傳感器改善交叉路口安全性

TRW汽車(chē)集團在主、被動(dòng)安全領(lǐng)域享有很高聲譽(yù)，其設計和制造能力全球領(lǐng)先。TRW下屬研究咨詢(xún)業(yè)務(wù)部門(mén)TRW Conekt在智能交通系統方面取得了諸多成就，并因此而獲得國際認可。不久前，TRW Conekt參與了一個(gè)為期3年的歐洲研究項目，在這個(gè)名為INTERSAFE-2的項目中，TRW Conekt與研究小組的其他成員一起，為改善交叉路口安全性而努力。 盡管現代汽車(chē)安全技術(shù)已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步，但是經(jīng)濟發(fā)達地區的交通事故數量仍然居高不下。比如在歐洲，18~20歲死亡的人群中，35%源于道路事故。

道路上最危險的路段是交叉路口。據統計，發(fā)生于交叉路口的交通事故中，超過(guò)40%的事故導致受傷或死亡。為了幫助應對此類(lèi)問(wèn)題，歐盟委員會(huì )部分資助了一些研發(fā)項目，尋找基于技術(shù)的解決方案。其中一項就是近期完成的INTERSAFE-2項目。該項目的參與者包括三家主要汽車(chē)制造商、大學(xué)、研究中心和傳感器開(kāi)發(fā)商等10家歐洲機構和公司。

INTERSAFE-2項目的目標是開(kāi)發(fā)一種協(xié)同十字路口安全系統(Cooperative Intersection Safety System—CISS)，以大大減少交叉路口交通事故造成的傷亡。該項目力求研發(fā)出一種靈活的系統結構，從而推進(jìn)歐盟委員會(huì )的“零事故”愿景。

TRW Conekt因其在對智能車(chē)輛和道路設施進(jìn)行傳感和物體分類(lèi)(通過(guò)視頻、雷達、數據融合、分析、通訊進(jìn)行)方面的豐富經(jīng)驗，以及系統安全工程方面的能力，為該項目的成功做出了巨大貢獻。

集成范例

通過(guò)證明現代傳感器、通訊網(wǎng)絡(luò )、電子地圖和定位系統間的有效集成，INTERSAFE-2為可市場(chǎng)化且能有效幫助減少交叉路口事故率的安全系統打下了基礎。

在INTERSAFE-2設想的CISS系統中，通過(guò)安裝在車(chē)上和當地道路設施上的傳感器，可以實(shí)現不同級別的駕駛支持。安裝在車(chē)輛上的傳感設備可以包括攝像頭、雷達、超聲波傳感器、激光掃描儀和GPS。道路設施傳感設備則包括路面情況(雨、雪、冰)監測器、雷達或激光掃描儀。傳感器和通信網(wǎng)絡(luò )間的抽象層使系統能夠通過(guò)不同的傳感器配置有效工作。

場(chǎng)景檢測

INTERSAFE-2考慮了許多在交叉路口的不同場(chǎng)景，包括右轉和左轉、直行和闖紅燈。圖示的兩個(gè)例子就是在交叉路口CISS系統的執行情況，說(shuō)明了該系統如何通過(guò)使用各種傳感器和通信系統來(lái)幫助降低轉彎車(chē)輛造成事故的風(fēng)險。

CISS系統的執行取決于幾個(gè)因素，包括可使用的傳感器、成本和可靠性。本文描述了利用現有的低成本攝像頭，也就是目前常用于車(chē)道偏離警示系統的傳感器，如何進(jìn)一步發(fā)展到可以識別車(chē)道標識、停車(chē)線(xiàn)、行車(chē)箭頭和人行橫道線(xiàn)。以上數據隨后將與其他數據融合，來(lái)重建一個(gè)交叉路口的虛擬模型。

TRW Conekt在INTERSAFE-2項目中使用的攝像頭是一個(gè)拍攝單色或灰度的設備，分辨率為480×752。盡管該設備的技術(shù)性能一般，但通過(guò)一系列擴展的圖像處理程序可以使其識別關(guān)鍵特征和物體。所有處理過(guò)程都是實(shí)時(shí)完成的，這樣場(chǎng)景就可以立刻重建，用于支持更高級別的決策控制系統。

