創(chuàng)新成像/圖像處理技術(shù)打造更安全的智能汽車

　　在過去五年中，汽車行業(yè)中駕駛輔助系統(tǒng)（automotive driver assistance systems，ADAS）領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)步，真正地豐富了駕駛體驗(yàn)，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)如何成為智能汽車的一部分，并且?guī)?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?cè)谟糜谶@些系統(tǒng)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(nèi)容
　　汽車行業(yè)一直在持續(xù)推出創(chuàng)新的安全駕駛技術(shù)，防抱死制動(dòng)、全輪驅(qū)動(dòng)、車載導(dǎo)航和電子穩(wěn)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(yùn)用。
　　經(jīng)常由政府機(jī)構(gòu)強(qiáng)制執(zhí)行的安全標(biāo)準(zhǔn)正在日益關(guān)注汽車領(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)也可提升用戶體驗(yàn)。這使得供應(yīng)商不僅可以實(shí)現(xiàn)自身的差異化，也可以獲得更高的投資回報(bào)。
　　駕駛輔助系統(tǒng)介紹
　　自1990年代初期以來(lái)，ADAS系統(tǒng)開發(fā)人員一直力求提供更安全、更便利的駕駛體驗(yàn)。在過去二十年里，超聲波停車輔助系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control，ACC）和車道偏離警示系統(tǒng)（Lane Departure Warning，LDW）等功能已經(jīng)部署在高端汽車上。最近，汽車制造商已經(jīng)增添后視攝像頭、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)和環(huán)視系統(tǒng)作為功能選項(xiàng)。除了超聲波停車輔助系統(tǒng)之外，ADAS系統(tǒng)的部署數(shù)量非常有限；然而，有預(yù)測(cè)指出，在下一個(gè)十年里ADAS系統(tǒng)部署將增長(zhǎng)迅速。
　　除了政府法規(guī)和消費(fèi)者非常感興趣的安全功能之外，遠(yuǎn)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(tǒng)部署增加。假以時(shí)日，隨著基于攝像頭系統(tǒng)的處理功能扮演越來(lái)越重要角色，這些ADAS系統(tǒng)將變得更先進(jìn)，并從高端汽車走向主流汽車。
　　汽車駕駛輔助系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
　　隨著攝像頭性能和成本的持續(xù)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型。最近的市場(chǎng)研究報(bào)告指出，汽車制造商正準(zhǔn)備利用多種不同的途徑來(lái)進(jìn)行障礙探測(cè)，而且基于攝像頭系統(tǒng)將可以應(yīng)用在單獨(dú)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(yīng)商正積極開發(fā)基于攝像頭的感測(cè)技術(shù)；然而，對(duì)于哪種應(yīng)用將在市場(chǎng)上首先啟動(dòng)，甚至對(duì)于哪種應(yīng)用最適合于攝像頭傳感，他們并沒有取得一致意見。
　　隨著功能改善和圖像處理技術(shù)的成熟，從長(zhǎng)期發(fā)展前景看，汽車攝像頭顯示出爆炸性增長(zhǎng)潛力。在目前的開發(fā)狀況下，幾乎每款主動(dòng)安全系統(tǒng)都將攝像頭傳感器列入其遠(yuǎn)景計(jì)劃中。以下我們討論需要密切關(guān)注的某些系統(tǒng)和技術(shù)。
　　自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（ACC）
　　自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（ACC）是高檔汽車的可選功能，使用雷達(dá)或激光設(shè)置，可讓汽車在接近另一輛汽車時(shí)減速，并當(dāng)交通許可時(shí)再次加速到預(yù)設(shè)的速度。對(duì)于未來(lái)將增添更多安全功能的智能汽車，該系統(tǒng)可能成為基本配置。
