Что такое матрица для автомобиля

Как устроена матричная оптика: разбираемся на примере разработок компании HELLA

Постепенный переход на светодиодные источники света в автомобилях уже несомненная тенденция. Лампы накаливания в ближайшем будущем останутся уделом устаревших конструкций. А сейчас высокоэффективные и долговечные фары постепенно отвоевывают позиции у традиционных. В маломощных осветительных приборах светодиоды уже вытеснили конкурентов, а вот в области головного света сражение еще идет. И основное оружие светодиодов — матричная оптика конструкции Hella.

Просто заменить газоразрядный или галогенный источник света на светодиоды — идея не новая. Еще в 2008 году подобная система появилась на машинах Lexus LS, а сейчас построенная по тому же принципу головная оптика стала базовой на многих массовых автомобилях. Например, новый кроссовер Skoda Kodiaq оснащен ею в базовой комплектации, как и соплатформенный VW Tiguan. На базе подобной конструкции можно создать даже адаптивное освещение, и оно не будет ничем принципиально отличаться от использующего газоразрядные источники света. Но настоящий прорыв в эффективности дает только матричная светодиодная оптика.

Качественный головной свет автомобиля должен быть не только ярким, но и освещать исключительно необходимые зоны. Кроме того, не слепить встречных водителей, выделять важные объекты и при этом учитывать особенности человеческого глаза в отношении контрастности освещения и светотеневой границы.

Адаптивное головное освещение на базе единого источника света во многом решает эти сложности, но настоящий прорыв возможен только при использовании матричного освещения, когда за каждую зону отвечает отдельный источник света с регулируемой яркостью, а управляется система интеллектуальным модулем, способным распознавать объекты перед машиной и регулировать освещенность различных зон по ситуации. И именно по этому пути пошла компания Hella при разработке своих матричных светодиодных модулей адаптивного освещения.

Идея использовать много фар для освещения нескольких зон перед машиной в случае традиционных источников света сталкивается с габаритными ограничениями. И газоразрядные источники света, и лампы накаливания имеют достаточно крупные размеры рабочей области и требуют объемной оптической системы.

В случае со светодиодным освещением такая проблема не стоит. Если отказаться от использования сменных светодиодных модулей, то на небольшой плате можно разместить более 50 светодиодов, а поскольку их световой поток имеет явную направленность, то подобная матрица диодов отлично работает с компактной и простой оптической системой.

На практике в оптике Audi Matrix LED с 25 светодиодами адаптивного освещения они собраны в сменные модули по пять светодиодов в каждом, и еще пять модулей используются для статического освещения — ближнего света и статического бокового. В следующем поколении оптических систем Hella, которые с 2016 года устанавливаются на машины Mercedes, применяется целых 84 светодиода на единой плате.

Перспективная LED-оптика разработки Hella по-прежнему имеет «всего» 25 светодиодов на единой плате, но за счет использования в оптической системе фары проекционного LCD-дисплея с разрешением 30 тыс. пикселей с матрицей 100х300 число контролируемых зон освещения возрастает на порядок.

Сложность подобной конструкции легко недооценить. При тех же габаритах, что и у традиционной фары, внутри матричная LED-оптика и ее система управления устроены на порядок сложнее. Чтобы не быть голословным, рассмотрим конструкцию и ее возможности на примере оптики Audi Matrix LED для модели A8 в кузове D4 2013 года. Не самой новой, но зато одной из самых распространенных в России и имеющей много общего со светодиодной матричной оптикой других машин Audi. На следующих поколениях и для других моделей, скорее всего, будет уже лазерный источник света.

Возможности и конструкция

Помимо конструкции самой оптической системы, важную роль для работы адаптивного освещения играет конструкция системы управления. В случае с матричной оптикой самым важным датчиком системы является LiDAR — дальномер оптического диапазона, позволяющий системе управления получить предоставления обо всех источниках света и объектах в зоне освещения головной оптики. Так же используются данные навигационной системы, датчики скорости автомобиля, дождя и освещенности и данные ассистента ночного видения, если он есть в автомобиле. На основании этих данных блок управления может использовать один из множества режимов работы.

