為迎接自動(dòng)駕駛時(shí)代的來臨，半導(dǎo)體業(yè)者無不加緊研發(fā)自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)與車對各種物件(V2X)通訊等新技術(shù)；而3D攝影機(jī)有助于提供駕駛?cè)烁�完整的汽車四周即時(shí)影像訊息，增進(jìn)汽車影像應(yīng)用效能，并促成全新人機(jī)介面應(yīng)用，已成實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛關(guān)鍵元件之一。

　　為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，車內(nèi)及車外正在發(fā)生的所有狀況，均應(yīng)搜集一切相關(guān)資訊。除了監(jiān)控駕駛的狀態(tài)，掌握車內(nèi)的3D資料，亦能促成全新的人機(jī)介面(HMI)概念順利落實(shí)。在先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)中，以及研發(fā)自動(dòng)駕駛車的過程里，包括駕駛專注度和車內(nèi)狀況等精密準(zhǔn)確的即時(shí)資訊，都是必備的條件。

　　3D攝影機(jī)助力　車內(nèi)外資訊一眼看穿

　　透過精密的3D攝影機(jī)，車輛得以捕捉駕駛的動(dòng)作，并將資訊傳送至先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)。假如駕駛閉上了眼睛或未正視前方，系統(tǒng)就會(huì)觸發(fā)警報(bào)。萬一駕駛未能即時(shí)反應(yīng)，系統(tǒng)甚至能啟動(dòng)緊急剎車輔助。此外，3D攝影機(jī)的晶片，還能提供直接測量的深度資料，而不用先以角度資訊進(jìn)行計(jì)算，像是立體攝影機(jī)即需要進(jìn)行這一類的計(jì)算，必須仰賴大量的運(yùn)算輸入。以英飛凌為例，該公司REAL3影像感測器，只需精巧的安裝空間，便能實(shí)現(xiàn)3D視野系統(tǒng)，且室內(nèi)和戶外環(huán)境皆適用。

　　市面上已出現(xiàn)許多擷取3D資訊的技術(shù)，舉立體視覺(Stereo Vision)為例，此系統(tǒng)用兩部2D攝影機(jī)從不同的角度拍攝景物，并計(jì)算其距離(深度)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，只須使用低成本的標(biāo)準(zhǔn)影像感測器就能實(shí)現(xiàn)，但也須要進(jìn)行硬體上的調(diào)整和校正，相當(dāng)耗時(shí)。此外還必須配合極為復(fù)雜且需要大量運(yùn)算的演算法。最后一點(diǎn)，這種方法在亮度不佳且光線不斷變動(dòng)的條件下，發(fā)揮有限。

　　另一種3D技術(shù)則使用結(jié)構(gòu)光，也就是將已知的圖案投射于景物，然后再從計(jì)算圖案的分布中求得深度。這種方法在多路徑干擾的情況下具有優(yōu)勢，但卻需要高科技攝影機(jī)，還需要有特殊的主動(dòng)照明，鏡頭和圖案投影機(jī)之間也需要準(zhǔn)確穩(wěn)定的機(jī)械調(diào)整。因此需要大量輸入用于校正。此外，反射的圖案對于光干擾和材質(zhì)極為敏感。

　　實(shí)現(xiàn)精確影像擷取　ToF感測器不可缺

　　采用時(shí)差測距(ToF)成像的影像感測器，像是英飛凌所推出的REAL3影像感測器(圖1)，即讓體積小巧、精準(zhǔn)且具備多功能的3D影像擷取解決方案得以成真。這些感測器可測量調(diào)變光源和反射之間的相位移，再將其轉(zhuǎn)換為距離資訊。運(yùn)用相應(yīng)的ToF攝影機(jī)，主動(dòng)將可調(diào)變振幅的紅外線照射在景物上，再利用攝影機(jī)和/或影像感測器對光線投射到物體接著反射兩者之間的時(shí)間差作計(jì)算，測量每一像素的相位移。如此攝影機(jī)即能求得所描繪物體每一像素的深度和振福。ToF方法的優(yōu)點(diǎn)還包括了攝影機(jī)體積輕巧、在任何光線條件下均可運(yùn)作，且容易校正。

