Smart Eye und STMicroelectronics

Hochempfindliches Fahrerüberwachungs-System mit nur einer LED

13. September 2022, 16:38 Uhr | Kathrin Veigel
Smart Eye STMicroelectronics Fahrerüberwachung
Für eine optimale Überwachung von Autofahrern durch ein neues DMS bündeln ST und Smart Eye jetzt ihre Expertise.
© metamorworks/Adobe Stock

Der Halbleiterhersteller STMicroelectronics arbeitet ab sofort mit Smart Eye zusammen, um ein neues Fahrerüberwachungs-Systems zu entwickeln. Es soll sich dadurch auszeichnen, dass es nur eine LED benötigt, um Autofahrer ausreichend auszuleuchten.

Die Kombination des Know-hows von Smart Eye im Bereich der Fahrerüberwachungs-Algorithmen und der Konstruktion optischer Systeme mit dem hochempfindlichen, Automotive-tauglichen Global-Shutter-Bildsensor VB56G4A von STMicroelectronics sorgt bei dem neuen Fahrerüberwachungs-Systems (Driver Monitoring System, DMS) für einen geringeren Stromverbrauch und niedrigere Systemkosten, da zur Ausleuchtung nur noch eine LED nötig ist. Derzeitige Systeme erfordern dagegen meist zwei oder mehr LEDs, um die Person am Steuer hinreichend auszuleuchten.

Der in diesem Jahr angekündigte VG56G4A verkörpert die zweite Generation der Automotive-tauglichen, für Fahrerüberwachungs-Systeme gedachten Global-Shutter-Bildsensoren von ST. Der Baustein profitiert von den Investitionen von ST in die Produktion von Bildsensoren auf Basis der fortschrittlichen BSI-3D-Technik (3D-Stacked Back-Side Illuminated). Diese sind empfindlicher, kleiner und zuverlässiger als konventionelle FSI-Sensoren (Front-Side Illuminated), de in der ersten DMS-Generation zum Einsatz kamen.

Der Sensor erzielt laut Hersteller eine hohe Quanteneffizienz (QE), die im Nah-Infrarotbereich (NIR) bei 940 nm Wellenlänge einen Wert von 24 Prozent erreicht, sowie einen linearen Dynamikbereich von bis zu 60 dB. Folglich genügt eine einfache, stromsparende und im nicht sichtbaren Bereich arbeitende LED, um eine hinreichende Ausleuchtung für den Bildsensor zu gewährleisten.

Durch den Betrieb außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums wird überdies ein einheitliches Verhalten am Tag und bei Nacht, bei hellem Sonnenlicht sowie bei bedecktem Himmel erreicht, während potenzielle Probleme durch Ermüdung der Person am Steuer vermieden werden.

Darünber hinaus bietet die Global-Shutter-Technik des Bildsensors Vorteile gegenüber Bildaufnehmern in Rolling-Shutter-Technik: Indem sämtliche Pixel eines Bildes gleichzeitig belichtet werden, ermöglicht ein Global-Shutter-Sensor die einfache Synchronisation mit einer NIR-Beleuchtung, wodurch sich das Energiebudget des Beleuchtungs-Subsystems verbessert.

Die nur 2,6 µm betragenden Pixelgröße, der hohe QE-Wert und die Global-Shutter-Technik des Sensors tragen dazu bei, den Gesamt-Stromverbrauch und die Größe der Kamera zu optimieren. Die integrierte automatische Belichtungsregelung macht außerdem die Anwendung einfacher und erleichtert das Design der Applikationssoftware, da sich die Interaktionen zwischen System und Sensor auf ein Minimum beschränken.

Die vom Sensor gebotenen flexiblen Betriebsarten helfen ferner beim Optimieren der Ausstattung und der Leistungsfähigkeit des Systems. Zu nennen sind hier beispielsweise programmierbare Sequenzen von Kontexten aus je vier Frames, die Synchronisation der Beleuchtungssteuerungs-Ausgänge zu den Integrationsperioden des Sensors und ein Eingang für ein externes Frame-Start-Signal. Hinzu kommen die automatische Dunkelkalibrierung, die dynamische Korrektur defekter Pixel, das Image Cropping sowie die Möglichkeit zum Auslesen eines gespiegelten (seitenverkehrten) Bilds.

An externen Anschlüssen sind acht programmierbare GPIO-Pins (General-Purpose Input/Output) und ein Dual-Lane MIPI CSI-2 Transmitter Interface mit bis zu 1,5 GBit/s je Lane vorhanden. Der Sensor kann bei voller Auflösung mit bis zu 88 Frames pro Sekunde (fps) betrieben werden, und die typische Leistungsaufnahme bei 60 fps beträgt 145 mW.

 

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