자동차 카메라: 자율주행의 눈
차량 탑재 카메라는 '자율주행의 눈'으로 불리며 ADAS 시스템과 자동차 자율주행 분야의 핵심 센싱 장비다. 이미지 정보를 수집하는 주요 기능은 렌즈와 이미지 센서를 통한 것으로, 이는 360° 시각적 인식을 달성하고 물체 인식에서 레이더의 단점을 보완할 수 있습니다. 인간의 시각에 가장 가까운 센서입니다.
자동차 탑재 카메라는 자동차 분야에서 널리 사용되며, 운전 녹화, 역방향 이미징, 주차 서라운드 뷰를 위한 초기 사용부터 지능형 조종석 행동 인식 및 ADAS 지원 운전에 이르기까지 점차적으로 다양한 적용 시나리오로 확장됩니다.
현재 전 세계 차량용 카메라 산업의 CR3는 41%로, 상위 10개 업체가 시장점유율 96%를 점유하고 있다. 글로벌 자동차 카메라 산업의 집중도는 높은 수준이다.
HLDI(Highway Loss Data Institute)는 2030년까지 거의 50%의 자동차에 ADAS 기술이 탑재될 것으로 예측합니다.
ICVTank에 따르면 중국의 자동차 카메라 산업 규모는 2025년까지 230억 달러에 이를 것으로 예상되며, 향후 5년간 연평균 성장률(CAGR)은 30%에 이를 것으로 예상됩니다. 세계 자동차 카메라 시장은 2019년 112억 달러에서 2025년 270억 달러로 5년간 연평균 성장률(CAGR) 15.8%로 성장할 것으로 예상됩니다.
자동운전에는 인식, 판단, 실행이 포함되며, 인식은 전체 과정의 원천이자 자동운전 시스템의 중요한 모듈이다. 차량의 주행 과정에서 인지 시스템은 센서를 통해 주변 환경의 정보를 실시간으로 수집하는데, 이는 자율주행차의 '눈'에 해당하며, 차량이 이와 유사한 관찰 능력을 갖추도록 도와줍니다. 인간 운전자의 모습입니다.
자율주행차에서 인지 시스템은 주로 카메라, 밀리미터파 레이더, LiDAR(선택 사항, 주로 산만해질 우려가 있음) 등의 센서로 구성됩니다. 카메라는 주요 환경 인식 센서로서 360° 포괄적인 시각 인식을 달성하는 데 매우 중요한 역할을 하며, 물체 인식에 있어 레이더의 단점을 보완하며 인간의 시각에 가장 가까운 센서입니다. 따라서 차량용 카메라는 자율주행 분야의 핵심 장치 중 하나입니다.
차량용 카메라란 무엇인가요?
자동차 장착형 카메라의 주요 하드웨어 구조에는 광학렌즈(광학렌즈, 필터, 보호필름 등 포함), 이미지 센서, 이미지신호처리기(ISP), 시리얼라이저, 커넥터 및 기타 부품이 포함됩니다. 구조의 개략도가 그림에 나와 있습니다.
자동차 장착형 카메라 모듈의 구조
위 이미지는 자동차에 일반적으로 사용되는 카메라 모듈의 구조를 보여줍니다. 가장 바깥쪽의 알루미늄 쉘, 밀봉 링, 렌즈 외에도 실제로는 중앙에 여러 층으로 구성된 상대적으로 단순한 디자인이 있습니다. 일반적으로 센서의 센서 보드, 이미지 프로세서의 소형 보드 및 A의 보드를 포함합니다. 시리얼라이저. 직렬 변환기가 필요한 이유는 일반적으로 카메라 센서 또는 ISP의 이미지 데이터 출력 버스가 표준이고 고속 횡단이 특징이지만 전송 버스 거리가 짧기 때문입니다. 그렇지 않으면 신호의 무결성을 보장할 수 없습니다.
