車載攝像頭：自動(dòng)駕駛之眼

車載攝像頭被譽(yù)為“自動(dòng)駕駛之眼”，是ADAS系統(tǒng)、汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的核心傳感設(shè)備。主要通過(guò)鏡頭和圖像傳感器實(shí)現(xiàn)圖像信息的采集功能，可實(shí)現(xiàn)360°視覺(jué)感知，并彌補(bǔ)雷達(dá)在物體識(shí)別上的缺陷，是最接近人類視覺(jué)的傳感器。

車載攝像頭在汽車領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，從早期用于行車記錄、倒車影像、泊車環(huán)視逐步延伸到智能座艙內(nèi)行為識(shí)別和ADAS輔助駕駛，應(yīng)用場(chǎng)景日漸豐富。

當(dāng)前全球車載攝像頭行業(yè)CR3為41%，全球前十企業(yè)則占據(jù)了96%的市場(chǎng)份額，全球車載攝像頭行業(yè)集中度處于較高水平。

美國(guó)高速公路損失數(shù)據(jù)研究所（HLDI）預(yù)測(cè)，到2030年接近50%的汽車將配備ADAS技術(shù)。

根據(jù)ICVTank，到2025年中國(guó)車載攝像頭行業(yè)規(guī)模有望達(dá)到230億，5年CAGR為30%；全球車載攝像頭市場(chǎng)規(guī)模將有望從2019年的112億美元增長(zhǎng)至2025年的至270億美元，5年CAGR 達(dá)15.8%。

自動(dòng)駕駛包括感知、判斷和執(zhí)行，而感知是整個(gè)過(guò)程的源頭，是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的重要模塊。在車輛行車過(guò)程中，感知系統(tǒng)會(huì)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集周邊環(huán)境的信息，相當(dāng)于自動(dòng)駕駛汽車的，可以幫助汽車實(shí)現(xiàn)類似于人類駕駛員一樣效果的觀察能力。

在自動(dòng)駕駛車輛中，感知系統(tǒng)主要由攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)感器構(gòu)成。攝像頭作為主要的環(huán)境感知傳感器起著非常重要的作用， 可以實(shí)現(xiàn) 360° 全面視覺(jué)感知，彌補(bǔ)雷達(dá)在物體識(shí)別上的缺陷，是最接近人類視覺(jué)的傳感器。因此是車載攝像頭是自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備之一。

什么是車載攝像頭？

車載攝像頭主要的硬件結(jié)構(gòu)包括光學(xué)鏡頭（其中包含光學(xué)鏡片、濾光片、保護(hù)膜等）、圖像傳感器、圖像信號(hào)處理器 ISP、串行器、連接器等器件。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示：

車載攝像頭的結(jié)構(gòu)構(gòu)成（圖片來(lái)源：安森美半導(dǎo)體公司）

車載攝像頭的結(jié)構(gòu)如上圖所示，放置車身外面的，就需要組成完整的攝像頭，如果是在車內(nèi)DVR，不用考慮防水，就可以組裝成上面的那種攝像頭模組。

上圖是我們比較常見(jiàn)的汽車上使用的相機(jī)模組的解剖。除了最外側(cè)的鋁殼以及密封圈和鏡頭之外，其實(shí)中間就是比較簡(jiǎn)單的幾層板的設(shè)計(jì)，通常包括傳感器的sensor板，圖像處理器的小板，還包括一個(gè)串行器的板。為什么需要串行器，是因?yàn)橥ǔＯ鄼C(jī)傳感器或ISP的圖像數(shù)據(jù)輸出總線是MIPI CSI標(biāo)準(zhǔn)，其特點(diǎn)是高速穿行，但是傳輸總線距離較短，否則無(wú)法保證信號(hào)的完整性。

所以在車輛上，我們需要將其轉(zhuǎn)換成例如GMSL等適合在車上長(zhǎng)距離傳輸?shù)母咚倏偩€標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳輸，所以相機(jī)模組內(nèi)部通常會(huì)通過(guò)串行板進(jìn)行總線的轉(zhuǎn)換。另外同軸電纜既可以用來(lái)為模組提供電源，也可以傳輸圖像數(shù)據(jù)。

光學(xué)鏡頭：負(fù)責(zé)聚焦光線，將視野中的物體投射到成像介質(zhì)表面，根據(jù)成像效果的要求不同，可能要求多層光學(xué)鏡片。濾光片可以將人眼看不到的光波段進(jìn)行濾除，只留下人眼視野范圍內(nèi)的實(shí)際景物的可見(jiàn)光波段。

