4G CMOS成像器提高安全性能
中心议题：
解决方案：
- 采用4G CMOS成像芯片开发出新型成像器，提高安全性能
- 成像器的设计着眼于应用，解决处理负担
CMOS成像在其短短的历史中经历了三次主要换代，目前正开始经历第四代，前三代CMOS成像器非常重视图像质量的改善。该技术曾一直追求CCD的性能，并且在它达到与CCD相当的性能水平或可被大众接受之前，其它事情几乎都不重要。一些CMOS成像器开发商已到达了这个阶段，并且除了继续努力改善摄影飞机的性能以外，他们还开始研究自己如何能使成像器更适合特定应用，以便增强包括机动车在内的特定市场。
车用市场
人们预计：在未来十年的后半段，每年制造的6000万辆轿车中，平均每台将安装4至16部摄像机，图1展示了一些将在汽车中使用摄像机的应用。这个市场的一个最重要事情是，客户正在寻找具有军用质量、价格却相当于玩具的元件，其实这是无法实现的，除非能找到一些方式来降低总系统成本，而这正是人们在做的事情。
第一步是要认识到：这个市场无法使用为消费市场设计的现有成像器。对温度范围、抗冲击性、宽动态范围、在振动剧烈情况下准确成像（在许多情况下与保持乘客安全直接相关）、汽车途中安全的要求，都需要全新的设计和方法。
目前有两类车载摄像机应用，第一类是现场查看，第二类是现场了解。现场查看应用将记录图像并把它呈现在车载屏幕上，以便帮助查看现场的驾驶者做出与周围环境有关的决定，这些应用包括后视辅助、镜片更换、盲区、侧视、后部乘客、事故后状态摄像机。您也许会认为这些只是些时尚多于实质的应用，但我们同时也应该认识到：在最近20个月，美国没有一个坐在前座的儿童被气囊意外夺去生命，而在同一时段，1000多名儿童被倒车撞伤，其中数百起事故给儿童造成了严重的永久伤害甚至导致死亡，多数时候是儿童的直系亲属在开车。面向这些应用的成像器侧重于呈现准确好看的图像，驾驶者不必停下来研究图像就能理解。
初始体系结构具有广角视野镜头CCD摄像机，安装在汽车行李箱中。该摄像机把基于NTSC/PAL的视频传到电子控制单元(ECU)。ECU接受模拟视频，并用模数转换器(ADC)芯片把视频放入数字域，然后把图像放入处理芯片中，镜头失真在此得到校正，这样可改变深度透视，因此在许多汽车中，距离标记被覆盖在视频上。处理后的视频流随后被放回模拟域中，并被转换回到NTSC或PAL中，以便被发送到驾驶室前部的显示器。
依照4G CMOS成像芯片这一主题，Micron最近开发了一种新型成像器，专门用于汽车现场查看应用。除了被设计成工作在-40℃至+105℃以外（对于成像器而言，绝非易事），这种成像器还产生NTSC/PAL视频和数字格式的视频。该芯片还具备数字视频输入端口，并将由用户决定他们是否想放入来自摄影飞机或数字视频输入端口的视频，以便使用片上数模转换器(DAC)和NTSC/PAL格式器（图2）。
后视CMOS成像器摄像机
该设计使系统设计者能接收直接来自成像器的数字视频，并把它输送到处理芯片中，后者将校正镜头失真并添加覆盖内容。处理后的视频随后能被送回成像器中，以便使用片上DAC和NTSC/PAL编码器把处理后的NTSC/PAL格式的数据送到汽车前部。这样就无需ECU两端的连接器、ADC、DAC和NTSC编码器了。在不增加成像器成本的前提下，这将把系统成本减少约5至10美元，汽车制造商这样就能类似玩具的系统价格获得军用级性能。
汽车的另一组应用是基于现场了解，在许多此类应用中，驾驶者从不看图像，视频被直接送到处理器，处理器从现场画面中提取特征，并根据这些特性做出决定；这些决定随后被送到车内的各种控制设备，这些应用包括车道跟踪、城市巡航控制、碰撞报警、预防、缓解、雨水传感、大灯亮度控制、疲劳驾驶、驾驶者注意力、气囊部署乘客位置安排、凝视探测、基于眼睛位置的镜片调整以及生物ID等。
在许多情况下，决策速度比人的反应快得多，或者是在人试图对危急情况做出反应并需要帮助时做出的，以便不让他分心。此处的需要是呈现尽可能多的信息，并且用一种有助于减少决策所需处理量的方式来呈现图像。这种成像器的第四代特性是包含宽得多的动态范围，以便在太阳处于地平线和现场的情况下开车时能看清车道标记。另外，为了呈现失真尽可能少的图像，实施了全局快门设计，来代替对于消费级CMOS成像器而言更典型的滚动快门。图3表明了在记录旋转体的视频时，滚动快门与全局快门的失真效果对比情况。借助处理，可以使右边的图像看起来像是左边的图像，但由于成像器的设计着眼于应用，因此整个处理负担已得到解决，于是这使系统设计者能做更多处理来提高准确度，添加另一种应用，或者设计者能选择更便宜的处理器。
美国交通安全局估计：如果汽车早0.5秒开始刹车，则可避免70%多的追尾事故。既然很难让人做出更快反应，那为什么汽车就不应该能帮助驾驶者并开始刹车来避免这类碰撞呢？要做到这点，需要知道前方轿车的速度相对于自己的轿车和自己所处的车道是如何变化的。多种技术可被用来确定前方汽车的相对速度，但只有图像能确定刹车的汽车处于哪条车道，向轿车添加成像器和摄像机的总体效果将使驾驶者更好地适应汽车，或者使汽车更好地适应道路。
不论是为了娱乐、安全、健康、舒适或是便利，基于成像的系统都会使我们的生活更开心，并帮助减轻与周围世界互动的压力。要想使这些应用被广泛采用，需要从系统级途径来设计成像器。4G CMOS成像器概念正被应用到汽车市场，并且它在我们的驾车生活中起必不可少的作用，相信这只是个时间问题。
