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光心偏置在电子后视镜Layout中的应用
  • 研鼎商城
    • 2023-12-18
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1.什么是光心偏置技术 

通常我们在设计摄像头模组的时候,会将LENS的畸变中心(COD)布置在Sensor的Active array center处,以追求一个尽量对称的FOV,通常Active Alignment(AA)对焦组装工艺会将最终的光心误差控制在几十um以内。光心偏置技术是设计时有意通过调整LENS COD和Sensor Active array center不重合的一种设计方法,在CMS摄像头特别是商用车II/IV类CMS共用的FOV的设计中比较为多见,如下图示意:

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常规设计  光心偏置设计

本文从传统CMS Layout的一些弊端开始,试图阐述光心偏置技术的一些优点及缺点,希望能与同行一起探讨。

2、光心偏置技术的特点

通常,通过光心偏置,摄像机模组会产生一个非对称的FOV,如下图所示:

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光心偏置产生的非对称FOV模型

通过这个FOV模型,我们可以看到以下特点:光心偏置方向的FOV被收窄,同时畸变也变小;远离光心偏置方向的FOV被放大,同时畸变也变大。

3、II/IV类CMS共用FOV的设计

从II/IV类共用FOV,我们可以更加直观地理解光心偏置的优点,在GB15084-2022中,对于II类及IV类装置的视野要求见下图:

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在整车俯视Layout中II类视野和IV类视野的相对位置关系如下图,通过适当布置相机FOV,我们可以用一个摄像机覆盖II类和IV类视野,而II类视野从IV类视野中裁切显示到屏幕上,以达到降低系统成本的目标。

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II类和IV类视野在俯视Layout图中的位置

在单Camera视野Layout时,一个黄金原则是:尽量用最小的FOV的LENS覆盖整个IV类法规要求视野,这样我们才能在裁切II类视野区时,在满足法规要求限值的同时,获得更多的有效像素,填充到II类视野的显示区域,提升II类视野的显示清晰度。

4、常规设计面临的问题

下图是一个常规II/IV类共同Camera设计的法规要求视野在一个转置的OX03F(1536*1920)输出的模组Snesor表面的CMSSim模拟图。

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II/IV类视野混合模拟图

通过上图,我们可以发现这种Layout设计的几个典型不足:

1)从II/IV类视野混合模拟图中,我们可以发现,II类视野远离光心并处于相机FOV的边缘,部分视野甚至超出了0.7FOV。一般相机在0.7F位置的MTF只有中心处MTF的70%,而II视野往往要裁切后放大到720*1280的屏幕上显示,这就造成II类视野的显示效果非常模糊,严重降低产品体验。

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II类视野被从FOV边缘裁切并缩放到720*1920的显示区域

2)II类法规要求视野远离光心造成II类法规视野的畸变,最小放大倍率等指标下降,II类视野偏离光心,我们知道Lens畸变是以光心COD为中心的同心圆,越是远离COD,畸变量越大。这就造成了II类视野区域受畸变影响较大的畸变、最小放大倍率等指标严重下降。

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3)天地线与车身关系变形,由于IV类法规要求视野分布在车身一侧约45°大范围的一片区域,我们在布置相机时,会优先将相机进行一定度数的偏航及下俯,以使相机大致覆盖整个IV类法规要求区域,见下图:

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一定角度偏航及下俯的IV类法规要求视野

相机经过偏航后,相机光轴与天地线及车身之间已经不是正交,造成投影后角度变化,这个变形幅度会随着相机的偏航角度增大而增大。

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变形的II类法规要求视野

4)法规要求视野变形影响将增大模组FOV,如下图所示,视野变形后(黑色区域),我们必须选用更大的FOV的lens才能覆盖整个IV类法规视野。这会导致我们裁切填充II类显示区域时可用的有效像素不足,降低II类显示区域的分辨率。

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视野变形导致必须选用更大FOV的镜头覆盖IV类视野


5、光心偏置技术如何解决上述问题

针对传统Layout方式带来的各种问题,我们看看光心偏置技术是如何解决以上弊端的。光心偏置之后,光心可以更靠近II类法规视野要求,有效提升II类显示区域的各项指标。

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如上图,经过适当的光心偏置,我们可以保持II类视野在光心附近,最大限度提升II类视野的清晰度,降低II类视野的畸变(IV类装置无畸变要求),提高II类视野的最小放大倍数等指标。光心偏置后,相机姿态基本可保持与车身平行向车后方向,这特改善了法规要求视野的变形,如下图:

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光心偏置后的IV类法规要求视野

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光心偏置后II类法规要求视野

同时,基于不变形的IV类视野,我们可以选用更小角度FOV的LENS,提升II类视野的显示区域的显示质量。

6、光心偏置技术带来的问题

事情总是具有两面性,光心偏置给视野Layout带来以上有点的同时,也会存在一下课题:

1)光心偏执会要求LENS有足够的像高: 光心偏置之后,由光心到Sensor边缘的最大像高将大幅增大,这也带来一系列的问题和风险,比如暗角问题,CRA匹配问题,这需要在模组设计的时候,进行充分的评估,并做出正确的应对。

2)光心偏置会来模组加工的难度:光心偏置以后,LENS可能不在处于Sensor的光学中心,这将对模组AA工艺产生一些列的影响,比如AA机台的设置,不均匀胶缩引起的误差等。

7、总结

光心偏置,作为解决CMS Layout的各个问题的一大利器,相信将在后续的MCS产业化的大潮中获得更广发的应用。


本文转载自微信公众号《CMSSim》,文章仅作为交流学习,如果侵权,请联系删除。



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