圖像傳感器：圖像傳感器可以利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能將感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號(hào)。主要分為 CCD 和 CMOS 兩種。

ISP 圖像信號(hào)處理器：主要使用硬件結(jié)構(gòu)完成圖像圖傳感器輸入的圖像視頻源 RAW 格式數(shù)據(jù)的前處理，可轉(zhuǎn)換為 YCbCr 等格式。還可以完成圖像縮放、自動(dòng)曝光、自動(dòng)白平衡、自動(dòng)聚焦等多種工作。

串行器：將處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，可用于傳輸RGB、YUV等多種圖像數(shù)據(jù)種類。

連接器：用于連接固定攝像頭。

車載攝像頭在制造工藝及可靠性要求方面也要高于工業(yè)攝像頭和商用攝像頭，由于汽車需長(zhǎng)期工作在惡劣環(huán)境中，車載攝像頭需要在高低溫環(huán)境、強(qiáng)振動(dòng)、高濕熱等復(fù)雜工況環(huán)境下穩(wěn)定工作，對(duì)于工藝制造方面的要求主要如下：

車載攝像頭的工藝需求

耐高溫 ：車載攝像頭需在-40℃~85℃范圍內(nèi)都能正常工作，且能適應(yīng)溫度的劇烈變化；

抗震：車輛在不太平坦的路面行駛會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的震動(dòng)，因此車載攝像頭必須能抗各種強(qiáng)度的震動(dòng)；

防磁 ：車輛啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生極高的電磁脈沖，需要極高的防磁性能；

防水 ：載攝像頭密封要非常嚴(yán)實(shí)，滿足在雨水中浸泡數(shù)日仍可正常使用；

使用壽命 ：使用壽命至少為8~10年才能滿足要求；

超廣角：側(cè)視環(huán)視攝像頭必須是超廣角的，水平視角達(dá) 135°；

高動(dòng)態(tài)：車輛行駛速度快，攝像頭面對(duì)的光線環(huán)境變化劇烈且頻繁，要求攝像頭的CMOS 具有高動(dòng)態(tài)特性；

低噪點(diǎn)：在光線較暗時(shí)能有效抑制噪點(diǎn)，特別是要求側(cè)視和后視攝像頭即使在晚上也能清楚的捕捉影像。

車載智能前視像頭關(guān)鍵參數(shù)

探測(cè)距離

水平視場(chǎng)角

垂直視場(chǎng)角

分辨率 - 當(dāng)攝像機(jī)攝取等間隔排列的黑白相間條紋時(shí)，在監(jiān)視器（比攝像機(jī)的分辨率要高）上能夠看到的最多線數(shù)，當(dāng)超過(guò)這一線數(shù)時(shí)，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片，而不再能分辨出黑白相間的線條。

最低照度 - 即圖像傳感器對(duì)環(huán)境光線的敏感程度，或者說(shuō)是圖像傳感器正常成像時(shí)所需要的最暗光線。它是當(dāng)被攝物體的光照逐漸降低時(shí)，攝像機(jī)的視頻信號(hào)電平低于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)最大幅值一半時(shí)的景物光照度值。

信噪比 - 輸出信號(hào)電壓與同時(shí)輸出的噪聲電壓的比值；

動(dòng)態(tài)范圍 - 攝像機(jī)拍攝的同一個(gè)畫(huà)面內(nèi)，能正常顯示細(xì)節(jié)的最亮和最暗物體的亮度值所包含的那個(gè)區(qū)間。動(dòng)態(tài)范圍越大，過(guò)亮或過(guò)暗的物體在同一個(gè)畫(huà)面中都能正常顯示的程度也就越大。

與雷達(dá)技術(shù)對(duì)比有哪些優(yōu)勢(shì)

1）相比于毫米波雷達(dá)，目前攝像頭的主要優(yōu)勢(shì)在于：

目標(biāo)識(shí)別與分類 - 目前普通的3D毫米波雷達(dá)僅可以檢測(cè)到前方是否有障礙物，而無(wú)法精準(zhǔn)識(shí)別障礙物的大小和類別；例如：各類車道線識(shí)別、紅綠燈識(shí)別以及交通標(biāo)志識(shí)別等；