Дальний свет для движения по автомагистрали включается на основании данных навигационной системы. В этом случае система Matrix Beam включает узкий луч с максимальной дальностью освещения, наилучшим образом подходящий для ночных поездок на высокой скорости.

Ближний свет с классической асимметричной формой светового пучка использует 15 отдельных светодиодов в каждой фаре и включается в населенных пунктах. Может применяться отдельно от адаптивного освещения. Дальняя зона освещения реализуется отдельным набором светодиодов и может быть отключена для реализации туристического или всепогодного режима.

Туристический режим используется при движении в странах с левосторонним движением для машин, созданных для движения правостороннего. Он позволяет уменьшить асимметрию светового луча при включенном режиме ближнего света. Включается режим или автоматически, по данным навигационной системы, или вручную, через меню мультимедийной системы.

Конструкцию основной оптической системы фары можно увидеть на рисунке, но помимо нее в конструкцию входят также модуль указателя поворота (разумеется, со светодиодами), модуль охлаждения, причем со сменным вентилятором, и внутренняя проводка.

Статическое освещение боковой зоны предназначено для облегчения маневрирования и безопасного проезда перекрестков. Специальная секция фары освещает широкую зону спереди-сбоку от автомобиля. Включается автоматически при малой скорости и включении указателя поворотов, а также при угле поворота рулевого колеса более 50 градусов и скорости менее 60 км/ч. При проезде перекрестков срабатывает режим освещения для перекрестков, который включается по данным навигационной системы и скорости менее 60 км/ч.

Всепогодное освещение используется в условиях тумана и снегопада. В этом случае снижается мощность ближнего света и включается статическое освещение боковых зон. Включается режим вручную, кнопкой на панели, а ассистент дальнего света при этом отключается.

Динамическое адаптивное освещение работает на скорости более 60 км/ч вне населенных пунктов. Используется матрица из 25 светодиодов дальнего света, создающая 25 независимых сегментов. Система обеспечивает изменение направления луча света в зависимости от рельефа, не ослепляет встречный и попутный транспорт, снижает яркость в зонах расположения источников с высоким коэффициентом отражения — дорожных знаков и все другие функции адаптивности.

Маркирующая подсветка пешеходов срабатывает вне населенных пунктов и скорости более 60 км/ч, при наличии ассистента ночного видения. Секции дальнего света фар в направлении пешехода мигают, привлекая внимание водителя, а силуэт пешехода подсвечивается красным на дисплее приборной панели.

Помимо датчика LiDAR в работе системы задействованы блок управления корректора фар и блок комфорта бортовой сети. Причем самих корректоров у адаптивной оптики нет по двум причинам. На машинах с матричной LED-оптикой установлена пневмоподвеска и сама оптика имеет высокий запас адаптивности даже в режиме ближнего света за счет разделения зон. Так что блок управления в строгом смысле слова блоком коррекции уровня не является, просто располагается и подключен так же, как блок коррекции на машинах без этой системы. Помимо внешних блоков, используются три блока контроля в самой фаре.

Конструкция модуля охлаждения для светодиодной оптики крайне важна, так как от него зависит долговечность самих светодиодов и он включает в себя индивидуальные воздуховоды для каждой диодной сборки и множество датчиков. Вместо линз в этом поколении оптики используются зеркальные отражатели, имеющие повышенную стойкость к перегреву. Снаружи корпус закрыт общим герметичным колпаком.

В целом развитие автомобильного света уже семимильными шагами идет по пути внедрения интеллектуального светодиодного освещения, в чем корреспонденты журнала «Движок» убедились на практике, сравнив его с адаптивным биксеноновым. Ну а постепенное удешевление конструкции и ее повсеместное внедрение в ближайшем будущем позволит значительно улучшить ситуацию с освещением на дороге, а следовательно, и с безопасностью.

Источник статьи: http://dvizhok.su/parts/kak-ustroena-matrichnaya-optika-razbiraemsya-s-razrabotkami-kompanii-hella

Xiaomi 70mai Dash Cam Pro Midrive D02

Лучшее соотношение цена/качество

TrendVision MR-715GNS

Playme P600SG

Лучший регистратор с радар-детектором

• По цене
• до 5 000 р.
• до 10 000 р.

