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_智能驾驶的高动态范围成像与低光照增强.docx
资料介绍
智能驾驶的高动态范围成像与低光照增强
一、引言
摄像头是自动驾驶感知系统中最依赖光照条件的传感器——在一辆以120公里/小时行驶的车辆上，摄像头需要在数十毫秒的曝光时间内捕捉到足够的光信号来完成高质量成像。当车辆在夜间行驶时，环境照度可能低至0.1勒克斯（无路灯的乡村道路），摄像头的信噪比急剧下降。当车辆驶出隧道时，从暗环境突然切换到亮环境——动态范围超过120dB——单个常规曝光周期的摄像头无法同时捕捉暗部细节和亮部信息。高动态范围成像与低光照增强技术——通过多帧融合、硬件像素架构和AI去噪增强——使摄像头在全天候、全光照条件下都能提供稳定的高清图像输入，是智驾系统24小时稳定运行的关键支撑技术之一。
二、高动态范围成像
多帧曝光融合。 高动态范围成像的基本原理是连续采集两帧或三帧不同曝光时间的图像——短曝光帧捕获高亮区域的细节（如车灯、路灯），长曝光帧捕获暗部区域的细节（如阴影中的行人）——将多帧信息融合为一帧同时保留明暗细节的图像。融合算法根据每个像素的亮度值选择或加权来自不同曝光帧的信息——高亮像素来自短曝光帧、中亮来自中等曝光帧、低亮来自长曝光帧。车载HDR成像需要在30fps的帧率约束下完成——多帧曝光的时间窗口控制在33毫秒以内，否则帧间运动目标会产生融合伪影。
交错曝光HDR。 交错曝光技术在一次曝光周期内在同一帧的不同像素行上采用不同的曝光时间——奇数行用短曝光、偶数行用长曝光——然后在ISP后处理中重建完整的HDR图像。交错曝光避免了多帧HDR的帧间运动伪影问题，适用于运动剧烈的车载场景。索尼IMX490车载CMOS传感器的交错曝光HDR模式实现了120dB的动态范围，满足车载ADAS可提供的最高场景需求。地平线征程芯片的ISP流水线原生支持交错曝光HDR图像的实时重建。
分像素HDR。 分像素HDR技术利用CMOS传感器每个像素单元内有两个不同灵敏度的光电二极管——一个对弱光敏感（高转换增益）、一个对强光敏感（低转换增益）——在一个曝光周期内同时输出强弱两路的信号并融合为HDR输出。分像素HDR的优势在于完全没有帧间和行间伪影，动态范围可达140dB以上，是车载HDR成像的最佳技术路径。OmniVision的OX08B和索尼的IMX490均已支持分像素HDR成像模式。
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