可通行空間檢測(cè)（FreeSpace） - 對(duì)車輛行駛的安全邊界（可行駛區(qū)域）進(jìn)行劃分，主要對(duì)車輛、普通路邊沿、側(cè)石邊沿、沒(méi)有障礙物可見(jiàn)的邊界、未知邊界進(jìn)行劃分；

對(duì)橫向移動(dòng)目標(biāo)的探測(cè)能力 ，比如對(duì)十字路口橫穿的行人以及車輛的探測(cè)和追蹤；

定位與地圖創(chuàng)建 - 即視覺(jué)SLAM技術(shù)，雖然目前也有用毫米波雷達(dá)做SLAM的，不過(guò)視覺(jué)SLAM技術(shù)更加成熟，也更有應(yīng)用前景；

2）在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，激光雷達(dá)與攝像頭感知作用比較類似，但相比激光雷達(dá)，其優(yōu)勢(shì)為：

紅綠燈識(shí)別及交通標(biāo)示識(shí)別

成本優(yōu)勢(shì)，且算法及技術(shù)成熟度比較高

物體識(shí)別率高

車載攝像頭分布情況:

資料來(lái)源：CIOE中國(guó)光博會(huì)

目前車上搭載的車載攝像頭根據(jù)安裝位置主要分為車載攝像頭主要分為前視攝像頭、環(huán)視攝像頭、后視攝像頭、側(cè)視攝像頭以及內(nèi)置攝像頭五種類別。

前視攝像頭：主要安裝在前擋風(fēng)玻璃上，用于實(shí)現(xiàn)行車的視覺(jué)感知及識(shí)別功能，根據(jù)功能又可以分為前視主攝像頭、前視窄角攝像頭和前視廣角攝像頭。

前視主攝像頭：該攝像頭在 L2 的ADAS 系統(tǒng)中作為主攝像頭使用。其視場(chǎng)角的一般為 30°、50°、60°、100°、120°，檢測(cè)距離一般為 150 - 170 m，攝像頭輸出的格式為 RCCB 或 RCCC。

前視廣角攝像頭：該攝像頭的作用主要是識(shí)別距離較近的物體，主要用于城市道路工況、低速行駛等場(chǎng)景，其視場(chǎng)角在 120° - 150°，檢測(cè)距離在 50 m 左右。在后續(xù) 8MP 鏡頭大規(guī)模裝車后，無(wú)需該攝像頭。

前視窄角攝像頭：該攝像頭的主要作用是進(jìn)行紅綠燈、行人等目標(biāo)的識(shí)別，一般選用窄角鏡頭，可選擇 30 - 40° 左右的鏡頭。并且該鏡頭的像素一般和前視主攝像頭的鏡頭像素一致，該攝像頭采用窄角度，具有更高的像素密度和更遠(yuǎn)的檢測(cè)距離，一般可達(dá) 250 m 甚至可探測(cè)更遠(yuǎn)的距離。

在上了 8MP 攝像頭后，前視主攝像頭的 FOV 可達(dá) 120°，該攝像頭可能就不需要了。檢測(cè)距離在 60 m 左右。

環(huán)視攝像頭：主要安裝在車身四周，一般使用 4 - 8 個(gè)攝像頭，可分為前向魚(yú)眼攝像頭/左側(cè)魚(yú)眼攝像頭/右側(cè)魚(yú)眼攝像頭/后向魚(yú)眼攝像頭。用于全景環(huán)視功能的顯示，以及融合泊車功能的視覺(jué)感知及目標(biāo)檢測(cè)；常用色彩矩陣為 RGGB，因?yàn)橛猩蔬€原的需求。

后視攝像頭：一般安裝在后備箱上，主要是實(shí)現(xiàn)泊車輔助。視場(chǎng)角在 120 - 140° 之間，探測(cè)距離大概 50 m。

側(cè)前視攝像頭：安裝在 B 柱或者車輛后視鏡處，該攝像頭的視場(chǎng)角一般為 90° - 100°，探測(cè)距離大概在 80 m 左右，這個(gè)攝像頭的主要作用是檢測(cè)側(cè)向車輛及自行車。

側(cè)后視攝像頭：一般安裝在車輛前翼子板處，該攝像頭的視場(chǎng)角一般為 90° 左右，探測(cè)距離也在 80 m 左右，主要用于車輛變道、匯入其它道路等場(chǎng)景應(yīng)用。