그래서 차량에서는 차량에서의 장거리 전송에 적합한 GMSL과 같은 고속 버스 규격으로 변환해야 하는데, 일반적으로 카메라 모듈은 시리얼 보드를 통해 버스로 변환됩니다. 또한 동축 케이블을 사용하여 모듈에 전원을 공급하고 이미지 데이터를 전송할 수 있습니다.
광학 렌즈: 빛의 초점을 맞추고 시야에 있는 물체를 이미징 매체 표면에 투사하는 역할을 합니다. 이미징 효과의 요구 사항에 따라 여러 층의 광학 렌즈가 필요할 수 있습니다. 필터는 인간의 눈에 보이지 않는 빛의 대역을 걸러내고 인간의 눈의 시야 내에 실제 풍경의 가시광선 대역만 남깁니다.
이미지 센서: 이미지 센서는 광전 장치의 광전 변환 기능을 사용하여 감광 표면의 빛 이미지를 빛 이미지에 비례하는 전기 신호로 변환할 수 있습니다. 크게 CCD와 CMOS로 나누어집니다.
ISP 이미지 신호 프로세서: 주로 하드웨어 구조를 사용하여 이미지 센서에 의해 입력된 이미지 및 비디오 소스의 RAW 형식 데이터를 전처리하며 이를 YCbCr 및 기타 형식으로 변환할 수 있습니다. 또한 이미지 스케일링, 자동 노출, 자동 화이트 밸런스, 자동 초점 맞추기 등 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.
Serializer: 처리된 이미지 데이터를 전송하며 RGB, YUV 등 다양한 유형의 이미지 데이터를 전송하는 데 사용할 수 있습니다.
커넥터: 고정된 카메라를 연결하는 데 사용됩니다.
자동차 장착형 카메라는 또한 산업용 및 상업용 카메라보다 제조 공정과 신뢰성 요구 사항이 더 높습니다. 자동차는 장기간 열악한 환경에서 작동해야 하기 때문에 차량 탑재 카메라는 고온과 저온, 강한 진동, 높은 습도와 열 등 복잡한 작업 조건에서도 안정적으로 작동해야 합니다. 공정 제조의 주요 요구 사항은 다음과 같습니다.
자동차 장착형 카메라의 프로세스 요구 사항
고온 저항: 차량 장착 카메라는 -40 ℃ ~ 85 ℃ 범위 내에서 정상적으로 작동할 수 있어야 하며 급격한 온도 변화에 적응할 수 있어야 합니다.
내진성: 차량은 고르지 않은 도로를 주행할 때 강한 진동을 생성할 수 있으므로 온보드 카메라는 다양한 강도의 진동을 견딜 수 있어야 합니다.
항자성: 차량이 시동을 걸면 매우 높은 전자기 펄스가 생성되므로 매우 높은 항자성이 필요합니다.성능;
방수: 카메라를 며칠 동안 빗물에 담근 후에도 정상적으로 사용할 수 있도록 단단히 밀봉해야 합니다.
서비스 수명: 요구 사항을 충족하려면 서비스 수명이 최소 8~10년이어야 합니다.
초광각: 측면 뷰 서라운드 카메라는 수평 시야각이 135°인 초광각이어야 합니다.
높은 역동성: 차량은 빠른 속도로 이동하며 카메라가 직면하는 조명 환경은 급격하고 자주 변하므로 카메라의 CMOS는 높은 동적 특성을 가져야 합니다.
저소음: 저조도 조건에서 소음을 효과적으로 억제할 수 있으며, 특히 야간에도 이미지를 선명하게 캡처하려면 측면 및 후면 카메라가 필요합니다.
차량용 지능형 전면 카메라 헤드의 주요 매개변수
감지 거리
수평 시야각
수직 시야각
해상도 - 카메라가 균일한 간격의 흑백 줄무늬를 캡처할 때 모니터에 표시될 수 있는 최대 라인 수(카메라 해상도보다 높음)입니다. 라인 수가 이를 초과하면 화면에 회색 영역만 보이고 검은색과 흰색 줄무늬는 더 이상 구분할 수 없게 됩니다.
