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(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(chē)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(chē)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(chē)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(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(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(kāi)發(fā)人員一直力求提供更安全、更便利的駕駛體驗(yàn)。在過(guò)去二十年里，超聲波停車(chē)輔助系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control，ACC）和車(chē)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(chē)上。最近，汽車(chē)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(chē)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(chē)走向主流汽車(chē)。
　　汽車(chē)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(chē)型。最近的市場(chǎng)研究報(bào)告指出，汽車(chē)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(kāi)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(méi)有取得一致意見(jiàn)。
　　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(chē)攝像頭顯示出爆炸性增長(zhǎng)潛力。在目前的開(kāi)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(chē)的可選功能，使用雷達(dá)或激光設(shè)置，可讓汽車(chē)在接近另一輛汽車(chē)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(chē)，該系統(tǒng)可能成為基本配置。
　　車(chē)道偏離警示系統(tǒng)（LDW）
　　至于車(chē)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(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(duì)LDW系統(tǒng)的關(guān)注，該系統(tǒng)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(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(kāi)始被引入到汽車(chē)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(chē)道標(biāo)志。攝像頭檢測(cè)路邊標(biāo)志，并在駕駛員沒(méi)有使用轉(zhuǎn)向信號(hào)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(hào)，來(lái)勸告駕駛員糾正他們的路線(xiàn)。
　　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(chē)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(chē)和車(chē)道標(biāo)志間的距離以及相對(duì)于車(chē)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(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(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(chē)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(tīng)得見(jiàn)、看得見(jiàn)、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(tīng)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(chē)。
　　交通標(biāo)志識(shí)別
　　交通標(biāo)志識(shí)別是一項(xiàng)可讓汽車(chē)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(chē)環(huán)境下的器件，而且也滿(mǎn)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(mǎn)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(guò)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(lèi)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)