CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應用分析

曹 晶（石家莊域聯視控控制技術有限公司，河北石家莊，050000）

?

CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應用分析

曹 晶
（石家莊域聯視控控制技術有限公司，河北石家莊，050000）

摘要：CMOS圖像傳感器是一種固體成像傳感器，其在智能車路徑識別中的應用已成了一種發展趨勢。路徑識別是體現智能車智能水平的一個重要標志，而傳感器是智能車進行路徑識別的關鍵檢測元件。本文將對CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應用及相關影響因素進行分析。

關鍵詞：CMOS圖像傳感器;智能車;路徑識別

1 CMOS圖像傳感器的概念

（1）概念：CMOS圖像傳感器是一種利用光電技術原理所制造的圖像傳感軟件。

（2）組成：主要是以MOS電容或是P-N結感光二極管組成，是將感光二極管（光敏感光單元陣列）、放大器、A/D轉換器、數字信號處理器行陣列驅動器、列時序控制邏輯單元、DATA總線輸出接口以及控制接口等部分集中在一塊硅片板上。

（3）優點：①高靈敏度，高集成性；②隨機窗口讀取能力；③抗輻射能力；④非破壞性數據讀出方式；⑤優化的曝光控制。缺點： ①噪聲大；②填充率低。

2 智能車的相關概念

智能車是新科技與現代汽車相結合的高科技產物，是在普通車輛的基礎上增加了先進的傳感器（雷達、攝像）、控制器、執行器等裝置，通過車載傳感系統和信息終端實現與人、車、路等的智能信息交換，使車輛具備智能的環境感知能力，能夠自動分析車輛行駛的安全及危險狀態，并使車輛按照人的意愿到達目的地，最終實現替代人來操作的目的。智能車與普通汽車的區別主要在于它是利用多種傳感器和智能公路技術實現的汽車自動駕駛。

3 CMOS圖像傳感器的基本工作原理

外界光照射像素陣列，發生光電效應，在像素單元內產生相應的電荷。行選擇邏輯單元根據需要，選擇相應的行像素單元，行像素單元內的圖像信號通過各自所在列的信號總線傳輸到對應的模擬信號處理單元以及A/D轉換器，轉換成數字圖像信號輸出。

4 CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應用

4.1 CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應用及判斷

路徑識別是智能車智能水平的一個重要標志，而傳感器則是智能車路徑識別的關鍵部件。智能車路徑識別的方法主要有光電傳感器和CMOS攝像頭傳感器兩種方式。與光電傳感器相比,CMOS攝像頭傳感器具有較好的快速性、前瞻性,能夠感知智能車前方更遠距離的路徑信息。在智能車路徑識別的應用方面，根據CMOS圖像傳感器的特點，在智能車的前方虛擬出24個光電傳感器，能夠精確地感知到智能車的位置。這種檢測方法不僅調試方便，硬件安裝簡單，而且檢測距離遠，能夠較早的感知到前方的路徑信息，從而進行識別判斷。

4.2 CMOS 圖像傳感器在智能車路徑識別應用中的相關影響因素

1）CMOS圖像傳感器的選擇

暫態讀噪聲、固定模式噪聲和傳感器的ISO速度對圖像的質量有著很大的影響。

①暫態讀噪聲

暫態讀噪聲是與是一種與時間無關的信號電平隨機波動，由基本噪聲和電路噪聲源產生。暫態讀噪聲源存在于像素、列放大器、PGA（增益放大器）和ADC（模擬轉換器）中，當有限信號幅度很小時，暫態讀噪聲會對信號處理產生很大的影響。

②固定模式噪聲（FPN）

FPN是指非暫態空間噪聲，可以由像素和色彩濾波器的不匹配、列放大器的波動、PGA和ADC之間的不匹配等原因產生。

③ ISO速度

CMOS圖像傳感器的ISO速度可以通過滿足給定的信噪比圖像質量所需要的曝光等級值估計得到。

根據以上三個方面，有助于工程師對CMOS傳感器作出正確的選擇。

2）時序控制電路的設計

時序控制電路的設計采用大規模的可編程邏輯器件FPGA并使用Verilog硬件描述語言對各模塊的時序進行編程。根據自頂向下的設計方法，將時序控制部分分為三個模塊：復位模塊、寄存器配置模塊和快門模塊。

