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Fahrerassistenz

Bildaufnehmer mit hohem Dynamikbereich für Nachtsichtsysteme

31. Januar 2011, 16:22 Uhr | Von Dr. Dirk Hertel

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Bildsensor mit erweiterter NIR-Empfindlichkeit und Farbunterstützung

Das Nachtsichtsystem von Melexis fasst vier Technologien in einem Bildsensor zusammen:

Der Melexis Avocet CMOS Imager basiert auf einem konventionellen 3T-Pixel, was ihn auch für kostengünstige Automotive-Applikationen attraktiv macht. Dank spezieller Optimierung wurde die Empfindlichkeitsgrenze bis auf ca. 1100 nm erweitert. Die Multiple-Slope-CMOS-Pixeltechnologie sorgt für den nötigen Dynamikbereich.

Die adaptiven Autobrite-Algorithmen sind für die WDR-Anpassung verantwortlich und gewährleisten eine hinreichende Detailwiedergabe über den gesamten Dynamikbereich.

Der AutoView-Tone-Mapping-Algorithmus komprimiert die höhere Bit-Tiefe der WDR-Bildinformationen so, dass sie ohne Detailverlust auf normalen Displays wiedergegeben werden können. Dunkle Bilddetails werden besser sichtbar, der Kontrast zur Erzielung einer natürlicheren Wiedergabe wird optimiert.

Die NightBrite-Technologie kombiniert die WDR-Fähigkeit mit in den NIR-Bereich erweiterter spektraler Empfindlichkeit und Farbfähigkeit.

Die Multiple-Slope-CMOS-Pixeltechnologie kann wie folgt beschrieben werden: Die bei der Belichtung freigesetzten Photoelektronen entladen die im Pixel gespeicherte Ladung. Die Entladerate nimmt proportional zur Lichtintensität zu. Während dunkle Pixel nach Ablauf der Integrationszeit nur teilweise entladen sind, kommt es bei sehr hellen Pixeln schon davor zu einer völligen Entladung und damit zur Sättigung. Vermeiden lässt sich dies durch ein partielles Wiederaufladen aller Pixel vor Ablauf der Integrationszeit (Bild 3).

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Dies lässt die dunklen Pixel unbeeinflusst, überschreibt jedoch den Ladungszustand jener helleren Pixel, deren Ladung bereits zu stark abgenommen hat. Die so zurückgesetzten Pixel können erneut mit der Bildaufzeichnung beginnen, jedoch mit der verbleibenden kürzeren Integrationszeit. Dieser Vorgang kann mehrmals mit immer niedrigeren Wiederaufladespannungen und kürzeren Restzeiten wiederholt werden. Das Ergebnis ist eine stückweise lineare Näherung einer logarithmischen Kennlinie. Der AutoBrite-Algorithmus passt die Belichtungszeit und die Dynamikbereich-Erweiterung an die Bildszene an und sorgt dafür, dass der inkrementelle Signal-Rausch-Abstand stets über dem Schwellwert bleibt. Mit AutoBrite können bis zu sechs Resets geschaltet werden, womit der Dynamikbereich auf mehr als 120 dB erweitert wird und die Anforderungen für Kfz-Nachtsichtsysteme eindeutig erfüllt werden (Bild 4).