1080P High-Definition-Kamera zur Überwachung des Verhaltens in Bussen, intelligente Nachtsicht-Weitwinkel-Infrarotkamera

Autokamera: Auge des autonomen Fahrens

In Autos montierte Kameras gelten als „Augen des autonomen Fahrens“ und sind die zentrale Sensorausrüstung im ADAS-System und im Bereich des autonomen Fahrens im Automobilbereich.Die Hauptfunktion des Sammelns von Bildinformationen liegt in der Linse und den Bildsensoren, die eine visuelle 360°-Wahrnehmung erreichen und die Mängel des Radars bei der Objekterkennung ausgleichen können.Es ist der Sensor, der dem menschlichen Sehen am nächsten kommt.
Automontierte Kameras sind im Automobilbereich weit verbreitet und erstrecken sich nach und nach von der frühen Verwendung zur Fahraufzeichnung, Rückfahrkamera und Parkrundumansicht bis hin zur intelligenten Verhaltenserkennung im Cockpit und ADAS-unterstütztem Fahren mit immer vielfältigeren Anwendungsszenarien.
Der aktuelle CR3 der globalen Autokameraindustrie liegt bei 41 %, wobei die zehn größten Unternehmen 96 % des Marktanteils einnehmen.Die Konzentration der globalen Autokameraindustrie ist hoch.
Das Highway Loss Data Institute (HLDI) prognostiziert, dass bis 2030 fast 50 % der Autos mit ADAS-Technologie ausgestattet sein werden.
Laut ICVTank wird der Umfang der chinesischen Autokameraindustrie bis 2025 voraussichtlich 23 Milliarden erreichen, mit einer jährlichen Wachstumsrate von 30 % in den nächsten fünf Jahren;Es wird erwartet, dass der weltweite Markt für Autokameras von 11,2 Milliarden US-Dollar im Jahr 2019 auf 27 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 wachsen wird, mit einem 5-Jahres-CAGR von 15,8 %.
Automatisches Fahren umfasst Wahrnehmung, Urteilsvermögen und Ausführung, und die Wahrnehmung ist die Quelle des gesamten Prozesses und ein wichtiges Modul des automatischen Fahrsystems.Während des Fahrvorgangs des Fahrzeugs sammelt das Wahrnehmungssystem mithilfe von Sensoren in Echtzeit Informationen über die Umgebung, was den „Augen“ eines autonomen Fahrzeugs entspricht, und kann dem Fahrzeug dabei helfen, eine ähnliche Beobachtungsfähigkeit zu erreichen eines menschlichen Fahrers.
In autonomen Fahrzeugen besteht das Wahrnehmungssystem hauptsächlich aus Sensoren wie Kameras, Millimeterwellenradar und LiDAR (optional, hauptsächlich aus Angst vor Ablenkung).Als Hauptsensor für die Umgebungswahrnehmung spielt die Kamera eine sehr wichtige Rolle bei der Erzielung einer umfassenden visuellen Wahrnehmung von 360 °, kompensiert die Mängel des Radars bei der Objekterkennung und ist der Sensor, der dem menschlichen Sehen am nächsten kommt.Daher sind Kameras im Auto eines der Schlüsselgeräte im Bereich des autonomen Fahrens.

Was ist eine Autokamera?
Die Haupthardwarestruktur von Autokameras umfasst optische Linsen (einschließlich optischer Linsen, Filter, Schutzfolien usw.), Bildsensoren, Bildsignalprozessoren (ISP), Serialisierer, Anschlüsse und andere Komponenten.Das schematische Diagramm seiner Struktur ist in der Abbildung dargestellt:

