CMOS图像芯片实现真正的机器视觉

来源：EE Times Now that automobiles are beeping to alert you of obstacles while backing up, giving you directions on where to turn, and parallel-parking "hands free," you might have thought that machine vision had already been perfected. Such is not the case. In fact, all of the above applications are using make-shift technologies that substitute for true machine vision. New CMOS imager chips are emerging that directly sense depth—3D pixel-by-pixel—enabling machine vision to realize its goal of perceiving objects, and reacting appropriately. 当汽车已经可以在倒车过程中遇到障碍物时发出报警，可以给你指引方向，可以自动并行泊车时，你一定会认为机器视觉系统已经发展得相当完美了。事实上并非如此。 实际上，上面所有的汽车功能应用使用的并非是真正的机器视觉系统技术。新型的CMOS图像传感器芯片不断涌现，它们可以直接感觉到深度(3D点对点)，使机器视觉技术能察觉到目标并作出适当的反应。 据ABI Research研究机构称，目前的汽车传感器市场已经高达25亿美元。根据Frost & Sullivan公司、自动化成像协会和Piper Jaffray公司分别提供的数据，另外的7.5亿美元分散在了安全、工业自动化和视频游戏等领域的电子传感器市场中。 距离计算 目前的汽车系统使用超声波传感器来计算距离，如当驾驶员驱车倒退时需注意车后障碍物离车的距离。正在开发中的更为精密且昂贵的传感器使用雷达和激光雷达来实现这一功能，但是世界上所有公司都在尝试使用成本更低的方法——用相机来计算距离。手机领域已经让数码相机实现了规模经济，这使相机在成本上可以和模拟传感器相抗衡。 “照相机变得如此便宜，以至于整个行业的人都在试图使用它们来替代更为昂贵的超声波、激光雷达传感器和雷达传感器，”ABI Research研究机构的资深分析师David Alexander说，“定位于照相机的另一个原因是不同的驱动器辅助应用能够使用同样的照相机甚至是专用的用于计算距离的计算机芯片和软件。” 机器视觉应用 机器视觉算法和3D相机能够实现很多功能，包括防撞、车道偏离报警和车道保持(使你返回原车道)、后向障碍物报警、行人监测、车距监测(让您的汽车和前面的车保持适当的距离)、夜视、自适应前灯调节、交通/限速标志识别和盲点监测等等。 “我们已经有了2D相机来进行车道偏离报警，它能够探视车的前方，跟定车道线，探视四周并识别限速标志，监测盲点区域并在有人要超车时提醒你。”Alexander说，“而新的功能应用能在撞车之前意识到将要发生的撞车事故，估算出撞车的可能性，并预先加载刹车并开启安全气囊。” Canesta公司自1999年成立以来就一直致力于开发CMOS图像芯片，经过7年的努力该公司终于开发成功了这种最具前景的技术。Canesta公司的CMOS图像芯片能够在硬件上通过传输时间计算出成像芯片上的每个点，从而感应出汽车与每个物体之间的距离，而不像超声波传感器那样只能感应到汽车和最近物体之间的距离。 Canesta公司的CMOS图像芯片能同时检测出每个物体与其之间的距离。 前景光明的方法 “Canesta公司的方案看起来很有前途，因为它只使用了一个相机，而且是基于CMOS技术，这对于保持低成本来说是至关重要的。”Alexander说，“再加上使用了传输时间计算方法，它可以适用于所有类型的汽车功能应用。” 传输时间计算方法是指Canesta使用了一个红外光源来照亮有不可见光的区域，然后计量出光从发射器(在成像器后面)发射到外面的物体并最终返回到CMOS探测器所用的时间。通过使用CMOS芯片上的硬件装置，机器视觉算法可以计算出该区域每一个点和汽车间的距离，从而轻松地给各种物体分组——从本质上来说，这是准确的计算，而不仅仅是感应。 Canesta公司总裁兼首席执行官Jim Spare说：“我们采用的是任何工厂都能做到的标准的0.18微米CMOS加工技术。另外，我们的SunShield技术可以让我们在不受光照条件影响的情况下感测到物体的深度，而不是在测量中途使用另一个自适应算法。” SunShield能感应到每个点，真正同步感测每100微秒前后周围环境光之间的差别，而不像自适应软件算法那样需要花费几毫秒的时间来适应改变的光线环境。 改变光线状态 “Canesta的与众不同的一个地方就在于它的Sunshield技术，这个技术解决了使用相机的一个最棘手的问题——是否能够在不断变化的光线环境下给汽车带来足够的安全性。”Alexander说：“我认为Canesta确实意识到了这一点，但是要解决汽车功能上的各个问题，他们还有很多事情要做。我相信，Canesta公司将会在2008年或者2009年推出第一款汽车3D相机。” Canesta在汽车领域的第一个产品，将可能是新型本田汽车中所用的3D相机，这个相机安装在驾驶座，用来感测乘客的体形并控制安全气囊。现在这个功能是通过座位上的传压垫来实现的，但使用一个CMOS相机的成本可能和传压垫一样低，却可以给汽车带来许多其它功能，包括可以给出一个“防睡眠”警报——区分司机的正常眨眼和因睡眠不足而导致的开始闭眼两种情况之间的区别。 其它公司也在试制能够点对点探测物体深度的CMOS图像芯片，比较著名的有International Electronics & Engineering S.A公司。另一个公司Mobileye公司则没有使用3D成像器，而是选择使用一个普通的2D相机与CMOS硬件加速器芯片相结合的方法，来分析并计算距离。 相关信息 什么是CMOS？ 互补金属氧化物半导体，或通常称为CMOS，它是IC的一种。IC包括微处理器、微控制器、静态RAM和其他数字逻辑电路。 什么是图像传感器？ 图像传感器主要用于数码相机和图像设备中，它将可视图像转换成电子信号。电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）是常见的两种图像传感器类型。 什么是光敏元件？ 一种传感器，可以测量接收到的光的数量或周围的光线状态。