創(chuàng )新成像/圖像處理技術(shù)打造更安全的智能汽車(chē)

　　在過(guò)去五年中，汽車(chē)行業(yè)中駕駛輔助系統（automotive driver assistance systems，ADAS）領(lǐng)域取得了顯著(zhù)進(jìn)步，真正地豐富了駕駛體驗，并為駕駛員提供了非常寶貴的道路信息。本文將討論其中的某些功能在未來(lái)如何成為智能汽車(chē)的一部分，并且帶來(lái)全新的駕駛員輔助創(chuàng )新功能，同時(shí)重點(diǎn)論述最新的成像和圖像處理創(chuàng )新技術(shù)，以及它們在用于這些系統時(shí)如何推動(dòng)這些創(chuàng )新功能向前發(fā)展。
　　安全駕駛相關(guān)的內容
　　汽車(chē)行業(yè)一直在持續推出創(chuàng )新的安全駕駛技術(shù)，防抱死制動(dòng)、全輪驅動(dòng)、車(chē)載導航和電子穩定控制等就是其中的例證，這些駕駛技術(shù)快速流行并在整個(gè)行業(yè)中得到運用。
　　經(jīng)常由政府機構強制執行的安全標準正在日益關(guān)注汽車(chē)領(lǐng)域中的新技術(shù)，這些新技術(shù)不僅可以提高安全性，同時(shí)也可提升用戶(hù)體驗。這使得供應商不僅可以實(shí)現自身的差異化，也可以獲得更高的投資回報。
　　駕駛輔助系統介紹
　　自1990年代初期以來(lái)，ADAS系統開(kāi)發(fā)人員一直力求提供更安全、更便利的駕駛體驗。在過(guò)去二十年里，超聲波停車(chē)輔助系統、自適應巡航控制系統（Adaptive Cruise Control，ACC）和車(chē)道偏離警示系統（Lane Departure Warning，LDW）等功能已經(jīng)部署在高端汽車(chē)上。最近，汽車(chē)制造商已經(jīng)增添后視攝像頭、盲點(diǎn)監測和環(huán)視系統作為功能選項。除了超聲波停車(chē)輔助系統之外，ADAS系統的部署數量非常有限；然而，有預測指出，在下一個(gè)十年里ADAS系統部署將增長(cháng)迅速。
　　除了政府法規和消費者非常感興趣的安全功能之外，遠程傳感器、以及在提取和解釋關(guān)鍵信息的相關(guān)處理算法方面的創(chuàng )新正在推動(dòng)ADAS系統部署增加。假以時(shí)日，隨著(zhù)基于攝像頭系統的處理功能扮演越來(lái)越重要角色，這些ADAS系統將變得更先進(jìn)，并從高端汽車(chē)走向主流汽車(chē)。
　　汽車(chē)駕駛輔助系統的發(fā)展趨勢
　　隨著(zhù)攝像頭性能和成本的持續改進(jìn)，帶來(lái)的好消息是新的安全功能有可能用于主流車(chē)型。最近的市場(chǎng)研究報告指出，汽車(chē)制造商正準備利用多種不同的途徑來(lái)進(jìn)行障礙探測，而且基于攝像頭系統將可以應用在單獨配置和與其它傳感器技術(shù)共用的兩種配置。
　　所有主要供應商正積極開(kāi)發(fā)基于攝像頭的感測技術(shù)；然而，對于哪種應用將在市場(chǎng)上首先啟動(dòng)，甚至對于哪種應用最適合于攝像頭傳感，他們并沒(méi)有取得一致意見(jiàn)。
　　隨著(zhù)功能改善和圖像處理技術(shù)的成熟，從長(cháng)期發(fā)展前景看，汽車(chē)攝像頭顯示出爆炸性增長(cháng)潛力。在目前的開(kāi)發(fā)狀況下，幾乎每款主動(dòng)安全系統都將攝像頭傳感器列入其遠景計劃中。以下我們討論需要密切關(guān)注的某些系統和技術(shù)。
　　自適應巡航控制系統（ACC）
　　自適應巡航控制系統（ACC）是高檔汽車(chē)的可選功能，使用雷達或激光設置，可讓汽車(chē)在接近另一輛汽車(chē)時(shí)減速，并當交通許可時(shí)再次加速到預設的速度。對于未來(lái)將增添更多安全功能的智能汽車(chē)，該系統可能成為基本配置。
　　車(chē)道偏離警示系統（LDW）
　　至于車(chē)道偏離警示系統（LDW），2003年美國國家公路交通安全管理局（National Highway Transportation Safety Administration，NHTSA）的研究結果表明，55%的死亡事故是汽車(chē)偏離車(chē)道并與另一輛汽車(chē)或路邊障礙物相撞引起的。這一事實(shí)支持業(yè)界對LDW系統的關(guān)注，該系統可在汽車(chē)偏離其指定的車(chē)道時(shí)向駕駛員發(fā)出警示。
　　最近，車(chē)道偏離警示系統（LDW）、碰撞緩解（Collision Mitigation，CM）和/或碰撞警示（Collision Warning，CW）連同交通標志識別（Traffic Sign Recognition）等功能正開(kāi)始被引入到汽車(chē)中。
　　基于攝像頭的LDW系統使用安裝在后視鏡后面的小型攝像頭來(lái)檢測路上的車(chē)道標志。攝像頭檢測路邊標志，并在駕駛員沒(méi)有使用轉向信號而無(wú)意之中穿過(guò)車(chē)道時(shí)發(fā)出譬如方向盤(pán)振動(dòng)等警示信號，來(lái)勸告駕駛員糾正他們的路線(xiàn)。
　　在結合使用雷達和攝像頭技術(shù)的系統中，攝像頭攝取的圖像隨同汽車(chē)速度一起被發(fā)送至系統微處理器，在那里信息被用來(lái)計算汽車(chē)和車(chē)道標志間的距離以及相對于車(chē)道標志的橫向速度變化率。然后微處理器將其與程序設定相比較，來(lái)確定汽車(chē)是否正在偏出它的車(chē)道。假如通過(guò)距離和橫向速度分析，確定汽車(chē)正在偏出車(chē)道，就可以通過(guò)儀表盤(pán)上指示燈和/或類(lèi)似蜂鳴器的警告聲來(lái)提醒駕駛員。