• Конструкция
• В форме зеркала
• С двумя камерами
• Скрытой установки

• Гибриды
• С навигатором
• С радар-детектором
• КОМБО-устройства

• По бренду
• SilverStone F1
• Neoline
• TrendVision
• CARCAM
• Artway

• Страна
• Южная Корея
• Россия
• Китай

• Другие
• По качеству съемки
• Лучшая ночная съемка
• Лучшие с AliExpress
• Зеркало с радар-детектором
• С GPS-модулем
• С Wi-Fi

Матрица видеорегистратора – как она влияет на качество видео

Обновлено 10 марта 2020, 17:08

Еще один элемент видеорегистратора, от которого зависит качество съемки, это матрица.

Матрица на плате видеорегистратора

Матрица представляет собой микросхему, расположенную сразу за объективом видеорегистратора. Матрица ловит проходящий через линзы объектива световой поток и преобразует его в цифровой сигнал, который отправляется на процессор.

Схема работы матрицы

Устройство матрицы

Мы не будем вдаваться в подробности устройства матрицы, так как наша цель – это выбор хорошего видеорегистратора, а не изучение основ фото- и видеосъемки. Но мы все же пройдемся по основным компонентам матрицы поверхностно, чтобы вы имели хоть какое-нибудь представление о ее работе. Для начала разберемся в основных терминах:

Матрица в современных регистраторах представляет собой микросхему, поверхность которой состоит из чувствительных к свету элементов – пикселей. Каждый пиксель отвечает за преобразование попадающего на него света в электрический сигнал.

Несмотря на то, что многие представляют пиксели матрицы цветными, они являются монохромными. Поэтому для получения цветной картинки приходится применять специальные фильтры, например, мозаичные. Суть заключается в том, что матрица покрывается тончайшим фильтром, который осуществляет деление сенсора на субпиксели трех цветов – красный, зеленый и синий. Например, в фильтре Байера один пиксель делится на 4 субпикселя: 2 зеленых, красный и синий.

Устройство матрицы Как получается изображение на матрице

Так, рассматривая матрицу видеорегистратора под микроскопом, вы увидите следующую картину:

Матрица видеорегистратора под микроскопом

Виды матриц

Принцип работы технология CMOS заключается в том, что каждый пиксель изображения оцифровывается отдельно, а уже затем склеивается в единую картинку. CCD-матрицы сначала собирают цельное изображение в аналоговой версии, а уже затем производят его оцифровку.

Матрицы, разработанные по технологии CCD имеют низкий уровень шумов, высокую чувствительность и высокий коэффициент заполнения пикселей, но сложны в разработке, потребляют много энергии, а также дорого стоят.

CMOS-матрицы обладают низким энергопотреблением, высоким быстродействием, дешевле и проще в производстве, но обладают пониженным коэффициентом заполнения пикселей, а также высоким уровнем шума.

CMOS и CCD матрицы

Из описанных особенностей можно сделать вывод, что CCD-матрица дает более качественное изображение, чем CMOS. Так и было на заре появления первых матриц для видеооборудования, но благодаря современной инженерии удалось достичь совершенства технологии CMOS. Поэтому ее применение в видеорегистраторах стало более оправдано из-за меньшего энергопотребления и низкой цены.

Количество пикселей и светочувствительность

Многие люди ошибочно полагают, что качество съемки напрямую зависит от количества мегапикселей в матрице. На самом деле, разрешение матрицы действительно влияет на детализацию изображения, но это лишь один из параметров, из которых складывается качественная картинка. Немаловажную роль здесь также играет светочувствительность.

Светочувствительность (ISO) – чувствительность матрицы видеорегистратора к объему получаемого света. А мы знаем, что изображение формирует свет, падающий на объектив устройства. Поэтому чем больше света уловит матрица, тем лучше будет конечное изображение. Особенно важную роль светочувствительность играет при съемки в ночное время суток.

Физический размер матрицы и пикселя

Проблема в том, что производитель крайне редко указывает размер пикселей матрицы. Но в интернете есть мнение, что размер пикселя можно вычислить самостоятельно, воспользовавшись следующей формулой: n = (x/a) x 1000, где n – размер физического пикселя в микрометрах; х – размер одной из сторон матрицы в миллиметрах; а – кол-во пикселей соответствующей стороны.

