充分发挥汽车 ToF 3D 成像技术的潜能

时间:2025-04-11来源:迈来芯

人们曾一度认为飞行时间 (ToF) 是汽车行业中一种独特而又陌生的技术。由于缺乏汽车级传感器,加之尚未形成一个成熟的生态系统,该技术成本高昂,因此未能得到广泛应用。

Enabling the full potential of automotive 3D ToF imaging

ToF 传感器本身分辨率相对较低也是一个制约因素,由于视野 (FoV) 狭窄或宽视野空间分辨率不足,因此应用十分有限。

随着更多主动安全标准(例如 NCAP)的推出以及 L4和L5级无人驾驶汽车对更多功能的解锁,ToF 技术迎来了新的发展势头,不再局限于车内应用。现在,ToF 技术已在近距离保护等外部应用中进行评估,因为它不仅结合了高分辨率和近距离精确深度信息,还填补了摄像头和雷达等远距离系统的空缺。

显然,应用的多样性预示着特定传感器的到来,业界也因此能够选择更合适的解决方案并提高性价比。

Automotive optical technologies at a glance

ToF 技术的独特之处在于,它能够将环境光不敏感的高分辨率图像和距离测量相结合。今天,2D 图像传感和雷达已广泛应用于汽车行业。

在距离测量的应用中,雷达技术是非常强大的,它可以检测到很小的运动情况,但是在空间分辨率方面却非常受限。ToF 技术可提供中等分辨率图像和距离信息,可视等同为2D 图像传感器和雷达的结合。

根据具体需求,TOF技术可以替换上述两种技术,或者作为这两种技术的补充提供更高的可靠性。Melexis已经开始投资TOF技术。随着越来越多的应用开始采用单系统支持,人们对基于 ToF 的系统也表现出了浓厚的兴趣。

当比较 2D + NIR 系统和 TOF 3D 系统的总体系统成本时,处理器是非常重要的部分。 2D + NIR 系统通常会有更高的分辨率(100 万像素,升级为 200 万像素甚至 400 万像素),这意味着 2D + NIR 处理器需要处理更多的像素,2D 系统需要更大更昂贵的处理器。
使用 ToF 可以获得深度信息,而基于 2D 的系统需要进行额外处理以预估深度信息,也就是说,2D 系统需要进行更多处理才可实现类似功能。即使进行更多处理,2D 系统的深度精度也远低于 ToF。当对深度精度需求较高时,ToF 技术无疑就是最佳选择。

前期,人们把重点放在经汽车验证的 ToF 传感器的研发上;如今,业界需要一套如Melexis所提供的完整的产品组合。下面我们将以两个典型应用为例:手势识别和车内监控。

手势识别

第一代手势识别系统通常限于中控台周围的受限中控区域。它的视野相对狭窄,距离范围有限,但深度精度已相当不错。QVGA 分辨率 (320 x 240 px) 已经够用了,同时高性价比的 LED 照明也能满足性能需求。

Gesture recognition

在相同的分辨率下,利用宽视野可以完全覆盖两个前排座椅。手臂、头部和其他较大目标均可实现跟踪,但手指尚无法跟踪。

新一代手势识别系统的目标仍是在更宽广的区域中实现手指检测。因此,可能需要具有更高分辨率的 ToF 传感器(例如 VGA)来提供具备足够空间分辨率的宽视野,从而准确检测和跟踪手指运动。

车内监控

Driver sensing for NCAP and L3 L4 autonomous drive handover

NCAP和L3,L4自动驾驶切换的驾驶员传感

Personalization with body head and face monitoring

定制化身体,头部和面部监测

Active safety systems for NCAP and legal requirements

主动安全系统的NCAP和法律要求

Object detection

物体检测

人数统计和人在车辆中的位置探测可以通过 QVGA分辨率的 传感器 IC (320 x 240 px) 来实现。


收集驾驶员生物力学和认知状态的详细信息时,对分辨率和深度精度的要求也变得更高

使用 3D 成像数据可以准确探测驾驶员的身体姿势、头部位置和手部位置。例如,可以确认驾驶员是否目视前方,并将手放在方向盘上,即“手握方向盘”。

3D 信息可用来判断驾驶员重新介入的生物力学反应时间,并与车辆所计算的进行安全余量测量的视界进行比较。如果驾驶员反应不够迅速,ADAS就会意识到它需要在发生潜在危险情况时进行介入。

这类应用需要更高的深度和精度。在任何需要高深度精度的情况下,必须使用 VCSEL 代替高性价比的 LED,因为 VCSEL 的调制频率远远高于 LED 的典型最大工作频率(VCSEL 可高达 100 MHz)。


关键词: ToF 传感器 汽车电子

加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号:EEPW

或用微信扫描左侧二维码

相关文章

查看电脑版