CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應(yīng)用分析

曹 晶（石家莊域聯(lián)視控控制技術(shù)有限公司，河北石家莊，050000）

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CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應(yīng)用分析

曹 晶
（石家莊域聯(lián)視控控制技術(shù)有限公司，河北石家莊，050000）

摘要：CMOS圖像傳感器是一種固體成像傳感器，其在智能車路徑識別中的應(yīng)用已成了一種發(fā)展趨勢。路徑識別是體現(xiàn)智能車智能水平的一個(gè)重要標(biāo)志，而傳感器是智能車進(jìn)行路徑識別的關(guān)鍵檢測元件。本文將對CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應(yīng)用及相關(guān)影響因素進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：CMOS圖像傳感器;智能車;路徑識別

1 CMOS圖像傳感器的概念

（1）概念：CMOS圖像傳感器是一種利用光電技術(shù)原理所制造的圖像傳感軟件。

（2）組成：主要是以MOS電容或是P-N結(jié)感光二極管組成，是將感光二極管（光敏感光單元陣列）、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器行陣列驅(qū)動(dòng)器、列時(shí)序控制邏輯單元、DATA總線輸出接口以及控制接口等部分集中在一塊硅片板上。

（3）優(yōu)點(diǎn)：①高靈敏度，高集成性；②隨機(jī)窗口讀取能力；③抗輻射能力；④非破壞性數(shù)據(jù)讀出方式；⑤優(yōu)化的曝光控制。缺點(diǎn)： ①噪聲大；②填充率低。

2 智能車的相關(guān)概念

智能車是新科技與現(xiàn)代汽車相結(jié)合的高科技產(chǎn)物，是在普通車輛的基礎(chǔ)上增加了先進(jìn)的傳感器（雷達(dá)、攝像）、控制器、執(zhí)行器等裝置，通過車載傳感系統(tǒng)和信息終端實(shí)現(xiàn)與人、車、路等的智能信息交換，使車輛具備智能的環(huán)境感知能力，能夠自動(dòng)分析車輛行駛的安全及危險(xiǎn)狀態(tài)，并使車輛按照人的意愿到達(dá)目的地，最終實(shí)現(xiàn)替代人來操作的目的。智能車與普通汽車的區(qū)別主要在于它是利用多種傳感器和智能公路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的汽車自動(dòng)駕駛。

3 CMOS圖像傳感器的基本工作原理

外界光照射像素陣列，發(fā)生光電效應(yīng)，在像素單元內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷。行選擇邏輯單元根據(jù)需要，選擇相應(yīng)的行像素單元，行像素單元內(nèi)的圖像信號通過各自所在列的信號總線傳輸?shù)綄?yīng)的模擬信號處理單元以及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號輸出。

4 CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應(yīng)用

4.1 CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應(yīng)用及判斷

路徑識別是智能車智能水平的一個(gè)重要標(biāo)志，而傳感器則是智能車路徑識別的關(guān)鍵部件。智能車路徑識別的方法主要有光電傳感器和CMOS攝像頭傳感器兩種方式。與光電傳感器相比,CMOS攝像頭傳感器具有較好的快速性、前瞻性,能夠感知智能車前方更遠(yuǎn)距離的路徑信息。在智能車路徑識別的應(yīng)用方面，根據(jù)CMOS圖像傳感器的特點(diǎn)，在智能車的前方虛擬出24個(gè)光電傳感器，能夠精確地感知到智能車的位置。這種檢測方法不僅調(diào)試方便，硬件安裝簡單，而且檢測距離遠(yuǎn)，能夠較早的感知到前方的路徑信息，從而進(jìn)行識別判斷。

4.2 CMOS 圖像傳感器在智能車路徑識別應(yīng)用中的相關(guān)影響因素

1）CMOS圖像傳感器的選擇

暫態(tài)讀噪聲、固定模式噪聲和傳感器的ISO速度對圖像的質(zhì)量有著很大的影響。

①暫態(tài)讀噪聲

暫態(tài)讀噪聲是與是一種與時(shí)間無關(guān)的信號電平隨機(jī)波動(dòng)，由基本噪聲和電路噪聲源產(chǎn)生。暫態(tài)讀噪聲源存在于像素、列放大器、PGA（增益放大器）和ADC（模擬轉(zhuǎn)換器）中，當(dāng)有限信號幅度很小時(shí)，暫態(tài)讀噪聲會(huì)對信號處理產(chǎn)生很大的影響。

②固定模式噪聲（FPN）

FPN是指非暫態(tài)空間噪聲，可以由像素和色彩濾波器的不匹配、列放大器的波動(dòng)、PGA和ADC之間的不匹配等原因產(chǎn)生。

③ ISO速度

CMOS圖像傳感器的ISO速度可以通過滿足給定的信噪比圖像質(zhì)量所需要的曝光等級值估計(jì)得到。

根據(jù)以上三個(gè)方面，有助于工程師對CMOS傳感器作出正確的選擇。

2）時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)