內(nèi)置攝像頭：主要用于監(jiān)測(cè)司機(jī)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)疲勞提醒等功能。

其中，前視攝像頭價(jià)格相對(duì)較高，目前市場(chǎng)價(jià)格處在 300 - 500 元水平；其余攝像頭價(jià)格在 150 - 200 元左右。

主流廠商車載攝像頭搭載方案

從方案中我們可以看到，特斯拉的 8 個(gè)攝像頭均與行車系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)，這與其一直宣傳的不依靠激光雷達(dá)純視覺(jué)的自動(dòng)駕駛方案是有較大關(guān)聯(lián)的，特斯拉的這一套方案的最大優(yōu)勢(shì)就是：高性價(jià)比。特斯拉用了成本非常低的自研 1.2MP 攝像機(jī)就實(shí)現(xiàn)了 L2+ 級(jí)別的自動(dòng)駕駛。

小鵬 P7 使用了多個(gè)攝像頭，這一套方案的最大優(yōu)勢(shì)就是：可拓展性較強(qiáng)。前期方案在設(shè)計(jì)時(shí)需要提高硬件成本，但是在后期 OTA 升級(jí)后，其自動(dòng)駕駛功能具有非常好的兼容性和可拓展性。

通過(guò)這套傳感器模型，小鵬實(shí)現(xiàn)了具有較好體驗(yàn)的 L2+ 級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能，包括小鵬極具特色的高速自主導(dǎo)航駕駛（NGP）和停車場(chǎng)記憶泊車功能。

奔馳 S 級(jí)是傳統(tǒng)主機(jī)廠方案的代表，雙目立體攝像頭方案是奔馳 S 級(jí)最大的優(yōu)勢(shì)。相比于單目攝像頭，雙目攝像頭可以計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)目標(biāo)在 X、Y、Z 坐標(biāo)下的運(yùn)動(dòng)情況，判斷檢測(cè)目標(biāo)的姿態(tài)及目標(biāo)類型，奔馳在 L2 級(jí)別的 ADAS 功能的體驗(yàn)效果也比另外兩家好一些。

對(duì)已經(jīng)量產(chǎn)車型的攝像頭方案分析中，我們發(fā)現(xiàn)其都是使用中低像素?cái)z像頭來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能。

車載攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈

車載攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈主要涉及上游材料、中游元件和下游產(chǎn)品三個(gè)主要環(huán)節(jié)。

上游材料中光學(xué)鏡片、濾光片和保護(hù)膜等用于制造鏡頭組，晶圓用于制造CMOS芯片和DSP信號(hào)處理器；在中游鏡頭組、CMOS芯片和膠合材料等組裝成模組，并和DSP信號(hào)處理器封裝成攝像頭產(chǎn)品。

在產(chǎn)業(yè)鏈的這一層，上游供應(yīng)商已經(jīng)可以向下游整車或一級(jí)供應(yīng)商客戶供應(yīng)完整的攝像頭產(chǎn)品。在車載攝像頭產(chǎn)業(yè)鏈中，攝像頭和軟件算法一起，構(gòu)成車載攝像頭解決方案，應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車中。

目前車載攝像頭市場(chǎng)份額較大的公司均是全球領(lǐng)先的一級(jí)零部件供應(yīng)商，下游客戶基本覆蓋了全球主要的整車公司。

CMOS在車載攝像頭價(jià)值量成本占比最高，達(dá)到52%；模組封裝占比20%、光學(xué)鏡頭占比19%。

CMOS芯片

CMOS（CIS傳感器）是主流的車載車載攝像頭感光元件方案。相比于CCD感光元件，CMOS的成像質(zhì)量略遜一籌，但成本低、更省電，因此在像素要求不高的車載攝像頭領(lǐng)域廣受青睞。

CMOS制造產(chǎn)業(yè)鏈主要細(xì)分為設(shè)計(jì)、代工和封裝測(cè)試三個(gè)環(huán)節(jié)，最后由模組廠采購(gòu)組裝，整合入攝像頭模組再出售給下游應(yīng)用廠商。

CMOS傳感器的構(gòu)成與關(guān)鍵參數(shù)

圖像傳感器的功能是光電轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵的參數(shù)有像素、單像素尺寸、芯片尺寸、功耗。技術(shù)工藝上有前照式（FSI）、背照式（BSI）、堆棧式（Stack）等。

