豪威集团汽车CIS系列专题 ：140dB HDR，为什么重要？

引言：

消费者、政策/法规、市场三合力，不断推动 ADAS 渗透率提升。2022 年 3 月国内新车L2级配套量接近 41.6 万，渗透率近 30%。ADAS 成标配，CIS 如何升级？

豪威集团汽车 CIS 系列专题 ADAS 篇将分 5 期，每期一个硬核知识点，助您详尽了解 ADAS 领域应用、技术趋势与车规产品。

上期梳理了汽车高分辨率趋势下的豪威车载 CIS 技术演进史。本期将聚焦 ADAS 对 HDR 提出的新要求及背后的技术变革。

140dB HDR 为什么重要？

动态范围（DR）指在同一画面中，明暗差异大，图像传感器能够识别的最强信号和最弱信号的比值。人眼的动态范围一般在 130dB¹ 左右，前视摄像头作为 ADAS/AD 的核心眼，需要在高速行驶时，快速识别不同光照条件下的明暗细节，准确捕获图像，否则影响行车安全。典型的 HDR 需求是当汽车驶出隧道既要识别亮处也要获取暗部细节，或者夜景中识别极暗的行人和极亮的车灯、LED 信号灯等。理想的动态范围需超过人眼 DR，达到 140dB HDR。

因此对于 ADAS 应用，覆盖 120dB HDR 是基本要求，而覆盖 140dB HDR 是汽车机器视觉的趋势所在。

/小知识/

豪威于 2008 年推出首款汽车 HDR SOC 图像传感器，于三年前领先推出 140dB HDR 产品。针对不同应用场景，豪威车载产品覆盖 100dB 到 140dB。OX08B40、OX03F10、0X03C10 等 ADAS 产品均可实现 140dB，且已经具备大量出货数据验证，受到终端 OEM 认可。

目前，豪威集团是国内唯一能够量产 140dB HDR 车载产品的厂商。国内竞争对手于去年进入 120dB 阶段，目前尚未研发出 140dB 车载产品。

豪威 140dB HDR 和竞品 120dB HDR 动态范围对比

如何实现 140dB HDR

传统HDR使用不同曝光时间的多个图像，但对于快速移动物体会产生运动伪影（Motion artefact）。豪威集团 Split Pixel 和 Deep Well™ HDR 方案有效解决了该问题：

1. Split Pixel 分割像素技术：2009 年推出，并分别在 2012 年和 2016 年优化升级。该技术通过大小像素的分离结构，产生不同的感光度，形成了对不同动态范围的覆盖。相比其他 HDR 方案，具备避免鬼影和 LED 闪烁抑制的优势。

2. Deep Well™ DCG 技术：2018 年第一代 DCG 技术面世，后经过优化发展到目前的第三代 DCG 技术。独特的 DCG 技术通过对转换增益进行两次采样并添加曝光以实现准确的场景再现。该方案同样能避免高速运动产生的鬼影。

与 DCG 和 Split Pixel 不同，国内友商车载产品采用行交叠 HDR 方法（Staggered HDR）²。

以两次曝光 Staggered HDR 为例，该方案让 CMOS 完成第一行长曝光的同时，第一行像素几乎立即开始短曝光，每行以长短曝光两次先后输出。从 readout 看，就是长曝光帧与短曝光帧依次输出。

该方案非同时输出长短曝光，仍有一些典型时域多帧的图像质量问题，比如：

1. 依赖额外通道，易造成运动伪影并减小动态范围，在弱光条件下尤为如此

2. 拍摄对象是 PWM 供电的 LED 灯时，比如交通信号灯或汽车信号灯，如果短曝光帧没有捕捉到 LED 闪烁，会造成信号灯图像误读，这在车载成像上是致命的。

该方案虽能满足消费领域的需求，却不适用汽车摄像头这种对高动态范围和去伪影要求高的应用。因此国内车载竞品虽然采用了双转换增益弥补 Staggered HDR 短板，但目前其车载产品仍处于 120dB 阶段。 

1 数字成像系统认识-https://blog.51cto.com/u_15152644/2986775

2 大话成像-http://HDR Imaging(2)-Digital Overlap

除了 140dB HDR，ADAS 对图像传感器还提出了哪些挑战？敬请关注下期文章“豪威汽车 CIS 系列专题 ADAS 篇（四）”。