　　碰撞緩解或碰撞警示

　　
圖1. 碰撞警示、緩解和制動(dòng)的重要性
　　可以使用雷達和/或圖像傳感器相結合的系統來(lái)直接測量與前方汽車(chē)目標的距離和相對速度，如果識別出潛在的碰撞，會(huì )觸發(fā)警報來(lái)提醒駕駛員；此警報可以是聽(tīng)得見(jiàn)、看得見(jiàn)、或感觸得到的。前部碰撞警示系統可以使用具有目標識別功能的前視攝像頭；它與警告裝置相連接，可以把可視的、可聽(tīng)的、或其它信號反饋提供給駕駛員，提示即將發(fā)生的可能碰撞，比如提供制動(dòng)脈沖來(lái)提示駕駛員需要剎車(chē)。
　　交通標志識別
　　交通標志識別是一項可讓汽車(chē)識別的道路交通標志技術(shù)，例如識別“限速”或“兒童”或“前方轉彎”標志。目前這些系統僅用于檢測速度限制，但將來(lái)，此技術(shù)有可能將其它交通標志信息的使用整合在A(yíng)DAS系統中。
　　駕駛輔助感測技術(shù)發(fā)展趨勢
　　CMOS傳感器的研發(fā)活動(dòng)已經(jīng)在利用其他市場(chǎng)的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)不僅可用于汽車(chē)環(huán)境下的器件，而且也滿(mǎn)足嚴格的成本要求。
　　雖然超聲波感測技術(shù)一直在引領(lǐng)市場(chǎng)，但IMS研究機構的研究數據（圖2）表明攝像頭技術(shù)將在未來(lái)數年占據主導地位。
　　
　　
圖2. 駕駛輔助傳感器市場(chǎng)
　　滿(mǎn)足ADAS處理和觀(guān)察平臺要求
　　攝像頭傳感器的獨特屬性是輸出原始和經(jīng)過(guò)處理數據?？梢灾苯语@示來(lái)自攝像頭的原始視頻，讓駕駛員識別和評估危險狀況，這是使用其它類(lèi)型的遠程傳感器（例如雷達）所無(wú)法完成的。作為選項甚至同時(shí)功能，可以使用圖像分析來(lái)處理視頻輸出以提取關(guān)鍵信息，比如行人的位置和移動(dòng)。攝像頭允許系統架構產(chǎn)生即時(shí)可視化數據提供給駕駛員，并將數據流送至分析處理器，用于更進(jìn)一步的場(chǎng)景分析和系統響應。此概念的基本架構說(shuō)明如圖3所示。

　　
圖3. 基本的觀(guān)測和處理攝像頭架構