圖像傳感器從外觀看分感光區(qū)域（Pixel Array），綁線Pad，內(nèi)層電路和基板。感光區(qū)域是單像素陣列，由多個(gè)單像素點(diǎn)組成。每個(gè)像素獲取的光信號(hào)匯集在一起時(shí)組成完整的畫(huà)面。

CMOS芯片由微透鏡層、濾色片層、線路層、感光元件層、基板層組成。

CMOS芯片剖面圖

由于光線進(jìn)入各個(gè)單像素的角度不一樣，因此在每個(gè)單像素上表面增加了一個(gè)微透鏡修正光線角度，使光線垂直進(jìn)入感光元件表面。這就是芯片CRA的概念，需要與鏡頭的CRA保持在一點(diǎn)的偏差范圍內(nèi)。

電路架構(gòu)上，我們加入圖像傳感器是一個(gè)把光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)的暗盒，那么暗盒外部通常包含有電源、數(shù)據(jù)、時(shí)鐘、通訊、控制和同步等幾部分電路?？梢院?jiǎn)單理解為感光區(qū)域（Pixel Array）將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，由暗盒中的邏輯電路將電信號(hào)進(jìn)行處理和一定的編碼后通過(guò)數(shù)據(jù)接口將電信號(hào)輸出。

由于CMOS芯片的像素層的設(shè)計(jì)工藝類似于模擬芯片，對(duì)制造工藝的要求較高，所以索尼、三星等龍頭企業(yè)均采用IDM模式，而豪威、格科微等中國(guó)企業(yè)多采用Fabless模式。

代工方面，臺(tái)積電、華力微、中芯國(guó)際、力晶、海力士等代工廠為全球CIS晶圓主要供應(yīng)商。

封測(cè)方面，目前全球CIS封測(cè)產(chǎn)能集中在中國(guó)臺(tái)灣，精材、勝麗、同欣電等廠商是主要CIS封測(cè)廠商，國(guó)內(nèi)晶方科技、華天科技等也具備CIS封測(cè)能力。

根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2019年CIS下游市場(chǎng)增速中，汽車市場(chǎng)同比增長(zhǎng)41%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)手機(jī)、計(jì)算機(jī)、安防、工控等其余主要領(lǐng)域。

CMOS的生產(chǎn)制造技術(shù)含量高，從全球市場(chǎng)來(lái)看，目前主要被外資企業(yè)所占據(jù)。

從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，安森美以36%的市場(chǎng)份額占據(jù)第一，國(guó)內(nèi)企業(yè)豪威科技以22%位居第二，索尼、松下、三星緊隨其后，全球CIS Top3廠商供應(yīng)超過(guò)65%，行業(yè)集中度較高。國(guó)內(nèi)企業(yè)韋爾股份通過(guò)收購(gòu)豪威科技切入CIS領(lǐng)域，一舉成為CIS領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè)。

攝像頭圖像處理ISP初步介紹

我們看一看車載攝像頭模組的關(guān)鍵參數(shù)，是不是還有幾個(gè)沒(méi)有闡述，比如白平衡、自動(dòng)增益控制、色彩還原等等，上述攝像頭描述就是主機(jī)控制，這里就有一個(gè)關(guān)鍵器件需要講解一下，圖像信號(hào)處理器ISP，這些活都是圖像處理器ISP需要干的活。

下圖展示了車載系統(tǒng)的基本組成：黃色的箭頭代表數(shù)據(jù)的傳輸，藍(lán)色的箭頭代表控制信號(hào)的傳輸。

相機(jī)的圖像處理流程大致是這樣的：

從相機(jī)感受到電荷之后，轉(zhuǎn)化成每個(gè)像素的數(shù)字信號(hào)，它的輸出我們可以叫做一個(gè)bayer pattern，當(dāng)bayer pattern進(jìn)入到ISP之后，經(jīng)過(guò)一系列的圖像處理才會(huì)變成可以正常預(yù)覽或者拍照形成的圖像。

圖像處理中有一些比較關(guān)鍵的步驟，比如我們會(huì)做白平衡，因?yàn)槿搜鄣囊曈X(jué)會(huì)對(duì)所看見(jiàn)的顏色做一定的糾正，比如看在黃光照射的范圍里，我們看到的黃光打亮白紙不再是白紙。所以很重要的是白平衡的矯正，白平衡的矯正之后會(huì)做demosaic，將每個(gè)像素的全部顏色通道全部還原回來(lái)。

