基于圖像識別的ADAS系統解決方案

     本文是從視覺(jué)系統在ADAS中扮演的角色、視覺(jué)系統構成以及核心部分的圖像識別芯片三部分了解此方向的發(fā)展。

1 第一部分 ADAS中的視覺(jué)系統
隨著(zhù)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)競爭激烈，汽車(chē)購買(mǎi)者將新技術(shù)視為購

圖1  未來(lái)的ADAS系統普及率 （Strategy Analytics）（公開(kāi)數據）

圖2  部分廠(chǎng)商系統表

買(mǎi)新汽車(chē)的決定關(guān)鍵，使得某些高配置平民品牌的汽車(chē)也在
接受度上超過(guò)了豪華車(chē)輛低配置接受度，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 駛系統變成了一個(gè)必需品。
如圖1所示，在各個(gè)功能里面視覺(jué)占據了一個(gè)很重要的 地位。在路線(xiàn)偏差告警 (LDWS)、停車(chē) 輔助（基于視覺(jué)）、停車(chē)輔助（360度環(huán) 視）、遠光近光調整 (HB/LB)、盲點(diǎn)識 別（Blindspot）和交通信號識別 (TSR) 等應用中。在不同級別的低成本、緊湊 級、中級車(chē)和豪華車(chē)里面，未來(lái)到處都 可以看到視覺(jué)系統在里面的身影。
首 先 以 日 系 車(chē) 輛 為 例 ， 這 里 簡(jiǎn) 單 說(shuō)明一下，來(lái)自日本國土交通省和汽車(chē) 事故對策機構NASVA的評測結果顯示， 大 部 分 自 動(dòng) 制 動(dòng) 器 啟 動(dòng) 速 度 區 間 為 1 0 -
60km/h，其中少部分為10-30km/h或者
10-25km/h， 探測方法則多數為光學(xué)雷 達、單眼攝像頭以及毫米波雷達。車(chē)道 偏離報警得分較高的車(chē)型大都探測方法 為 毫 米 波 雷 達 及 單 眼 攝 像 頭 ， 而 其 自 動(dòng)制動(dòng)器啟動(dòng)速度區間大多為10-60km/ h。從日本車(chē)企的角度分析，主系統和 復雜系統一起使用，裝配在不同等級的 車(chē)上。以日產(chǎn)車(chē)系為主，甚至在自動(dòng)制 動(dòng)方面都投身于視覺(jué)系統的方案里面。 先拿Eyesight來(lái)作為切入點(diǎn)，以立

圖3  算法布置的兩種架構和整個(gè)ADAS系統的構成

圖4  雙目/立體攝像頭產(chǎn)品圖  

圖5  立體攝像頭架構和立體攝像頭處理算法結構  

圖6    圖像處理芯片概覽

圖7    ADAS前端和周邊監測解決方案示例

體攝像頭為系統核心的。我們從富士重工攝像頭的系統的發(fā) 展歷程就可以看到其重要性 ?？梢哉f(shuō)，視覺(jué)系統的應用成熟 度 ， 關(guān) 乎 到 消 費 者 的 使 用
體 驗 和 系 統 成 本 ， 是 近 年 各 家汽車(chē)OE M、 Tie1廠(chǎng)家乃至 芯片公司投入的重點(diǎn)。2  第二部分 視覺(jué)系統
架構圖 像 系 統 可 以 分 傳 感 器 和 處 理 器 兩 部 分 ， 按 照 一 個(gè) 簡(jiǎn) 單 的 分 類(lèi) ， 處 理 器 與 攝 像 頭 結 合 在 一 起 處 理 后 交 由 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。
這 里 我 們 以 立 體 攝 像 頭 為 例 ， 這 些 分 別 是 各 大 知 名 品 牌 的 立 體 攝 像 頭 ， 其 內 部 的結構可如圖5所示。
車(chē) 規 級 攝 像 頭 要 求 嚴 格 ， 在 低 照 度 下 的 性 能 、 動(dòng) 態(tài)范圍、近紅外線(xiàn)（NIR）敏 感性、-40～+105℃寬溫度范 圍 下 的 圖 像 品 質(zhì) 、 長(cháng) 期 可 靠 性 、 圖 像 資 料 完 整 性 和 穩 健 性 等 方 面 的 要 求 ， 使 得 國 內 短期內在CCD和攝像頭本體 部 分 ， 做 起 來(lái) 很 困 難 。 其 實(shí) 所 有 的 汽 車(chē) 應 用 的 圖 像 傳 感 器 和 圖 像 處 理 芯 片 ， 都 要 求 符合AEC-Q100，并在ISO/TS
16949認證的設施中生產(chǎn)。

