詳解ADAS關(guān)鍵技術(shù)

從上世紀50年代早期的電動(dòng)車(chē)窗到當今最新的 汽車(chē)駕駛系統，豪華汽車(chē)所具有的高端特性隨著(zhù)時(shí)間的推移最終都應用到中端和經(jīng)濟型汽車(chē)上，成為必備的電子和電氣系統。

ADAS 技術(shù)能夠不僅僅應用在豪華汽車(chē)上，部分原因是出于競爭的考慮，但并不是唯一因素。政府規章制度也是一個(gè)重要因素。例如，在美國，國家高速運輸安全管理局正在制定強制安裝后視攝像機的政策，據此，預計 2018 年車(chē)載攝像機將達到 6 千萬(wàn)臺。

安裝了 ADAS 的車(chē)輛在保險上有折扣也是推動(dòng) ADAS 廣泛應用的另一因素。這類(lèi)優(yōu)惠有一定的統計意義。當駕駛員駕駛車(chē)輛開(kāi)始偏離車(chē)道時(shí)，系統會(huì )發(fā)出告警，在夜間，系統也能夠增強駕駛員的能見(jiàn)度，從而避免了事故的發(fā)生，挽救了生命。

ADAS 得到廣泛應用的決定性因素還是成本。雖然 ADAS 技術(shù)越來(lái)越復雜，但是傳感器和處理器技術(shù)的進(jìn)步——在很少的元器件中集成多種功能，現在可以支持工程師以中端甚至是經(jīng)濟型汽車(chē)能夠承受的價(jià)格來(lái)設計 ADAS 應用。成本的降低以及通過(guò)功能集成來(lái)降低復雜度是推動(dòng) ADAS 技術(shù)在各類(lèi)車(chē)輛中得以廣泛應用的關(guān)鍵因素。

功能的多樣性

在其所有預期中，ADAS 技術(shù)也給汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)了很多挑戰。正如很多技術(shù)處于其早期階段一樣，ADAS 應用曾涉及到很多發(fā)展方向，并不能明確哪一方向最終會(huì )推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展。撰寫(xiě)本文時(shí)，日立公司關(guān)注于采用兩臺前向攝像機多路傳感器方法來(lái)探測距離 100 米以外的物體。這一技術(shù)被稱(chēng)為“眼睛視覺(jué)”，在 2013 款力獅和傲虎車(chē)型上得到了應用。

系統：車(chē)道偏離報警

傳感器：攝像機

當車(chē)輛離開(kāi)其車(chē)道，或者接近道路邊緣時(shí)，LDW 系統發(fā)出聲音報警或者動(dòng)作報警(通過(guò)輕微的振動(dòng)方向盤(pán)或者座椅來(lái)實(shí)現)。當車(chē)輛速度超過(guò)一定閾值(例如，大于 55 英里)，車(chē)輛沒(méi)有打開(kāi)轉向信號燈時(shí)，這些系統會(huì )開(kāi)始發(fā)揮作用。當車(chē)輛行駛，其相對于車(chē)道標志線(xiàn)的位置表明車(chē)輛有可能偏離車(chē)道時(shí)，需要通過(guò)攝像機系統來(lái)觀(guān)察車(chē)道標志。雖然對于所有車(chē)輛制造商而言這些應用需求是相似的，但是每一廠(chǎng)商都采用了不同的方法，使用一臺前視攝像機，一臺后視攝像機，或者雙路/立體前視攝像機。出于這一原因，很難采用一種硬件體系結構來(lái)滿(mǎn)足各種不同類(lèi)型的攝像機要求。需要采用靈活的硬件體系結構來(lái)提供不同的實(shí)現選擇。

系統：自適應巡航控制

傳感器：雷達

過(guò)去十年中，豪華汽車(chē)采用了 ACC 技術(shù)，這一技術(shù)目前也在更廣泛的市場(chǎng)上得到了應用。傳統的巡航控制技術(shù)設計用于保持車(chē)輛以恒定的車(chē)速行駛，與此不同，ACC 技術(shù)使車(chē)速與交通狀況相適應，如果與前車(chē)距離太近，則會(huì )降速，在路況允許時(shí)，會(huì )加速到上限。這些系統通過(guò)使用安裝在車(chē)輛前部的雷達來(lái)實(shí)現。但是，由于雷達系統不能識別某一目標的大小和形狀，而且其視場(chǎng)也相對較窄，因此，應用時(shí)要結合攝像機。難點(diǎn)在于，目前所使用的攝像機和 雷達傳感器還沒(méi)有標準配置。因此，還是需要靈活的硬件平臺。