然后每個(gè)Sensor的特性或者因?yàn)橐恍┰驅(qū)е碌钠枰ㄟ^(guò)顏色校正的矩陣乘法來(lái)做更正。再之后需要轉(zhuǎn)到y(tǒng)cbcr域去做例如針對(duì)亮度通道或顏色通道的降噪或者補(bǔ)償。總體來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的流程，實(shí)際上在車載應(yīng)用中的流程非常復(fù)雜，涉及到更多的如HDR多幀曝光，合成，tone mapping等算法。

ISP 放置的位置非常關(guān)鍵：

這里有的是會(huì)放置ISP圖像處理芯片在攝像頭這邊，把處理后的信號(hào)傳輸給到主機(jī)，有的是不放置ISP芯片，由主機(jī)那邊的內(nèi)置ISP芯片進(jìn)行圖像處理，這樣攝像頭端的散熱會(huì)好很多，輻射也小。

比如倒車后視攝像頭，攝像頭距離主機(jī)距離都是5-8米，根據(jù)車身長(zhǎng)度決定，這部分一般是把ISP放置在攝像頭模組那端，這樣傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)都是ISP那邊進(jìn)行降噪處理后的信號(hào)，抗干擾能力也更強(qiáng)，缺點(diǎn)就是體積會(huì)變大，散熱要求非常高。

譬如有的行車記錄儀DVR攝像頭，這部分?jǐn)z像頭距離控制主機(jī)CPU非常近，而且對(duì)于造型要求也比較高，就會(huì)把ISP放置在CPU這邊（很多DVR的CPU都內(nèi)置了ISP芯片），無(wú)論是成本還是設(shè)計(jì)都是最優(yōu)方案。

前面有提到了，攝像頭出來(lái)的信號(hào)一定要經(jīng)過(guò)ISP處理，那ISP要怎么處理這些信號(hào)，有哪些處理，這些其實(shí)都是涉及到色彩相關(guān)的內(nèi)容，首先我們進(jìn)行色彩相關(guān)內(nèi)容的科普，然后再講解ISP怎么處理這些信號(hào)。

camera sensor效果的調(diào)整，涉及到眾多的參數(shù)，如果對(duì)基本的光學(xué)原理及sensor軟/硬件對(duì)圖像處理的原理能有深入的理解和把握的話，對(duì)我們的工作將會(huì)起到事半功倍的效果。否則，缺乏了理論的指導(dǎo)，只能是憑感覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)去碰，往往無(wú)法準(zhǔn)確的把握問(wèn)題的關(guān)鍵，不能掌握sensor調(diào)試的核心技術(shù)，無(wú)法根本的解決問(wèn)題。

光學(xué)部件

鏡頭組中的光學(xué)器件（主要包括鏡片、濾光片、保護(hù)膜）對(duì)攝像頭所生成的圖像質(zhì)量方面起到了關(guān)鍵作用。

以一款車載DVR的隱藏式寬FOV角度的鏡頭為例子。

鏡筒的材質(zhì)一般都是金屬，但是也有塑膠的，金屬的鏡筒從質(zhì)量，耐高低溫等各項(xiàng)指標(biāo)都會(huì)更好，但是也有缺點(diǎn)，金屬的套筒在螺絲扭的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生金屬機(jī)械粉末，會(huì)有掉入到COMS感光區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)，而且金屬的套筒硬度比較硬，底板打螺絲的時(shí)候容易導(dǎo)致底板有COMS芯片的PCBA變形，從而導(dǎo)致成像后的解析度發(fā)生變化。

鏡頭的材質(zhì)主要是兩種，一種是玻璃，一種是塑膠。

玻璃鏡片：以G為縮寫(xiě)，面型多為球面，玻璃研磨加工；

塑膠鏡片：以P為縮寫(xiě)，面型多為非球面，注塑加工。

鏡頭的材質(zhì)車載里面一般都是使用的是玻璃，玻璃的耐高溫，耐擦掛性能都非常好，表面硬度玻璃會(huì)好于塑膠，當(dāng)然玻璃也有缺點(diǎn)，價(jià)格貴，而且攝像頭整體的厚度變厚了，但是在車載里面這些相對(duì)于性能要求而言，都必須要使用到玻璃鏡頭，所以這里可以看到6G，就是使用6個(gè)玻璃片。

鏡頭的光學(xué)參數(shù)講解

焦距(Focal Length或EFFL)

