从路灯、交通灯,到车载照明,低功耗、长寿命、高可靠的LED正在快速取代传统照明方式。但LED在道路上的普遍使用,却带来“LED闪烁”现象。“LED闪烁”是由LED驱动方式而产生的现象,LED灯以交流方式驱动,驱动频率一般在90Hz以上,即最慢脉冲周期为11毫秒左右,LED在11毫秒周期内实现一次亮灭,为节能及延长使用寿命,占空比通常不超过50%,如果相机曝光时间较短(例如3毫秒),则有可能曝光时间正好对上LED被关灭期,这时候图像传感器抓到的就是LED灭掉的图像,如果是LED阵列,在这种情况下拍到的图像就是一部分亮,一部分暗,这就是“LED闪烁”现象。
人眼看不到LED闪烁现象,但随着摄像头在汽车当中应用不断拓展,车载图像模块越来越多遇到“LED闪烁”问题。
流媒体后视镜就是一例。相比传统后视镜,流媒体后视镜可以为驾驶者提供更加明亮、清晰的图像,并具备良好的低光灵敏度,在夜晚等低照度情况可以更好地观察路况,流媒体后视镜正在逐渐替代传统后视镜以及两侧反光镜,丰田就准备推出无侧反光镜的量产车。但流媒体后视镜如果没有防LED闪烁能力,遇到配备了LED车灯的汽车时,容易导致危险,驾驶者可能将图像传感器传出的闪烁车灯误认作转向灯或双闪灯。
在高级驾驶辅助系统(ADAS)中,LED闪烁造成的危害更大。LED闪烁会导致系统无法正常检测电子路标与交通信号灯,无法区分转向灯与车尾灯。
据豪威科技(OmniVision)中国区汽车电子业务部总监刘琦介绍,解决LED在视频中闪烁的思路是适当延长曝光时间,使其比LED驱动周期更长,即每次都能捕捉到灯亮的图像,同时不出现过曝,就可以消除LED闪烁现象。当前,有三种方法可以解决LED闪烁的问题。即侧向溢流积分电容器(LOFIC)技术、斩波技术(添加介质以过滤图像信号),以及分离像素技术(捕捉图像,而不是顺序捕捉)。
当前车载视频帧率一般是60帧每秒,即每帧图像跨时16.67毫秒,分离像素技术图像传感器中,有大小两种像素,其中小像素降低敏感度,增长曝光时间,保证最慢速率驱动LED的每一个周期的亮起时间都被捕捉到,大像素曝光时间维持正常,两种像素获取的图像做合成处理,最终得到的图像将不会有闪烁现象。
刘琦表示,相比分离像素技术,LFOIC与斩波技术在高温时会出现噪声。分离像素技术是唯一能保证105℃的工作温度下,还能运行流畅的LED闪烁抑制解决方案。对另两项技术相比,分离像素技术功耗也最少降低25%,同时,分离像素技术的宽动态范围性能也比较好,可以准确、清晰地检测出隧道内外的LED灯。
基于分离像素技术,豪威科技推出了两款HDR图像传感器OX01A10和OXO2A10。这两款传感器将分别应用于侧视和后视摄像头监控系统(CMS)。0X01A10和0X02A10传感器基于OmniVision 4.2微米OmniBSI像素架构,采用像素拆分技术,提供卓越的高动态范(HDR)和一流的低光性能,是汽年行业领先LED减闪方案的代表。
对支持分离像素技术的图像传感器在汽车应用中的推广,刘琦非常乐观。目前流媒体后视镜普及率还只有20%,但到2021年汽车将强制安装行车记录仪或数据记录仪,将来,汽车应用中将平均用到6至7个摄像头,无论是流媒体后视镜,还是用于自动驾驶的机器视觉模块,都需要具备抑制闪烁(LED Flicker Mitigation, 简称LFM)的图像传感器,这些都是豪威科技的机会。