최소 조명 - 주변 조명에 대한 이미지 센서의 감도 또는 이미지 센서의 일반 이미징에 필요한 가장 어두운 빛을 나타냅니다. 피사체의 조도가 점차 감소할 때 카메라의 비디오 신호 레벨이 표준 신호의 최대 진폭의 절반보다 낮을 때 장면의 조도 값입니다.
신호 대 잡음비 - 출력 신호 전압과 동시에 출력 잡음 전압의 비율입니다.
동적 범위 - 카메라가 캡처한 동일한 프레임 내에서 가장 밝은 물체와 가장 어두운 물체의 밝기 값이 세부 사항을 정상적으로 표시할 수 있는 범위입니다. 동적 범위가 클수록 너무 밝거나 너무 어두운 물체가 동일한 화면에 정상적으로 표시될 수 있는 정도가 커집니다.
레이더 기술과 비교하면 어떤 장점이 있나요?
1) 밀리미터파 레이더와 비교하여 현재 카메라의 주요 장점은 다음과 같습니다.
표적 인식 및 분류 - 현재 일반 3D 밀리미터파 레이더는 전방에 장애물이 있는지 여부만 감지할 수 있으며 장애물의 크기와 범주를 정확하게 식별할 수 없습니다. 예를 들어, 다양한 형태의 차선인식, 신호등 인식, 교통표지 인식;
통행 가능한 공간 감지, 차량 이동의 안전한 경계(운전 가능 영역) 분할, 주로 차량 분할, 일반 길가 가장자리, 연석 가장자리, 장애물이 없는 눈에 보이는 경계, 알 수 없는 경계;
교차로를 횡단하는 보행자 및 차량을 감지하고 추적하는 등 수평으로 움직이는 표적을 감지하는 능력;
포지셔닝과 지도 생성, 즉 기술입니다. 현재 밀리미터파 레이더가 사용되고 있지만 이 기술은 더욱 성숙해졌으며 더 많은 응용 가능성을 가지고 있습니다.
2) 자동 구동 시스템에서 레이저 레이더는 카메라와 유사하지만 장점은 다음과 같습니다.
신호등 인식 및 교통표지판 인식
비용 우위와 알고리즘 및 기술의 높은 성숙도
높은 물체 인식률
현재 자동차 장착형 카메라는 설치 위치에 따라 크게 전방 카메라, 서라운드 뷰 카메라, 후방 카메라, 측면 카메라, 내장 카메라 등 5가지 범주로 분류됩니다.
전방 카메라: 운전 중 시각적 인식 및 인식 기능을 달성하기 위해 주로 전면 유리창에 설치됩니다. 기능에 따라 전방 주 카메라, 전방 협각 카메라, 전방 광각 카메라로 구분할 수 있습니다.
전면 메인 카메라: 이 카메라는 L2의 ADAS 시스템에서 메인 카메라로 사용됩니다. 시야각은 일반적으로 30 °, 50 °, 60 °, 100 ° 및 120 °이며 감지 거리는 일반적으로 150-170 미터입니다. 카메라의 출력 형식입니다.
전방 광각 카메라: 이 카메라의 주요 기능은 주로 도시 도로 조건, 저속 주행 및 기타 장면에서 사용되는 거리가 가까운 물체를 인식하는 것입니다. 시야각은 120 ° -150 ° 사이이고 감지 거리는 약 50 미터입니다. 후속 차량에 8MP 렌즈를 대규모로 장착한 후에는 이 카메라가 필요하지 않습니다.
