為配備集成處理器的ADAS域控制器構建多攝像頭視覺(jué)感知系統

當我們開(kāi)車(chē)穿過(guò)社區和城鎮并看到孩子們在步行和騎自行車(chē)時(shí)，我們會(huì )意識到道路安全的重要性。美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 2021 年的一項研究顯示，在美國，平均每天有 20 名行人在交通事故中喪生——每 71 分鐘就有一名行人死亡。世界衛生組織在 2022 年的一項研究中發(fā)現，每年有 130 萬(wàn)人因道路交通事故死亡其中一半以上是行人、騎自行車(chē)和騎摩托車(chē)的人。不幸的是，駕駛員分心是造成這些事故的主要原因之一，而這種分心的趨勢似乎每年都在增加。

高級駕駛輔助系統 (ADAS) 有助于減輕駕駛分心的影響，從而為駕駛員、行人和弱勢道路群體提供周全的保護。為了達到五星安全等級并滿(mǎn)足監管要求，需要增加備用攝像頭、前置攝像頭和駕駛監控系統。因此，許多制造商正在改進(jìn)其車(chē)輛架構，以在 ADAS 域控制器中集成各種主動(dòng)安全功能。

域控制器通常需要：

●   與多種傳感器連接的能力：數量、模式和分辨率。

●   用于感知、駕駛和停車(chē)應用的視覺(jué)、人工智能 (AI)和通用處理。

●   與低帶寬和高速車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的連接。

●   功能安全和保障可防止關(guān)鍵器件遭到破壞。

ADAS域控制器的處理和系統要求

對系統內存、計算性能和輸入/輸出 (I/O) 帶寬日益增長(cháng)的需求使系統設計變得更加復雜，并提高了系統成本。如今的高端 ADAS 系統使用多個(gè)不同分辨率的攝像頭，并在汽車(chē)周?chē)鋫淞烁鞣N雷達傳感器，以提供駕駛環(huán)境的完整視圖。對于從傳感器收集的每組圖像，AI 和計算機視覺(jué)支持的檢測和分類(lèi)算法都需要以每秒高幀率運行，以準確地解釋場(chǎng)景。這給系統和軟件設計人員帶來(lái)了多項挑戰，包括將這些傳感器連接到處理系統、將其內容傳輸到存儲器中，以及同步數據以供分類(lèi)算法實(shí)時(shí)處理。

德州儀器 (TI) 的 TDA4VH-Q1 片上系統 (SoC)（如圖 1 所示）集成了視覺(jué)預處理、深度和運動(dòng)加速、AI 網(wǎng)絡(luò )處理、汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )接口和安全微控制器 (MCU) 等功能。TPS6594-Q1 電源管理集成電路經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可在需要滿(mǎn)足汽車(chē)安全完整性等級 (ASIL) D 的應用中為 TDA4VH-Q1 供電，包括一些功能安全特性，比如電壓監測、TDA4VH-Q1 SoC 的硬件錯誤檢測，以及一個(gè)問(wèn)答看門(mén)狗，用于監測 SoC 上的 MCU 是否存在導致鎖定的軟件錯誤。

圖1 TDA4VH-Q1 SoC的簡(jiǎn)化圖

支持多攝像頭視覺(jué)感知

需要提高處理器性能的 ADAS 應用示例之一是多攝像頭視覺(jué)感知。在汽車(chē)周?chē)惭b攝像頭可提供 360 度視野，有助于防止正面碰撞，并幫助駕駛員對盲點(diǎn)和鄰近車(chē)道的交通和行人活動(dòng)保持警惕。

Phantom AI 利用 TI 的 J784S4 處理器開(kāi)源軟件開(kāi)發(fā)套件 (SDK)，為 TDA4VH-Q1 開(kāi)發(fā)了一個(gè)多攝像頭視覺(jué)感知系統。Phantom AI 的 PhantomVision? 系統為 TDA4VH-Q1 處理器提供了一整套 ADAS 功能，從符合歐盟通用安全法規到符合美國汽車(chē)工程師學(xué)會(huì ) (SAE) L2 級和 L2+ 級標準。除了車(chē)輛、弱勢道路群體、自由空間、交通標志和交通信號燈檢測等基本功能外，PhantomVision? 還包括了施工區域、轉向燈和尾燈檢測以及基于 AI 的自我路徑預測等附加功能。其多攝像頭感知系統由前視、側視和后視攝像頭組合而成，可全方位覆蓋車(chē)輛的 360 度視野，有助于消除盲點(diǎn)（圖 2）。

圖2 Phantom AI使用的360度視野的攝像頭位置

通過(guò)利用 TDA4VH-Q1 的高性能計算、深度學(xué)習引擎和用于信號和圖像預處理的專(zhuān)用加速器的組合，Phantom AI 使實(shí)時(shí)操作成為可能。專(zhuān)用視覺(jué)預處理加速器可處理相機流水線(xiàn)，包括圖像捕捉、色彩空間轉換和多尺度圖像金字塔構建。結合德州儀器的深度學(xué)習庫，TDA4VH-Q1 的每秒數萬(wàn)億次高速運算多核數字信號處理器和矩陣乘法輔助引擎可提供具有快速算法和最小 I/O 操作調度的高效神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，從而實(shí)現高精度和低延遲。

結語(yǔ)

為 SAE L2 級和 L2+ 級駕駛構建復雜的多傳感器 ADAS 系統并不需要水冷式超級計算機。借助TI TDA4VH-Q1 這一類(lèi)設計精良的 SoC，并由 Phantom AI 等專(zhuān)業(yè)汽車(chē)工程師進(jìn)行設計和開(kāi)發(fā)，可以向市場(chǎng)推出符合功能安全要求的高性?xún)r(jià)比系統。雖然我們對自動(dòng)駕駛的未來(lái)充滿(mǎn)熱情，但設計符合功能安全要求的經(jīng)濟高效系統的真正目的是使我們的世界變得更加安全。使 ADAS 技術(shù)惠及更多汽車(chē)市場(chǎng)領(lǐng)域（使更多汽車(chē)配備更多 ADAS），為駕駛員和行人帶來(lái)更好、更安全的體驗。