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100萬像素車頭燈解析度解決方案 滿足道路AR資訊投影應用需求
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 報導】   2020年11月19日 星期四

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隨著車輛技術進步,每個頭燈可提供12個像素以上之後,自適應式智慧頭燈(Adaptive Driving Beam;ADB)技術等新車燈應用也開始普及。而今,汽車製造商能運用DLP技術設計新型汽車,將每個頭燈的像素數提升至130萬個。

德州儀器DLP車用外部照明組產品行銷工程師Brandon Seiser、Trevor Dowd指出,更高的解析度有助精確控制移動與步進距離
德州儀器DLP車用外部照明組產品行銷工程師Brandon Seiser、Trevor Dowd指出,更高的解析度有助精確控制移動與步進距離

汽車製造商需要大量像素,才能打造最佳ADB、實現資訊投影與車道線辨識功能。德州儀器DLP車用外部照明組產品行銷工程師Brandon Seiser、Trevor Dowd指出,其實現今能滿足三種應用的科技並不多。其中一種是德州儀器的DLP技術。

德州儀器的DLP技術目前已開發出對角尺寸0.55英吋的數位微型反射鏡元件(Digital micromirror device;DMD),能打造新一代進階頭燈系統。與第一代符合汽車標準的DMD相比(DLP3030-Q1晶片組),DLP5531-Q1晶片組的主動區面積增加了兩倍。在一定的光源通量密度下(illuminator source flux density),較大面積提供的流明數是DLP3030-Q1晶片組的三倍;使用傳統LED光源時,可達峰值照度(peak illuminance)也成長為三倍。

此外,該晶片組的工作溫度最高可達105°C。耐高溫操作的晶片,加上較大的鏡頭,有助擴大頭燈的可視範圍(FOV)。

儘管大多數頭燈應用,例如智慧型手機、電視和汽車等,像素通常越高越好,但130萬像素不會太多嗎?

針對需要100萬以上像素的應用,德州儀器表示,雖然乍看之下,這麼高的解析度似乎沒有必要,但其實這非常符合所需。

Brandon Seiser、Trevor Dowd以道路擴增實境(AR)資訊投影的應用舉例說明。他們表示,要將號誌或路標等圖像投影在牆面或車庫門等垂直表面上,只要每像素0.1°或0.05°的低解析度其實就能做到。但是,如果目標不是在牆上投射圖像,而是將資訊投影在前方路面上,好像直接「印」在馬路上,如此汽車製造商便能設計出一套視覺通訊系統,協助通知駕駛前方彎道,並提升車輛與行人之間的溝通。

要將號誌投影在路面上,一個必要條件是限制投影在路面的號誌長度,合理範圍約為2至3公尺,否則會減損AR效果。縮減號誌長度有助縮小號誌垂直高度的夾角,進而減少用來投射號誌的成像元件(imager)掃描線數量。

舉例來說,成像元件的最大視場角(FOV)達7°以上時,與全FOV相比,感測元件用於號誌投射的部分其實很小。若是距離車燈僅10公尺、高2公尺的號誌,最後投影出的號誌高度夾角只有0.6°。

Brandon Seiser、Trevor Dowd進一步解釋,如果總垂直FOV為7°,圖像高度夾角如前述為0.6°,則圖像投射只能使用8至10%的可用垂直像素線(vertical pixel line);如果號誌距離車身更遠,或者全FOV值增加,則情況會更吃緊;如果圖像投影到離車輛20公尺遠的地方,則2公尺高的圖像夾角只有約 0.16°,只能使用2%的可用垂直像素線。

上述例子顯示解析度為每像素0.013°時,投影效果非常好,0.05°時則效果不佳。如果解析度只有0.05,一套2萬像素的系統必須投影出更高的號誌,在縱向路面上延伸數公尺,但這麼一來便不符合AR畫質要求。

Brandon Seiser、Trevor Dowd表示,在10公尺的操作距離下,以上例子展現100萬以上像素的解決方案有其實用價值,因此130萬像素絕對不會是大材小用。

此外,如果渲染與成像解析度比下游投影光學的線對解像力(line pair resolving capability)高,將帶來某些優勢。線對解像力通常以投影光學的調變轉換函數(Modulation transfer function ;MTF)表示。

如果系統中的光學MTF解析度比成像元件的像素限制低,則光學元件會決定最小可分辨特徵尺寸(minimum achievable feature size),但物件位置調整解析度(以及最小顯示尺寸的寬/高步進距離)仍取決於成像元件解析度。

德州儀器指出,成像解析度會影響移動物件與調整尺寸的流暢度。成像與渲染解低度較低會導致不自然的動作,而不一致的步進距離會造成畫面顫動。這種顫動現象與投影鏡頭MTF有限造成的光學模糊並無關聯。

Brandon Seiser與Trevor Dowd總結,如果系統使用DLP5531-Q1的0.55英吋DMD晶片組,在1152x576模式(原生解析度一半)下操作,且具有7.5°的全垂直FOV時,最終的垂直解析度為每像素0.013°;如果垂直FOV高出7.5°許多,便適合使用DMD的1152x1152操作模式(原生解析度),將有效垂直線解析度提升為兩倍,並維持性能水準。

他們最後補充,即使在整個傳統遠光燈FOV加上號誌區都使用DMD,0.55英吋的DMD也具有投影路上AR資訊的高解析度。

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