CMOS-Bildsensoren
Problem mit LED-Flackern gelöst
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
ASIL-Anforderungen berücksichtigt
Der Sensor ist mit 3,0 µm großen BSI-Pixeln (Back Side Illuminated: von hinten belichtet) mit DR-Pix-Technologie ausgestattet. Die DR-Pix-Technik kommt ursprünglich von Aptina, ein Unternehmen, das On Semi im Juni des 2015 übernommen hat. Die DR-Pix-Technik (Dynamic Response Pixel Technology) kombiniert zwei Betriebsmodi in einem Pixel-Design: geringes CG (Conversion Gain) bei hellem Umgebungslicht und hohes CG bei geringem Umgebungslicht für eine erhöhte Empfindlichkeit und niedriges Leserauschen. Damit ermöglicht die DR-Pix-Technik scharfe Bilder, egal ob bei Dunkelheit oder grellem Umgebungslicht. Der Bildsensor kann in drei verschiedenen Betriebsmodi arbeiten - Linear (hier wird ein Bild Zeile für Zeile in ein analoges Signal umgewandelt), HDR (High Dynamic Range: Mehrfachbelichtung des gleichen Bildes mit unterschiedlicher Belichtung und anschließende Kombination der Aufnahmen zu einem Bild) und LFM (LED Flicker Mitigation) – und kann zwischen diesen Modi von Bild zu Bild je nach Kontext hin- und herschalten.
Ozcelik weiter: »Die Sensoren zeichnen sich durch einen hohen Dynamikbereich von über 120 dB mit Vierfach-Belichtung und 30 Frames pro Sekunde aus.« Selbst bei 40 fps und einer Dreifach-Belichtung ist der Dynamikbereich noch mit über 120 dB spezifiziert. ON Semiconductor hat die Bildsensoren außerdem mit Funktionsblöcken versehen, die es ermöglichen, mit ihnen Systeme aufzubauen, die den Anforderungen nach ASIL-B entsprechen. Die Bausteine sind für eine Umgebungstemperatur von –40 bis +105 °C ausgelegt und nach AEC-Q100 qualifiziert. Der AR0231AT ermöglicht eine Multi-Kamera-Synchronisierung und erleichtert dadurch die Implementierung in Fahrzeuganwendungen mit mehreren Sensorknoten. Der Sensor kann über eine einfache Zweidraht-Schnittstelle vom Anwender programmiert werden.
Darüber hinaus enthält der Baustein mehrere Datenschnittstellen, darunter MIPI, Parallel und HiSPi. Zu weiteren Schlüsselmerkmalen zählen eine wählbare automatische oder vom Anwender eingestellte Schwarzwertsteuerung, die Unterstützung eines Spread-Spectrum-Eingangstakts sowie mehrere optionale Farbfilter-Arrays. Der AR0231AT wird in einem 11 x 10-mm-iBGA-121-Gehäuse angeboten. Labormuster stehen ab sofort zur Verfügung, die Serienfertigung soll im nächsten Jahr anlaufen.
Der CSA02M00PB von Toshiba
Der Toshiba-Sensor ähnelt dem On-Semi-Sensor in vielerlei Hinsicht. So ist auch der CSA02M00PB ein 2-MPixel-Bildsensor im optischen Format von 1 / 2,7 Zoll, und auch Toshiba hat eine zum Patent angemeldete Funktion implementiert, die das Bildflimmern minimiert, das LED-Lichtquellen verursachen. Außerdem basiert der Sensor ebenfalls auf BSI-Pixeln und verwendet die HDR-Technik der dritten Generation. Die HDR-Technik von Toshiba nutzt die so genannte Single-Frame-Methode, bei der Zeilen eines Bildes gleichzeitig mit unterschiedlichen Belichtungszeiten erfasst werden und aus diesen Daten ein HDR-Bild zusammengesetzt wird. Laut Armin Derpmanns, General Manager bei Toshiba Electronics Europe, sind auch die Toshiba-Sensoren mit Funktionen ausgestattet, um eine Zertifizierung nach ASIL-Klassen zu ermöglichen.
Die BSI-Pixelgröße des CSA02M00PB ist mit 3 µm und der Dynamikbereich mit 120 dB bei 45 Frames pro Sekunde und 1080 p angegeben. Bei 60 Bildern pro Sekunde sinkt der Wert auf 96 dB. In einem 9 x 9 mm großen PBGA-Gehäuse bietet der Sensor eine HD-Auflösung (1928 x 1084). Der Sensor ist außerdem mit einem seriellen MIPI CSI-2-Interface ausgestattet. Im März nächsten Jahres will Toshiba Muster der AEC-Q100-qualifizierten Bildsensoren verfügbar machen. Derpmanns zusammenfassend: »Der neue Sensor weist einen hohen Dynamikbereich auf, so dass Bilder auch dann erfasst werden können, wenn sie einen hohen Kontrast zwischen den hellsten und den dunkelsten Stellen aufweisen. Außerdem zeichnen sich die Sensoren durch eine hohe Empfindlichkeit selbst bei schlechten Lichtverhältnissen auf, so dass beispielsweise eine Fußgängererkennung selbst bei Nacht problemlos möglich ist. Darüber hinaus verfügen die Sensoren über eine hohe Auflösung und sind mit einer Funktion ausgestattet, die das LED-Flackern eliminieren, so dass Verkehrsschilder-Erkennung auch kein Problem ist.«
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