القابلة للقيادة) لحركة المركبات ، أساسا تقسيم المركبات ، حواف الطرق العادية ، حواف الحافة ،حدود مرئية بدون عقبات، والحدود غير معروفة ؛
القدرة على اكتشاف الأهداف المتحركة أفقياً، مثل اكتشاف ومراقبة المشاة والمركبات التي تعبر التقاطعات.
تحديد المواقع وإنشاء الخرائط - أي التكنولوجيا. على الرغم من أن رادار الموجات المليمترية يستخدم حاليًا ، إلا أن التكنولوجيا أكثر نضجاً ولديها المزيد من آفاق التطبيق.
2) في نظام القيادة الذاتية، رادار الليزر يشبه الكاميرا، ولكن مزاياه هي:
التعرف على إشارات المرور والتعرف على إشارات المرور
ميزة التكلفة والنضج العالي للخوارزميات والتقنيات
معدل عالٍ للتعرف على الكائنات
في الوقت الحاضر ، تنقسم الكاميرات المثبتة على السيارات إلى خمس فئات أساساً بناءً على موقع تركيبها: كاميرات الرؤية الأمامية ، وكاميرات الرؤية المحيطة ، وكاميرات الرؤية الخلفية ، وكاميرات الرؤية الجانبية ،والكاميرات المدمجة.
كاميرا الرؤية الأمامية: يتم تركيبها بشكل رئيسي على الزجاج الأمامي الأمامي لتحقيق وظائف الإدراك البصري والتعرف أثناء القيادة. يمكن تقسيمها إلى كاميرا الرؤية الأمامية الرئيسية ،كاميرا الزاوية الضيقة أمامية، وكاميرا عرض أمامية زاوية واسعة وفقا لوظائفها.
الكاميرا الرئيسية الموجهة إلى الأمام: تستخدم هذه الكاميرا كالكاميرا الرئيسية في نظام ADAS من L2. زوايا مجال الرؤية عادة ما تكون 30 ° و 50 ° و 60 ° و 100 ° و 120 ° ،و مسافة الكشف عادة ما تكون 150-170 متر. تنسيق مخرج الكاميرا
الكاميرا ذات الزاوية العريضة التي تنظر إلى الأمام: الوظيفة الرئيسية لهذه الكاميرا هي التعرف على الأشياء القريبة من المسافة ، وتستخدم بشكل رئيسي في ظروف الطرق الحضرية والقيادة منخفضة السرعة وغيرها من المشاهد.زاوية مجال رؤيته تتراوح بين 120 درجة -150 درجةبعد تثبيت العدسة 8MP على نطاق واسع في المركبات اللاحقة، هذه الكاميرا ليست ضرورية.
كاميرا الزاوية الضيقة أمامية: الوظيفة الرئيسية لهذه الكاميرا هي التعرف على أهداف مثل إشارات المرور والمشاة. عادة ما تستخدم عدسات الزاوية الضيقة ،ويمكن اختيار العدسات حول 30-40 درجةوبصورة عامة فإن البكسلات في هذه العدسة هي نفسها التي في الكاميرا الرئيسية الموجهة إلى الأمامويمكن أن تكتشف عموماً مسافة تصل إلى 250 متر أو مسافة أطول.
بعد تثبيت كاميرا 8 ميجابايت ، يمكن أن يصل FOV الكاميرا الرئيسية التي تواجه الجبهة إلى 120 درجة ، والتي قد لا تكون ضرورية بعد الآن. مسافة الكشف حوالي 60 مترًا.
الكاميرا المحيطة: يتم تثبيتها بشكل رئيسي حول جسم السيارة ، وعادة ما تستخدم 4-8 كاميرا ، والتي يمكن تقسيمها إلى كاميرا عين السمك الموجهة إلى الأمام ، وكاميرا عين السمك الموجهة إلى اليسار ، وكاميرا عين السمك الموجهة إلى اليمين ،وكاميرا عيون سمك متجهة للخلف. تستخدم لعرض وظيفة عرض بانورامي بانورامي ، وكذلك الإدراك البصري واكتشاف الكائنات دمج وظيفة وقوف السيارات ؛المصفوفة اللونية المستخدمة عادة هو لأنه هناك حاجة لاستعادة اللون.