其中，復位模塊是用來產生圖像傳感器所需的復位信號，使傳感器正常復位，內部寄存器清零，為寄存器的配置做好準備。寄存器配置模塊是用來配置圖像傳感器內部的寄存器，提供傳感器工作所需的相關參數和方式；快門模塊用于產生傳感器工作所需的一些控制信號，根據快門方式的不同給出所需的時序控制信號。

3）圖像信號的采集

①圖像信號采集系統的組成

CMOS圖像傳感器的圖像信號采集系統主要由CMOS圖像傳感器感光模塊、FPGA邏輯控制模塊、USB接口模塊、智能終端等組成。

②CMOS圖像傳感器圖像信號采集系統的工作原理

首先，CMOS圖像傳感器感光模塊對目標進行成像，生成圖像數據，然后FPGA邏輯控制模塊完成數字圖像的接收和存取，并協調控制各個模塊；USB接口模塊進而完成信息的傳輸，智能終端負責發送控制命令和處理顯示圖像數據。具體工作流程如下：

CMOS圖像傳感器把數字圖像數據傳輸給FPGA芯片，FPGA芯片則把接收到的圖像信息先緩存進SRAM，待圖像接收完畢后，再讀取SRAM中的信息，通過USB接口傳送給智能終端的軟件，軟件把接收到的圖像信息顯示出來。

系統上電后，通過USB連線接到智能終端，打開終端的軟件，通過軟件把CMOS圖像傳感器的寄存器配置文件發送給FPGA。FPGA把USB接口傳來的寄存器配置信息通過12C總線模塊傳送給CMOS圖像傳感器。CMOS圖像傳感器芯片根據12C總線傳來的信息配置控制寄存器。配置的控制寄存器包括增益控制寄存器、曝光控制寄存器、白平衡控制寄存器、圖像輸出格式控制寄存器等。控制寄存器配置完成后，CMOS圖像傳感器就可以進行圖像信號的采集了。

工程師通過對以上三個方面的影響進行分析控制，便能更好地將CMOS圖像傳感器的優點應用于智能車的路徑識別中了，從而提高智能車的安全性能。

5 結束語

隨著經濟的發展和人們生活水平的提高，汽車已成為人們日常生活中的重要用品。而在科技發達的今天，人們對汽車的安全、舒適、性能等方面也有了更高的追求，因此智能車開始逐漸發展起來。近幾年來，CMOS圖像傳感器作為一種新生的半導體器件，以其自身的特點展現出了極大的優勢，工程師也將其應用到了智能車的各個方面，本文主要對CMOS圖像傳感器在智能車路徑識別中的應用進行了闡述和分析，了解了CMOS圖像傳感器的特點及影響其在智能車路徑識別應用中的影響因素，工程師才能更好地將CMOS圖像傳感器應用于智能車的路徑識別中，甚至是其他更多的方面及領域。

參考文獻

[1] 王夕巖,張翠霞.基于線性CCD的智能車路徑識別控制系統[J]. 電子世界. 2015(21)

[2] 王慧,鄧志明,陳春雷,李永強.基于MC9S12XS128智能車電機和舵機設計與實現[J]. 電子世界. 2015(13)

[3] 湯正.基于KL25Z 128VLK4單片機的智能車系統設計[J].電子世界. 2015(16)

曹晶（1982.7-），男，漢族，籍貫：河北省鹿泉市，石家莊域聯視控控制技術有限公司，學歷 ：本科，職稱：工程師，研究方向：智能交通中視頻技術的應用。

Application and analysis of CMOS image sensor in intelligent vehicle path recognition

Cao Jing
（Shijiazhuang Vision Control Technology Co., Ltd. Shijiazhuang City,Hebei Province，050000）

Abstract：CMOS image sensor is a solid imaging sensor,and its application in intelligent vehicle path recognition has become a development trend.Path recognition is an important sign of the intelligent vehicle intelligent level,and the sensor is the key component of intelligent vehicle path identification. In this paper,the application of CMOS image sensor in intelligent vehicle path recognition and the related influencing factors are analyzed.

Keywords：CMOS image sensor;smart car;path recognition

作者簡介