基于ASX340AT图像传感器的高级辅助驾驶系统设计与研究

摘要

高级辅助驾驶系统(ADAS)，是通过利用安装于车上的各种传感器，对车内或车外的情况进行辨识、检测等处理，从而提醒驾驶者察觉可能发生的危险，提高安全性的主动安全技术。辅助驾驶系统经历倒车鸣笛警示，倒车雷达警示、倒车影像辅助泊车、自动泊车等发展阶段。其中，基于图像传感器的ADAS研究受到世界各国的广泛关注，并投入大量的人员和资金进行相关系统的研究开发，汽车上将会安装多个摄像头用于ADAS。本文就是在这个背景下对基于ASX340AT图像传感器的高级辅助驾驶系统进行一定的研究，并研发一款高性能、低成本、低功耗的ADAS摄像头。 首先，本课题画出摄像头的整体框架和功能框图，并且运用Allegro设计软件对CMOS图像传感器ASX340AT的外围电路各个模块进行设计。电源模块电路设计时选取具有宽输入电压的开关电源(DC-DC)芯片，具有转化效率高，功耗低的特点，并且为满足功耗要求，次级电路同样应用了小封装的DC-DC电源芯片。时钟模块电路设计时从有利于产品的EMC角度，选取了无源晶振为系统提供震荡频率，并对产生的时钟信号串接RC滤波电路，减少了外部电路对时钟信号的干扰。 其次，图像传感器模块设计时需要仔细阅读相应的手册，了解每一个引脚的配置，这样才能保证电路的准确性和确定性。图像传感器有SOC Sensor和RAW Sensor，SOC Sensor图像传感器内部自身有ISP处理器，可以输出经过处理之后的图像数据。本设计采用的ASX340AT图像传感器是系统级(SOC)芯片，其内部集成了ISP系统，具有图像处理功能，分辨率为640×480。选取SPI Flash芯片存储系统的配置码，并用ORCAD Capture软件完成各个模块电路的整合绘制。PCB设计方面采用PCB Editor软件，并且为保证信号的完整性，采用经典4层板压合结构，运用合理的线宽、线距、线长连接元件。在电源层和地层大面积铺铜，一方面有利于PCB板的散热，另一方面为信号的回流路径提供完整的参考平面。严格的设计要求保证了ADAS摄像头能够满足电磁兼容性的要求。 最后，对摄像头电路板和图像效果进行调试和测试。调试分为硬件调试和软件调试。硬件平台采用单片机开发工具，软件调试采用C语言编译的IIC总线协议软件包。通过软件和硬件的结合，应用双线制的同步串行IIC总线通信，对CMOS图像传感器内部寄存器相关参数进行更改，以期达到最好的图像显示效果。调试不仅包括对图像输出效果调试还包括对图像中心的标定，目的是使摄像头的几何中心与光学中心重合。根据实际开发项目需要，对摄像头模组主要进行了EMC测试和成像质量测试。通过严格的测试，开发了一款具有竞争力的摄像头产品。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1课题研究背景

1．2高级辅助驾驶系统的国内外研究现状与发展趋势

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．3高级辅助驾驶系统视觉解决方案及主要应用

1．4课题主要研究内容及安排

2 CMOS摄像头模组基础理论

2．1 CMOS摄像头模组介绍

2．1．1 CMOS摄像头模组工作流程

2．1．2 CMOS图像传感器的工作原理及分类

2．1．3 CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较

2．2 CMOS图像传感器ASX340AT

2．2．1 ASX340AT图像传感器的关键功能描述

2．2．2 ASX340AT图像传感器处理器的性能指标

3 CMOS摄像头模组设计

3．1光学成像系统设计

3．1．1镜头的性能参数指标

3．1．2镜头的选取

3．1．3视场角(FOV)的测量原理和测量方法

3．2硬件电路模块化设计

3．2．1电源模块原理图设计

3．2．2时钟模块原理图设计

3．2．3存储模块原理图设计

3．2．4图像传感模块原理图设计

3．3 PCB设计与信号完整性

3．3．1 PCB的布局与布线

3．3．2 PCB的层叠结构与阻抗计算

3．3．3 PCB的接地处理与信号完整性

3．4 PCB设计流程总结

4 CMOS摄像头模组的调试与测试

4．1硬件模块调试

4．1．1调试的流程

4．1．2调中心工具的硬件设计

4．2软件模块调试

4．2．1 IIC总线协议

4．2．2调中心工具的软件设计

4．3 CMOS摄像头调试总结

4．4电磁兼容(EMC)测试

4．4．1传导干扰和辐射干扰测试

4．4．2传导抗干扰和辐射抗干扰测试

4．4．3大电流注入法测试

4．4．4静电防护测试(ESD)

4．5 CMOS摄像头的成像评测

4．5．1主观对比测试图像质量

4．5．2眼图测试

4．5．3度信盒测试

5 ADAS系统仿真及分析

5．1 PreScan软件简介

5．2 PreScan软件场景建模及传感器选择

5．3仿真结果分析

6结论

6．1全文总结

6．2论文的创新点

6．3论文的不足之处

7展望

参考文献

致谢

附录