项目二任务2：选用视觉传感器（课件）

选用视觉传感器智能汽车传感器应用技术思考讨论题（2分钟）一、课程导入你知道有哪些因素会影响视觉传感器的性能吗？答：例如镜头的焦距、视场角及畸变等；图像传感器的像素、分辨率及单像素尺寸等。视觉传感器光学参数课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.1镜头的光学参数1、有效焦距(EFL)有效焦距是指镜头中心到焦点的距离。对于厚度不可忽略的透镜，或者是由多片透镜组成的系统（如照相机或望远镜的镜头），焦距通常以有效焦距表示。它反映了一个光学系统对物体聚焦的能力。有效焦距的大小决定着视场角的大小，EFL数值越小，视场角越大，所观察的范围也就越大，但距离远的物体分辨不很清楚。镜头光学参数示意图课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.1镜头的光学参数2、光学后焦距(BFL)是指镜头最后一枚镜片（尾镜片）到焦平面的距离。3、法兰距(MechanicalBFL)是指镜筒端（前/后）到成像面的距离。4.镜头总长（TTL）镜头总长分为光学总长与机构总长。光学总长是指由镜头中镜片的第一面到像面的距离。机构总长是指由镜筒端面到像面的距离。课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.1镜头的光学参数5、景深指的是被拍摄的景物对于人眼来说能够清晰成像的范围，是下图中前景深和后景深的和。拍摄距离越远，景深越大；焦距越小，景深越大。镜头景深示意图课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.1镜头的光学参数6、相对孔径(FNo)一个光学系统成像亮度指标，一般简称F数，在相同的光强度下，其数值越小，则像面越亮。

对于一般的成像光学系统来说，F2.0-3.2属于合适范围，如果F数越小，则设计越难，结构越复杂，制造成本就越高。7、视场角（FOV）是指镜头能拍摄到的最大视场范围。角度越大，则成像范围越宽。视场角可分为对角线视场角（FOV-D)、水平视场角（FOV-H)、以及垂直视场角（FOV-V）。通常我们所讲的视场角一般是指车载摄像头的水平视场角。课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.1镜头的光学参数8、畸变畸变是指光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度。它只引起像的变形，不影响像的清晰度。对畸变的表示方式，可将畸变分为光学畸变和TV畸变两种。光学畸变是指光学理论上计算所得到的变形度。TV畸变则是指实际拍摄图像时的变形程度，对于具有校正能力的芯片来说，光学畸变不等于TV畸变。TV畸变光学畸变课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.1镜头的光学参数8、畸变按照图像的变形方式，畸变通常可分为枕型与桶型两种。（1）枕型畸变又称枕形失真，它是由镜头引起的画面向中间“收缩”的现象。使人变得又高又瘦的是枕型畸变。在使用长焦镜头或变焦镜头的长焦端时，最容易出现枕形失真现象。枕型畸变课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.1镜头的光学参数8、畸变（2）桶型畸变又称桶形失真，是由镜头中透镜物理性能以及镜片组结构引起的成像画面呈桶形膨胀状的失真现象。使人变得矮胖的是桶型畸变。在使用广角镜头、鱼眼镜头或变焦镜头的广角端时，最容易出现桶形失真现象。桶型畸变R课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.1镜头的光学参数9、相对照度（RI）它是指一个光学系统所成像在边缘处的亮度与中心区域亮度的比值。相对照度不仅和光学系统本身有关,也与所使用的感光片(SENSOR)有关.。10、光学调制传递函数（MTF）MTF是在一定程度上反映一个光学系统对物体成像的分辨能力的参数值。一般来说，MTF越高，其分辨力越强。它既与光学系统的像差有关，又与光学系统的衍射效果有关。课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.1镜头的光学参数11、光阑系数（F）为了控制通过镜头的通光量大小，一般会在镜头的后部设置一些光阑（带孔的金属薄片），俗称光圈。光阑系数是指镜头焦距f与通光孔径D的比值，用来衡量镜头的通光量，通光量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。不同光阑系数的镜头通光量对比6mmF1.450mmF3课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.2图像传感器的关键参数1、像素像素是指感光区域内单像素点的数量，是构成数字图像的最小单位。像素是决定摄像头图像清晰度的一个关键因素。像素越多，拍摄画面幅面就越大，可拍摄的画面的细节就越多。