智能駕駛技術(shù)快速迭代，ADAS環(huán)視系統(tǒng)作為車(chē)輛周邊環(huán)境感知的核心模塊，對(duì)圖像傳感器的性能提出了嚴(yán)苛要求。其中，噪聲抑制能力直接影響系統(tǒng)在低光照、強(qiáng)干擾等極端場(chǎng)景下的可靠性。本文從技術(shù)原理、工程實(shí)踐及未來(lái)趨勢(shì)三個(gè)維度，對(duì)比分析CMOS與CCD傳感器在A(yíng)DAS環(huán)視系統(tǒng)中的噪聲抑制特性。

一、噪聲來(lái)源與抑制技術(shù)原理

圖像傳感器的噪聲主要分為固定模式噪聲(FPN)和時(shí)間噪聲兩大類(lèi)。FPN源于制造工藝不均勻性，表現(xiàn)為像素間的偏移或增益差異;時(shí)間噪聲則包含光子散粒噪聲、熱噪聲等隨機(jī)干擾。兩類(lèi)噪聲的抑制需結(jié)合硬件設(shè)計(jì)與信號(hào)處理技術(shù)。

CCD傳感器采用電荷耦合傳輸機(jī)制，其噪聲抑制優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在電荷轉(zhuǎn)移效率(CTE)上。高端CCD的CTE可達(dá)99.9999%，有效減少電荷傳輸過(guò)程中的損失。例如，深空探測(cè)領(lǐng)域常用的CCD通過(guò)雙相關(guān)采樣(CDS)技術(shù)，利用兩次采樣時(shí)間間隔遠(yuǎn)小于噪聲時(shí)間常數(shù)的特性，將KT/C噪聲抑制至0.1e-以下。然而，CCD的全局曝光模式需復(fù)雜時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路，易引入時(shí)鐘抖動(dòng)噪聲，且單芯片集成度低，需外接ADC和時(shí)序控制器，增加系統(tǒng)復(fù)雜度。

CMOS傳感器基于像素級(jí)并行處理架構(gòu)，其噪聲抑制核心在于工藝優(yōu)化與數(shù)字信號(hào)處理?，F(xiàn)代CMOS傳感器普遍采用背照式(BSI)工藝，通過(guò)將光電二極管置于電路層后方，消除金屬連線(xiàn)對(duì)光線(xiàn)的遮擋，使量子效率(QE)提升至80%以上。例如，思特威推出的SC530AT車(chē)規(guī)級(jí)CMOS傳感器，通過(guò)CarSens®-RS工藝將讀取噪聲降至1.0e-，配合雙重曝光行交疊HDR技術(shù)，在100dB動(dòng)態(tài)范圍下仍能保持低噪聲特性。此外，CMOS的片上集成能力使其可搭載自研AI ISP芯片，通過(guò)輕算力NPU實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)降噪與圖像增強(qiáng)。

二、ADAS環(huán)視系統(tǒng)中的工程實(shí)踐對(duì)比

1. 低光照?qǐng)鼍霸肼曇种?

在地下停車(chē)場(chǎng)或夜間道路等低光照環(huán)境下，傳感器的信噪比(SNR)直接決定圖像可用性。CCD傳感器因高電荷轉(zhuǎn)移效率，在極低光照下仍能保持較低的暗電流噪聲。例如，某高端車(chē)型采用的CCD環(huán)視攝像頭，在0.1lux光照下SNR可達(dá)35dB，但需配合大光圈鏡頭(F/1.6)和機(jī)械快門(mén)，增加系統(tǒng)成本與體積。

CMOS傳感器則通過(guò)多技術(shù)融合實(shí)現(xiàn)低光照優(yōu)化。以SC530AT為例，其采用SFCPixel®技術(shù)，在520nm波長(zhǎng)下QE提升20%，配合PixGain HDR®模式，可在單幀內(nèi)同時(shí)捕捉高亮與暗部細(xì)節(jié)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在0.05lux光照下，該傳感器通過(guò)AI ISP降噪后SNR仍可達(dá)32dB，且無(wú)需機(jī)械結(jié)構(gòu)，更適配車(chē)載緊湊空間。