　　圖1　REAL3影像感測器示意圖

　　ToF技術(shù)具備了出色的延展跟縮放能力，也就是說，從最近的幾公分到最遠(yuǎn)20公尺以上，都在攝影機(jī)的對焦范圍內(nèi)，只要具備高功率照明就行。個(gè)別距離的標(biāo)準(zhǔn)深度解析度為1%，測量解析度目前最高可達(dá)352×288像素，攝影機(jī)每秒可捕捉一百張影像。ToF攝影機(jī)通常包含下列元件：照明單元、光學(xué)系統(tǒng)、感測器、控制電子和評估級(圖1)。

　　照明單元可能采用LED或雷射二極體，以足夠的速率(如LED最高達(dá)30MHz)加以調(diào)變，讓感測器得以準(zhǔn)確測量時(shí)差。照明單元大多在近距紅外線范圍內(nèi)照射，因此能將攝影機(jī)環(huán)境的任何干擾減至最少。光學(xué)系統(tǒng)(鏡頭)可收集從環(huán)境里反射的光線，然后將景物映射在感測器上。帶通濾光片只會(huì)允許照明單元可用的波長通過，這有助于減少大部分的背景光干擾。

　　ToF攝影機(jī)的核心為3D影像感測器(圖2)，可測量每一像素的深度及振幅值。照明單元和感測器都必須透過精密的電子系統(tǒng)加以控制，以達(dá)到最高的精準(zhǔn)度，而這些電子系統(tǒng)都已整合于REAL3影像感測器。實(shí)現(xiàn)高效能的影像辨識(shí)，除了針對特殊應(yīng)用最佳化的攝影機(jī)系統(tǒng)，還需要對應(yīng)的運(yùn)算單元來處理資料，乃至于用于處理3D資料(如手勢辨識(shí))的軟體(中介軟體)。雖然多數(shù)的背景光已透過光學(xué)濾光片加以抑制，但像素仍有很大的深度動(dòng)態(tài)范圍須要處理。因此制造商針對感測器提出了各種不同的策略，有效抑制大部分的背景訊號(hào)。

　　提升汽車安全　3D影像感測器少不了

　　此REAL3影像感測器，可用以生產(chǎn)體積迷你、高精準(zhǔn)度的單眼3D攝影機(jī)系統(tǒng)。這一類的系統(tǒng)可應(yīng)用在需要手勢辨識(shí)的電腦、家電裝置，當(dāng)然也包括工業(yè)用HMI和創(chuàng)新的汽車應(yīng)用。將3D影像感測器運(yùn)用到車輛，大幅提升了駕駛的安全性和便利性。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，進(jìn)而提升安全性，必須針對車內(nèi)及車外正在發(fā)生的所有狀況，掌握一切相關(guān)資訊。除了先前提到的駕駛狀態(tài)監(jiān)控，擷取車內(nèi)的3D資料，也能實(shí)現(xiàn)嶄新且干擾更少的HMI概念。

　　例如，3D攝影機(jī)可用于判斷駕駛頭部的確切位置。取得這項(xiàng)資訊后，就能調(diào)整出最佳的抬頭顯示器視線，或在不考量頭部位置下，以擬真且流暢的方式在實(shí)際環(huán)境中投影擴(kuò)增實(shí)境應(yīng)用。亦支援免觸控以手勢控制資訊娛樂、導(dǎo)航和HVAC系統(tǒng)。

　　此外，還能對乘客進(jìn)行分類，以套用預(yù)設(shè)對應(yīng)的偏好設(shè)定，例如座椅的位置、照后鏡的調(diào)整、安全氣囊的觸發(fā)力道等。小巧且高效能的3D攝影機(jī)同時(shí)也是極為關(guān)鍵的元件，可用于提供停車輔助的全方位視線，用于偵測障礙物，或是用于自動(dòng)駕駛的其他一般工作上。REAL3影像感測器能夠運(yùn)用于車輛的重要條件，包括其對環(huán)境影響的高耐受力、輕巧的尺寸、低設(shè)計(jì)復(fù)雜度，還有高階且可動(dòng)態(tài)設(shè)定的擴(kuò)充能力。再加上，相較于其他3D技術(shù)，這種影像感測器需要的運(yùn)算輸入較少，因此占用的CPU效能也較少。

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