Anatomie des im Auto montierten Kameramoduls
Das obige Bild zeigt die Anatomie von Kameramodulen, die üblicherweise in Autos verwendet werden.Neben der äußersten Aluminiumschale, dem Dichtungsring und der Linse gibt es in der Mitte tatsächlich ein relativ einfaches Design aus mehreren Schichten, zu denen normalerweise die Sensorplatine des Sensors, die kleine Platine des Bildprozessors und die Platine eines gehören Serialisierer.Der Grund für die Notwendigkeit eines Serialisierers liegt darin, dass der Bilddatenausgabebus von Kamerasensoren oder ISPs normalerweise Standard ist und sich durch Hochgeschwindigkeitsdurchquerung auszeichnet, die Entfernung des Übertragungsbusses jedoch kurz ist, da sonst die Integrität des Signals nicht garantiert werden kann.
Daher müssen wir es im Fahrzeug auf Hochgeschwindigkeitsbusstandards wie GMSL umstellen, die für die Übertragung über große Entfernungen im Fahrzeug geeignet sind, sodass das Kameramodul normalerweise über eine serielle Platine auf den Bus umgestellt wird.Darüber hinaus können Koaxialkabel zur Stromversorgung von Modulen und zur Übertragung von Bilddaten verwendet werden.
Optische Linse: Verantwortlich für die Fokussierung des Lichts und die Projektion von Objekten im Sichtfeld auf die Oberfläche des Bildmediums.Abhängig von den Anforderungen an die Abbildungswirkung können mehrere Schichten optischer Linsen erforderlich sein.Filter können Lichtbänder herausfiltern, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind, sodass nur die sichtbaren Lichtbänder der tatsächlichen Szenerie im Sichtfeld des menschlichen Auges verbleiben.
Bildsensor: Bildsensoren können die fotoelektrische Umwandlungsfunktion fotoelektrischer Geräte nutzen, um das Lichtbild auf der lichtempfindlichen Oberfläche in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das proportional zum Lichtbild ist.Es wird hauptsächlich in zwei Typen unterteilt: CCD und CMOS.
ISP-Bildsignalprozessor: Verwendet hauptsächlich eine Hardwarestruktur, um die vom Bildsensor eingegebenen RAW-Formatdaten der Bild- und Videoquelle vorzuverarbeiten, die in YCbCr und andere Formate konvertiert werden können.Es kann auch verschiedene Aufgaben wie Bildskalierung, automatische Belichtung, automatischen Weißabgleich und automatische Fokussierung ausführen.
Serializer: Er überträgt verarbeitete Bilddaten und kann zur Übertragung verschiedener Arten von Bilddaten wie RGB und YUV verwendet werden.
Anschluss: dient zum Anschluss einer festen Kamera.
Für Autokameras gelten außerdem höhere Herstellungsprozesse und Zuverlässigkeitsanforderungen als für Industrie- und Gewerbekameras.Da Autos lange Zeit in rauen Umgebungen arbeiten müssen, müssen im Auto montierte Kameras unter komplexen Arbeitsbedingungen wie hohen und niedrigen Temperaturen, starken Vibrationen sowie hoher Luftfeuchtigkeit und Hitze stabil funktionieren.Die wesentlichen Anforderungen an die Prozessfertigung sind folgende:

Prozessanforderungen für Autokameras
Hohe Temperaturbeständigkeit: Die im Auto montierte Kamera muss im Bereich von -40 ℃ bis 85 ℃ normal funktionieren und sich an drastische Temperaturschwankungen anpassen können;
Erdbebensicherheit: Fahrzeuge können beim Fahren auf unebenen Straßen starke Vibrationen erzeugen, daher muss die Bordkamera unterschiedlich starken Vibrationen standhalten können;
Antimagnetisch: Wenn das Fahrzeug startet, erzeugt es extrem hohe elektromagnetische Impulse, was eine extrem hohe Antimagnetisierung erfordertLeistung;
Wasserdicht: Die Kamera sollte dicht verschlossen sein, um eine normale Verwendung auch nach mehrtägigem Einweichen in Regenwasser zu gewährleisten;
Lebensdauer: Die Lebensdauer muss mindestens 8-10 Jahre betragen, um den Anforderungen gerecht zu werden;
Ultraweitwinkel: Die Seitenansicht-Surround-Kamera muss ein Ultraweitwinkel sein, mit einem horizontalen Betrachtungswinkel von 135°;
Hohe Dynamik: Das Fahrzeug fährt mit hoher Geschwindigkeit und die Lichtumgebung, der die Kamera ausgesetzt ist, ändert sich dramatisch und häufig, sodass das CMOS der Kamera über hohe dynamische Eigenschaften verfügen muss.
Geringes Rauschen: Es kann Rauschen bei schlechten Lichtverhältnissen wirksam unterdrücken, insbesondere wenn Seiten- und Rückfahrkameras erforderlich sind, um auch nachts klare Bilder aufzunehmen.

