如何解決LED“閃爍”的危害？

頻閃，有頻率的閃爍，光隨著時(shí)間快速、重復(fù)的變化就叫頻閃，直接的感受就是光源調(diào)動(dòng)、不穩(wěn)定。產(chǎn)生頻閃的原因是燈具使用交流電供電，其光亮度會(huì)隨著交流電的周期性變化而變化。

LED燈是常見的具有頻閃危害的光源，在交通燈、車燈等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，普通人看來這似乎并沒有什么不妥，但是當(dāng)攝像頭開始作為汽車信息采集源之后，LED燈頻閃的危害開始顯現(xiàn)。

LED燈頻閃給汽車攝像頭采集信息造成干擾

如今的汽車攝像頭系統(tǒng)采用CMOS圖像傳感器，是能達(dá)到100-200萬像素的高清傳感器。單雙目攝像頭和雷達(dá)系統(tǒng)融合，能為駕車人提供障礙物或者移動(dòng)物體的速度、距離和外觀形狀等信息。而自動(dòng)駕駛無非就是利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)攝像頭等采集的信息加以分析，然后替代人類駕駛?cè)藛T作出駕駛行為。

豪威科技中國(guó)區(qū)汽車電子業(yè)務(wù)部總監(jiān)劉琦表示：“LED燈以一個(gè)基礎(chǔ)頻率，以及可調(diào)節(jié)的占空比來調(diào)整亮和暗的強(qiáng)度。對(duì)于人眼來說，LED光源是持續(xù)的，但HDR相機(jī)卻捕捉到了亮和暗的屬性，并且在觀看視頻的時(shí)候出現(xiàn)‘閃爍’?！?/p>

兩相結(jié)合來看，當(dāng)帶有HDR相機(jī)的汽車在捕捉LED路牌和其他的車輛的LED光源時(shí)，將會(huì)在攝像頭傳回來的畫面里出現(xiàn)信息缺失或者信息錯(cuò)誤。這樣的情況下，人類還敢相信智能后視鏡甚至是自動(dòng)駕駛嗎？

分析此中原因，劉琦指出：“當(dāng)前的LED燈頻率多數(shù)介于90-270赫茲之間，通常一個(gè)亮暗周期小于或者等于11毫秒。汽車流媒體后視鏡上的HDR相機(jī)一幀圖像通常是16.6毫秒，但是曝光時(shí)間多數(shù)介于3-4毫秒。因此，相機(jī)無法在任何曝光時(shí)間下（長(zhǎng)、短或極短）捕捉到LED脈沖，并且LED在視頻中也無法被觀測(cè)。”

在豪威科技上海公司我們見到了這種情況的demo演示，其左邊的相機(jī)就是沒有經(jīng)過技術(shù)加持的普通HDR車載相機(jī)，在人眼看來LED燈是長(zhǎng)亮的情況下，左邊的相機(jī)卻形成了燈是暗的畫面。

豪威科技demo示意圖

LED“閃爍”如何解決？

從當(dāng)前的局勢(shì)來看，要實(shí)現(xiàn)高級(jí)別的自動(dòng)駕駛，汽車是離不開攝像頭的輔助，如果不解決LED燈“閃爍”的問題，安全就要時(shí)刻打上一個(gè)問號(hào)。抑制、消除LED燈“閃爍”在研究自動(dòng)駕駛的道路上是繞不過的坎。

劉琦介紹稱，當(dāng)前有三種方法可以解決LED燈“閃爍”問題，分別是LOFIC技術(shù)、斬波技術(shù)和分離像素技術(shù)。其原理是為了保證捕捉到一個(gè)90Hz LED脈沖至少需要11ms的曝光時(shí)間，LFM（減少或消除LED閃爍）技術(shù)需要相機(jī)能夠延長(zhǎng)曝光時(shí)間，并使其比LED驅(qū)動(dòng)周期更長(zhǎng)，同時(shí)不出現(xiàn)過曝，且維持一定的動(dòng)態(tài)范圍水平，那問題就得到了解決。

在三種抑制LED“閃爍”的技術(shù)中，豪威科技選擇了分離像素技術(shù)。劉琦在分析過程中提到：“LOFIC在像素中擁有額外存儲(chǔ)電容的線性二極管，提供擴(kuò)展的全阱容量。全阱容量越高，越容易捕捉LED脈沖，并且不會(huì)超過像素的飽和度，可以應(yīng)用于SPD（小光電二極管）或LPD（大光電二極管），但在高溫時(shí)會(huì)有噪聲問題。斬波則是在時(shí)域部分電荷從光電二極管轉(zhuǎn)移到外部存儲(chǔ)電容（幀周期的集成分布），可確保捕捉到LED脈沖，可應(yīng)用于SPD或LPD。但高溫時(shí)也會(huì)有噪聲問題?！?/p>

針對(duì)分離像素技術(shù)，劉琦講到：“使用分離像素架構(gòu)，并且降低小光電二極管敏感度，是目前看最理想的解決方案。首先，小光電二極管能延長(zhǎng)曝光時(shí)間，使其足夠長(zhǎng)，以確保LED脈沖的捕捉；其次，大光電二極管可以確保低光條件下的高靈敏度；而額外的極短曝光（VS）可以捕獲場(chǎng)景中最亮的部分?！?/p>

基于分離像素技術(shù)，豪威科技推出了兩款HDR圖像傳感器OX01A10和OXO2A10。這兩款傳感器將分別應(yīng)用于側(cè)視和后視攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)（CMS）。0X01A10和0X02A10傳感器基于OmniVision 4．2微米OmniBSI像素架構(gòu)，采用像素拆分技術(shù)，提供卓越的高動(dòng)態(tài)范（HDR）和一流的低光性能，是汽年行業(yè)領(lǐng)先LED減閃方案的代表。

“普通HDR攝像頭的短曝光時(shí)間導(dǎo)致圖像傳感器錯(cuò)過LED的‘on’脈沖，從而在顯示器上的視頻流中產(chǎn)生了‘閃爍’現(xiàn)象。僅僅通過增加普通像素技術(shù)的曝光時(shí)間來抓取LED脈沖并不能解決問題，反而會(huì)導(dǎo)致飽和及動(dòng)態(tài)范圍損失?！?Omnivision產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理 Marius Evensen說道?！拔覀?cè)O(shè)計(jì)的0X01A10和0XO2A10圖像傳感器通過采用減少LED閃爍的技術(shù)來專門解決這一問題，使E－視鏡在汽車市場(chǎng)得以廣泛應(yīng)用。這兩款傳感器已納入我們不斷擴(kuò)大的針對(duì)機(jī)器和視覺顯示系統(tǒng)的汽車專用數(shù)字成像解決方案組中。”

OXO1A10和0X02A10的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)110dB，同時(shí)保證了LED脈沖的捕獲，使相機(jī)在所有的光照條件能發(fā)揮出色攝像功能。這使得車載攝像頭能夠同時(shí)捕獲明暗兩種場(chǎng)景，即使在最苛刻的光照條件下也能保證最佳質(zhì)量的圖像效果。OXO1A10支持1280×1080分辨率，橫縱比為1：1.2，非常適合用于側(cè)視攝像頭。專用于后視攝像頭的OXO2A10傳感器支持1840X940分辨率，橫縱比為2：1。傳感器上的芯片組算法能夠降低數(shù)據(jù)輸出率，便于數(shù)據(jù)傳輸和后端處理。

0XO1A10和0XO2A10兩款產(chǎn)品目前已量產(chǎn)。