是指一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)從起像方主面到焦點(diǎn)間的距離, 它反映了一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)物體聚焦的能力。

BFL 后焦

鏡頭最后一鏡片面到成像面的距離

這里的如上圖所示是 5.85mm；

Mechanical BFL法蘭距

鏡筒端（前/后）到成像面的距離

這里如上圖所示是 5.08mm±0.2mm

鏡頭總長(zhǎng)和光學(xué)總長(zhǎng)(TTL):

光學(xué)總長(zhǎng)是指從系統(tǒng)第一個(gè)鏡片表面到像面的距離; 而鏡頭總長(zhǎng)是指最前端表面(一般指Barrel表面)到像面(例如Sensor表面)的距離.一般來(lái)說(shuō), 鏡頭太長(zhǎng)或太短其設(shè)計(jì)都會(huì)變得困難, 制造時(shí)對(duì)工藝要求較高，這個(gè)鏡頭的總長(zhǎng)度是22.7mm±0.3mm。

相對(duì)孔徑(FNo.)

一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)成像亮度指標(biāo), 一般簡(jiǎn)稱F數(shù)(如傳統(tǒng)相機(jī)上所標(biāo)識(shí)), 在同樣的光強(qiáng)度照射下, 其數(shù)值越小, 則像面越亮, 其數(shù)值越大, 則像面越暗. 對(duì)于一般的成像光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō), F2.0-3.2就比較合適, 如果要求F數(shù)越小, 則設(shè)計(jì)越難, 結(jié)構(gòu)越復(fù)雜, 制造成本就越高。這里的FNo為F2.1。

視場(chǎng)角(FOV):

一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)所能成像的角度范圍. 角度越大, 則這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)所能成像的范圍越寬, 反之則越窄. 在實(shí)際產(chǎn)品當(dāng)中, 又有光學(xué)FOV和機(jī)械FOV之分, 光學(xué)FOV是指SENSOR或膠片所能真正成像的有效FOV范圍, 機(jī)械FOV一般大于光學(xué)FOV, 這是有其他考慮和用途, 比如說(shuō)需要用機(jī)械FOV來(lái)參考設(shè)計(jì)Module或者手機(jī)蓋的通光孔直徑大小。

這里的FOV角度理論上是越大越好，比如做隱藏式行車記錄儀DVR的攝像頭，這個(gè)時(shí)候就需要記錄到的兩邊的圖像越寬越好，越方便信息的完整性。當(dāng)然這個(gè)FOV的角度直接影響到最終攝像頭測(cè)距的距離，所以這個(gè)FOV角度也是最好根據(jù)攝像頭的實(shí)際應(yīng)用來(lái)選擇。

光學(xué)畸變(Opt distortion)和TV畸變(TV distortion):

畸變是指光學(xué)系統(tǒng)對(duì)物體所成的像相對(duì)于物體本身而言的失真程度.光學(xué)畸變是指光學(xué)理論上計(jì)算所得到的變形度。

TV畸變則是指實(shí)際拍攝圖像時(shí)的變形程度, DC相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)是測(cè)量芯片(Sensor)短邊處的變形.一般來(lái)說(shuō)光學(xué)畸變不等于TV畸變, 特別是對(duì)具有校正能力的芯片來(lái)說(shuō). 畸變通常分兩種: 桶形畸變和枕形畸變，比較形象的反映畸變的是哈哈鏡，使人變得又高又瘦的是枕型畸變，使人變得矮胖的是桶型畸變。

這個(gè)一般都比較重視的是TV失真，越小越好，這樣對(duì)于后面芯片的處理也就越簡(jiǎn)單，這里的鏡頭的TV失真是小于21%。

相對(duì)照度(Relative illumination又簡(jiǎn)寫(xiě)為RI):

它是指一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)所成像在邊緣處的亮度相對(duì)于中心區(qū)域亮度的比值, 無(wú)單位. 在實(shí)際測(cè)量的結(jié)果中, 它不僅同光學(xué)系統(tǒng)本身有關(guān), 也同所使用的感光片(SENSOR)有關(guān). 同樣的鏡頭用于不同的芯片可能會(huì)有不同的測(cè)量結(jié)果.

