ADAS及自動(dòng)駕駛的視覺感知競(jìng)爭(zhēng)正在進(jìn)入縱深階段,，這其中,，高像素?cái)z像頭已經(jīng)成為趨勢(shì),，而關(guān)乎圖像處理質(zhì)量的ISP已經(jīng)成為競(jìng)爭(zhēng)高地。

　　ISP的存在感越來越強(qiáng),，不只是在手機(jī)上，汽車市場(chǎng)的需求也已經(jīng)明確釋放。

　　ICV Tank數(shù)據(jù)顯示,，2021年全球單車平均配置攝像頭數(shù)量為2.3顆，相比2020年的1.3顆大幅提高,；預(yù)計(jì)到2026年,，全球單車平均配置攝像頭數(shù)量將達(dá)3.8顆。全球汽車前裝攝像頭總量將從2021年的1.65億顆增長(zhǎng)至2026年的3.7億顆,，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)16%,。

　　早期的車載攝像頭常用于行車記錄、倒車影像,、泊車環(huán)視等,。隨著車載攝像頭在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如今逐步延伸到智能座艙內(nèi)行為識(shí)別,、ADAS輔助駕駛等,。受益于車載攝像頭的快速增長(zhǎng)，或者說,，受益于汽車智能視覺的旺盛需求,，ISP處理器在汽車應(yīng)用中有望持續(xù)增長(zhǎng)。

　　迎接車載圖像處理挑戰(zhàn)

　　ISP（Image Signal Processor）,，即圖像信號(hào)處理器,，作為車載攝像頭的重要組成部分，主要作用是對(duì)前端圖像傳感器CMOS輸出的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理,。借助ISP,，車載攝像頭才能看清楚細(xì)節(jié)和周圍環(huán)境，從而指導(dǎo)車輛做出下一步?jīng)Q策,。也就是說,，ISP 所要做到的就是：將“數(shù)字眼睛”的視力提高到“人類眼睛”的水平，使數(shù)字圖像的成像效果盡可能接近人眼看到的實(shí)景,。

　　不過,，現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的圖像處理充滿了挑戰(zhàn)，典型挑戰(zhàn)主要存在于以下五大場(chǎng)景中：首先是夜間,，低照度環(huán)境下視頻會(huì)有大量的噪點(diǎn),，顏色紋理出現(xiàn)失真；其次是強(qiáng)烈明暗反差情況下,，比如逆光拍攝,，容易導(dǎo)致細(xì)節(jié)缺失；第三是環(huán)境快速變化過程中，比如駛出隧道口的時(shí)候,，曝光要不斷調(diào)整,，容易出現(xiàn)盲區(qū)甚至安全隱患；第四是快速移動(dòng)造成的視頻抖動(dòng),；第五是惡劣天氣（比如雨,、雪,、霧）情況下的識(shí)別困難和可視距縮短的情況,。

　　以上都是行車中常有的場(chǎng)景，但是給圖像處理帶來很大挑戰(zhàn),。

　　哪些途徑可以解決這些問題,？加大圖像傳感器的感面，或是加大鏡頭的充光量,，固然可以從一定程度上進(jìn)行補(bǔ)償,，但這也意味著成本的大幅增加。而ISP硬件和AI算法相結(jié)合的方案,，可以通過算法進(jìn)行優(yōu)化,，在確保成本的同時(shí)提升圖像處理的質(zhì)量。

　　獨(dú)立還是集成,？

　　ISP三大派系的角力

　　從車載ISP方案當(dāng)前的設(shè)計(jì)來看,，主要存在三種路線：獨(dú)立ISP、ISP集成于視覺處理器SoC,、ISP與車規(guī)級(jí)CMOS圖像傳感器集成,。

　　獨(dú)立ISP以富瀚微為代表，該公司方面稱,，高分辨率攝像頭是趨勢(shì),，獨(dú)立ISP的優(yōu)勢(shì)在于圖像效果是第一位的，同時(shí)可以配接不同的傳感器,，方案靈活,，能夠滿足用戶的差異化需求。

　　第二種方案是ISP被集成到視覺處理器SoC中,，以英偉達(dá)Orin為例,，內(nèi)置ISP每秒可處理64億像素；而特斯拉第一代FSD芯片,，ISP每秒僅能處理10億像素,。

　　國內(nèi)市場(chǎng)還有瑞芯微的車載AI視覺產(chǎn)品的RV1126/RV1109，內(nèi)置安防級(jí)ISP和新一代NPU,，其安防級(jí)ISP內(nèi)置3F-HDR,、3DNR、畸變校正（9ms@1080p）和去霧，圖像的優(yōu)化處理及傳輸小于30ms,，在強(qiáng)光,、逆光、弱光,、黑光場(chǎng)景下圖像細(xì)膩清晰,。