Так, если мы имеем матрицу размером 5.76мм х 3.24мм с разрешением 2.1 Мп (1920×1080), то размер одного пикселя будет: (5.76/1920)*1000=3 мкм. Такой же результат получим, если посчитаем по вертикали: (3.24/1080)*1000=3 мкм. Иными словами, матрица с таким размером будет иметь 2 073 600 пикселей размером 3х3 мкм.

Но все не так просто! Пиксели не располагаются вплотную друг к другу, между ними есть изоляционный слой, который может отличаться от матрицы к матрице, поэтому использовать подобные формулы можно лишь для получения примерных цифр.

Помимо этого, вы вряд ли найдете точное разрешение матрицы, так как оно не всегда точно равно 1920х1080, а может быть, например, 1936х1097, но производитель представит его в привычных нам цифрах.

В таблице мы перечислим наиболее популярные на рынке видеорегистраторов размеры матриц. Размеры перечислены от наименьшего к наибольшему.

Диагональ матрицы, видиконовые дюймы	Диагональ матрицы, мм*
1/4”	4.45
1/3.2”	5.56
1/3”	5.64
1/2.8”	6.35
1/2.7”	6.58
1/2.5”	6.77
1/2”	8.0
1/1.8”	8.94
1/1.7”	9.5

*Значения в миллиметрах не являются точными, это приблизительные размеры матрицы.

Например, матрица SONY STARVIS IMX307 имеет диагональ 1/2.8 в видиконовых дюймах, что соответствует 6.35 мм, если учитывать общепринятые стандарты. Но дело в том, что в технической документации от Sony данная матрица имеет диагональ 6.46 мм. Все это говорит о том, что видиконовые дюймы это условная мера, по которой не получиться узнать реальные размеры матрицы.

Еще одной проблемой является тот факт, что многие производители просто не выкладывают в общий доступ информации о том, какая матрица установлена в их видеорегистраторе, что также затрудняет поиск информации.

Для тех, кто хочет более подробной аналитики мы предлагаем воспользоваться нашими рейтингами, в которых мы учитываем реальный размер пикселей матриц.

Если кто-то все же сможет добраться до подробных характеристик, то знайте, что желательно выбирать то устройство, в котором размер пикселей не меньше 2 мкм. Идеальным размером можно считать 3 мкм.

Как выбрать видеорегистратор с хорошей матрицей

Мы знаем, что размер пикселя должен варьироваться от 2 до 3 мкм. А теперь давайте разберемся, как подобрать хорошую матрицу, если мы знаем только ее физический размер и разрешение.

Если матрица имеет разрешение 3840×2160 (4К или 8 мегапикселей), то ее размер должен быть не меньше 1/1.8”, так как именно в таком случае вы получите пиксели от 2 мкм. Идеальным вариантом можно считать матрицы размером 1/1.7” и больше. Неплохая матрица для съемки в 4К: OmniVision OS08A10.

Если матрица имеет разрешение 2560х1440 (2К или 3.5-4 мегапикселя), то ее физический размер не должен быть меньше 1/3”. Идеальным примером можно считать матрицы размером 1/2.8” и больше. Чаще всего для съемки в 2К на рынке встречается сенсор OmniVision OV4689.

Super HD (2304×1296 пикселей – 3 Мп) – промежуточный формат, который чаще всего имеют видеорегистраторы с матрицами на 4 Мп (2560х1440). То есть для подобных устройств матрица должна иметь размеры не меньше 1/3”.

Матрица с разрешением 1920х1080 (FullHD или 2.1 мегапиксель) должна иметь размер не меньше 1/4”. Но, учитывая веяние современных технологий, покупатель бюджетного видеорегистратора может рассчитывать на FullHD матрицу размером 1/3” и больше. Идеальный размер матрицы для размещения 2 миллионов пикселей начинается с 1/2.9” и может достигать 1/2” на топовых моделях. Хорошие матрицы для такого формата: Sony Exmor IMX323, OmniVision OV2710, Sony Starvis IMX291.

Другие характеристики матрицы

Данный пункт имеет в своем названии слово «другие», так как эти характеристики не имеют большого значения при выборе матрицы для видеорегистратора.