這個(gè)車載鏡頭的RI指標(biāo)是≥53%。

CRA 主光線出射角通過(guò)光闌中心光線的成像面入射角

不同的視場(chǎng)具有不同的CRA值，將所有視場(chǎng)的CRA做成一條曲線，即

所謂的CRA曲線。圖紙中所示的CRA值為Sensor有效像高處的數(shù)值。

MTF:

它從一定程度上反映了一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)物體成像的分辨能力.一般來(lái)說(shuō), MTF越高, 其分辨力越強(qiáng), MTF越低, 其分辨力越低.由于MTF也只是從一個(gè)角度來(lái)評(píng)價(jià)鏡頭的分辨率,也存在一些不足, 故在目前的生產(chǎn)中, 大多數(shù)還是以逆投影檢查分辨率為主。

IR Filter(濾光片):

它主要用于調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的色彩還原性. 它往往隨著芯片的不同而使用不同的波長(zhǎng)范圍, 因?yàn)樾酒瑢?duì)不同波長(zhǎng)范圍的光線其感應(yīng)靈敏度不一樣.對(duì)于目前應(yīng)用較廣的CMOS和CCD感光片它非常重要, 早期的CCD系統(tǒng)中, 采用簡(jiǎn)單的IRF往往還不能達(dá)到較好的色彩還原性效果。

IR-Cut：透過(guò)率為50%時(shí)的紅外光線頻率，650±10nm @ T=50%

所以這里可以看到車載攝像頭的鏡頭的紅外濾光片基本上都是650nm±10nm的濾光片。

IR鍍膜的規(guī)格對(duì)鏡頭的色彩還原性有較大的影響，另外結(jié)合sensor的特性，對(duì)鍍膜進(jìn)行優(yōu)化，會(huì)改善鏡頭色彩還原能力，所以在有的攝像頭拍照出來(lái)的色彩還原效果比較差的時(shí)候，軟件優(yōu)化都無(wú)能為力的時(shí)候，可以考慮IR鍍膜來(lái)調(diào)整。

鏡頭主要用于將圖像聚焦到傳感器上，作為核心元件，其壁壘在于焦距、視場(chǎng)角、光圈、畸變、相對(duì)照度、分辨率等。由于室外環(huán)境嚴(yán)苛，車載鏡頭在形狀上要有良好的熱穩(wěn)定性，所以鏡頭主要使用玻璃而非塑膠材質(zhì)。

光學(xué)部件行業(yè)整體處于成熟期，行業(yè)集中度相對(duì)較高，大多是傳統(tǒng)的相機(jī)鏡頭生產(chǎn)商。根據(jù)Yole Development, 全球CR4約為40%~50%左右。

在全示車載攝像頭鏡頭組全球市場(chǎng)，舜宇光學(xué)占據(jù)第一的市場(chǎng)份額，2004年開(kāi)始布局車載鏡頭市場(chǎng)，2012年開(kāi)始做到了全球車載鏡頭出貨量的第一并保持，跟隨其后的主要產(chǎn)商包括日本世光、日本康達(dá)智、富士膠片等。

國(guó)內(nèi)光學(xué)鏡頭領(lǐng)域主要廠商主要有聯(lián)創(chuàng)電子、歐菲光、福光股份、力鼎光電等。

水晶光電（濾光片、保護(hù)膜）、歐菲光（濾光片）、海泰（保護(hù)膜）等企業(yè)正在向海外龍頭發(fā)起挑戰(zhàn)，在國(guó)內(nèi)新勢(shì)力崛起的背景下，有望乘“車載”之東風(fēng)，引領(lǐng)光學(xué)部件環(huán)節(jié)的國(guó)產(chǎn)替代。

攝像頭模組封裝

車載攝像頭模組的封裝工藝難度高于手機(jī)，首要需保障駕駛安全，對(duì)其在駕駛期間、不同工作環(huán)境下的使用穩(wěn)定性有較高的要求。因此，相比其他領(lǐng)域，車載攝像頭的產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)更高，生產(chǎn)技術(shù)要求更高，工藝難度大。

從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，當(dāng)前全球車載攝像頭行業(yè)市場(chǎng)份額前三為松下、法雷奧和富士通：其中松下所占市場(chǎng)份額最大，達(dá)到20%；法雷奧和富士通的市占率分別為11%和10%。

全球主要攝像頭供應(yīng)商的客戶情況：

資料來(lái)源：東方證券

該領(lǐng)域主要玩家還包括：信利國(guó)際、?？低?/u>、比亞迪、聯(lián)合光學(xué)、德賽西威等。