《電子技術(shù)應(yīng)用》
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從ADAS到無(wú)人駕駛 數(shù)數(shù)那些傳感器技術(shù)

2015-08-27
關(guān)鍵詞: ADAS 輔助系統(tǒng) 傳感器 TSR

       李彥宏宣布百度將在今年內(nèi)推出無(wú)人駕駛汽車(chē),,而特斯拉CEO前不久也放話(huà)說(shuō)“無(wú)人駕駛汽車(chē)并不是個(gè)事兒”,,言下之意,無(wú)人駕駛時(shí)代即將到來(lái),。但事實(shí) 上,,無(wú)人駕駛目前仍處在夢(mèng)想的初級(jí)階段,Google的無(wú)人駕駛汽車(chē)早已上路實(shí)測(cè),,至今仍沒(méi)商用,,即可見(jiàn)一斑,。不過(guò),在實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛的夢(mèng)想前,,高級(jí)駕駛員 輔助系統(tǒng)ADAS)確實(shí)可以讓駕駛員獲得實(shí)實(shí)在在的受益,。ADAS能夠在復(fù)雜的車(chē)輛操控過(guò)程中為駕駛員提供輔助和補(bǔ)充,并在未來(lái)最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛,。

   先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistant System),,簡(jiǎn)稱(chēng)ADAS,是利用安裝于車(chē)上的各式各樣的傳感器,,在第一時(shí)間收集車(chē)內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù),,進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí),、偵測(cè)與追蹤等技術(shù)上的處 理,,從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺(jué)可能發(fā)生的危險(xiǎn),以引起注意和提高安全性的主動(dòng)安全技術(shù),。ADAS采用的傳感器主要有攝像頭、雷達(dá),、激光和超聲波 等,,可以探測(cè)光、熱,、壓力或其它用于監(jiān)測(cè)汽車(chē)狀態(tài)的變量,,通常位于車(chē)輛的前后保險(xiǎn)杠、側(cè)視鏡,、駕駛桿內(nèi)部或者擋風(fēng)玻璃上,。早期的ADAS技術(shù)主要以被動(dòng)式 報(bào)警為主,當(dāng)車(chē)輛檢測(cè)到潛在危險(xiǎn)時(shí),,會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒駕車(chē)者注意異常的車(chē)輛或道路情況,。對(duì)于最新的ADAS技術(shù)來(lái)說(shuō),主動(dòng)式干預(yù)也很常見(jiàn),。

  ADAS系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

   ADAS的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是處理器和傳感器,,雖然ADAS應(yīng)用系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜,但隨著器件性能升高成本降低,,ADAS的應(yīng)用正在從豪華高檔汽車(chē)向中低檔汽 車(chē)中普及,。例如,自適應(yīng)巡航控制,、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè),、車(chē)道偏離警告、夜視,、車(chē)道保持輔助和碰撞警告系統(tǒng),,具有自動(dòng)轉(zhuǎn)向和制動(dòng)干預(yù)功能的主動(dòng)ADAS系統(tǒng)也已開(kāi)始在 更廣闊的市場(chǎng)上得以應(yīng)用,。

  系統(tǒng):車(chē)道偏離報(bào)警傳感器:攝像機(jī)

  當(dāng)車(chē)輛離開(kāi)其車(chē)道, 或者接近道路邊緣時(shí),,系統(tǒng)發(fā)出聲音報(bào)警或者動(dòng)作報(bào)警(通過(guò)輕微的振動(dòng)方向盤(pán)或者座椅來(lái)實(shí)現(xiàn)),。當(dāng)車(chē)輛速度超過(guò)一定閾值(例如,大于55英里),,車(chē)輛沒(méi)有打 開(kāi)轉(zhuǎn)向信號(hào)燈時(shí),,這些系統(tǒng)會(huì)開(kāi)始發(fā)揮作用。當(dāng)車(chē)輛行駛,,其相對(duì)于車(chē)道標(biāo)志線的位置表明車(chē)輛有可能偏離車(chē)道時(shí),,需要通過(guò)攝像機(jī)系統(tǒng)來(lái)觀察車(chē)道標(biāo)志。雖然對(duì)于 所有車(chē)輛制造商而言這些應(yīng)用需求是相似的,,但是每一廠商都采用了不同的方法,,使用一臺(tái)前視攝像機(jī),一臺(tái)后視攝像機(jī),,或者雙路/立體前視攝像機(jī),。出于這一原 因,很難采用一種硬件體系結(jié)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足各種不同類(lèi)型的攝像機(jī)要求,。需要采用靈活的硬件體系結(jié)構(gòu)來(lái)提供不同的實(shí)現(xiàn)選擇,。

