基于視覺(jué)處理的ADAS系統實(shí)現

高級駕駛員輔助系統(ADAS)在未來(lái)幾年將出現大幅增長(cháng)。主要原因之一是安全意識的增強，以及客戶(hù)對駕乘舒適度要求的提高。但最重要的原因是歐洲新車(chē)安全評鑒協(xié)會(huì )(Euro NCAP)加強了安全要求，這將促使明年ADAS設備安裝率從個(gè)位數上升到幾乎100%。因此，可商業(yè)化運行的解決方案無(wú)疑是當務(wù)之急。

這是為了滿(mǎn)足當今大容量標準設備和一般客戶(hù)選擇功能的全新部署要求。ADI公司最近推出了全新的ADAS處理器系列(即Blackfin ADSP-BF60x系列)，以滿(mǎn)足這一新興巨大市場(chǎng)的需求。這一全新系列目前已推出兩款處理器，能夠滿(mǎn)足基于攝像頭的解決方案的全新需求。

根據需要解決的ADAS任務(wù)不同，如今的系統中采用了不同類(lèi)型的傳感器。針對車(chē)輛附近的近場(chǎng)和遠場(chǎng)環(huán)境監控，可將雷達、超聲、激光雷達、PMD、攝像頭和夜視攝像頭用作單傳感器或多傳感器系統。后者結合傳感器數據，可以根據需求實(shí)現更加精確的結果。攝像頭系統將進(jìn)一步得到改善，可以看到車(chē)內以便分析駕駛員的狀態(tài)。駕駛員的狀態(tài)和預測分析可用于更好地過(guò)濾ADAS系統未來(lái)會(huì )產(chǎn)生的各種警告信息。其目的是不要讓無(wú)關(guān)的警告信息充斥駕駛員。如果系統檢測到一名運動(dòng)型轎車(chē)的駕駛員正全神貫注地看著(zhù)前方的交通狀況，過(guò)早警告他緊跟著(zhù)一輛汽車(chē)可能會(huì )讓人不勝其擾。然而，如果知道駕駛員正在分神玩手機，或者快睡著(zhù)了，同樣的情況下，及早發(fā)出警告甚至做出剎車(chē)動(dòng)作可能就非常合適。

ADAS系統可以擴大車(chē)外視野，并對物體進(jìn)行檢測和分類(lèi)，系統還可以確定駕駛員的狀態(tài)。這類(lèi)系統的目的都是為了提高道路安全性，其也將很快成為新車(chē)標準設備的一部分。ADAS系統提升了駕乘舒適性和經(jīng)濟性，例如，可以在發(fā)生傾斜之前及時(shí)控制換檔。這會(huì )進(jìn)一步提高駕駛員對系統的認可度，并使汽車(chē)制造商實(shí)現市場(chǎng)上除標準ADAS設備以外的其他可選功能。

Euro NCAP推動(dòng)ADAS部署

Euro NCAP測試并公布了歐洲市面上車(chē)輛的安全性。測試采用透明的測試方法，測試分為四個(gè)種類(lèi)：成人乘客保護、兒童乘客保護、行人保護和安全輔助(如安全帶提醒)。最終，Euro NCAP給出了五星級安全性評價(jià)，這一結果將在其網(wǎng)站上公布。每一個(gè)安全等級(一至五星)都需要達到四類(lèi)中每一類(lèi)的最低分，同時(shí)達到最低總分。

預計到2017年，如果不安裝ADAS系統，汽車(chē)將無(wú)法達到期望的五星級要求。因此，汽車(chē)制造商屆時(shí)將至少采用一套ADAS系統作為標準設備。從Euro NCAP的評級方案和近年來(lái)的變化對比中我們可以看到目前的考查重點(diǎn)。2011至2012年間，行人保護的最低得分要求提升了50%。這進(jìn)一步提升了ADAS攝像頭的重要性，這是因為其不僅能對行人等對象進(jìn)行檢測和分類(lèi)，還可以根據評級方案要求對模糊不清的行人進(jìn)行檢測和分類(lèi)。

