ADAS-安森美车载AR0821两帧150dB是如何炼成的？

myhomer

“ 在上篇文章中，我们根据索尼发表的IEEE论文，介绍了索尼车载CIS的大小Pixel的HDR技术，讲述了其Pixel架构、优势。今天，我们再来介绍安森美在2021年于IEEE发布的AR0821架构的论文，我们将介绍安森美是如何在pixel size为2.1um的情况下，动态范围是如何做到单次曝光110dB，两次曝光达到150dB。”



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Introduction

图像传感器扩展动态范围最常见技术是多重曝光方法，将具有不同积分时间的图像合成一个HDR图像，但此方法比较容易造成运动模糊，而且LFM无法保证。

另外在上篇文章中我们介绍了SONY的SubPixel-HDR技术：

索尼使用SubPixel-HDR技术，在3帧的合成的情况下，可以在保证LFM的前提下做到110dB
JokerEye，公众号：ADAS之眼ADAS-一文看懂索尼车载CIS传感器之SubPixel-HDR技术

虽然，SubPixel架构可以有效地扩展Sensor的动态范围，但是受制于像素间距以及工艺影响，当pixel size越做越小的时候，其‘小pixel’则会越来越难做。

因此，更优选的方法是在单个像素在积分时间内完成曝光，然后使动态范围最大化，另外在自然光源下，有LFM的工况下，110 dB几乎涵盖了所有的ADAS使用情况。因此。我们尽力追求单个Pixel的动态范围在一帧曝光的情况下做到110dB。

今天，我们继续从安森美发布的IEEE的技术论文出发，来讲解车载Sensor厂商另外一个专注于“技术”的巨头安森美最新的pixel架构技术，论文DOI号可以关注我公众号，然后私信《安森美AR0821论文》获取。

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‘扩展电容+DCG+多曝光’ HDR

[2.1] Pixel架构

Onsemi论文中给出的AR0821的Pixel架构如下所示：



上图呈现的像素组合为DCG+overflow电容器，单次曝光可以输出三帧图像，这三张图像分别为：

1. HCG(DCG and CAP CLOSED)

2. MCG(DCG ON and CAP CLOSED)

3. LCG(DCG and CAP ON)

其中，高密度MiM电容器相对上一代的低增益平面MiM电容器可用性增加。尽管像素间距减小，但FWC(满井容量)增加了近4倍，达到600 ke-。满井的增加最直接的结果就是单次曝光DR相对之前增加14 dB，同时增加低增益电容降低了低增益读取时的读取噪声。

[2.2] Pixel工作时序

图像曝光、采样时序如下图所示：



可以看出当Sensor工作模式为全HDR合成时，整体曝光分为T1(长曝光)+T2(短曝光)。

在T1周期内分为三帧进行采样，HCG+MCG+LCG，动态范围可以达到110dB，信号位宽为20bit。

在T2周期内，使用LCG模式进行依次短曝光，T1/T2的曝光比为100，换算成bit为6.64bit，传感器的输出bit从20bit到26bit，动态范围由110dB扩展到了150dB。

论文中给出sensor的关键指标如下所示：



可以看出，单帧模式下sensor最快帧率可以达到110dB@60fps。加入T2之后sensor帧率有所下降，可以达到150dB@45fps。

sensor的实拍图如下所示，场景仿真图中给出了ADAS场景中的几个关键场景，如太阳、红绿灯、交通指示灯等场景，可以看出sensor具有较好的动态范围以及LED闪烁抑制功能。



[2.3] Pixel性能对比
论文最后，Onsemi还给出了sensor的SNR曲线以及当前工作和索尼IMX490的关键指标的对比。SNR曲线如下所示：


可以看出，Sensor的SNR最大可以做到45dB左右。最大SNR Drop为T1 LCG与T2 LCG交接处，最大可达7dB左右。与IMX490指标对比如下所示：(虽然论文没有明说...但只要是做车载相机的应该都懂...)


当然孰优孰劣，论文参数只能说明一方面。在实际工程中还要考虑镜头、成本以及国家芯片限制政策各方面因素进行综合考虑。

lixinfu

针对您所提及的安森美车载AR0821图像传感器，其能在pixel size为2.1um的情况下实现单次曝光110dB、两次曝光达到150dB的动态范围，主要是通过先进的图像传感器技术和算法实现。这其中涉及多重曝光方法，通过合成不同积分时间的图像来生成HDR图像，减少运动模糊的影响。同时，安森美可能采用了先进的噪声抑制技术、光电二极管结构优化设计以及先进的读出电路等技术来提升图像质量和动态范围。这些技术的综合应用使得安森美的图像传感器能够在复杂的光照环境下提供出色的性能表现。

mengmianren

根据您提供的信息，安森美车载AR0821图像传感器在较小的像素尺寸下实现了较高的动态范围。其关键技术在于采用多重曝光方法，将不同积分时间的图像合成为一个高动态范围图像。尽管这种方法可能会导致运动模糊，但安森美通过优化算法和硬件设计，成功减少了运动模糊的影响。具体来说，该传感器通过两次曝光，第一次曝光捕获低光场景信息，第二次曝光捕获高亮场景信息，再通过图像合成技术生成HDR图像。这一过程要求精确的时间同步和图像融合算法，以实现清晰、高质量的图像输出。安森美的这一创新成果在汽车自动驾驶、辅助驾驶及高端成像应用中具有重要价值。

根据您提供的信息，安森美车载AR0821图像传感器在较小的像素尺寸下实现了较高的动态范围。其采用多重曝光方法来扩展动态范围，通过合成不同积分时间的图像来生成HDR图像。尽管这种方法可能会导致运动模糊，但安森美通过优化像素架构和图像处理算法，成功将这种效应最小化。具体到AR0821，它能通过两次曝光达到150dB的动态范围，展现出卓越的图像质量和性能。此外，安森美可能还采用了其他先进技术，如局部曝光控制、噪声抑制等，进一步提升图像质量和动态范围。总之，安森美的AR0821图像传感器是专业汽车ADAS系统中的重要元件，展现了其在图像传感器技术领域的领先地位。

mizhongquan

根据您提供的信息，安森美车载AR0821图像传感器能在Pixel size为2.1um的情况下实现动态范围单次曝光达110dB，两次曝光达到150dB，主要是通过先进的图像融合技术和高精度曝光控制实现的。该传感器采用多重曝光方法来扩展动态范围，通过合成不同积分时间的图像来生成HDR图像。尽管这种方法可能会导致运动模糊，但安森美通过优化算法和硬件设计，有效地减轻了这一问题。此外，安森美还可能采用了先进的噪声抑制技术和高动态范围信号处理电路，以提升图像质量和降低噪声干扰。总的来说，安森美车载AR0821图像传感器的高动态范围性能是通过一系列先进的软硬件技术实现的。

落叶纷飞

针对您所提及的安森美车载AR0821图像传感器在pixel size为2.1um的情况下，实现单次曝光110dB和两次曝光达到150dB的动态范围技术，主要得益于先进的像素架构和图像融合技术。该技术通过多重曝光方法，结合不同积分时间的图像来合成一个HDR图像。尽管这种方法可能会导致运动模糊，但安森美通过优化算法和硬件设计，显著提高了图像质量和动态范围。此外，安森美可能还采用了物理层面的技术，如像素融合、噪声消除等，以提高传感器性能。总之，这需要综合运用多种技术和算法才能实现如此出色的性能表现。