汽车图像传感器行业，先进汽车图像传感器原理

向自动驾驶过渡的趋势，加上公众对无人驾驶汽车安全性的担忧，使得网络安全成为汽车原始设备制造商(OEM)的首要关注点。既要保证汽车系统的完整性，又要保证车辆的可控性，从而保证驾乘人员和行人的安全。网络安全对于通过网络连接的汽车子系统至关重要，对于高级驾驶员辅助系统(ADAS)和驾驶员监控中使用的图像传感器也至关重要。

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图像传感器相当于汽车的眼睛，支持ADAS功能，如车道偏离预警、行人检测和紧急制动。它们帮助汽车系统评估周围环境，监控驾驶员的行为。未来，他们还将帮助识别和验证汽车用户的身份，并监控他们的生命体征，以便在驾驶员失去行为能力时通过车载电脑控制汽车。因此，图像传感器必须保持正常使用，尤其是在汽车可能遇到的极端情况下。

网络安全威胁

汽车图像传感器主要受到四种网络安全威胁的影响:伪造、篡改、绕过和窃听(特别是车载应用)。

由于目前汽车半导体行业供应短缺，假冒产品呈上升趋势。虽然安装非正品部件可能没有恶意，但是会影响系统性能。因为非正品部分使用不同的启动流程、协议、固件和软件，最轻微的后果就是ADAS系统根本无法运行。最坏的情况下，系统使用性能严重退化的不合格元器件，会损害系统的安全功能。

自动紧急制动(AEB)系统的前提是其图像传感器具有清晰的特性(如高动态范围和低光性能)，并根据这些规范(如曝光控制和每秒帧数)进行校准。假的传感器可能看起来和真的一样，但是性能和特点却大不相同。比如，假相机可能使用了相同的传感器，但没有经过测试，无法保证最终的部件满足性能要求，这就可能表现为在高强度工作下出现故障。也就是说，它在正常条件下可以工作，但在其他条件下(如炎热、晴天或寒冷的冬夜)，它的性能会下降或干脆失效。一些复杂的仿冒品可能会模仿真实的传感器来支持初始化操作或简单的设备健康检查，但其在动态范围或帧率方面的性能会大大降低。由于AEB系统是使用正品零部件优化的，仿冒替代品的性能退化也会影响系统的性能，还可能带来灾难性的后果。例如，可能在汽车前方很远的地方就检测到了物体或行人，留下了几秒钟的反应时间。现在可能只能在几米内探测到，没有足够的时间避免碰撞(图1)。

图1:用假冒产品替换正品图像传感器的后果篡改图像传感器配置也会损害其性能。汽车系统通过编程来配置图像传感器，以优化机器视觉算法的图像质量，这些算法已经针对特定的实施方案进行了认证和测试。但是，如果有人(或程序)修改了配置，性能可能会受到影响。可能不再能够保证汽车系统能够正确感知面对汽车的场景(图2)。

图2:篡改图像传感器设置的后果如果图像传感器不能正常工作，汽车就会“失明”，无法察觉潜在威胁。图像传感器将原始视频数据提供给图像处理器，利用图像处理器提取前方障碍物的关键信息，使汽车做出适当的反应。例如，从传感器接收原始视频数据的系统可以发现正在靠近的车辆，并根据最安全的操作选择是否制动或驾驶汽车远离危险。如果图像传感器工作不正常，系统将不再接收原始视频数据，可能根本无法检测到正在靠近的车辆(图3)。

图3:确保符合规格的图像传感器异常操作的后果

2021年，联合国欧洲经济委员会(UNECE)工作组发布了UN-R155网络安全法规，要求OEM厂商建立网络安全管理体系(CSMS)。该条例于2022年7月生效，以应对上述日益增长的威胁。汽车供应商必须确保所有相关部件符合ISO 21434网络安全标准。虽然仅使用符合ISO 21434标准的零件还不足以满足联合国欧洲经济委员会的要求，但符合规范也是一个关键因素。

自2018年以来，onsemi在一些ADAS图像传感器中部署了网络安全功能，使其符合网络安全规范。这些传感器有望在2024年达到网络安全标准。认证功能使Anson的图像传感器能够向主机证明它是真品。这个过程是通过使用证书链或预共享密钥来实现的。为了保证视频数据的完整性，必须使用消息身份验证码(或MAC)来证明传感器和主机之间的视频数据流没有被篡改。最后，保护传感器控制和配置数据，防止使用MAC篡改特定的密钥寄存器。由于防篡改协议因系统而异，因此系统处理器在检测篡改时将拥有最终决定权。

总之，网络安全规范对于防止汽车图像传感器成为汽车复杂电子系统中的特洛伊木马非常重要。对于OEM来说，它需要比图像传感器中的网络安全控制电路更多的电路来满足规范。具有网络安全的图像传感器是使ADAS和车载监控系统完全符合网络安全规范的基本要求。