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充分發揮汽車 ToF 3D 成像技術的潛能

作者: 時間:2025-04-11 來源:邁來芯 收藏

人們曾一度認為飛行時間 () 是汽車行業中一種獨特而又陌生的技術。由于缺乏汽車級,加之尚未形成一個成熟的生態系統,該技術成本高昂,因此未能得到廣泛應用。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/202504/469312.htm

Enabling the full potential of automotive 3D ToF imaging

本身分辨率相對較低也是一個制約因素,由于視野 (FoV) 狹窄或寬視野空間分辨率不足,因此應用十分有限。

隨著更多主動安全標準(例如 NCAP)的推出以及 L4和L5級無人駕駛汽車對更多功能的解鎖, 技術迎來了新的發展勢頭,不再局限于車內應用。現在,ToF 技術已在近距離保護等外部應用中進行評估,因為它不僅結合了高分辨率和近距離精確深度信息,還填補了攝像頭和雷達等遠距離系統的空缺。

顯然,應用的多樣性預示著特定的到來,業界也因此能夠選擇更合適的解決方案并提高性價比。

Automotive optical technologies at a glance

ToF 技術的獨特之處在于,它能夠將環境光不敏感的高分辨率圖像和距離測量相結合。今天,2D 圖像傳感和雷達已廣泛應用于汽車行業。

在距離測量的應用中,雷達技術是非常強大的,它可以檢測到很小的運動情況,但是在空間分辨率方面卻非常受限。ToF 技術可提供中等分辨率圖像和距離信息,可視等同為2D 圖像傳感器和雷達的結合。

根據具體需求,TOF技術可以替換上述兩種技術,或者作為這兩種技術的補充提供更高的可靠性。Melexis已經開始投資TOF技術。隨著越來越多的應用開始采用單系統支持,人們對基于 ToF 的系統也表現出了濃厚的興趣。

當比較 2D + NIR 系統和 TOF 3D 系統的總體系統成本時,處理器是非常重要的部分。 2D + NIR 系統通常會有更高的分辨率(100 萬像素,升級為 200 萬像素甚至 400 萬像素),這意味著 2D + NIR 處理器需要處理更多的像素,2D 系統需要更大更昂貴的處理器。
使用 ToF 可以獲得深度信息,而基于 2D 的系統需要進行額外處理以預估深度信息,也就是說,2D 系統需要進行更多處理才可實現類似功能。即使進行更多處理,2D 系統的深度精度也遠低于 ToF。當對深度精度需求較高時,ToF 技術無疑就是最佳選擇。

前期,人們把重點放在經汽車驗證的 ToF 傳感器的研發上;如今,業界需要一套如Melexis所提供的完整的產品組合。下面我們將以兩個典型應用為例:手勢識別和車內監控。

手勢識別

第一代手勢識別系統通常限于中控臺周圍的受限中控區域。它的視野相對狹窄,距離范圍有限,但深度精度已相當不錯。QVGA 分辨率 (320 x 240 px) 已經夠用了,同時高性價比的 LED 照明也能滿足性能需求。

Gesture recognition

在相同的分辨率下,利用寬視野可以完全覆蓋兩個前排座椅。手臂、頭部和其他較大目標均可實現跟蹤,但手指尚無法跟蹤。

新一代手勢識別系統的目標仍是在更寬廣的區域中實現手指檢測。因此,可能需要具有更高分辨率的 ToF 傳感器(例如 VGA)來提供具備足夠空間分辨率的寬視野,從而準確檢測和跟蹤手指運動。

車內監控

Driver sensing for NCAP and L3 L4 autonomous drive handover

NCAP和L3,L4自動駕駛切換的駕駛員傳感

  • 身體姿勢

  • 手握方向盤

  • 頭部姿勢

  • 眼睛閉合

  • 眼睛注視

  • 疲勞

  • 注意力狀態

  • 監測手部位置,是否在使用手機、喝飲料等

Personalization with body head and face monitoring

定制化身體,頭部和面部監測

  • 一顆芯片實現檢測駕駛員和乘客

  • 身體監測用于座椅和后視鏡調節

  • 頭部和面部監測,用以是身份識別

Active safety systems for NCAP and legal requirements

主動安全系統的NCAP和法律要求

  • 識別駕駛員,乘客,兒童

  • 部署智能安全氣囊

  • 檢測安全帶

Object detection

物體檢測

  • 物體遺留

  • 包裹分類

人數統計和人在車輛中的位置探測可以通過 QVGA分辨率的 傳感器 IC (320 x 240 px) 來實現。


收集駕駛員生物力學和認知狀態的詳細信息時,對分辨率和深度精度的要求也變得更高

使用 3D 成像數據可以準確探測駕駛員的身體姿勢、頭部位置和手部位置。例如,可以確認駕駛員是否目視前方,并將手放在方向盤上,即“手握方向盤”。

3D 信息可用來判斷駕駛員重新介入的生物力學反應時間,并與車輛所計算的進行安全余量測量的視界進行比較。如果駕駛員反應不夠迅速,ADAS就會意識到它需要在發生潛在危險情況時進行介入。

這類應用需要更高的深度和精度。在任何需要高深度精度的情況下,必須使用 VCSEL 代替高性價比的 LED,因為 VCSEL 的調制頻率遠遠高于 LED 的典型最大工作頻率(VCSEL 可高達 100 MHz)。




關鍵詞: ToF 傳感器 汽車電子

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