有些摄像头参数给出的是图像传感器水平和垂直方向的像素数，如1920H×1080V；有些则直接给出了两者的乘积如200万像素。不同像素画面对比课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.2图像传感器的关键参数2、分辨率分辨率是指单位长度上的像素点数，是用于度量图像内数据量多少的一个参数。通常表示成ppi（每英寸像素Pixelperinch）和dpi（每英寸点）。比如下图横向分辨率是640/9=72ppi，纵向分辨率是480/6.7=72ppi。640×480的像素分布课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.2图像传感器的关键参数3、芯片尺寸芯片尺寸是指感光区域对角线距离，是影响成像表现力的硬指标之一。芯片尺寸的大小是由分辨率和像素大小决定的。通常以英制单位表示，比如1/4inch，1/3inch，1/2.3inch等。芯片尺寸课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.2图像传感器的关键参数4、单像素尺寸（PixelSize）指单个感光元件的长宽尺寸，也称单像素的开口尺寸，比如1.1μm、1.4μm和2μm等。单像素尺寸是图像传感器一个相当关键的参数。单像素尺寸课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.2图像传感器的关键参数课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.3感光度感光度（ISO）是影响摄像头成像质量的因素之一。ISO的数值越高，传感器记录的光信息就越多。不同感光度成像对比高感光度低感光度课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.4灵敏度在2000勒克司（lux/lx）的照度、标准白光（碘钨灯）的照明条件下，图像信号达到标准输出幅度时，光圈的数值称为摄像机的灵敏度。即摄像头的感光能力。F值越大，灵敏度越高。。不同光阑系数的镜头通光量对比课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求二、视觉传感器技术参数2.5信噪比所谓信噪比指的是信号电压对于噪声电压的比值，通常用S/N符号来表示，信噪比又分亮度信噪比和色度信噪比。当摄像头摄取亮场景时，拍摄的画面通常比较明亮，观察者不易看出画面干扰噪点，而当摄像头摄取较暗的场景时，拍摄的画面就比较昏暗，观察者此时很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。摄像头的信噪比越高，干扰噪点对画面的影响就越小。不同信噪比画面对比：10dB（左）、50dB（中）、90dB（右）课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求三、车载摄像头的选用标准3.1镜头1、镜头材质的选择摄像头镜头一般是由玻璃镜片和塑料镜片两种材料组成，塑料镜头成本低和工艺难度都较低，适合大批量生产。但受限于本身材质，塑料镜片在透光率、折射率、色散等性能比玻璃镜片差，无法满足车规级要求。因此车载镜头大多采用性能更好、量产难度更大的玻璃镜片。玻璃镜片塑料镜片课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求三、车载摄像头的选用标准3.1镜头1、镜头材质的选择车载摄像头在可靠性和环测要求上会比较高。除了玻璃镜片和塑料镜片外，市面上还出现了结合了玻璃镜片成像质量高、温漂低、稳定性强和塑料镜片易量产、耐冲击、成本低等优势的玻塑混合镜片，这种镜片逐渐成为车载镜头的主流。不同镜头材质对比课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求三、车载摄像头的选用标准3.1镜头2、镜片形状的选择球面镜片因为镜面曲线形状单一，当光线通过球面镜片时，光线通过镜片的位置不同，产生的折射率也不同，就会造成光线无法成像于一点，容易导致影像不清、视界歪曲、视野狭小等现象。这就是所谓的球面像差。球面镜片的球面像差课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求三、车载摄像头的选用标准3.1镜头2、镜片形状的选择而非球面镜片可以使焦点一致，能够使多角度入射的光线理想地集中至一点，从而尽量减少镜片所产生的像差。非球面镜片焦点一致课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求三、车载摄像头的选用标准3.1镜头2、镜片形状的选择非球面镜片对提高成像质量、扩大视场范围以及减小光学镜头的外形尺寸和重量等起着积极作用。使用球面镜片拍摄的图片使用非球面镜片拍摄的图片课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求三、车载摄像头的选用标准3.2图像传感器一般市场上的图像传感器分为：CCD（电荷耦合）和CMOS（金属氧化物）两种。