CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用分析

曹 晶（石家庄域联视控控制技术有限公司，河北石家庄，050000）



CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用分析

曹 晶
（石家庄域联视控控制技术有限公司，河北石家庄，050000）

摘要：CMOS图像传感器是一种固体成像传感器，其在智能车路径识别中的应用已成了一种发展趋势。路径识别是体现智能车智能水平的一个重要标志，而传感器是智能车进行路径识别的关键检测元件。本文将对CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用及相关影响因素进行分析。

关键词：CMOS图像传感器;智能车;路径识别

1 CMOS图像传感器的概念

（1）概念：CMOS图像传感器是一种利用光电技术原理所制造的图像传感软件。

（2）组成：主要是以MOS电容或是P-N结感光二极管组成，是将感光二极管（光敏感光单元阵列）、放大器、A/D转换器、数字信号处理器行阵列驱动器、列时序控制逻辑单元、DATA总线输出接口以及控制接口等部分集中在一块硅片板上。

（3）优点：①高灵敏度，高集成性；②随机窗口读取能力；③抗辐射能力；④非破坏性数据读出方式；⑤优化的曝光控制。缺点： ①噪声大；②填充率低。

2 智能车的相关概念

智能车是新科技与现代汽车相结合的高科技产物，是在普通车辆的基础上增加了先进的传感器（雷达、摄像）、控制器、执行器等装置，通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，使车辆具备智能的环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。智能车与普通汽车的区别主要在于它是利用多种传感器和智能公路技术实现的汽车自动驾驶。

3 CMOS图像传感器的基本工作原理

外界光照射像素阵列，发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。行选择逻辑单元根据需要，选择相应的行像素单元，行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及A/D转换器，转换成数字图像信号输出。

4 CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用

4.1 CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用及判断

路径识别是智能车智能水平的一个重要标志，而传感器则是智能车路径识别的关键部件。智能车路径识别的方法主要有光电传感器和CMOS摄像头传感器两种方式。与光电传感器相比,CMOS摄像头传感器具有较好的快速性、前瞻性,能够感知智能车前方更远距离的路径信息。在智能车路径识别的应用方面，根据CMOS图像传感器的特点，在智能车的前方虚拟出24个光电传感器，能够精确地感知到智能车的位置。这种检测方法不仅调试方便，硬件安装简单，而且检测距离远，能够较早的感知到前方的路径信息，从而进行识别判断。

4.2 CMOS 图像传感器在智能车路径识别应用中的相关影响因素

1）CMOS图像传感器的选择

暂态读噪声、固定模式噪声和传感器的ISO速度对图像的质量有着很大的影响。

①暂态读噪声

暂态读噪声是与是一种与时间无关的信号电平随机波动，由基本噪声和电路噪声源产生。暂态读噪声源存在于像素、列放大器、PGA（增益放大器）和ADC（模拟转换器）中，当有限信号幅度很小时，暂态读噪声会对信号处理产生很大的影响。

②固定模式噪声（FPN）

FPN是指非暂态空间噪声，可以由像素和色彩滤波器的不匹配、列放大器的波动、PGA和ADC之间的不匹配等原因产生。

③ ISO速度

CMOS图像传感器的ISO速度可以通过满足给定的信噪比图像质量所需要的曝光等级值估计得到。

根据以上三个方面，有助于工程师对CMOS传感器作出正确的选择。

2）时序控制电路的设计

时序控制电路的设计采用大规模的可编程逻辑器件FPGA并使用Verilog硬件描述语言对各模块的时序进行编程。根据自顶向下的设计方法，将时序控制部分分为三个模块：复位模块、寄存器配置模块和快门模块。

其中，复位模块是用来产生图像传感器所需的复位信号，使传感器正常复位，内部寄存器清零，为寄存器的配置做好准备。寄存器配置模块是用来配置图像传感器内部的寄存器，提供传感器工作所需的相关参数和方式；快门模块用于产生传感器工作所需的一些控制信号，根据快门方式的不同给出所需的时序控制信号。

3）图像信号的采集

①图像信号采集系统的组成

CMOS图像传感器的图像信号采集系统主要由CMOS图像传感器感光模块、FPGA逻辑控制模块、USB接口模块、智能终端等组成。

②CMOS图像传感器图像信号采集系统的工作原理

首先，CMOS图像传感器感光模块对目标进行成像，生成图像数据，然后FPGA逻辑控制模块完成数字图像的接收和存取，并协调控制各个模块；USB接口模块进而完成信息的传输，智能终端负责发送控制命令和处理显示图像数据。具体工作流程如下：

CMOS图像传感器把数字图像数据传输给FPGA芯片，FPGA芯片则把接收到的图像信息先缓存进SRAM，待图像接收完毕后，再读取SRAM中的信息，通过USB接口传送给智能终端的软件，软件把接收到的图像信息显示出来。

系统上电后，通过USB连线接到智能终端，打开终端的软件，通过软件把CMOS图像传感器的寄存器配置文件发送给FPGA。FPGA把USB接口传来的寄存器配置信息通过12C总线模块传送给CMOS图像传感器。CMOS图像传感器芯片根据12C总线传来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、图像输出格式控制寄存器等。控制寄存器配置完成后，CMOS图像传感器就可以进行图像信号的采集了。

工程师通过对以上三个方面的影响进行分析控制，便能更好地将CMOS图像传感器的优点应用于智能车的路径识别中了，从而提高智能车的安全性能。

5 结束语

随着经济的发展和人们生活水平的提高，汽车已成为人们日常生活中的重要用品。而在科技发达的今天，人们对汽车的安全、舒适、性能等方面也有了更高的追求，因此智能车开始逐渐发展起来。近几年来，CMOS图像传感器作为一种新生的半导体器件，以其自身的特点展现出了极大的优势，工程师也将其应用到了智能车的各个方面，本文主要对CMOS图像传感器在智能车路径识别中的应用进行了阐述和分析，了解了CMOS图像传感器的特点及影响其在智能车路径识别应用中的影响因素，工程师才能更好地将CMOS图像传感器应用于智能车的路径识别中，甚至是其他更多的方面及领域。

参考文献

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[2] 王慧,邓志明,陈春雷,李永强.基于MC9S12XS128智能车电机和舵机设计与实现[J]. 电子世界. 2015(13)

[3] 汤正.基于KL25Z 128VLK4单片机的智能车系统设计[J].电子世界. 2015(16)

曹晶（1982.7-），男，汉族，籍贯：河北省鹿泉市，石家庄域联视控控制技术有限公司，学历 ：本科，职称：工程师，研究方向：智能交通中视频技术的应用。

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

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