圖像識別在ADAS系統(tǒng)中的應用

摘要：本文以Visconti2在豐田汽車中的應用為例，介紹了圖像識別在汽車ADAS系統(tǒng)中的應用。

　　隨著汽車產(chǎn)業(yè)的競爭日益激烈，汽車購買者將新技術視為購買新汽車的關鍵因素，使得某些高配置的平民品牌汽車在接受度上超過了豪華汽車的低配置汽車，加上歐洲、美國和日本等地道路安全局的要求和評分系統(tǒng)，使得ADAS輔助駕駛功能變成了一項必不可少的功能。

豐田汽車的ADAS系統(tǒng)

　　豐田汽車在輔助駕駛領域一向比較沉穩(wěn)，而這次一改之前的作風，將在主要市場全面部署安全駕駛輔助系統(tǒng)“Toyota Safety Sense”，從2015年開始配備于日美歐市場銷售的車輛，計劃到2017年底配備所有乘用車。

　　豐田汽車的ADAS系統(tǒng)主要有兩種形式：

　　? 小型車(A級和B級)的“Toyota Safety Sense C”采用的是國內(nèi)的Lidar和單眼攝像頭集中系統(tǒng);

　　? 中高級車的“Toyota Safety Sense P”由Denso提供的77GHz頻帶毫米波雷達和單眼攝像頭構成，如圖1所示。

　　其中，后者(中高級車的“Toyota Safety Sense P”)提供的功能如表1所示。

Visconti2圖像識別處理器在ADAS系統(tǒng)中的應用

　　Toyota Safety Sense P核心是Denso的毫米波雷達和單眼攝像頭。Denso的攝像頭采用了東芝Visconti2為核心處理器，對于圖像檢測算法而言，其任務需求為：

　　1)檢測前方所有的車輛;

　　2)檢測兩側車道線;

　　3)測算與前方車輛的距離;

　　4)測算與前方車輛的相對速度和相對加速度;

　　5)檢測車道內(nèi)的前方車輛：識別車輛依照的是對三個特征的檢測，即車輛后部的矩形、后輪和2個尾燈;

　　6)檢測彎道;

　　7)檢測行人。

　　通過這些功能，可以將圖像應用在感知系統(tǒng)和主動安全功能控制里。在各個功能里，圖像處理和識別在環(huán)境感知中占據(jù)了很重要的地位，也給ADAS功能提供重要的支撐。如圖2所示，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)路線偏差告警 (LDWS)、基于視覺的停車輔助、基于360度環(huán)視的停車輔助、遠近光調(diào)整 (HB/LB)、盲點識別(Blindspot)和交通信號識別 (TSR)等功能。

　　圖像系統(tǒng)可以分為傳感器和處理器兩部分。按照分工可以簡單地描述為，處理器與攝像頭結合在一塊，處理完成后，給汽車的ECU發(fā)送信息，或者攝像頭通過圖像傳送給ECU之后，再在里面進行處理，如圖3所示。

　　對于ADAS系統(tǒng)中的圖像處理對芯片來說，需要能不斷地增加功能并提高處理能力，需要支持對多目標的同時識別，包括車道線、車輛、行人和其他目標等，并且芯片本身功耗較低，運算較快。因此，圖像識別的芯片需要能夠實現(xiàn)硬件處理，增強識別能力，允許使用圖形特征實現(xiàn)快速且高精度的識別。采用圖像處理加速器可以提高運算速度，減輕MCU負擔，降低MCU主頻，降低芯片的整體功耗，可強化人體識別的特征，提高圖像識別的性能，如圖4所示。

　　從商業(yè)模式的角度考慮，構建一個多功能的系統(tǒng)，實現(xiàn)可配置的模式，在開發(fā)上存在更多剪裁的空間。不同的OEM對供應商的要求并不相同，而且由于ADAS的實際情況，上車會比較謹慎，所以顯示的策略是設計一個通用的模塊，然后通過配置不同的攝像頭和處理功能，可以完成一個類似小的通用模塊的戰(zhàn)略，來實現(xiàn)不同的功能，如圖5所示。

　　在Visconti2上進行圖像處理，可實現(xiàn)各種基于視覺的ADAS，如LDW、FCW、PD和TSR可以并行處理，通過4MPE和硬件加速器的結合可以同時實現(xiàn)多個程序需求，如圖6所示。

　　在Visconti2上進行圖像處理優(yōu)點在于：

　　? 芯片的功耗較低，整個方案具有更大的彈性和自由度去規(guī)劃和定義環(huán)境感知的功能來實現(xiàn)ADAS系統(tǒng);

　　? 對整車企業(yè)而言，實現(xiàn)品牌功能的差異化，對零部件企業(yè)而言，可以實現(xiàn)一定程度的功能價格對應。

　　但是，仍有以下不足之處：

　　? 由于芯片是豐田、Denso和東芝為單個特殊方案開發(fā)的，完成單一功能的成本偏高;

　　? 自由度比較高，并不是一個完整交鑰匙的方案，對這個產(chǎn)品的應用有一定的門檻;

　　? 基于汽車電子安全打造，主頻和計算能力有一定的限制。

　　由于東芝、Denso和豐田的關系，方案會不斷演化，會進一步支持夜視和更嚴格的歐洲NCAP要求關于對行人的AEB等功能。

　　目前，中國的汽車智能化也提上了日程，一方面，C-NCAP會在2018年將AEB納入新車的五星評級系統(tǒng);另一方面，北京、上海和深圳等一些無人駕駛的示范區(qū)也在建設中，國內(nèi)車企對本土技術需求較高，一些本土的企業(yè)，開始切入ADAS算法領域，開始展示demo的工程樣機。由于國外汽車電子在原有動力總成本、底盤和安全領域的壟斷，國內(nèi)車廠對ADAS系統(tǒng)技術的本土化訴求很高，這方面我們還有很大的前景。

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第7期第25頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。