智能车传感技术课件

CMOS是能应用当代大规模半导体集成电路生产工艺来生产的 图像传感器，具有成品率高、集成度高、功耗小、价格低等 特点。CMOS技术是世界上许多图像传感器半导体研发企业试 图用来替代CCD的技术。经过多年的努力，作为图像传感器， CMOS已经克服早期的许多缺点，发展到了在图像品质方面可 以与CCD技术较量的水平。CMOS的水平使它们更适合应用于 要求空间小、体积小、功耗低而对图像噪声和质量要求不是 特别高的场合。
1.图像传感器技术
技术特点 图像传感技术是在光电技术基础上发展起来的，利用光电器 件的光—电转化功能，将其感光面上的光信号转换为与光信 号成对应比例关系的电信号“图像”的一门技术，该技术将 光学图像转换成一维时序信号，其关键器件是图像传感器。 使用特点 图像传感器又称为成像器件或摄像器件，可实现可见光、紫 外线、X射线、近红外光等的探测，是现代视觉信息获取的一 种基础器件。因其能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩 展（光谱拓宽、灵敏度范围扩大），能给出直观、真实、多 层次、多内容的可视图像信息。
按使用方式：单目，双目(立体)，全景 单目视觉技术 通过单个相机实现所有路面场景感知的技术。 立体视觉技术 从2个（或多个）视点观察同一景物，以获得在不同视角下的感 知图像。通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差（即视差） 来获取景物的三维信息。 全景视觉技术 全景摄像机是一款水平接近180度的全景监控设备，它采用三个 高清720p摄像机进行采集，全景分辨率最高可以达到2800×720， 后端采用高端图形工作站进行图像处理。
1.2.1 相机的结构和工作原理
摄像头以隔行扫描的方式采样图像，当扫描到某点时，就通 过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度对应的电 压值，然后将此电压值通过视频信号端输出。具体而言（参 见图1），摄像头连续地扫描图像上的一行，就输出一段连 续的视频信号，该电压信号的高低起伏正反映了该行图像的 灰度变化情况。当扫描完一行，视频信号端就输出一个低于 最低视频信号电压的电平（如0.3 V），并保持一段时间。这 样相当于紧接着每行图像对应的电压信号之后会有一个电压 “凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脉冲，它是扫描换行的标 志。然后扫描新的一行，如此下去，直到扫描完该场的信号， 接着会出现一段场消隐信号。其中有若干个复合消隐脉冲 （简称消隐脉冲），在这些消隐脉冲中，有一个消隐脉冲远 宽于其他的消隐脉冲（即该消隐脉冲的持续时间远长于其他
图像传感器的类型
按感光波长：可见光，红外 可见光传感器 将可见光作为被测量，并转化成输出信号的器件。 特性 1.暗电流小，低照度响应，灵敏度高，电流随光照度增强曾线性 变化 2.内置双敏感源，自动衰减近红外，光谱响应接近人眼函数曲线 3.内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路，输出电流 大，工作电压范围宽，温度稳定性好。 4.可选光学纳米材料封装，可见光透过，紫外线截止、近红外相 对衰减，增强了光学滤波效果。
红外传感器 红外传感器是一种以红外线为介质来完成测量功能的传感器。 工作原理
1)待测目标：根据其红外辐射特性来对红外系统进行设定 2)大气衰减：待测物的红外辐射通过大气层时会受到多种物质的影响发生衰 减现象 3)光学接收器：用于接受部分红外辐射并将其传输至红外传感器 4)辐射调制器：又称为调制盘或斩波器，用于将红外辐射调制成交变的形式 以提供待测物的方位信息，并滤除干扰信号 5)红外探测器：是红外系统的核心，用于探测红外辐射 6)探测器制冷器：用于给系统制冷以提高工作效率 7)信号处理系统：将信号进行放大、滤波等处理以提取所需信息并将有效信 息输送至显示设备 8)显示设备：是红外系统的终端设备，用于有效信息的显示
智能车的传感器技术
汇报人：雷威 指导老师：彭永胜
传感器的作用
传感器是一种变换器，可以将来自外界的各种信号转变成计 算机能够识别的电信号。在智能车辆技术中，传感器负责采 集车辆所需要的信息，包括感知汽车自身，汽车行驶的周围 环境及驾驶员本身的状态等，为智能车的安全行驶提供及时、 准确、可靠的决策依据。因此，在智能车辆技术中，传感器 就相当于系统的感受器官，快速、精确地获取信息，是实现 车辆安全行驶的保证。传感器技术作为促进汽车智能化发展 的关键技术之一，承担着重要的角色，已被广泛用于智能车 的防碰撞、车道保持、自巡航等系统中。 智能汽车设计中涉及到的传感器主要有三种：光电式传感器、 图像传感器和测速传感器。
1.2 图像传感器的结构原理
成像物镜将外界照明光照射下的(或自身发光的)景物成像在 物镜的像面上（焦平面）,并形成二 维空间的光强分布(光学 图像)。能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信 号的传感器称为图像传感器。图像传感器输出的一维时序信 号经过放大和同步控制处理后，送给图像显示器，可以还原 并显示二维光学图像。当然，图像传感器与图像显示器之间 的信号传输与接收都要遵守一定的规则，这个规则被称为制 式。
Fra Baidu bibliotek
按成像器件：CCD，CMOS CCD图像传感器（电荷耦合原件） 从结构上可以分为两类：一类是用于获取线图像的，称为线阵 CCD；另一类是用于获取面图像的，称为面阵CCD。 （1）线阵CCD图像传感器 对于线阵CCD，它可以直接接收一维光信息，而不能直接将二 维图像转换为一维的电信号输出，为了得到整个二维图像的输 出，就必须用行扫描的方法来实现。 （2）面阵CCD图像传感器 面阵CCD图像传感器的感光单元呈二维矩阵排列，能检测二维 平面图像。由于传输与读出方式不同，面阵图像传感器有许多 类型，常见的传输方式有行传输、帧传输和行间传输三种。
CMOS传感器（金属氧化物半导体元件） CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，具有集成 度高、功耗小、速度快、成本低等特点，最近几年在宽动态、低 照度方面发展迅速。CMOS即互补性金属氧化物半导体，主要是 利用硅和锗两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带 正电的晶体管来实现基本的功能。 CCD与CMOS的对比 CCD提供很好的图像质量、抗噪能力和相机设计时的灵活性。尽 管由于增加了外部电路使得系统的尺寸变大，复杂性提高，但在 电路设计时可更加灵活，可以尽可能的提升CCD相机的某些特别 关注的性能。CCD更适合于对相机性能要求非常高而对成本控制 不太严格的应用领域，如天文，高清晰度的医疗X光影像、和其 他需要长时间曝光，对图像噪声要求严格的科学应用。