전방 협각 카메라: 이 카메라의 주요 기능은 신호등, 보행자 등의 대상을 인식하는 것입니다. 일반적으로 협각렌즈를 사용하며, 30~40° 정도의 렌즈를 선택할 수 있습니다. 그리고 이 렌즈의 픽셀은 일반적으로 전면 메인 카메라의 픽셀과 동일합니다. 카메라는 좁은 각도를 채택하고 픽셀 밀도가 더 높으며 감지 거리가 더 멀고 일반적으로 최대 250미터 또는 더 먼 거리를 감지할 수 있습니다.
8MP 카메라를 설치하면 전면 메인 카메라의 FOV가 120°에 도달할 수 있어 더 이상 필요하지 않을 수 있습니다. 감지 거리는 약 60m이다.
서라운드 카메라: 주로 차체 주위에 설치되며 일반적으로 4-8개의 카메라를 사용합니다. 카메라는 전방 어안 카메라, 왼쪽 어안 카메라, 오른쪽 어안 카메라 및 후방 어안 카메라로 나눌 수 있습니다. 주차 기능을 통합한 시각적 인식 및 물체 감지는 물론 파노라마 뷰 기능을 표시하는 데 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 컬러 매트릭스는 색상 복원이 필요하기 때문입니다.
후방 카메라: 일반적으로 트렁크에 설치되며 주로 주차 지원용입니다. 시야각은 120도에서 140도 사이이고 감지 거리는 약 50미터입니다.
측면 전방 카메라: B 필러 또는 차량 백미러에 설치되며 이 카메라의 시야각은 일반적으로 90°-100°이고 감지 거리는 약 80미터입니다. 이 카메라의 주요 기능은 측면 차량과 자전거를 감지하는 것입니다.
측면 및 후면 뷰 카메라: 일반적으로 차량의 전면 펜더에 설치되며 이 카메라의 화각은 일반적으로 약 90°이며 감지 거리도 약 80미터입니다. 주로 차량 차선 변경 및 다른 도로 병합과 같은 장면 애플리케이션에 사용됩니다.
내장 카메라: 주로 운전자의 상태를 모니터링하고 피로 알림 및 기타 기능을 달성하는 데 사용됩니다.
그 중 전면 카메라의 가격은 비교적 높으며 현재 시장 가격은 300~500위안 사이입니다. 다른 카메라의 가격은 약 150-200 위안입니다.
계획을 보면 8개의 카메라가 모두 주행 시스템과 관련되어 있음을 알 수 있는데, 이는 LiDAR에 의존하지 않고 추진해온 순수 자율주행 계획과 밀접한 관련이 있다. 이 계획의 가장 큰 장점은 높은 비용 효율성입니다. 초저가 자체 개발 카메라를 사용해 자율주행 수준을 구현했다.
여러 대의 카메라를 사용하는 이 솔루션의 가장 큰 장점은 강력한 확장성이다. 설계 초기에는 하드웨어 비용을 늘려야 하지만, 후반 단계에서는 자율주행 기능의 호환성과 확장성이 매우 좋다.
이번 센서 모델을 통해 차별화된 고속 자율주행(NGP), 주차장 메모리 주차 기능 등 체감이 좋은 수준의 자율주행 기능을 구현했다.
S클래스는 전통적인 OEM 솔루션의 대표주자로, 양안 스테레오 카메라 솔루션은 메르세데스 벤츠 S클래스의 가장 큰 장점이다. 단안 카메라에 비해 쌍안 카메라는 현재 감지된 대상의 X, Y, Z 좌표의 움직임을 계산하고 감지된 대상의 자세와 유형을 판단할 수 있으며 L2 레벨에서 Mercedes Benz의 ADAS 기능의 경험 효과는 다음과 같습니다. 또한 다른 두 개보다 낫습니다.
양산차 모델의 카메라 솔루션을 분석한 결과, 자율주행 기능 구현을 위해 모두 중저화소 카메라를 사용하는 것으로 나타났다.
Saitemei Security Electronics Co., Ltd. 자동차 카메라 산업체인
자동차 카메라 산업 체인은 주로 업스트림 재료, 미드스트림 구성 요소 및 다운스트림 제품의 세 가지 주요 링크로 구성됩니다.
