先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)正越來(lái)越精密,，以至于全自動(dòng)駕駛的前景似乎不再遙不可及,。ADAS的核心是圖像傳感器，由于它們的作用對(duì)被動(dòng)和主動(dòng)ADAS的整體效能都越來(lái)越重要,，因此它們的功能性安全越來(lái)越重要和受到關(guān)注,。

　　ISO 26262車(chē)輛安全標(biāo)準(zhǔn)和汽車(chē)安全完整性等級(jí)(ASIL)概念的引入強(qiáng)調(diào)了對(duì)功能性安全的要求,。

　　對(duì)于汽車(chē)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，了解ASIL非常重要,，它用于和與ADAS中的圖像傳感器有關(guān),。了解故障檢測(cè)技術(shù)、潛在故障的性質(zhì)及其對(duì)數(shù)據(jù)可靠性的影響,、故障的修正和累積對(duì)精密的ADAS整體功能性安全的影響也是至關(guān)重要的,。

　　最新的ADAS系統(tǒng)包括多個(gè)圖像傳感器，能夠檢測(cè)和識(shí)別各類(lèi)危險(xiǎn),，包括行人,、靜態(tài)物體和車(chē)輛,。傳感器能夠根據(jù)危險(xiǎn)軌跡識(shí)別和通信是否需要采取任何避免行動(dòng)。所有這些基于機(jī)器視覺(jué)的系統(tǒng)都有一個(gè)共同點(diǎn),，那就是傳感器的全部或部分故障可能會(huì)產(chǎn)生潛在的嚴(yán)重甚至危及生命的后果,。

　　ASIL概覽

　　功能安全或ASIL是專(zhuān)為車(chē)輛制定的一種基于標(biāo)準(zhǔn)的安全制度/標(biāo)準(zhǔn)，它起源于ISO 61508,，這是一種全面的工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn),，但目前正在作為一個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)(ISO 26262)發(fā)展，以跟上特定的汽車(chē)需求和迅速發(fā)展的汽車(chē)技術(shù),。

　　ISO 26262涵蓋安裝在“成批生產(chǎn)乘用車(chē)”中的電氣和電子系統(tǒng),，雖然許多標(biāo)準(zhǔn)只是對(duì)進(jìn)行認(rèn)證的產(chǎn)品必須滿(mǎn)足的一系列測(cè)試和條件強(qiáng)制要求，但I(xiàn)SO 26262是一個(gè)基于風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn),。這意味著它界定了一個(gè)流程,，評(píng)估危險(xiǎn)情況風(fēng)險(xiǎn)和確定并實(shí)施安全措施以控制系統(tǒng)故障。該方法還希望檢測(cè)和控制隨機(jī)故障,，或至少盡可能減輕其影響,。

　　圖像傳感故障類(lèi)型

　　典型的圖像傳感器是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的子系統(tǒng)，包含一系列光敏元件,，將入射光轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào),。然后將這些信號(hào)數(shù)字化，使它們能夠被存儲(chǔ),、處理和傳送到ADAS系統(tǒng),，以便進(jìn)一步分析，例如障礙識(shí)別,。

　　圖1：典型的圖像傳感器框圖

　　在功能性安全領(lǐng)域,，“不安全的故障”是可能導(dǎo)致ADAS系統(tǒng)做出錯(cuò)誤決策的原因,。這可能涉及從完整的傳感器故障到傳感器的單個(gè)像素,、行或列故障，或模擬/數(shù)字電路中的問(wèn)題,。典型的故障可能包括“卡住”像素,、電噪聲效應(yīng)、缺失行,、缺失列,、移位像素、傳輸錯(cuò)誤或色偏,。

　　Scene：場(chǎng)景

　　Reference Image：參考圖象

　　“Fault”Image：“故障”圖像

　　圖2：模擬電路中的一個(gè)故障示例

　　隨著目標(biāo)檢測(cè)算法越來(lái)越精密,，常常檢測(cè)到小至10×10的像素，較小的故障能“誤導(dǎo)”ADAS系統(tǒng),。事實(shí)上,，故障檢測(cè)是個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn),，部分原因是模擬和數(shù)字領(lǐng)域的故障性質(zhì)和類(lèi)型不同，也是由于現(xiàn)代傳感器像素?cái)?shù)高,。

　　故障檢測(cè)

　　檢測(cè)故障的方法幾乎和故障類(lèi)型一樣多,。例如，主機(jī)處理器可以相對(duì)容易地檢測(cè)出卡住的像素,、行或列,，但隨著傳感器像素?cái)?shù)的增加，將變得耗時(shí)和耗資源,。通過(guò)使用內(nèi)置錯(cuò)誤檢查的發(fā)射器和接收器,，可以檢測(cè)-甚至糾正-傳輸錯(cuò)誤。該方案不會(huì)對(duì)系統(tǒng)處理器施加負(fù)載,，但會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的成本,。