Schlüsselparameter des intelligenten Frontkamerakopfs im Fahrzeug
Erkennungsentfernung
Horizontaler Sichtfeldwinkel
Vertikaler Sichtfeldwinkel
Auflösung – Wenn die Kamera gleichmäßig verteilte schwarze und weiße Streifen aufnimmt, ist dies die maximale Anzahl an Linien, die auf dem Monitor sichtbar sind (höher als die Auflösung der Kamera).Wenn die Anzahl der Zeilen diesen Wert überschreitet, ist auf dem Bildschirm nur noch ein grauer Bereich zu sehen und schwarze und weiße Streifen sind nicht mehr zu unterscheiden.
Minimale Beleuchtung – bezieht sich auf die Empfindlichkeit des Bildsensors gegenüber Umgebungslicht oder das dunkelste Licht, das für eine normale Bildgebung durch den Bildsensor erforderlich ist.Dabei handelt es sich um den Beleuchtungsstärkewert der Szene, wenn der Videosignalpegel der Kamera unter der Hälfte der maximalen Amplitude des Standardsignals liegt und die Beleuchtung des Motivs allmählich abnimmt.
Signal-Rausch-Verhältnis – das Verhältnis der Ausgangssignalspannung zur gleichzeitig ausgegebenen Rauschspannung;
Dynamikbereich – Der Bereich, innerhalb dessen die Helligkeitswerte der hellsten und dunkelsten Objekte innerhalb desselben von der Kamera aufgenommenen Bildes Details normal anzeigen können.Je größer der Dynamikbereich, desto besser können zu helle oder zu dunkle Objekte auf demselben Bildschirm normal dargestellt werden.

Was sind die Vorteile gegenüber der Radartechnik?
1) Im Vergleich zum Millimeterwellenradar sind die Hauptvorteile aktueller Kameras:
Zielerkennung und -klassifizierung – Derzeit kann ein gewöhnliches 3D-Millimeterwellenradar nur erkennen, ob sich Hindernisse vor ihm befinden, und kann die Größe und Kategorie von Hindernissen nicht genau identifizieren.Zum Beispiel verschiedene Arten der Fahrspurerkennung, Ampelerkennung und Verkehrszeichenerkennung;
Erkennung von befahrbaren Räumen, Aufteilung der sicheren Grenzen (fahrbare Bereiche) der Fahrzeugbewegung, hauptsächlich Aufteilung von Fahrzeugen, gewöhnlichen Straßenrändern, Bordsteinkanten, sichtbaren Grenzen ohne Hindernisse und unbekannten Grenzen;
Die Fähigkeit, sich horizontal bewegende Ziele zu erkennen, z. B. die Erkennung und Verfolgung von Fußgängern und Fahrzeugen, die Kreuzungen überqueren;
Ortung und Kartenerstellung – das ist Technik.Obwohl derzeit Millimeterwellenradar verwendet wird, ist die Technologie ausgereifter und hat mehr Anwendungsaussichten.
2) Im automatischen Fahrsystem ähnelt das Laserradar der Kamera, hat jedoch folgende Vorteile:
Ampelerkennung und Verkehrszeichenerkennung
Kostenvorteil und hoher Reifegrad der Algorithmen und Technologien
Hohe Objekterkennungsrate

Derzeit werden Autokameras je nach Einbauort hauptsächlich in fünf Kategorien eingeteilt: Frontkameras, Rundumsichtkameras, Rückfahrkameras, Seitenkameras und eingebaute Kameras.

Frontkamera: Wird hauptsächlich an der Windschutzscheibe installiert, um während der Fahrt visuelle Wahrnehmungs- und Erkennungsfunktionen zu erreichen.Sie kann je nach Funktion in die Hauptkamera für die Vorderansicht, die Schmalwinkelkamera für die Vorderansicht und die Weitwinkelkamera für die Vorderansicht unterteilt werden.

Nach vorne gerichtete Hauptkamera: Diese Kamera wird als Hauptkamera im ADAS-System von L2 verwendet.Die Sichtwinkel betragen im Allgemeinen 30 °, 50 °, 60 °, 100 ° und 120 ° und die Erfassungsentfernung beträgt im Allgemeinen 150–170 Meter.Das Ausgabeformat der Kamera.

Nach vorne gerichtete Weitwinkelkamera: Die Hauptfunktion dieser Kamera besteht darin, Objekte zu erkennen, die sich in geringer Entfernung befinden. Sie wird hauptsächlich bei städtischen Straßenverhältnissen, beim Fahren mit niedriger Geschwindigkeit und in anderen Szenen verwendet.Sein Sichtwinkel liegt zwischen 120° und 150° und die Erfassungsentfernung beträgt etwa 50 Meter.Nach dem großflächigen Einbau des 8MP-Objektivs in Folgefahrzeuge wird diese Kamera nicht mehr benötigt.