　　車道偏離警示系統(tǒng)（LDW）
　　至于車道偏離警示系統(tǒng)（LDW），2003年美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（National Highway Transportation Safety Administration，NHTSA）的研究結(jié)果表明，55%的死亡事故是汽車偏離車道并與另一輛汽車或路邊障礙物相撞引起的。這一事實(shí)支持業(yè)界對(duì)LDW系統(tǒng)的關(guān)注，該系統(tǒng)可在汽車偏離其指定的車道時(shí)向駕駛員發(fā)出警示。
　　最近，車道偏離警示系統(tǒng)（LDW）、碰撞緩解（Collision Mitigation，CM）和/或碰撞警示（Collision Warning，CW）連同交通標(biāo)志識(shí)別（Traffic Sign Recognition）等功能正開始被引入到汽車中。
　　基于攝像頭的LDW系統(tǒng)使用安裝在后視鏡后面的小型攝像頭來(lái)檢測(cè)路上的車道標(biāo)志。攝像頭檢測(cè)路邊標(biāo)志，并在駕駛員沒有使用轉(zhuǎn)向信號(hào)而無(wú)意之中穿過車道時(shí)發(fā)出譬如方向盤振動(dòng)等警示信號(hào)，來(lái)勸告駕駛員糾正他們的路線。
　　在結(jié)合使用雷達(dá)和攝像頭技術(shù)的系統(tǒng)中，攝像頭攝取的圖像隨同汽車速度一起被發(fā)送至系統(tǒng)微處理器，在那里信息被用來(lái)計(jì)算汽車和車道標(biāo)志間的距離以及相對(duì)于車道標(biāo)志的橫向速度變化率。然后微處理器將其與程序設(shè)定相比較，來(lái)確定汽車是否正在偏出它的車道。假如通過距離和橫向速度分析，確定汽車正在偏出車道，就可以通過儀表盤上指示燈和/或類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(dá)和/或圖像傳感器相結(jié)合的系統(tǒng)來(lái)直接測(cè)量與前方汽車目標(biāo)的距離和相對(duì)速度，如果識(shí)別出潛在的碰撞，會(huì)觸發(fā)警報(bào)來(lái)提醒駕駛員；此警報(bào)可以是聽得見、看得見、或感觸得到的。前部碰撞警示系統(tǒng)可以使用具有目標(biāo)識(shí)別功能的前視攝像頭；它與警告裝置相連接，可以把可視的、可聽的、或其它信號(hào)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?jiǎng)x車。
　　交通標(biāo)志識(shí)別
　　交通標(biāo)志識(shí)別是一項(xiàng)可讓汽車識(shí)別的道路交通標(biāo)志技術(shù)，例如識(shí)別“限速”或“兒童”或“前方轉(zhuǎn)彎”標(biāo)志。目前這些系統(tǒng)僅用于檢測(cè)速度限制，但將來(lái)，此技術(shù)有可能將其它交通標(biāo)志信息的使用整合在ADAS系統(tǒng)中。
　　駕駛輔助感測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
　　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)不僅可用于汽車環(huán)境下的器件，而且也滿足嚴(yán)格的成本要求。
　　雖然超聲波感測(cè)技術(shù)一直在引領(lǐng)市場(chǎng)，但I(xiàn)MS研究機(jī)構(gòu)的研究數(shù)據(jù)（圖2）表明攝像頭技術(shù)將在未來(lái)數(shù)年占據(jù)主導(dǎo)地位。
　　
　　
圖2. 駕駛輔助傳感器市場(chǎng)
　　滿足ADAS處理和觀察平臺(tái)要求
　　攝像頭傳感器的獨(dú)特屬性是輸出原始和經(jīng)過處理數(shù)據(jù)?？梢灾苯语@示來(lái)自攝像頭的原始視頻，讓駕駛員識(shí)別和評(píng)估危險(xiǎn)狀況，這是使用其它類型的遠(yuǎn)程傳感器（例如雷達(dá)）所無(wú)法完成的。作為選項(xiàng)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(tǒng)架構(gòu)產(chǎn)生即時(shí)可視化數(shù)據(jù)提供給駕駛員，并將數(shù)據(jù)流送至分析處理器，用于更進(jìn)一步的場(chǎng)景分析和系統(tǒng)響應(yīng)。此概念的基本架構(gòu)說(shuō)明如圖3所示。

　　
圖3. 基本的觀測(cè)和處理攝像頭架構(gòu)