Aktuální vydání

celé číslo

07

2021

Automatizace řízení dopravy a infrastruktury, nabíjecí stanice, autonomní vozidla

celé číslo

Snímače obrazu do extrémních teplot

Stále víc automobilových výrobců vyba­vuje nová vozidla důmyslnými asistenčními systémy, které např. usnadňují řidiči na ne­přehledných místech zaparkování, varují ho před chodci, vozidly a překážkami, jež jsou při pohledu do zpětného zrcátka v jeho tzv. mrtvém prostoru (úhlu), samočinně udržují bezpečnou vzdálenost od vpředu jedoucího vozidla apod. Klíčovou komponentou vět­šiny asistenčních systémů jsou kvalitní ka­mery a snímače obrazu, které musí spoleh­livě pracovat za všech provozních podmí­nek, protože často rozhodují o životě řidiče a jeho spolujezdců. Proto jsou na ně kladeny velmi přísné požadavky. Protože jsou umís­těny třeba za zpětným zrcátkem nebo pod palubní deskou, kde může být velké horko, musí fungovat také při extrémně vysokých teplotách, ale současně musí být malé, leh­ké a odolné proti vibracím.
 
Snímače obrazu typu CCD (Charge--Coupled Device), které byly dosud k dis­pozici, mají horní mez provozních teplot +60 °C. Fraunhoferův ústav pro mikroelek­tronické obvody a systémy IMS (Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme) v Duisburgu nyní vyvinul na objednávku zá­kazníka z automobilového průmyslu snímače obrazu na bázi CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), které spolehlivě pra­cují při teplotě okolí až +115 °C. Nový čip je však nejenom odolný proti vysoké teplotě, ale spolehlivě funguje i při arktických teplo­tách až -40 °C.
 
Odborníkům ústavu se podařilo vyvinout čip s maticí bodů citlivých na světlo (pixe­lů), které mají mimořádně malý proud za tmy i při vysoké provozní teplotě. To není nijak jednoduché, protože proud za tmy s teplotou rychle roste. Následkem je obrazový šum a zhoršená dynamika obrazu.
 
Velkou předností nového snímače CMOS je velikost obrazového pole 25 × 25 mm s rozlišovací schopností 256 × 256 bodů. Velký dynamický rozsah a rozsah osvitu až 90 dB zajišťují velký rozsah kontrastu (velký rozdíl mezi jasem tmavých a světlých bodů zobrazení) a optimální přesnost detailů při snímání obrazů ve stínu i ve velmi jasném prostředí. Díky tomu jsou i jemné rozdíly světla velmi přesně reprodukovány. V úlo­hách se slabým osvětlením nebo pro snímání v infračervené nebo ultrafialové části světel­ného spektra je možné snímač obrazu přímo připojit na elektronický obrazový zesilovač.
 
Snímače obrazu CMOS pracují s vyso­kou citlivostí i při špatných světelných po­měrech, a proto jsou vhodné i do systémů pro noční vidění. Navíc čip podporuje ka­mery jak se synchronní, tak i s asynchronní uzávěrkou. Synchronní uzávěrka zabraňuje vzniku pohybových artefaktů, např. při sní­mání rychlých pohybů, a redukuje neostrost pohybujících se objektů. Štěrbinová uzávěr­ka naproti tomu dovoluje používat vyšší ob­razovou frekvenci, umožňuje spojité snímání obrazu a minimalizuje obrazový šum. Prv­ní snímače obrazu pro zákaznické zkoušky byly zhotoveny standardním výrobním po­stupem technologií CMOS 0,5 mm na vý­robní lince ústavu.
 
Vedle použití v automobilovém průmyslu mají nové snímače obrazu pro extrémní tep­loty zajímavá uplatnění také ve zpracovatel­ském, chemickém a ocelářském průmyslu při řízení výrobních procesů a kontrole jakosti. Velmi vhodné jsou např. při řízení válcovací trati pro výrobu ocelových plechů, kde panu­jí velmi vysoké teploty a běžné komponen­ty zde selhávají.
[Bildsensoren für extreme Temperaturen. Medien­dienst FhG, Nr. 9-2010, Thema 3.]
(Kab.)
 
Obr. 1. Nový snímač obrazů typu CMOS do extrémních teplot (foto: Fraunhofer IMS)