　　使用ADAS系統(tǒng)處理器檢測(cè)故障有很多缺點(diǎn)。首先,，有大量的細(xì)微故障類(lèi)型無(wú)法在系統(tǒng)級(jí)檢測(cè)到,，包括色偏或基于噪聲的問(wèn)題。另一個(gè)缺點(diǎn)是系統(tǒng)級(jí)故障檢測(cè)的成本,；考慮到潛在故障類(lèi)型的數(shù)量以及需要檢查的像素,、行和列的數(shù)量之大，需要非常高性能的CPU,、GPU和存儲(chǔ)器,。即使費(fèi)用可以接受，增加的復(fù)雜性也會(huì)影響整個(gè)ADAS系統(tǒng)的有效性,、響應(yīng)和能效,。

　　這導(dǎo)致了系統(tǒng)級(jí)故障檢測(cè)中最令人關(guān)注的方面-運(yùn)行所有算法所需的時(shí)間。當(dāng)處理器正在計(jì)算數(shù)字時(shí),，車(chē)輛可能會(huì)迅速接近障礙物,，或者行人，可能會(huì)造成災(zāi)難性的后果,。

　　基于傳感器的故障檢測(cè)

　　現(xiàn)代圖像傳感器包括許多集成的測(cè)試功能,，例如執(zhí)行循環(huán)冗余檢查(CRC)的能力以檢測(cè)傳輸中的故障，或在計(jì)數(shù)幀,、行或像素時(shí)執(zhí)行更多計(jì)數(shù)的能力,，從而確保發(fā)送了正確的幀。

　　當(dāng)功能性安全系統(tǒng)被內(nèi)置到傳感器中時(shí),，系統(tǒng)的作用被簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單地檢查狀態(tài)指示位或寄存器,，這些狀態(tài)指示位或寄存器立即指示故障，而幾乎沒(méi)有消耗系統(tǒng)資源,。這也意味著不再需要高性能的CPU,、GPU和存儲(chǔ)器,，從而降低了系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。

　　低延遲ADAS系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是故障檢測(cè)時(shí)間間隔(FTDI),，它是ADAS系統(tǒng)檢測(cè)故障所需時(shí)間的度量,，而容錯(cuò)時(shí)間間隔(FTTI)是系統(tǒng)響應(yīng)所需的時(shí)間，使系統(tǒng)恢復(fù)到安全狀態(tài),。

　　Fault：故障

　　Fault Detected：檢測(cè)到故障

　　Potential Hazardous Event：潛在的危險(xiǎn)事件

　　State：狀態(tài)

　　Normal Operation：正常運(yùn)行

　　Sensor Frame Time：傳感器幀時(shí)間

　　System Detection Time：系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)間

　　Safe State：安全狀態(tài)

　　Time：時(shí)間

　　Normal Operation,，Late Detection (System-based fault detection)：正常運(yùn)行，延遲檢測(cè)(基于系統(tǒng)的故障檢測(cè))

　　Enhanced Operation,，Early Detection（Sensor-based fault detection）：增強(qiáng)的運(yùn)行,，早期檢測(cè)(基于傳感器的故障檢測(cè))

　　圖3：系統(tǒng)檢測(cè)FDTI(頂)對(duì)比傳感器檢測(cè)FDTI(底)

　　如圖3所示，當(dāng)將故障檢測(cè)內(nèi)置到傳感器中時(shí),，檢測(cè)時(shí)間會(huì)大大縮短,，從而使系統(tǒng)有更多的時(shí)間在危險(xiǎn)事件可能發(fā)生之前恢復(fù)到安全狀態(tài)。

　　一款現(xiàn)代圖像傳感器：AR0233AT

　　最新的圖像傳感器之一是安森美半導(dǎo)體的AR0233AT,。該260萬(wàn)像素1/2.5英寸 的器件是專(zhuān)為包括ADAS系統(tǒng)在內(nèi)的許多汽車(chē)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,。

　　該背照式(BSI)技術(shù)采用3.0微米像素，提供出色的微光性能,，單次曝光超過(guò)95分貝(dB),。片上高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)提高微光性能至超過(guò)140 dB，或抑制LED閃爍的120 dB,。

　　安全性是該傳感器的核心,，該器件符合ISO 26262 ASIL-B標(biāo)準(zhǔn)和AEC-Q100 Grade 2。具有超過(guò)8000個(gè)注入故障的一個(gè)完整的安全封裝,，可供設(shè)計(jì)人員使用,。

　　總結(jié)

　　隨著ADAS系統(tǒng)日益普及并在車(chē)輛設(shè)計(jì)中更多的影響決策和用以避免危險(xiǎn)，我們?cè)絹?lái)越依賴(lài)于它們,。因此,，它們現(xiàn)在歸入ISO 26262的范疇。ISO 26262是針對(duì)乘用車(chē)的功能性安全標(biāo)準(zhǔn),，該標(biāo)準(zhǔn)要求采用“自始至終”的方法來(lái)識(shí)別危險(xiǎn),，盡可能減輕它們的影響。

　　鑒于圖像傳感器的復(fù)雜性,，以及越來(lái)越多的像素需要檢查，加上大量可能的故障情況,，將檢查工作交給ADAS系統(tǒng)不大可能取得成功,，反而肯定增加成本。

　　因此,，用于ADAS系統(tǒng)的最新圖像傳感器采用了自我檢測(cè)技術(shù),，這不僅加快了故障檢測(cè)流程,，還意味著所有ADAS系統(tǒng)的處理能力都可用來(lái)做出避免危險(xiǎn)的正確決策，從而使我們的道路更加安全,。