　　阿里達(dá)摩院也宣布了自研的ISP處理器。據(jù)其路測(cè)結(jié)果顯示,，使用達(dá)摩院ISP處理器,，車載攝像頭在夜間場(chǎng)景下，圖像物體檢測(cè)識(shí)別能力比業(yè)內(nèi)主流處理器有10%以上的大幅度提升,，原本模糊不清的標(biāo)注物也得以清晰識(shí)別,。

　　ISP集成到SoC中，意味著可以同時(shí)處理多個(gè)攝像頭數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)成本下降,。并且，SoC集成ISP性能的不斷增強(qiáng),，尤其是支持多個(gè)攝像頭（高像素）輸入,，就意味著無需再為每個(gè)攝像頭傳感器提供ISP，從而大幅降低感知硬件的成本,。同時(shí),，單一ISP可以用于管理不同的傳感器和幀速率，適用于功能的不同場(chǎng)景,。

　　第三種方案是ISP與車規(guī)級(jí)CMOS圖像傳感器集成,。例如思特威的片上ISP二合一圖像傳感器，在減小車載SoC中心運(yùn)算負(fù)荷的同時(shí),，加快處理速度,，強(qiáng)化汽車圖像處理效能。豪威科技與汽車視覺技術(shù)公司Nextchip開發(fā)的聯(lián)合解決方案,，為中低端汽車后視鏡攝像頭（RVC）,、環(huán)視系統(tǒng)（SVC）和電子后視鏡提供高質(zhì)量圖像。

　　內(nèi)置ISP的二合一車規(guī)級(jí)CMOS圖像傳感器,，具有延時(shí)低,、擴(kuò)展兼容性高及可配置能力強(qiáng)等特點(diǎn)。通過結(jié)合圖像傳感器和專用ISP的能力,，在中低端方案不增加系統(tǒng)配置的情況下,，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性,。并且通過預(yù)先調(diào)參等優(yōu)化設(shè)計(jì),，也能夠?yàn)楹罄m(xù)設(shè)計(jì)節(jié)省調(diào)試時(shí)間,。

　　以上三種方案基本是當(dāng)前車載ISP的主流方式，不過各有其優(yōu)缺點(diǎn)：集成的優(yōu)勢(shì)在于高度集成,，布線面積更小,，但I(xiàn)SP效果不算頂格；并且圖像傳感器+ISP的方式,，隨著高像素,、高畫質(zhì)的需求不斷提升，傳感器的尺寸會(huì)變大,，散熱可能會(huì)成為問題,；獨(dú)立的ISP性能更優(yōu)秀，比如高動(dòng)態(tài)氛圍多級(jí)去噪處理,、整體功耗更低等,，但是對(duì)于下游設(shè)計(jì)有一定的技術(shù)門檻,，只有足夠豐富的調(diào)優(yōu)經(jīng)驗(yàn)等,，才能充分發(fā)揮其全部能力。

　　不同的技術(shù)路線,，也催生了商業(yè)模式的創(chuàng)新,。例如英偉達(dá)方面，就和中科創(chuàng)達(dá)進(jìn)行了Jetson和DRIVE的驅(qū)動(dòng)開發(fā)和畫質(zhì)調(diào)優(yōu)（ISP Tuning）的合作,，目前中科創(chuàng)達(dá)擁有英偉達(dá)專用實(shí)驗(yàn)室,，以及基于DRIVE 和 Jetson 兩大平臺(tái)的專業(yè)驅(qū)動(dòng)、畫質(zhì)調(diào)優(yōu),、畫質(zhì)測(cè)試（IQ test）團(tuán)隊(duì),，為其生態(tài)伙伴提供全面系統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)和跟蹤式問題解答支持。

　　ISP IP的進(jìn)擊

　　車載ISP的增長(zhǎng)潛力,，IP廠商早在六七年前就已看到,。

　　2016年，Arm收購了一家成像技術(shù)開發(fā)商Apical,，其中一個(gè)目標(biāo)應(yīng)用就是高端車載應(yīng)用領(lǐng)域的ADAS系統(tǒng),。當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)視覺還處于開發(fā)早期階段,，專用的圖像計(jì)算解決方案顯露出一定的增長(zhǎng)潛力,。

　　收購之后的第二年，Arm發(fā)布了旗下第一款I(lǐng)SP Mali-C71,，專門面向ADAS,。此后，Arm在該領(lǐng)域不斷投入,。今年6月,，Arm發(fā)布Mali-C55,，這是 Arm 迄今為止面積最小且可配置性最高的 ISP 產(chǎn)品，它可以識(shí)別時(shí)速 75 英里 （約 120.7 公里） 速度下移動(dòng)的車輛車牌,。Mali-C55 具備8個(gè)獨(dú)立輸入的多攝像頭功能,，可支持高達(dá) 8K 的圖像分辨率和 4800 萬像素的最大圖像尺寸，可通過多種功能實(shí)現(xiàn)較高的圖像質(zhì)量,。同時(shí),，Mali-C55 的芯片面積僅為前幾代產(chǎn)品的近一半，并且可提供更強(qiáng)大的功能,，大幅減少功耗并延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間,，與此同時(shí)，還降低了這些設(shè)備的成本,。