Engwinkelkamera für die Vorderansicht: Die Hauptfunktion dieser Kamera besteht darin, Ziele wie Ampeln und Fußgänger zu erkennen.Im Allgemeinen werden Engwinkelobjektive verwendet, und es können Objektive um 30–40° ausgewählt werden.Und die Pixel dieses Objektivs sind im Allgemeinen die gleichen wie die der nach vorne gerichteten Hauptkamera.Die Kamera nimmt einen engen Winkel ein, verfügt über eine höhere Pixeldichte und einen größeren Erkennungsabstand und kann im Allgemeinen bis zu 250 Meter oder sogar größere Entfernungen erfassen.

Nach der Installation einer 8-MP-Kamera kann das Sichtfeld der nach vorne gerichteten Hauptkamera 120° erreichen, was möglicherweise nicht mehr benötigt wird.Die Erkennungsentfernung beträgt etwa 60 Meter.

Surround-Kamera: Wird hauptsächlich um die Fahrzeugkarosserie herum installiert und verwendet normalerweise 4 bis 8 Kameras, die in nach vorne gerichtete Fischaugenkameras, nach links gerichtete Fischaugenkameras, nach rechts gerichtete Fischaugenkameras und nach hinten gerichtete Fischaugenkameras unterteilt werden können.Wird zur Anzeige der Panorama-Panoramaansichtsfunktion sowie zur visuellen Wahrnehmung und Objekterkennung mit integrierter Parkfunktion verwendet.Die häufig verwendete Farbmatrix ist darauf zurückzuführen, dass eine Farbwiederherstellung erforderlich ist.

Rückfahrkamera: Im Allgemeinen im Kofferraum installiert, hauptsächlich zur Einparkhilfe.Der Sichtwinkel liegt zwischen 120 und 140 Grad und die Erfassungsentfernung beträgt etwa 50 Meter.

Seitliche Frontkamera: Wird an der B-Säule oder am Rückspiegel des Fahrzeugs installiert. Der Sichtwinkel dieser Kamera beträgt im Allgemeinen 90 ° bis 100 ° und die Erfassungsentfernung beträgt etwa 80 Meter.Die Hauptfunktion dieser Kamera besteht darin, seitliche Fahrzeuge und Fahrräder zu erkennen.
Seiten- und Rückfahrkamera: Im Allgemeinen am vorderen Kotflügel des Fahrzeugs installiert, beträgt der Sichtwinkel dieser Kamera im Allgemeinen etwa 90 ° und die Erfassungsentfernung beträgt ebenfalls etwa 80 Meter.Es wird hauptsächlich für Szenenanwendungen wie den Spurwechsel von Fahrzeugen und das Einfädeln in andere Straßen verwendet.
Eingebaute Kamera: Wird hauptsächlich zur Überwachung des Fahrerstatus und zur Erzielung von Müdigkeitserinnerungen und anderen Funktionen verwendet.
Unter ihnen ist der Preis für Frontkameras relativ hoch und der aktuelle Marktpreis liegt zwischen 300 und 500 Yuan;Die Preise anderer Kameras liegen bei etwa 150-200 Yuan.

Aus dem Plan können wir ersehen, dass alle 8 Kameras mit dem Fahrsystem verbunden sind, das eng mit dem Plan für reines autonomes Fahren zusammenhängt, der ohne LiDAR gefördert wurde.Der größte Vorteil dieses Plans ist seine hohe Kosteneffizienz.Durch den Einsatz einer sehr kostengünstigen selbst entwickelten Kamera wurde ein Grad an autonomem Fahren erreicht.
Der größte Vorteil dieser Lösung, die mehrere Kameras nutzt, ist ihre starke Skalierbarkeit.In der frühen Entwurfsphase müssen die Hardwarekosten erhöht werden, in der späteren Phase weist die autonome Fahrfunktion jedoch eine sehr gute Kompatibilität und Skalierbarkeit auf.
Durch dieses Sensormodell wurde ein Niveau an autonomen Fahrfunktionen mit guten Erfahrungen erreicht, einschließlich der äußerst ausgeprägten autonomen Hochgeschwindigkeits-Navigationsfahrfunktion (NGP) und der Parkplatzspeicher-Parkfunktion.
Die S-Klasse ist ein Vertreter traditioneller OEM-Lösungen und die binokulare Stereokameralösung ist der größte Vorteil der Mercedes-Benz S-Klasse.Im Vergleich zu monokularen Kameras können binokulare Kameras die Bewegung des aktuell erkannten Ziels in den X-, Y- und Z-Koordinaten berechnen, die Haltung und den Typ des erkannten Ziels bestimmen und den Erfahrungseffekt der ADAS-Funktion von Mercedes Benz auf L2-Ebene erzielen auch besser als die anderen beiden.
Bei der Analyse von Kameralösungen für serienmäßig hergestellte Automodelle haben wir festgestellt, dass sie alle Kameras mit mittleren bis niedrigen Pixeln verwenden, um autonome Fahrfunktionen zu erreichen.

