圖像識別在A(yíng)DAS系統中的應用

摘要：本文以Visconti2在豐田汽車(chē)中的應用為例，介紹了圖像識別在汽車(chē)ADAS系統中的應用。

　　隨著(zhù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的競爭日益激烈，汽車(chē)購買(mǎi)者將新技術(shù)視為購買(mǎi)新汽車(chē)的關(guān)鍵因素，使得某些高配置的平民品牌汽車(chē)在接受度上超過(guò)了豪華汽車(chē)的低配置汽車(chē)，加上歐洲、美國和日本等地道路安全局的要求和評分系統，使得ADAS輔助駕駛功能變成了一項必不可少的功能。

豐田汽車(chē)的ADAS系統

　　豐田汽車(chē)在輔助駕駛領(lǐng)域一向比較沉穩，而這次一改之前的作風(fēng)，將在主要市場(chǎng)全面部署安全駕駛輔助系統“Toyota Safety Sense”，從2015年開(kāi)始配備于日美歐市場(chǎng)銷(xiāo)售的車(chē)輛，計劃到2017年底配備所有乘用車(chē)。

　　豐田汽車(chē)的ADAS系統主要有兩種形式：

　　? 小型車(chē)(A級和B級)的“Toyota Safety Sense C”采用的是國內的Lidar和單眼攝像頭集中系統;

　　? 中高級車(chē)的“Toyota Safety Sense P”由Denso提供的77GHz頻帶毫米波雷達和單眼攝像頭構成，如圖1所示。

　　其中，后者(中高級車(chē)的“Toyota Safety Sense P”)提供的功能如表1所示。

Visconti2圖像識別處理器在A(yíng)DAS系統中的應用

　　Toyota Safety Sense P核心是Denso的毫米波雷達和單眼攝像頭。Denso的攝像頭采用了東芝Visconti2為核心處理器，對于圖像檢測算法而言，其任務(wù)需求為：

　　1)檢測前方所有的車(chē)輛;

　　2)檢測兩側車(chē)道線(xiàn);

　　3)測算與前方車(chē)輛的距離;

　　4)測算與前方車(chē)輛的相對速度和相對加速度;

　　5)檢測車(chē)道內的前方車(chē)輛：識別車(chē)輛依照的是對三個(gè)特征的檢測，即車(chē)輛后部的矩形、后輪和2個(gè)尾燈;

　　6)檢測彎道;

　　7)檢測行人。

　　通過(guò)這些功能，可以將圖像應用在感知系統和主動(dòng)安全功能控制里。在各個(gè)功能里，圖像處理和識別在環(huán)境感知中占據了很重要的地位，也給ADAS功能提供重要的支撐。如圖2所示，該系統可以實(shí)現路線(xiàn)偏差告警 (LDWS)、基于視覺(jué)的停車(chē)輔助、基于360度環(huán)視的停車(chē)輔助、遠近光調整 (HB/LB)、盲點(diǎn)識別(Blindspot)和交通信號識別 (TSR)等功能。

　　圖像系統可以分為傳感器和處理器兩部分。按照分工可以簡(jiǎn)單地描述為，處理器與攝像頭結合在一塊，處理完成后，給汽車(chē)的ECU發(fā)送信息，或者攝像頭通過(guò)圖像傳送給ECU之后，再在里面進(jìn)行處理，如圖3所示。

　　對于A(yíng)DAS系統中的圖像處理對芯片來(lái)說(shuō)，需要能不斷地增加功能并提高處理能力，需要支持對多目標的同時(shí)識別，包括車(chē)道線(xiàn)、車(chē)輛、行人和其他目標等，并且芯片本身功耗較低，運算較快。因此，圖像識別的芯片需要能夠實(shí)現硬件處理，增強識別能力，允許使用圖形特征實(shí)現快速且高精度的識別。采用圖像處理加速器可以提高運算速度，減輕MCU負擔，降低MCU主頻，降低芯片的整體功耗，可強化人體識別的特征，提高圖像識別的性能，如圖4所示。

　　從商業(yè)模式的角度考慮，構建一個(gè)多功能的系統，實(shí)現可配置的模式，在開(kāi)發(fā)上存在更多剪裁的空間。不同的OEM對供應商的要求并不相同，而且由于A(yíng)DAS的實(shí)際情況，上車(chē)會(huì )比較謹慎，所以顯示的策略是設計一個(gè)通用的模塊，然后通過(guò)配置不同的攝像頭和處理功能，可以完成一個(gè)類(lèi)似小的通用模塊的戰略，來(lái)實(shí)現不同的功能，如圖5所示。

　　在Visconti2上進(jìn)行圖像處理，可實(shí)現各種基于視覺(jué)的ADAS，如LDW、FCW、PD和TSR可以并行處理，通過(guò)4MPE和硬件加速器的結合可以同時(shí)實(shí)現多個(gè)程序需求，如圖6所示。

　　在Visconti2上進(jìn)行圖像處理優(yōu)點(diǎn)在于：

　　? 芯片的功耗較低，整個(gè)方案具有更大的彈性和自由度去規劃和定義環(huán)境感知的功能來(lái)實(shí)現ADAS系統;

　　? 對整車(chē)企業(yè)而言，實(shí)現品牌功能的差異化，對零部件企業(yè)而言，可以實(shí)現一定程度的功能價(jià)格對應。

　　但是，仍有以下不足之處：

　　? 由于芯片是豐田、Denso和東芝為單個(gè)特殊方案開(kāi)發(fā)的，完成單一功能的成本偏高;

　　? 自由度比較高，并不是一個(gè)完整交鑰匙的方案，對這個(gè)產(chǎn)品的應用有一定的門(mén)檻;

　　? 基于汽車(chē)電子安全打造，主頻和計算能力有一定的限制。

　　由于東芝、Denso和豐田的關(guān)系，方案會(huì )不斷演化，會(huì )進(jìn)一步支持夜視和更嚴格的歐洲NCAP要求關(guān)于對行人的AEB等功能。

　　目前，中國的汽車(chē)智能化也提上了日程，一方面，C-NCAP會(huì )在2018年將AEB納入新車(chē)的五星評級系統;另一方面，北京、上海和深圳等一些無(wú)人駕駛的示范區也在建設中，國內車(chē)企對本土技術(shù)需求較高，一些本土的企業(yè)，開(kāi)始切入ADAS算法領(lǐng)域，開(kāi)始展示demo的工程樣機。由于國外汽車(chē)電子在原有動(dòng)力總成本、底盤(pán)和安全領(lǐng)域的壟斷，國內車(chē)廠(chǎng)對ADAS系統技術(shù)的本土化訴求很高，這方面我們還有很大的前景。

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第7期第25頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。