高級輔助駕駛系統(ADAS)的市場(chǎng)發(fā)展趨勢及應用
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●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?！邦?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。)
系統：駕駛員困倦報警
傳感器：車(chē)內IR攝像機
困倦報警系統監視駕駛員的面部，測量其頭部位置、眼睛(張開(kāi)/閉上)以及其他類(lèi)似的報警指示。如果確定駕駛員有進(jìn)入睡眠的跡象，或者看起來(lái)意識不清，該系統會(huì )發(fā)出報警。有些系統還監視心率和呼吸。設想但是還沒(méi)有實(shí)現的功能包括使車(chē)輛靠近路邊行駛，最終靠邊停下來(lái)。
需求：靈活的高性能技術(shù)平臺
雖然很難詳細預測這些功能的未來(lái)發(fā)展，以后會(huì )應用到什么程度，但是，從技術(shù)角度看，有幾點(diǎn)是明確的：
●沒(méi)有一種單一的體系結構能夠滿(mǎn)足新出現的各類(lèi)應用需求。
●需要采用靈活的平臺適應市場(chǎng)發(fā)展趨勢，實(shí)現最新的功能，同時(shí)滿(mǎn)足成本、規劃和性能目標。
●要滿(mǎn)足ADAS應用的高性能需求，應在軟件和硬件上達到均衡。
●系統使用多個(gè)不同類(lèi)型的傳感器來(lái)完成安全相關(guān)任務(wù)，這類(lèi)系統今后的發(fā)展會(huì )比較強勁。
信號融合
需要特別注意的是，大部分ADAS應用需要對來(lái)自多個(gè)傳感器的多路信號進(jìn)行處理和分析，包括，視頻攝像機、雷達、紅外傳感器，以及今后可能出現的激光等其他傳感器信號。例如，危險探測不僅僅需要對來(lái)自多個(gè)攝像機的數據流進(jìn)行集成和分析，而且，如果要用在全天候各種天氣條件下，還必須采用雷達數據。傳感器融合這一術(shù)語(yǔ)用于描述ADAS應用中不同信號的集成。
處理信號融合這一難題的一種算法解決方案是Kalman濾波，它集合了很多種算法。這是說(shuō)明ADAS任務(wù)有多復雜的一個(gè)很好的例子。例如，Kalman濾波能夠集成視頻和雷達輸入信號，使用這些數據來(lái)生成當前環(huán)境的快照。然后，它在這些快照上應用名為“航位推測”的過(guò)程，根據物理條件，計算周?chē)h(huán)境“可能”會(huì )出現什么狀況。例如，它估算周?chē)?chē)輛的新位置，確定路邊的樹(shù)木沒(méi)有移動(dòng)等。然后，Kalman濾波功能對比這兩類(lèi)快照，在可信度基礎上，估算出應采取哪些措施。例如，如果汽車(chē)使用了ACC，車(chē)頭距離太近，那么，可以減速，或者剎車(chē)。
ECU的角色
控制這些過(guò)程的電子設備集成到發(fā)動(dòng)機控制單元(ECU)中。這些系統最初應用到汽車(chē)中是為了通過(guò)控制燃油噴射、點(diǎn)火時(shí)間、怠速等功能，滿(mǎn)足環(huán)境標準要求，而現在這些系統的功能越來(lái)越多了。一般而言，分別開(kāi)發(fā)這些功能(例如，雷達和攝像機)，逐個(gè)集成到車(chē)輛中，導致由多個(gè)ECU完成多種功能。從成本的角度看，這并不是理想的方法。更好的方法是，將很多傳感器的輸出連接至一個(gè)處理單元，進(jìn)行傳感器融合，更可靠的理解車(chē)輛的狀況，在軟件中開(kāi)發(fā)相應的應對策略。但是，這一集成方法所需要的計算能力已經(jīng)遠遠超出了中端車(chē)輛的成本預算。為能夠同時(shí)滿(mǎn)足性能、成本需求，象軟件一樣靈活，很多體系結構采用了現場(chǎng)編程陣列(FPGA)技術(shù)。
FPGA和傳統集成電路的不同在于，FPGA離開(kāi)工廠(chǎng)后是可編程的。這意味著(zhù)，可以對其進(jìn)行修改，在設計/產(chǎn)品周期后期，滿(mǎn)足最新傳感器獨特的輸出格式要求，以及最新的計算算法或者規范要求，因此，非常適合應用于各種體系結構，在最后一刻應用新特性。
Altera低成本Cyclone系列FPGA完全能夠適用于汽車(chē)領(lǐng)域，支持工程師將傳感器接口、圖像處理、通信接口和分析等多種功能集成到單片硅片器件中，減少了典型ECU體系結構的元器件數量，降低了復雜度。Altera FPGA采用了硬件加速功能來(lái)處理高清晰視頻的720p30 (720掃描線(xiàn)，每秒30幀)數據流，以及下一代傳感器的77-GHz輸入。與完全將這些算法集成到硬件中不同，Altera FPGA的高性能硬件和軟件可編程特性確保了能夠滿(mǎn)足ADAS應用嚴格的25至30-ms延時(shí)要求。
Altera FPGA不但在技術(shù)上非常出眾，而且縮短了設計周期，支持OEM和Tier 1生產(chǎn)商盡快將ADAS應用推向市場(chǎng)，不需要大幅度改動(dòng)硬件就能夠突出產(chǎn)品優(yōu)勢，從而進(jìn)一步增強了商業(yè)價(jià)值。此外，Altera還提供簡(jiǎn)單方便的專(zhuān)用集成電路(ASIC)引腳兼容移植途徑，降低了整個(gè)產(chǎn)品生命周期的成本。
總結
當今全球汽車(chē)市場(chǎng)的競爭和法規壓力促使生產(chǎn)商在其車(chē)輛中靈活的采用ADAS技術(shù)。Altera FPGA靈活的結合了技術(shù)和性能指標，是滿(mǎn)足這些目標要求的理想器件。
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