광학 렌즈, 필터, 보호 필름과 같은 업스트림 재료는 렌즈 어셈블리를 제조하는 데 사용되는 반면, 웨이퍼는 CMOS 칩 및 DSP 신호 프로세서를 제조하는 데 사용됩니다. 미드스트림 렌즈 어셈블리, CMOS 칩, 접착 재료를 모듈로 조립하고 이를 DSP 신호 프로세서와 함께 카메라 제품으로 패키징합니다.
산업 체인의 이 수준에서 업스트림 공급업체는 이미 다운스트림 차량 또는 1차 공급업체 고객에게 완전한 카메라 제품을 공급할 수 있습니다. 자동차 카메라 산업 체인에서 카메라와 소프트웨어 알고리즘은 함께 자율주행차에 적용되는 자동차 카메라 솔루션을 구성합니다.
현재 차량용 카메라 시장에서 큰 시장점유율을 차지하고 있는 기업들은 모두 글로벌 1위 부품 공급업체로, 다운스트림 고객은 기본적으로 글로벌 주요 자동차 기업을 포괄하고 있다.
CMOS는 자동차 카메라 중 비용 대비 가치가 가장 높아 52%에 달합니다. 모듈 패키징이 20%, 광학렌즈가 19%를 차지한다.
CMOS 칩
CMOS(CIS 센서)는 자동차 카메라용 주류 감광 부품 솔루션입니다. CCD 감광성 부품에 비해 CMOS는 이미징 품질이 약간 떨어지지만 비용이 저렴하고 에너지 효율적이므로 픽셀 요구 사항이 낮은 자동차 카메라 분야에서 널리 선호됩니다.
이미지 센서의 기본 구조
이미지 센서는 외관상 감광부(Firecore), 바인딩 와이어, 내부 회로, 기판으로 구분된다. 감광 영역은 여러 개의 단일 픽셀 포인트로 구성된 단일 픽셀 배열입니다. 각 픽셀에서 얻은 빛 신호가 모여 하나의 완전한 그림을 이룬다.
CMOS 칩의 단면 다이어그램
각 단일 픽셀에 들어오는 빛의 각도가 다르기 때문에 각 단일 픽셀 표면에 마이크로 렌즈가 추가되어 빛의 각도를 보정하여 빛이 감광 요소 표면에 수직으로 들어갈 수 있습니다. 이것이 렌즈와 약간의 편차 범위 내에서 유지되어야 하는 칩의 개념입니다.
회로 아키텍처 측면에서 우리는 이미지 센서를 빛 신호를 전기 신호로 변환하는 다크 박스로 통합합니다. 다크 박스의 외부 구성 요소에는 일반적으로 전원, 데이터, 클록, 통신, 제어 및 동기화 회로가 포함됩니다. 이는 단순히 Firecore가 빛 신호를 전기 신호로 변환하는 것으로 이해될 수 있으며, 이 신호는 다크 박스의 논리 회로에 의해 처리 및 인코딩된 후 데이터 인터페이스를 통해 출력됩니다.
CMOS 칩의 픽셀 레이어 설계 프로세스가 아날로그 칩과 유사하기 때문에 제조 프로세스에 대한 요구 사항이 높습니다.
주요 공급업체.
CMOS의 생산 및 제조 기술은 높으며, 글로벌 시장 관점에서 볼 때 현재 주로 외자 기업이 차지하고 있습니다. 경쟁 구도의 관점에서 볼 때, Saitemei는 36%의 시장 점유율로 1위를 차지하고 있으며, 국내 기업인 Huoxin Technology가 22%의 시장 점유율로 그 뒤를 바짝 따르고 있습니다. 글로벌 공급업체가 65% 이상을 차지하며 산업 집중도가 높습니다. 국내 기업인 Saitemei Security Electronics Co., Ltd.는 이 분야의 선두 기업이 되었습니다.