كاميرا الرؤية الخلفية: يتم تثبيتها عادة على صندوق السيارة ، وخاصة لمساعدة وقوف السيارات. زاوية مجال الرؤية تتراوح بين 120 و 140 درجة ، ومسافة الكشف حوالي 50 مترًا.
كاميرا الرؤية الأمامية الجانبية: مثبتة على العمود B أو مرآة المرآة الخلفية للسيارة ، زاوية مجال الرؤية لهذه الكاميرا هي عادة 90 ° -100 ° ، ومسافة الكشف حوالي 80 مترًا.الوظيفة الرئيسية لهذه الكاميرا هي اكتشاف المركبات الجانبية والدراجات.
كاميرا الرؤية الجانبية والخلفية: عادة ما يتم تثبيتها في المظلة الأمامية للسيارة ، تكون زاوية مجال الرؤية لهذه الكاميرا عادة حوالي 90 درجة ، وتبلغ مسافة الكشف أيضًا حوالي 80 مترًا.يستخدم أساسا لتطبيقات المشهد مثل تغيير مسار المركبات والاندماج في طرق أخرى.
تم بناؤها في الكاميرا: تستخدم بشكل رئيسي لمراقبة حالة السائق وتحقيق تذكيرات التعب ووظائف أخرى.
من بينها، سعر كاميرات الرؤية الأمامية مرتفع نسبيا، والسعر الحالي للسوق بين 300 و 500 يوان؛ أسعار الكاميرات الأخرى حوالي 150-200 يوان.
من الخطة، يمكننا أن نرى أن جميع الكاميرات الثمانية مرتبطة بنظام القيادة، والذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بخطة القيادة المستقلة الخالصة التي تم الترويج لها دون الاعتماد على LiDAR.الميزة الكبرى لهذه الخطة هي فعاليتها العالية من حيث التكلفةباستخدام كاميرا ذاتية التطوير منخفضة التكلفة، تم تحقيق مستوى من القيادة الذاتية.
أكبر ميزة لهذا الحل، الذي يستخدم العديد من الكاميرات، هو قابليته للتوسع القوي. في المرحلة الأولى من التصميم، تحتاج إلى زيادة تكاليف الأجهزة، ولكن في المرحلة اللاحقة،وظيفة القيادة المستقلة لديها توافق جيد جداً وقابلية للتوسع.
من خلال هذا النموذج المستشعر، تم تحقيق مستوى من وظيفة القيادة الذاتية مع تجربة جيدة،بما في ذلك وظيفة القيادة الذاتية ذات السرعة العالية ذاتية القيادة (NGP) و وظيفة تخزين ذاكرة موقف السيارات.
فئة S هي ممثلة عن حلول OEM التقليدية، وحل كاميرا ستيريو الزجاجية هي أكبر ميزة من مرسيدس بنز فئة S. بالمقارنة مع الكاميرات أحادية العين،يمكن للكاميرات المكشوفة أن تحسب حركة الهدف المكتشف حاليا في X، و Y، و Z، تحدد موقف ونوع الهدف المكتشف، وتأثير تجربة وظيفة ADAS من مرسيدس بنز على مستوى L2 هو أيضا أفضل من الاثنين الآخرين.
في تحليل حلول الكاميرات لنماذج السيارات المنتجة بكميات كبيرة، وجدنا أن جميعها تستخدم كاميرات من متوسط إلى منخفض البكسل لتحقيق وظائف القيادة المستقلة.
شركة سايتيماي للأجهزة الإلكترونية الأمنية المحدودة سلسلة صناعة كاميرات السيارات
تتضمن سلسلة صناعة كاميرات السيارات بشكل رئيسي ثلاث روابط رئيسية: المواد في المرحلة السابقة ، والمكونات في المرحلة الوسطى ، والمنتجات في المرحلة التالية.