　　本土市場(chǎng)方面,，安謀科技于2020年12月推出了自研的首款產(chǎn)品“玲瓏” i3/i5 ISP處理器。根據(jù)前期的市場(chǎng)反饋,，“玲瓏”i3/i5 ISP 處理器在寬動(dòng)態(tài)處理效果和信噪比處理水平方面表現(xiàn)較好,。依托數(shù)字寬動(dòng)態(tài)與融合寬動(dòng)態(tài)結(jié)合的算法技術(shù)，“玲瓏” i3/i5 ISP 處理器達(dá)到了像素級(jí)的局部寬動(dòng)態(tài)自適應(yīng)提升,，并采用多尺度,、多級(jí)降噪技術(shù)，以支持 2D/3D 自適應(yīng)降噪,，達(dá)到更好的信噪比表現(xiàn),。

　　除了IP廠商，芯片廠商也在加碼自研ISP,，目的是進(jìn)一步提升圖像效果,，樹立品牌的差異化特點(diǎn)。比如酷芯微電子,，在其AI視覺芯片中就采用了自研的ISP和NPU,。其自主研發(fā)的ISP在2D降噪、3D降噪,、HDR,、去霧、EIS等各方面都進(jìn)行了優(yōu)化,。

　　黑芝麻也推出了自研的車規(guī)級(jí)圖像處理器NeuralIQ ISP,，可支持12路高清相機(jī)接入，單芯片每秒可處理15億像素圖像,，可以支持多路攝像頭并行實(shí)時(shí)地處理,。

　　車載ISP創(chuàng)新方向？

　　不論是獨(dú)立ISP,，還是ISP集成于SoC或ISP+圖像傳感器,，每種技術(shù)路線的廠商都在爭(zhēng)奪ISP的制高點(diǎn),。

　　有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，ISP的增長(zhǎng)是確定的,，更符合產(chǎn)業(yè)需求和用戶需求的ISP芯片,，應(yīng)該具備三大特征：

　　從供應(yīng)鏈層面滿足需求，具有應(yīng)對(duì)不確定性的彈性,，一方面要包含差異化的軟硬件基礎(chǔ),，另一方面要更注重本土自研的創(chuàng)新。

　　更高的性能,。滿足自動(dòng)駕駛對(duì)圖像畫質(zhì)更高精度的需求,，比如捕捉非常大的視覺動(dòng)態(tài)范圍，并且比人眼更精準(zhǔn)地識(shí)別暗處和明亮的圖像細(xì)節(jié),，以保證行車及路人的安全,。

　　更低的功耗。耗電,、發(fā)熱等問題可能會(huì)影響整體部署成本和用戶體驗(yàn),，這就要求ISP的創(chuàng)新不能以能效為代價(jià)，要更好地滿足實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛過程中的現(xiàn)實(shí)需要,。

　　寫在最后

　　ADAS及自動(dòng)駕駛的視覺感知競(jìng)爭(zhēng)正在進(jìn)入縱深階段,，這其中，高像素?cái)z像頭已經(jīng)成為趨勢(shì),，而關(guān)乎圖像處理質(zhì)量的ISP已經(jīng)成為競(jìng)爭(zhēng)高地。

　　由于攝像頭在智能化,、分辨率,、幀率等方面要求越來越高，智能攝像頭除了包含基本的CPU,，更多地使用ISP和ML加速器將成為常態(tài),。性能強(qiáng)大的ISP處理器，將有助于提升自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)鏈的智能化水平,。

　　基本可以判定的是,，低端市場(chǎng)可能會(huì)沿用原有架構(gòu)的產(chǎn)品，但專用處理ISP和ML加速器可能會(huì)被越來越多地使用,，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)高效的系統(tǒng)設(shè)計(jì),，為數(shù)據(jù)類型和處理匹配相應(yīng)的 ISP非常重要。

　　ISP對(duì)于汽車視覺具有重要意義,，隨著技術(shù)的演進(jìn),，一些最新的 ADAS 應(yīng)用，都將對(duì)車載圖像處理提出更高要求,，一方面是高質(zhì)量的圖像獲取,，另一方面是對(duì)圖像的快速處理和分析,，這就使得越來越多的 ADAS 芯片需要通過ISP對(duì)畫面進(jìn)行多重曝光處理、去噪與合成,。而隨著每輛汽車攝像頭數(shù)量的增加以及傳感器融合技術(shù)變得越來越智能,，功能強(qiáng)勁的ISP 將會(huì)變得越來越重要。

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