摄像头-结构原理和发展趋势
摄像头-结构原理和发展趋势
随着自动驾驶技术的不断发展，车载摄像头作为关键的感知设备，其重要性日益凸显。本文将为您详细介绍车载摄像头的结构原理、工作流程以及未来的发展趋势。
1、摄像头结构
车载摄像头主要由光学镜头（Lens）、图像传感器（Sensor）、图像信号处理器（ISP）、串行器和连接器组成。
（1）光学镜头：聚拢光线并将视野中的物体投射到成像介质的表面上。光学镜头还包括红外滤光片（IR Filter），滤除人眼看不到的红外光，保留人眼能看到的可见光，确保图像更接近实际景物。
（2）图像传感器：利用光电转换特性将感光面上的光信号转换成电信号。目前图像传感器有CMOS和CCD两种，车载摄像头普遍采用CMOS。CMOS是影响画质的最重要的因素，它决定摄像头的像素和帧率。
（3）图像信号处理器（Image Signal Processor，ISP）：ISP主要用于对CMOS输出的RAW DATA（原始数据）的图像数据进行处理，通过去除噪点、曝光控制、灰度补偿、色彩校正、自动白平衡来提高图像质量，输出RGB或YUV等格式。
（4）串行器：视频信号需要使用GSML等标准传输，需要先转换成串行数据再传输。
2、工作原理：
外界光线照射在物体上，经过反射和折射后通过光学镜头，投射到图像传感器上；
传感器的光电器件将光信号转化为模拟电信号（光学成像原理）；
再根据像素分布、亮度和颜色信息等，通过模数转换器转变为数字图像信号，此时的数据格式为RAWDATA；
最后经图像信号处理器ISP转换为RGB、YUV等格式的图像信号输出。
3、发展趋势
趋势1：单车用量越来越多，分辨率越来越高。
随着自动驾驶级别升级，单车搭载的摄像头数量也随之增加，L1级为12颗，L2级为35颗，L3级约为8颗，L4/L5级为10颗以上；
其次摄像头的分辨率也越来越高，由100-200万提升到800万。特斯拉、理想ONE、蔚来ET7/EST、小鹏G9、极氪001、长城机甲龙搭载的摄像头基本都是800万像素。800万像素相对于120万像素摄像头，它可以探测到100~150m范围内的行人，在窄视角的场模式下，大约可与探测到300m左右的动态车辆。
趋势2：ISP集成到域控中
在电子电气架构的集中化发展趋势下，ECU由分布式向集中式转变，逐渐将ISP集成到域控中。将ISP集成到域控制器中，一方面可以集中热进行管理，限制摄像头功耗和热量产生；另外经ISP集成到域控中，就不需要每个摄像头上都装一个ISP了，可以降低硬件成本。
趋势3：夜视技术
为了保障行车安全，汽车ADAS功能需要尽量实现全天候运转。而摄像头是通过感光与算法实现对周边环境感知，因此在光线不足如夜间行车、过隧道等场景下，需要增强摄像头的夜视能力。
目前汽车夜视系统按成像原理与镜头不同可以分为三类：微光、近红外以及远红外（被动红外夜视技术）。长城D07搭载了远红外夜视摄像头，在夜间和雾天能够提供良好的视野。