يتم استخدام المواد الموجودة في المجال السابق مثل العدسات البصرية والمرشحات والأفلام الوقائية لتصنيع مجموعات العدسات ، في حين يتم استخدام الشرائح لتصنيع رقائق CMOS ومعالجات إشارات DSP.تجميع مجموعة العدسة في منتصف التيار، رقائق CMOS، والمواد اللاصقة في وحدات، وتعبئتها مع معالجات إشارات DSP في منتجات الكاميرا.
في هذا المستوى من السلسلة الصناعية، يمكن للموردين في المرحلة السابقة بالفعل توفير منتجات كاميرات كاملة لعملاء المركبات في المرحلة التالية أو الموردين من الدرجة الأولى.الكاميرات والخوارزميات البرمجية معا تشكل حل كاميرات السيارة، والتي تطبق على المركبات ذاتية القيادة.
في الوقت الحاضر ، الشركات التي لديها حصة كبيرة في سوق كاميرات السيارات هي جميعها الموردين الرائدين في العالم للمكونات من الدرجة الأولى ،والعملاء في الأسفل يشملون أساسا شركات السيارات العالمية الكبرى.
يحتوي نظام CMOS على أعلى نسبة قيمة إلى تكلفة في كاميرات السيارات ، حيث يصل إلى 52٪ ؛ وتحتوي عبوات الوحدة على 20٪ وتحتوي العدسات البصرية على 19%.
شريحة CMOS
CMOS (مستشعر CIS) هو الحل الرئيسي للمكونات الحساسة للضوء في كاميرات السيارات. بالمقارنة مع المكونات الحساسة للضوء CCD ، CMOS لديها جودة تصوير أقل قليلاً ،ولكن منخفضة التكلفة وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، مما يجعلها مفضلة على نطاق واسع في مجال كاميرات السيارات مع متطلبات بكسل منخفضة.
الهيكل الأساسي لأجهزة استشعار الصور
يتم تقسيم جهاز استشعار الصورة إلى منطقة حساسة للضوء (فايركور) ، أسلاك ربط ، ودارة داخلية ، والركن من المظهر.المنطقة الحساسة للضوء هي صف واحد من البكسلات تتكون من العديد من نقاط البكسل الواحدعندما يتم جمع الإشارات الضوئية التي تم الحصول عليها من كل بكسل معا، فإنها تشكل صورة كاملة.
مخطط قسم من شريحة CMOS
بسبب زوايا الضوء المختلفة التي تدخل كل بكسل واحد، يتم إضافة عدسة صغيرة على سطح كل بكسل واحد لتصحيح زاوية الضوء،يسمح للضوء بالدخول إلى سطح العنصر الحساس للضوء عمودياًهذا هو مفهوم رقاقة، والتي تحتاج إلى أن تبقى في نطاق انحراف طفيف من العدسة
من حيث هندسة الدوائر، ندمج مستشعر الصورة كصندوق مظلم يحول إشارات الضوء إلى إشارات كهربائية. المكونات الخارجية للصندوق المظلم عادة ما تشمل الطاقة،البيانات، ساعة، الاتصالات، التحكم، وتزامنة الدوائر. يمكن أن يفهم ببساطة كما Firecore تحويل إشارات الضوء إلى إشارات كهربائية،التي يتم معالجتها وتشفيرها من قبل الدائرة المنطقية في الصندوق المظلم، ومن ثم الخروج من خلال واجهة البيانات.
نظرا لعملية تصميم طبقة البكسل في رقائق CMOS مماثلة للرقائق التناظرية ، هناك متطلبات عالية لعمليات التصنيع
الموردين الرئيسيين
إن تقنية إنتاج وتصنيع CMOS مرتفعة ، ومن منظور السوق العالمية ، يتم احتواؤها حاليًا بشكل رئيسي من قبل الشركات الممولة من الخارج.من منظور المشهد التنافسي، سايتيمي يحمل المرتبة الأولى بحصة سوقية تبلغ 36%، تليها الشركة المحلية هووكسين تكنولوجيا بحصة سوقية تبلغ 22%، حيث يمثل الموردون العالميون أكثر من 65%،مع تركيز صناعي كبيرالشركة المحلية "سايتيمي سيكوريتي إلكترونيكس كو" المحدودة أصبحت شركة رائدة في هذا المجال.
