Автомобильная видеокамера

Видеокамеры широко используются в различных системах современного автомобиля. Основная область применения автомобильных видеокамер – системы активной безопасности:

Помимо данных систем видеокамера применяется в системе управления дальним светом, ряде противоугонных систем, видеорегистраторах. Видеокамера является важным конструктивным элементом в разрабатываемых системах автоматического управления автомобилем. Одна видеокамера может использоваться в работе нескольких систем.

В зависимости от системы сигнал от видеокамеры служит для создания изображения или его дальнейшей обработки. Полученное изображение призвано предоставить водителю достоверную информацию и, тем самым, оказать помощь в сложных ситуациях. В более продвинутых системах электронный блок управления производит обработку изображения с помощью специального программного обеспечения. В результате вырабатываются предупреждающие сигналы водителю и (или) управляющие воздействия на исполнительные механизмы систем (тормозная система, рулевое управление, дроссельная заслонка).

Видеокамеры устанавливаются со всех сторон автомобиля. Количество и места установки определяются конкретной системой. Самое распространенное место видеокамеры спереди, как правило, за салонным зеркалом заднего вида или за решеткой радиатора. Сбоку видеокамера устанавливается в корпусе наружного зеркала заднего вида. Сзади камеру можно увидеть в блоке фонарей освещения номерного знака. В ряде моделей Volkswagen задняя видеокамера спрятана за эмблемой производителя, что позволяет защитить ее от грязи.

На автомобилях используются в основном черно-белые цифровые камеры. Они имеют более высокую разрешающую способность (в 2 раза превышает цветные) и чувствительность (в 6-10 раз превышает цветные), а также значительно дешевле цветных видеокамер. Цветные видеокамеры применяются там, где цветное изображение имеет принципиальное значение, а именно в системе распознавания дорожных знаков, оптической парковочной системе, системе кругового обзора, видеорегистраторе.

Основу цифровой видеокамеры составляет датчик изображения (image sensor), который преобразует оптическое изображение в электрический сигнал. Датчик представляет собой интегральную микросхему, т.н. матрицу. Матрица состоит из массива светочувствительных элементов – пикселей. Количество пикселей в матрице во многом определяет разрешение и качество изображения. Размер пикселя составляет 5-20 мкм.

Различают два типа матриц и соответственно два типа видеокамер: ПЗС-матрица и КМОП-матрица.

ПЗС-матрица (аббревиатура ПЗС – прибор с зарядной связью, английская аббревиатура CCD – Charged Coupled Device) состоит из множества фотодиодов – пикселей. При попадании фотонов света на фотодиод в нем образуются носители заряда – электроны. Величина заряда пропорциональна интенсивности освещения. Заряды передаются по матрице от одного пикселя к другому построчно сверху вниз. На выходе снимается электрическое напряжение, соответствующее количеству света, попавшего на пиксель. ПЗС-матрица обеспечивает высокое качество изображения. Вместе с тем, считывание значений каждой ячейки требует значительных затрат мощности. Видеокамеры с CCD-матрицей в автомобилях применяются достаточно редко.

Большинство автомобильных видеокамер построено на КМОП-матрице (аббревиатура КМОП – комплементарный металл-оксидный-полупроводник, английская аббревиатура CMOS – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). В отличие от CCD CMOS-матрица обеспечивает одновременное (параллельное) считывание данных всех пикселей, что значительно повышает скорость работы. Помимо фотодиода каждый пиксель матрицы имеет несколько транзисторов, которые усиливают и продвигают заряд. Такой пиксель называется активным.

КМОП-матрица имеет однокристальное исполнение, что позволяет совмещать функции захвата света и аналого-цифровой обработки сигнала. Интегральность системы приводит к значительному снижению стоимости матрицы, уменьшению общих размеров видеокамеры, снижению энергопотребления, что является актуальным для систем автомобиля.

Каждый пиксель в матрице формирует только черно-белое изображение. Для получения цветного изображения используется цветной фильтр, устанавливаемый перед матрицей. Над каждым пикселем установлен фильтр своего цвета – красного, синего или зеленого. Недостающие цвета получаются путем интерполяции имеющихся цветов. В видеокамерах используются и другие способы получения цветного изображения.