随着汽车越来越复杂,他们依靠有效的传感允许自动化系统帮助司机和,最终,完全控制他们。本文考察飞行时间(ToF)传感技术以及如何提高安全、舒适和便利。
虽然许多不同类型的传感器部署,非接触式感应是最重要的,因为它允许车辆传感的环境,避免促进对象等等。然而,最近的重点都是放在客舱感应车辆使用者出于安全原因。
ToF传感原理的小屋
飞行时间(ToF)传感允许对象被探测到,并提供三维空间中的位置和运动信息。它还支持对象识别被检测对象的形状,大小和方向。
技术依靠光反射的物体被发现等光源LED阵列或VCSEL设备被用于结合波束形成光学产生光源照亮了现场。一个先进的传感集成电路检测和措施的反射光中任何对象范围。
图1所示。典型ToF传感系统的框图显示光源,传感器和芯片的同伴。
直接ToF与间接ToF
光以一个已知的速度很快;通过测量反射光所花费的时间到达传感器的“飞行时间”(光),可以计算出物体的距离。这种方法被称为“直接ToF”(dToF)作为时间是直接从一个非常精确的时间计算基础和长途是首选应用程序,如激光雷达。dToF通常被认为是一个低分辨率的技术,需要复杂的(且昂贵)的机械扫描来实现高分辨率。
使用绝对时间,而是间接ToF (iToF)计算距离基于相移到一个已知的参考信号。这种技术是更好的适合高分辨率应用程序和与现代CMOS像素阵列,可以生成一个实时3 d视频在QVGA分辨率和更高。
iToF结合中期和高分辨率的深度和振幅(灰度)映射允许执行复杂的识别(如人或对象),即使没有颜色对比对象及其环境。这些好处让iToF在很多前瞻性的应用程序非常有用,其他技术有局限性。
在相对近距离(约5米)ToF允许识别对象和自由空间,这意味着ADAS系统可以智能地预测对象可能(如果有的话)和采取相应的避免措施。Melexis iToF相对不受温度和光线的变化来满足这样的外部应用程序的挑战。
客舱ToF传感应用
的一个主要驱动实现全自动车辆的最终目标是提高道路安全。最近的一份报告由国家公路交通安全管理局估计,超过90%的交通事故是由于司机的错误,因此消除这些会使道路更加安全。批量生产全自动车辆保持某种方式在未来,iToF可以做出重大贡献的道路安全监测司机和他/她的行为。
驾驶疲劳是一个重要的问题,所能带来的高分辨率iToF能够看看司机眼睛前方的道路,无论他们是打哈欠过度,甚至努力保持他们的眼睛睁开。检测每一个和建议(甚至执行)休息可能避免事故和拯救生命。其他司机的行为如不正确握着方向盘,开车时吃non-hands-free方式或使用移动设备也可以识别和发布预警或采取行动,最终使车辆安全停止如果需要。
安全气囊已经拯救了许多生命,是一个有价值的特性在几乎所有车辆。然而,有些情况下,尤其是婴幼儿或老年人造成伤害或更糟。ToF能够检测和估计乘客的重量的大小,必要时修改安全气囊部署。如果没有乘客的座位,ToF可以防止不必要的安全气囊部署。
许多现代内燃机混合动力车将启动和运行时充电电池几乎耗尽。很容易离开的车辆点火”的老式的点火钥匙是过去的事了,一辆汽车可以无人值守时自动启动。这可能是危险的,尤其是在一个狭小的空间里,但可以很容易地避免ToF-based居住者检测。
与车辆安全的改善,同样的ToF系统也能够添加一系列的舒适和方便车内司机和乘客的利益。例如,座位可以移动和安全带可以带来更当乘客进入车辆,存储隔间可以照亮当手达到这个方向或娱乐的操作系统可以修改基于车辆乘客的数量和位置。
汽车变得更加成熟,在驾驶舱人机界面(HMI)必须变得更加复杂。ToF传感器结合一个投光器可以在任何可用的表面提供了一个控制面板,提供更大的方便和灵活性。
最新的ToF技术
Melexis的第二代芯片包括一个专用ToF控制系统的传感器和同伴芯片和接口与外部微控制器或序列化器。
图2。Melexis的主要功能元素的第二代ToF的解决方案。
同时保留相同的紧凑的5.5毫米x 6.5毫米包和光学格式像前几代,新芯片提供了双重敏感性和进行像素级增益选择改善低光性能。940海里照明支持允许系统的工作对人类,这是非常宝贵的对于夜间操作车辆的小木屋和利用较低的阳光在这个波长发射。
新的传感器比以前更有效率,要求减少30%,产生更少的热量,节省供电成本。改善信噪比允许系统在大65%的距离相同的照明水平,或在同一距离上一代更少的照明。这减少了成本与光源LED或VCSELs等有关。双头相机现在可以用一个同伴的筹码。
图3 a和b。改善信噪比可以提高性能和减少照明需求。
一个新特性,像素装箱,允许四(2 x2)或16 (4 x4)是必需的,像素被合并,分辨率低,减少数据吞吐量和允许使用主机处理器成本更低。
客舱ToF感应车辆设计的挑战
客舱ToF传感将允许汽车制造商为了满足即将到来的立法包括NCAP 2025提案有关主人检测,同时提高车辆使用者的经验。
Melexis十多年开发了ToF解决方案及其第二代解决方案提供了改进的性能,降低动力操作,降低系统成本将大大缓解,设计师所面临的挑战。
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