Saitemei Security Electronics Co., Ltd. Autokamera-Industriekette
Die Industriekette für Automobilkameras umfasst hauptsächlich drei Hauptglieder: Upstream-Materialien, Midstream-Komponenten und Downstream-Produkte.
Vorgelagerte Materialien wie optische Linsen, Filter und Schutzfolien werden zur Herstellung von Linsenbaugruppen verwendet, während Wafer zur Herstellung von CMOS-Chips und DSP-Signalprozessoren verwendet werden;Montieren Sie die Midstream-Linsenbaugruppe, die CMOS-Chips und die Klebematerialien zu Modulen und verpacken Sie sie mit DSP-Signalprozessoren in Kameraprodukten.
Auf dieser Ebene der Industriekette können vorgelagerte Lieferanten bereits komplette Kameraprodukte an nachgelagerte Fahrzeug- oder Erstlieferantenkunden liefern.In der Autokamera-Industriekette bilden Kameras und Softwarealgorithmen zusammen eine Autokameralösung, die auf autonome Fahrzeuge angewendet wird.
Gegenwärtig sind die Unternehmen mit einem großen Marktanteil im Autokameramarkt allesamt führende globale First-Tier-Komponentenlieferanten, und nachgelagerte Kunden umfassen im Wesentlichen große globale Fahrzeugunternehmen.

CMOS weist mit 52 % das höchste Preis-Leistungs-Verhältnis bei Autokameras auf;Auf Modulverpackungen entfallen 20 % und auf optische Linsen 19 %.

CMOS-Chip
CMOS (CIS-Sensor) ist die gängige lichtempfindliche Komponentenlösung für Autokameras.Im Vergleich zu lichtempfindlichen CCD-Komponenten weist CMOS eine etwas schlechtere Bildqualität auf, ist jedoch kostengünstiger und energieeffizienter, weshalb es im Bereich der Autokameras mit geringen Pixelanforderungen weit verbreitet ist.

Grundaufbau von Bildsensoren
Der Bildsensor ist vom Aussehen her in einen lichtempfindlichen Bereich (Firecore), Verbindungsdrähte, einen inneren Schaltkreis und ein Substrat unterteilt.Der lichtempfindliche Bereich ist ein einzelnes Pixelarray, das aus mehreren einzelnen Pixelpunkten besteht.Wenn die von jedem Pixel erhaltenen Lichtsignale zusammengeführt werden, ergeben sie ein vollständiges Bild.

Schnittdiagramm des CMOS-Chips

Aufgrund der unterschiedlichen Winkel, in denen das Licht in jedes einzelne Pixel eintritt, wird auf der Oberfläche jedes einzelnen Pixels eine Mikrolinse angebracht, um den Lichtwinkel zu korrigieren, sodass das Licht vertikal in die Oberfläche des lichtempfindlichen Elements eintreten kann.Dies ist das Konzept eines Chips, der in einem geringfügigen Abweichungsbereich von der Linse gehalten werden muss

In Bezug auf die Schaltungsarchitektur integrieren wir einen Bildsensor als Darkbox, der Lichtsignale in elektrische Signale umwandelt.Zu den externen Komponenten der Dark Box gehören typischerweise Strom-, Daten-, Takt-, Kommunikations-, Steuer- und Synchronisationsschaltkreise.Man kann es einfach so verstehen, dass der Firecore Lichtsignale in elektrische Signale umwandelt, die von der Logikschaltung in der Dunkelbox verarbeitet und kodiert und dann über eine Datenschnittstelle ausgegeben werden.

Da der Designprozess der Pixelschicht in CMOS-Chips dem analogen Chips ähnelt, gelten hohe Anforderungen an die Herstellungsprozesse
Hauptlieferanten.
Die Produktions- und Fertigungstechnologie von CMOS ist hoch und aus globaler Marktperspektive derzeit hauptsächlich von ausländisch finanzierten Unternehmen besetzt.Aus Sicht der Wettbewerbslandschaft belegt Saitemei mit einem Marktanteil von 36 % den ersten Platz, dicht gefolgt vom inländischen Unternehmen Huoxin Technology mit einem Marktanteil von 22 %.Globale Zulieferer machen über 65 % aus, mit einer hohen Branchenkonzentration.Das inländische Unternehmen Saitemei Security Electronics Co., Ltd. hat sich zu einem führenden Unternehmen auf diesem Gebiet entwickelt.