開(kāi)發(fā)出的算法

在程序處理前，會(huì )先用一個(gè)取幀器捕獲通過(guò)攝像頭拍攝的圖片。當獲得圖像之后，系統使用邊緣檢測算法，首先進(jìn)行識別，然后以定位為基礎開(kāi)始區分邊緣。在這個(gè)最初的處理過(guò)程結束之后，通過(guò)專(zhuān)為該項目特別開(kāi)發(fā)的算法，邊緣將連接在一起成為線(xiàn)段。然后應用另一種算法，相似的及相鄰的線(xiàn)段集合成形，隨后作為物體進(jìn)行進(jìn)一步分析和歸類(lèi)。

線(xiàn)條分類(lèi)

當線(xiàn)段主要的歸類(lèi)完成之后，線(xiàn)段被集中到一起形成一條幾乎連續的線(xiàn)條。這些線(xiàn)條如果能形成一條白線(xiàn)，將被組合到一起，這樣就有了水平線(xiàn)或垂直線(xiàn)。垂直于車(chē)輛行駛方向的白線(xiàn)將被標注為潛在的停車(chē)線(xiàn)。之后一個(gè)分類(lèi)程序開(kāi)始識別平行于車(chē)輛行駛方向的線(xiàn)，這些線(xiàn)可能是車(chē)道標識，而垂直于車(chē)道線(xiàn)的白線(xiàn)就有可能是停車(chē)線(xiàn)。攝像頭拍攝到的每幀畫(huà)面都會(huì )進(jìn)行以上這些步驟，這個(gè)過(guò)程的頻率為25 Hz。

垂直線(xiàn)段被集中到一起作為潛在的路樁進(jìn)行區分。兩條靠近且較明顯的邊緣就被區分為潛在的路樁。單條明顯的邊緣也會(huì )進(jìn)入該處理程序中，因為可能代表一個(gè)物體特征(例如轉角或者建筑物)，這個(gè)特征很容易被其它傳感器探測到，有助于進(jìn)行傳感器數據融合的處理。

距離問(wèn)題

根據接近度，在每一幀畫(huà)面中，會(huì )由簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)特征來(lái)追蹤路樁和垂直線(xiàn)段。一般這種物體的距離都是未知的，因為物體與地面的切點(diǎn)往往可能無(wú)法看到或探測到，因此很難生成路樁的相對運動(dòng)模型或預測該路樁在下一幀畫(huà)面中的位置。但在一個(gè)多傳感器的環(huán)境中，路樁和建筑物邊緣更容易通過(guò)不同的傳感器探測到，比如雷達或激光掃描儀，然后信息會(huì )反饋到算法中。

之后連接線(xiàn)段組，形成一個(gè)輪廓，來(lái)驗證其是一個(gè)水平路標的可能性，尤其是交叉路口通常會(huì )有行車(chē)箭頭。這樣的分類(lèi)基于投影到地平面的特征點(diǎn)、整體形狀和線(xiàn)段的尺寸。計算中使用概率方法，將線(xiàn)段組與目錄中的箭頭形狀進(jìn)行相似度計算，如果查到對應的項目，該道路要素將被輸出。箭頭識別會(huì )在每一幀畫(huà)面中進(jìn)行，雖然目前系統在執行中沒(méi)有進(jìn)一步推進(jìn)箭頭識別，但是在整個(gè)設計中，箭頭的追蹤被納入考慮范圍，未來(lái)的發(fā)展可能會(huì )包括基于箭頭邊緣(一個(gè)八邊形包圍箭頭)的移動(dòng)來(lái)對箭頭進(jìn)行追蹤。

交叉路口識別

由箭頭識別派生而來(lái)的另一項開(kāi)發(fā)是識別人行橫道線(xiàn)的可能性。人行橫道線(xiàn)可以被視作一組與車(chē)輛距離相等的矩形，也可以作為一種不同的物體被輸出。

INTERSAFE-2項目提供了一個(gè)有價(jià)值的機遇，來(lái)發(fā)展先進(jìn)的傳感器技術(shù)，可以用來(lái)幫助增強駕駛者和行人在交叉路口的安全性。