攝像頭促成標準設備

基于攝像頭的ADAS并非新技術(shù)——這項技術(shù)在過(guò)去幾年中逐漸成熟，但大多數時(shí)候都被視為高級品牌轎車(chē)上的客戶(hù)選配。這項技術(shù)不斷完善，如今已經(jīng)顯現出巨大作用，能夠滿(mǎn)足新興的Euro NCAP要求。然而，我們必須反思這項技術(shù)，因為標準設備業(yè)務(wù)將其在商業(yè)方面的價(jià)值推到了公眾的焦點(diǎn)。過(guò)去，系統往往復雜且具有高性能，而目前所面臨的任務(wù)卻大不相同。如今的ADAS系統必須在適當的商業(yè)水平下恰好滿(mǎn)足所需的功能。系統提供商和器件供應商(如ADI公司)如今面臨著(zhù)權衡問(wèn)題：既要實(shí)現具有商業(yè)吸引力的解決方案，又要保持OEM差異化生產(chǎn)的自由性。

ADI公司很早就涉足駕駛員輔助系統開(kāi)發(fā)，并不斷投資這項新興技術(shù)。如今，ADI公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一套先進(jìn)的專(zhuān)用ASAD解決方案，目前首批推出的兩款針對基于攝相機系統的處理器開(kāi)始樣片。從一開(kāi)始，以ADAS攝像頭為中心的處理器的規格目標就是減少總擁有成本(ToC)，同時(shí)又不犧牲系統供應商和OEM的靈活性。除了所需的編程能力和足夠的處理能力外，該處理器還實(shí)現了同級產(chǎn)品的最低功耗，使散熱設計易于實(shí)現。該處理器支持ISO 26262要求的功能安全，可提供面向應用的開(kāi)發(fā)環(huán)境以及最優(yōu)的視覺(jué)處理庫，從而有助于設計出一套上市時(shí)間短、風(fēng)險低的總體系統。

系統級最佳性能

ADSP-BF60x將具有五項功能的系統的總體成本降低了30%。ADSP-BF609(可處理高達百萬(wàn)像素格式)和ADSP-BF608(可處理高達VGA格式)支持高達五種并行視覺(jué)功能，每秒可處理高達30幀。ADSP-BF60x在105℃環(huán)境溫度下的功耗不足1.3W，具有同類(lèi)產(chǎn)品的最低功耗。

為了實(shí)現這一功耗，ADI公司采用了直接又特別的概念。這一概念基于兩個(gè)Blackfin內核，因為已量產(chǎn)的ADAS系統正采用這一架構。然而，那些無(wú)法經(jīng)濟高效地在軟件中模型化的算法已經(jīng)采用硬件引擎實(shí)現，由此產(chǎn)生了高度可配置的視覺(jué)處理單元工具箱。ADI公司將其稱(chēng)作“流水線(xiàn)視覺(jué)處理單元”(PVP)，如今它已成為全新ADSP-BF60x處理器的一部分。雖然采用了低功耗處理技術(shù)，但還需要以進(jìn)一步創(chuàng )新來(lái)解決現代設計中最重要的功耗問(wèn)題：外部存儲器(DDR)接口。通過(guò)適當分配處理能力和合理利用適度的存儲器帶寬，可以實(shí)現最低功耗。此外，一些硬件模塊也增強了Blackfin架構，使其能夠滿(mǎn)足功能安全要求。

有效數據流

許多芯片架構都從視頻傳感器接收數據，并將其逐幀保存至外部存儲器(如DDR)以供逐幀回讀(略有延遲)。多核架構甚至還趨向于大幅加快數據移動(dòng)，目的只是為了使內核能夠識別每一幀感興趣區域(ROI)。ADSP-BF60x概念避免了視頻數據的這種功耗傳輸。全幀依然存儲在DDR2存儲器中，但無(wú)需回讀整幀。輸入數據一被器件接收后，就會(huì )多點(diǎn)傳輸至流水線(xiàn)視覺(jué)處理單元(PVP)，PVP會(huì )在數據輸入過(guò)程中直接對其進(jìn)行預處理。

如圖1所示，PVP攝像頭數據流水線(xiàn)可以產(chǎn)生多達三個(gè)中間預處理結果，例如邊緣圖像、積分或通過(guò)非線(xiàn)性閾值的重新量化。在上方，它可以提供直方圖之類(lèi)的狀態(tài)信息。無(wú)需在Blackfin內核上執行一條指令，也無(wú)需通過(guò)DDR總線(xiàn)傳輸一個(gè)字節，就可以實(shí)現這些結果。此外，PVP在輸出中間結果時(shí)還采用了高密度數據格式，因此，結果在大多數時(shí)候都存儲在片內L1和L2存儲器中。