2. 高動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景噪聲抑制

ADAS環(huán)視系統(tǒng)需同時(shí)處理強(qiáng)光(如逆光)與暗光區(qū)域，對(duì)HDR性能要求嚴(yán)苛。CCD傳感器通過(guò)多斜積分法實(shí)現(xiàn)HDR，但需犧牲幀率(通常低于30fps)，難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求。例如，某工業(yè)級(jí)CCD在120dB動(dòng)態(tài)范圍下幀率僅15fps，無(wú)法適配高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。

CMOS傳感器則通過(guò)多曝光融合技術(shù)突破HDR瓶頸。SC530AT支持的2-exposure SHDR模式，可在單幀內(nèi)完成長(zhǎng)短曝光融合，實(shí)現(xiàn)100dB動(dòng)態(tài)范圍且?guī)蔬_(dá)60fps。其讀取電路架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)使DSNU(空間噪聲)在105℃高溫下降低51%，有效抑制高亮區(qū)域過(guò)曝噪聲。

3. 溫度穩(wěn)定性與長(zhǎng)期可靠性

車(chē)載傳感器需在-40℃至105℃范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。CCD傳感器因采用單一材料結(jié)構(gòu)，溫漂系數(shù)較低，但需外置TEC制冷模塊控制暗電流，增加功耗與成本。例如，某車(chē)載CCD方案在85℃環(huán)境下暗電流達(dá)500e-/s，需通過(guò)制冷將溫度降至40℃以下。

CMOS傳感器通過(guò)工藝改進(jìn)提升溫度穩(wěn)定性。SC530AT采用CarSens®-RS工藝，在105℃環(huán)境下暗電流僅增加25%，白點(diǎn)缺陷減少5%，無(wú)需主動(dòng)制冷即可滿(mǎn)足車(chē)規(guī)級(jí)AEC-Q100 Grade 2認(rèn)證。其低功耗特性(典型功耗150mW)進(jìn)一步降低熱噪聲產(chǎn)生，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。

三、未來(lái)趨勢(shì)與選型建議

隨著CMOS工藝向2μm以下節(jié)點(diǎn)演進(jìn)，其噪聲抑制能力正逼近CCD水平。例如，思特威車(chē)載產(chǎn)品矩陣已覆蓋1MP至8MP分辨率，其中4款高性能CIS產(chǎn)品專(zhuān)為艙內(nèi)OMS應(yīng)用設(shè)計(jì)，通過(guò)AI ISP芯片實(shí)現(xiàn)端到端降噪優(yōu)化。而CCD因制造成本高、集成度低，逐漸退出車(chē)載市場(chǎng)，僅在特定科研領(lǐng)域保留應(yīng)用。

對(duì)于A(yíng)DAS環(huán)視系統(tǒng)選型，建議優(yōu)先選擇車(chē)規(guī)級(jí)CMOS傳感器，重點(diǎn)關(guān)注以下參數(shù)：

噪聲指標(biāo)：讀取噪聲≤1.5e-，F(xiàn)PN≤0.3e-;

動(dòng)態(tài)范圍：≥100dB，支持多曝光HDR;

溫度適應(yīng)性：滿(mǎn)足AEC-Q100 Grade 2認(rèn)證，高溫下性能衰減≤10%;

集成能力：支持AI ISP與NPU加速，減少后端處理延遲。

在自動(dòng)駕駛技術(shù)向L4級(jí)演進(jìn)的過(guò)程中，CMOS傳感器憑借其低功耗、高集成度與智能化降噪能力，已成為ADAS環(huán)視系統(tǒng)的主流選擇。未來(lái)，隨著背照式工藝、堆疊式架構(gòu)與AI算法的深度融合，車(chē)載圖像傳感器的噪聲抑制將進(jìn)入“零感知”時(shí)代，為智能駕駛安全保駕護(hù)航。