系統：交通標志識別

傳感器：攝像機

正如其名稱(chēng)所示，交通標志識別(TSR)功能使用前向攝像機結合模式識別軟件，可以識別常見(jiàn)的交通標志(限速、停車(chē)、掉頭等)。這一功能會(huì )提醒駕駛員注意前面的交通標志，以便駕駛員遵守這些標志。TSR 功能降低了駕駛員不遵守停車(chē)標志等交通法規的可能，避免了違法左轉或者無(wú)意的其他交通違法行為，從而提高了安全性。這些系統需要靈活的軟件平臺來(lái)增強探測算法，根據不同地區的交通標志來(lái)進(jìn)行調整。

系統：夜視

傳感器：R IR 或者熱成像攝 像機

夜視(NV)系統幫助駕駛員在很暗的條件下識別物體。這些物體一般超出了車(chē)輛大燈的視場(chǎng)范圍，因此，NV 系統針對在前方道路上行駛的車(chē)輛提前發(fā)出報警，幫助駕駛員避免撞車(chē)事件的發(fā)生。

NV 系統使用各種攝像機傳感器和顯示器，具體與生產(chǎn)商有關(guān)，但一般都屬于兩種基本類(lèi)型：主動(dòng)式和被動(dòng)式。

● 主動(dòng)系統，也稱(chēng)為近 IR 系統，帶電耦合器件(CCD)攝像機和 IR 燈源相結合，在顯示器上呈現黑白圖像。這些系統的分辨率很高，圖像質(zhì)量也非常好。其典型的可視范圍是150 米。這些系統能夠看清楚攝像機視場(chǎng)范圍內的所有物體(包括沒(méi)有熱輻射的物體)，但是，在雨雪環(huán)境下，效率要大打折扣。

● 被動(dòng)系統不使用外部光源，而是依靠熱成像攝像機，利用物體自然熱輻射來(lái)采集圖像。這些系統不會(huì )受到對面來(lái)車(chē)大燈的影響，也不會(huì )受到惡劣天氣狀況的影響，其探測范圍達到 300 米至 1000 米。這些系統的缺點(diǎn)在于圖像是顆粒狀的，功能受限于較溫暖的氣候狀況。而且，被動(dòng)式系統只能探測有熱輻射的物體。被動(dòng)式系統結合視頻分析技術(shù)，可以清楚的顯示車(chē)輛前方道路上的物體，例如，行人等。在 NV 系統中，有多種體系結構選擇，每一種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。為提高競爭力，汽車(chē)生產(chǎn)商應支持多種攝像機傳感器，在通用、靈活的硬件平臺上實(shí)現這些傳感器。

系統：自適應遠光控制

傳感器：攝像機

自適應遠光控制(AHBC)是一種智能大燈控制系統，使用了攝像機來(lái)探測交通狀況(對面來(lái)車(chē)以及同向交通狀況)，根據這些狀況，調亮或者調暗遠光燈。 AHBC 系統支持駕駛員盡可能在最大照亮距離上使用遠光，而不必在其他車(chē)輛出現時(shí)手動(dòng)調暗大燈，不會(huì )分散駕駛員注意力，從而提高了車(chē)輛的安全性。在某些系統中，甚至可以分別控制大燈，調暗一個(gè)大燈，而同時(shí)另一個(gè)大燈正常點(diǎn)亮。AHBC 與 LDW 和 TSR 等前視攝像機系統是相輔相成的。這些系統不需要高分辨率攝像機，某一款車(chē)輛如果已經(jīng)在 ADAS 應用中采用了前視攝像機，那么這一特性的性?xún)r(jià)比會(huì )非常高。

系統：行人/ / 障礙物/ / 車(chē)輛探測( PD )

傳感器：攝像機、雷達、 IR

行人(以及障礙物和車(chē)輛)探測(PD)系統完全依靠攝像機傳感器來(lái)深入感知周?chē)h(huán)境，例如，采用一臺攝像機，或者在更復雜的系統中采用立體攝像機。“類(lèi)別變量”(衣著(zhù)、燈光、大小和距離)的差異會(huì )很大，背景復雜而且不斷變化，以及傳感器置于移動(dòng)平臺(車(chē)輛)上等因素，導致很難確定移動(dòng)中行人的視覺(jué)特征，因此，采用 IR 傳感器能夠增強 PD 系統。雷達也可以增強車(chē)輛探測系統，它提供很好的距離測量功能，在惡劣的天氣條件下，性能表現出眾，能夠測量車(chē)輛的行駛速度。這一復雜的系統需要使用同時(shí)來(lái)自多個(gè)傳感器的數據。(后面會(huì )詳細討論這一被稱(chēng)為傳感器融合的過(guò)程。)