全面集成

重要的是，這個(gè)項目向汽車(chē)業(yè)證明了安裝在車(chē)輛上和當地基礎設施上的傳感器可以相互結合，幫助提高工作效率，支持全面集成的交叉路口安全系統發(fā)展。

未來(lái)的CISS系統將依靠一系列傳感器設備的融合，可能也將更多地利用視頻技術(shù)來(lái)幫助建立虛擬的交叉路口模型，為駕駛者的判斷決策提供支持。

在INTERSAFE-2中，TRW Conekt增強了現有低成本攝像頭的性能，使其能夠識別和定位交叉路口特征，例如停車(chē)線(xiàn)、箭頭、人行橫道線(xiàn)和路樁，這是交叉路口電子地圖顯示都無(wú)法做到的。

Intersafe-2研究小組成員

INTERSAFE-2項目是由歐盟委員會(huì )資助的第七框架計劃(7th Framework Program)中的一部分，緊跟之前的INTERSAFE項目。INTERSAFE-2項目于2011年5月結束。

參加INTERSAFE-2項目的有：TRW Conekt；德國SICK公司；NEC歐洲網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗室；德國Swarco交通系統；大眾汽車(chē)；寶馬研究院；沃爾沃技術(shù)中心；亞琛汽車(chē)學(xué)院；法國國家計算機科學(xué)和控制研究院與Joseph Fourier大學(xué)；羅馬尼亞Cluj-Napoca技術(shù)大學(xué)；芬蘭VTT技術(shù)研究中心。

TRW進(jìn)一步投資研發(fā)車(chē)載攝像傳感技術(shù)

公司日前宣布開(kāi)發(fā)第三代攝像傳感技術(shù)的投資計劃，以不斷完善車(chē)輛前撞預警系統和車(chē)道保持系統，幫助汽車(chē)制造商應對北美安全法規要求的不斷提高。

TRW銷(xiāo)售業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)執行副總裁Peter Lake先生說(shuō)：“鑒于車(chē)輛偏航引起的事故頻發(fā)，我們預期在未來(lái)五年內，北美車(chē)輛裝配攝像頭系統的趨勢強勁。美國國家公路交通安全管理署(NHTSA)2010年的數據顯示，53%的道路死亡事故是偏離車(chē)道造成的。另，據美國高速公路安全保險協(xié)會(huì )(IIHS)估算，如使用離道預警系統和車(chē)道保持輔助系統，美國每年7500多人可不至車(chē)禍死亡?！?/P>

TRW下一代攝像頭技術(shù)將會(huì )在S-Cam產(chǎn)品中集成現有的許多功能，包括控制大燈、監測車(chē)道、識別交通信號、識別和劃分對方車(chē)輛類(lèi)型、自動(dòng)緊急制動(dòng)等。由于行人保護在歐美已成為一項關(guān)鍵的安全目標，提高檢測行人的功能也是技術(shù)重點(diǎn)。

TRW主、被動(dòng)安全集成技術(shù)全球主管Alois Seewald博士表示：“我們將把眾多安全特性集中到單個(gè)傳感器中，為不同的車(chē)輛細分市場(chǎng)提供具有競爭力且價(jià)位合理的解決方案。此外，該技術(shù)還將滿(mǎn)足低速自動(dòng)緊急制動(dòng)的傳感要求?！?/P>

S-Cam前視攝像頭是TRW與Mobileye公司聯(lián)手研發(fā)的成果，現已投放歐洲和亞洲市場(chǎng)，一年內將在美國上市。雙方正繼續合作，開(kāi)發(fā)新一代技術(shù)。

Seewald博士總結道：“車(chē)載攝像頭是一種極具多樣應用性的駕駛輔助技術(shù)，它可以區分行車(chē)環(huán)境中的大量相關(guān)物體。傳感信息得到處理后，可與其它駕駛輔助功能協(xié)同應用，或集成到別的傳感器中。我們提供的解決方案把多項便利和安全功能一體化，并可進(jìn)一步擴展功能，因此吸引了眾多乘用車(chē)和商用車(chē)制造商，已簽訂多份生產(chǎn)合同?！?BR>