前一种的优点是成像层次好，清晰度及色彩还原系数高，但其存在价格昂贵，功耗和芯片片体积大等缺点。随着CMOS技术的迅猛发展，CMOS成像的效果越来越好，具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。而车载摄像头的功能诉求为收集数据，对图像的要求并非很高。因此车载摄像头一般选用CMOS图像传感器。CCD与CMOS成像画面对比课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求四、图像传感器的性能要求4.1高动态范围高动态范围（HDR）成像系统在一幅图像里能够同时体现高光和阴影部分内容的能力，即摄像头同时可以看清楚图像最亮和最暗部分的照度对比。HDR在捕获各种照明强度和方向的可靠图像方面起着重要作用。有无高动态范围成像对比HDR课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求无HDR四、图像传感器的性能要求4.1高动态范围HDR越高，图像传感器可以更好地保留光线强弱不同的区域细节，明亮处与黑暗处的细节都可以更好地还原呈现。高动态范围在以下情况中起着至关重要的作用：课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求四、图像传感器的性能要求4.2LED闪烁抑制LED灯（频率多为90Hz）在闪烁时，人的肉眼无法识别，但快门时间更短的图像传感器可以，因此一旦摄像头曝光时间过短，就会出现曝光时间与LED开启时间错位的情况，导致信息缺失或错误。因此，用于识别交通信号灯、公交站牌灯等灯光的图像传感器需要具备LED闪频抑制技术（LFM），保证输出的图像和人眼看到的图像一致以正确地读取标志。LED以人眼无法识别的频率闪烁课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求四、图像传感器的性能要求4.2LED闪烁抑制图像传感器实现LFM的方法大多数都涉及将像素光电二极管分为大光电二极管和小光电二极管，然后分别调整每个光电二极管的增益。其中一个二极管捕获短时脉冲，而另一个捕获长时脉冲。然后将两个结果结合起来，以减轻LED闪烁的影响。有无LED闪频抑制技术成像对比无LED闪烁抑制功能的成像效果有LED闪烁抑制功能的成像效果课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求四、图像传感器的性能要求实际场景中LED灯闪烁和高动态范围有时会同时出现。对于自动驾驶系统而言，这两个问题容易引起系统的误判，甚至是酿成严重后果。

因此车载摄像头对HDR和LFM的要求较高。此外，摄像头对图像传感器的温度范围和低照度也具有一定要求。课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求五、车载摄像头车规级性能要求5.1车载摄像头车规级的基本要求课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求五、车载摄像头车规级性能要求5.2不同应用位置的车规级摄像头1、前视摄像头前视摄像头的水平FoV通常在30–60°范围内，以确保正确覆盖车道正前方的车道标记和障碍物。前视摄像头主要的功能有两个：（1）中长距离（50米以上）上识别障碍物需要长焦距，窄视野的摄像头，且对远方物体的成像清晰度和识别度必须很高，因此对其摄影有效距离（即焦距）要求很高。摄像头技术参数样例：课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求五、车载摄像头车规级性能要求5.2不同应用位置的车规级摄像头1、前视摄像头（2）短距离内（50米以下）识别交通标志及行人等障碍物需要中短焦距（40~80mm），即接近人眼的标准摄像头，需要对近处的目标清晰度，识别度及视野范围有个较佳的结合。摄像头技术参数样例：侦测前方行人课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求五、车载摄像头车规级性能要求5.2不同应用位置的车规级摄像头1、前视摄像头对于摄像头的光学性能要求如下：课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求五、车载摄像头车规级性能要求5.2不同应用位置的车规级摄像头2、后、环视摄像头环视和后视一般采用135度以上的广角镜头，探测距离在10米以内。后视摄像头与环视摄像头对镜头特性要求类似，大致分为以下几点：（1）防水性能要求高；（2）优秀的温度特性，以保证高清晰度效果；（3）光畸变校正，提供较真实的实景。环视摄像头技术参数样例：课程导入总结视觉传感器技术参数车载摄像头的选用标准图像传感器的性能要求车载摄像头车规级性能要求五、车载摄像头车规级性能要求5.2不同应用位置的车规级摄像头3、内