時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)采用大規(guī)模的可編程邏輯器件FPGA并使用Verilog硬件描述語言對各模塊的時(shí)序進(jìn)行編程。根據(jù)自頂向下的設(shè)計(jì)方法，將時(shí)序控制部分分為三個(gè)模塊：復(fù)位模塊、寄存器配置模塊和快門模塊。

其中，復(fù)位模塊是用來產(chǎn)生圖像傳感器所需的復(fù)位信號，使傳感器正常復(fù)位，內(nèi)部寄存器清零，為寄存器的配置做好準(zhǔn)備。寄存器配置模塊是用來配置圖像傳感器內(nèi)部的寄存器，提供傳感器工作所需的相關(guān)參數(shù)和方式；快門模塊用于產(chǎn)生傳感器工作所需的一些控制信號，根據(jù)快門方式的不同給出所需的時(shí)序控制信號。

3）圖像信號的采集

①圖像信號采集系統(tǒng)的組成

CMOS圖像傳感器的圖像信號采集系統(tǒng)主要由CMOS圖像傳感器感光模塊、FPGA邏輯控制模塊、USB接口模塊、智能終端等組成。

②CMOS圖像傳感器圖像信號采集系統(tǒng)的工作原理

首先，CMOS圖像傳感器感光模塊對目標(biāo)進(jìn)行成像，生成圖像數(shù)據(jù)，然后FPGA邏輯控制模塊完成數(shù)字圖像的接收和存取，并協(xié)調(diào)控制各個(gè)模塊；USB接口模塊進(jìn)而完成信息的傳輸，智能終端負(fù)責(zé)發(fā)送控制命令和處理顯示圖像數(shù)據(jù)。具體工作流程如下：

CMOS圖像傳感器把數(shù)字圖像數(shù)據(jù)傳輸給FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片則把接收到的圖像信息先緩存進(jìn)SRAM，待圖像接收完畢后，再讀取SRAM中的信息，通過USB接口傳送給智能終端的軟件，軟件把接收到的圖像信息顯示出來。

系統(tǒng)上電后，通過USB連線接到智能終端，打開終端的軟件，通過軟件把CMOS圖像傳感器的寄存器配置文件發(fā)送給FPGA。FPGA把USB接口傳來的寄存器配置信息通過12C總線模塊傳送給CMOS圖像傳感器。CMOS圖像傳感器芯片根據(jù)12C總線傳來的信息配置控制寄存器。配置的控制寄存器包括增益控制寄存器、曝光控制寄存器、白平衡控制寄存器、圖像輸出格式控制寄存器等?？刂萍拇嫫髋渲猛瓿珊螅珻MOS圖像傳感器就可以進(jìn)行圖像信號的采集了。

工程師通過對以上三個(gè)方面的影響進(jìn)行分析控制，便能更好地將CMOS圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于智能車的路徑識別中了，從而提高智能車的安全性能。

5 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾闷?。而在科技發(fā)達(dá)的今天，人們對汽車的安全、舒適、性能等方面也有了更高的追求，因此智能車開始逐漸發(fā)展起來。近幾年來，CMOS圖像傳感器作為一種新生的半導(dǎo)體器件，以其自身的特點(diǎn)展現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢，工程師也將其應(yīng)用到了智能車的各個(gè)方面，本文主要對CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述和分析，了解了CMOS圖像傳感器的特點(diǎn)及影響其在智能車路徑識別應(yīng)用中的影響因素，工程師才能更好地將CMOS圖像傳感器應(yīng)用于智能車的路徑識別中，甚至是其他更多的方面及領(lǐng)域。

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曹晶（1982.7-），男，漢族，籍貫：河北省鹿泉市，石家莊域聯(lián)視控控制技術(shù)有限公司，學(xué)歷 ：本科，職稱：工程師，研究方向：智能交通中視頻技術(shù)的應(yīng)用。

Application and analysis of CMOS image sensor in intelligent vehicle path recognition

Cao Jing
（Shijiazhuang Vision Control Technology Co., Ltd. Shijiazhuang City,Hebei Province，050000）

Abstract：CMOS image sensor is a solid imaging sensor,and its application in intelligent vehicle path recognition has become a development trend.Path recognition is an important sign of the intelligent vehicle intelligent level,and the sensor is the key component of intelligent vehicle path identification. In this paper,the application of CMOS image sensor in intelligent vehicle path recognition and the related influencing factors are analyzed.

Keywords：CMOS image sensor;smart car;path recognition

作者簡介