Соотношение сигнал/шум

Данный параметр определяет соотношение чистого полезного сигнала и шума на конечной видеозаписи устройства. Шум – это искажение картинки в виде белых и серых точек.

Сравнение фото с шумоподавлением и без

Светочувствительность напрямую влияет на шум. Так, увеличивая ISO видеорегистратора, шумы на конечной видеозаписи будут более заметны. Все дело в том, что, увеличивая уровень светочувствительности, происходит усиление всех сигналов, получаемых с пикселей, а это неминуемо ведет к увеличению посторонних сигналов (помех).

Динамический диапазон

Динамический диапазон – способность матрицы передавать весь спектр цветов и яркостей снимаемого объекта. Иными словами, чем больше динамический диапазон, тем лучше камера передает яркость и цвета в таком виде, в каком их видим мы. Высокий динамический диапазон у видеорегистратора позволяет качественно снимать как слишком светлые участки окружающего мира, так и совсем темные.

Немного о производителях матриц

На рынке видеорегистраторов есть 4 основных поставщика матриц:

• Sony – японская транснациональная корпорация, образованная еще в 1946 году. Выпуском CMOS-матриц компания начала заниматься с 2007 года;
• OmniVision – американская компания, основанная в 1990 году. Главное направление компании – разработка матриц для цифрового оборудования;
• Aptina – американская компания, специализирующаяся на выпуске CMOS-матриц, а также видеопроцессоров. С 2014 года принадлежит On Semiconductor;
• On Semiconductor – американская компания, основанная в 1999 году. Матрицы данного производителя иногда можно встретить в видеорегистраторах. Выпускаются сенсоры под маркировкой AR. Из наиболее популярных можно отметить: AR0330CS, AR0522SR и т.д.

Все 4 производителя выпускают качественные и надежные продукты, поэтому вы можете им доверять. Я бы рекомендовал выбирать видеорегистратор с матрицей одной из этих компаний.

Резюмируем

Основные тезисы, которые вы должны понять:

1. CMOS – это технология, по которой работает матрица. Практически все видеорегистраторы на рынке имеют CMOS-матрицу, поэтому ее наличие ничего не говорит о качестве съемки;
2. Главный параметр для матрицы – размер пикселя. Чем больше пиксели на матрице, тем качественнее изображение, лучше светочувствительность, шире динамический диапазон и меньше шумов на видео;
3. Не стоит гнаться за мегапикселями! 2-3 Мп на матрице с физическим размером 1/3” гораздо лучше, чем 5 Мп на матрице такого же размера. Разрешение матрицы отвечает за детализацию изображения, но должно рассматриваться в совокупности с ее физическим размером;
4. Покупайте видеорегистраторы с матрицами проверенных производителей. К таким относятся: Sony, OmniVision и Aptina.

Подведем итог: что делать покупателю

Для оценки матрицы в видеорегистраторе есть 3 основных параметра:

• Количество пикселей (разрешение);
• Физический размер матрицы;
• Размер пикселя матрицы.

А также второстепенные параметры:

• Соотношение сигнал/шум;
• Динамический диапазон;
• Светочувствительность.

Найти информацию обо всех указанных параметрах крайне сложно, поэтому у покупателя остается 3 вариант для выбора качественного видеорегистратора:

1. Копаться в куче документации в поисках технической информации о матрице, которой может и не быть в свободном доступе;
2. Отказаться от технического подхода и руководствоваться потребительским. То есть опираться на отзывы покупателей о конкретном видеорегистраторе, а также на качество видео, снятое им. Но учтите, что видеозаписи съемки регистратора не всегда доступны в интернете. Плюс многие видеохостинги сжимают исходное видео;
3. Воспользоваться нашими рейтингами и оценками. Дело в том, что для оценивания регистратора мы учитываем не только качество снятого им видео, но и техническую составляющую устройства. Мы поддерживаем связь с производителями видеорегистраторов, чтобы получать точную информацию о технической начинки устройств. Если производитель отказывается предоставлять такую информацию, то наши специалисты просто разбирают их продукт и узнают, что внутри.

Источник статьи: http://topavtoreg.ru/blog/matriczyi