圖8   ADAS單目攝像頭后視監控解決方案示例

3  第三部分 芯片解決 方案
由 于 視 覺(jué) 系 統 其 最 初 在 汽 車(chē) 領(lǐng) 域 應 用 并 不 廣 泛 ， 在 消 費 電 子 、 安 防 領(lǐng) 域 有 著(zhù) 較
為廣泛的應用，但是隨著(zhù)汽車(chē)電子的發(fā)展，其目前在汽車(chē)應用領(lǐng)域雖然有著(zhù)很高的可靠性和安全性的門(mén)檻，但也并非是 牢不可破。如下圖6所示，其中ST Micro EyeQ2已經(jīng)從2代演 化到了4代，市場(chǎng)份額比較高。目前較受關(guān)注的ADAS芯片產(chǎn) 品也請見(jiàn)圖6。
對于圖像檢測算法而言，其任務(wù)需求基本分為：
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（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；
8）識別交通信號。
這里需要提及的是東芝半導體的最新Visconti 3系列圖像 識別處理器，擁有1-4個(gè)圖像采集通道、兩個(gè)Cortex A9處理 核心、64GB屏蔽式堆讀內存Mask ROM以及2MB SRAM、單 通道PCI Express接口。這一系列芯片采用多核、高度并行、 并發(fā)架構，低功耗，高性能，能夠快速地進(jìn)行視覺(jué)運算和處 理，圖案檢測和識別。其中多核架構，可一次運行多達4個(gè) 應用，包括LDW：車(chē)道偏離警告，FCW：正向碰撞警告， PD：行人檢測，TSR：交通標志識別。高速圖像識別 方面 可以通過(guò)HWA （硬件加速器）實(shí)現高速處理 。速度比1G CPU快50倍，典型功耗為1.2W，非常適合汽車(chē)電子應用。4    第 四 部 分    東 芝
ViscontiTM解決方案
東 芝 提 供 多 種 最 新 一 代 的 ADAS解決方案，包括可平行運 行多個(gè)識別應用的圖像識別處理 器以及輸出級予以?xún)?yōu)化以提供最 大系統效率的系統電源IC等。
其 中 ， 針 對 A D A S 前 端 和
周邊監測解決方案，ViscontiTM TMPV75和TMPV76系列的圖像 識 別 處 理 器 能 夠 實(shí) 時(shí) 處 理 器 能 夠實(shí)時(shí)處理從一個(gè)至四個(gè)攝像頭的輸入圖像（并允許最多 連接8個(gè)攝像頭）。TMPV75和TMPV76系列可平行運行多個(gè) ADAS應用，以識別車(chē)輛、行人、交通線(xiàn)路、交通標識以及 車(chē)輛周?chē)念?lèi)似對象?？赡艿膽冒ㄜ?chē)輛檢測和碰撞警 告；行人監測和碰撞警告；扯到檢測和偏離警告；交通標識 識別；以及紅燈信號檢測。TMPV75和TMPV76系列結合了高性能和低功耗熱點(diǎn)。
而 針 對 A D A S 單 目 攝 像 頭 后 視 監 控 解 決 方 案 （ 后 方 監 視 器 、 電 子 后 視 鏡 、 電 子 車(chē) 門(mén) 后 視 鏡 ） 而 言 ， 東 芝 的 TMPV7502XBG采用了單目攝像頭的單一視頻輸入接口通 道，所以同時(shí)具有高圖像識別性能和低功耗特點(diǎn)（東芝測量 的值為0.6W典型值）。所以，TMPV7502XBG可提供小型封 裝。它適用于后方監視器、電子后視鏡和電子車(chē)門(mén)后視鏡應 用，用于提供車(chē)輛和行人的識別以及移動(dòng)對象的檢測功能。 視覺(jué)系統的限制運用條件比較多，這里可以從現有的 系統中看到，所以一般也是作為系統感知源的一部分。圖像 識別處理器是ADAS的一部分構成和信息來(lái)源，但也受制于 一些客觀(guān)因素，例如糟糕夜視環(huán)境、惡劣天氣（如霧霾、暴 雪）等。東芝半導體也在不斷地針對更多的環(huán)境因素，更新 和改善我們的解決方案，東芝一直致力于改善人民的生活質(zhì) 量，就汽車(chē)電子而言，東芝希望提供領(lǐng)先的、以未來(lái)為導向 的半導體技術(shù)，以此提供改進(jìn)駕駛安全性的汽車(chē)半導體器件 以及全面的駕駛員輔助解決方案，為人民生活帶來(lái)更多的便捷。