  系統(tǒng):自適應(yīng)巡航控制傳感器:雷達(dá)

   過(guò)去十年中,豪華汽車(chē)采用了ACC(自適應(yīng)巡航控制)技術(shù),,這一技術(shù)目前也在更廣泛的市場(chǎng)上得到了應(yīng)用,。傳統(tǒng)的巡航控制技術(shù)設(shè)計(jì)用于保持車(chē)輛以恒定的車(chē) 速行駛,與此不同,,ACC技術(shù)使車(chē)速與交通狀況相適應(yīng),,如果與前車(chē)距離太近,則會(huì)降速,,在路況允許時(shí),,會(huì)加速到上限。這些系統(tǒng)通過(guò)使用安裝在車(chē)輛前部的雷 達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn),。但是,,由于雷達(dá)系統(tǒng)不能識(shí)別某一目標(biāo)的大小和形狀,而且其視場(chǎng)也相對(duì)較窄,,因此,,應(yīng)用時(shí)要結(jié)合攝像機(jī)。難點(diǎn)在于,,目前所使用的攝像機(jī)和雷達(dá)傳感 器還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)配置,。因此,需要靈活的硬件平臺(tái),。

  系統(tǒng):交通標(biāo)志識(shí)別傳感器:攝像機(jī)

   正如其名稱(chēng)所示,,交通標(biāo)志識(shí)別(TSR)功能使用前向攝像機(jī)結(jié)合模式識(shí)別軟件,,可以識(shí)別常見(jiàn)的交通標(biāo)志(限速、停車(chē),、掉頭等),。這一功能會(huì)提醒駕駛員注 意前面的交通標(biāo)志,以便駕駛員遵守這些標(biāo)志,。TSR功能降低了駕駛員不遵守停車(chē)標(biāo)志等交通法規(guī)的可能,,避免了違法左轉(zhuǎn)或者無(wú)意的其他交通違法行為,從而提 高了安全性,。這些系統(tǒng)需要靈活的軟件平臺(tái)來(lái)增強(qiáng)探測(cè)算法,,根據(jù)不同地區(qū)的交通標(biāo)志來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

系統(tǒng):夜視傳感器:IR或者熱成像攝像機(jī)

  夜視(NV)系統(tǒng)幫助駕駛員在很暗的條件下識(shí)別物 體,。這些物體一般超出了車(chē)輛大燈的視場(chǎng)范圍,,因此,NV系統(tǒng)針對(duì)在前方道路上行駛的車(chē)輛提前發(fā)出報(bào)警,,幫助駕駛員避免撞車(chē)事件的發(fā)生,。NV系統(tǒng)使用各種攝 像機(jī)傳感器和顯示器,具體與生產(chǎn)商有關(guān),,但一般都屬于兩種基本類(lèi)型:主動(dòng)式和被動(dòng)式,。

  主動(dòng)系統(tǒng),也稱(chēng)為近IR系統(tǒng),,帶電耦合器件 (CCD)攝像機(jī)和IR燈源相結(jié)合,在顯示器上呈現(xiàn)黑白圖像,。這些系統(tǒng)的分辨率很高,,圖像質(zhì)量也非常好。其典型的可視范圍是150米,。這些系統(tǒng)能夠看清楚 攝像機(jī)視場(chǎng)范圍內(nèi)的所有物體(包括沒(méi)有熱輻射的物體),,但是,在雨雪環(huán)境下,,效率要大打折扣,。

  被動(dòng)系統(tǒng)不使用外部光源,而是依靠熱成像 攝像機(jī),,利用物體自然熱輻射來(lái)采集圖像,。這些系統(tǒng)不會(huì)受到對(duì)面來(lái)車(chē)大燈的影響,也不會(huì)受到惡劣天氣狀況的影響,,其探測(cè)范圍達(dá)到300米至1000米,。這些 系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于圖像是顆粒狀的,功能受限于較溫暖的氣候狀況,。而且,,被動(dòng)式系統(tǒng)只能探測(cè)有熱輻射的物體,。被動(dòng)式系統(tǒng)結(jié)合視頻分析技術(shù),可以清楚的顯示車(chē)輛 前方道路上的物體,,例如,,行人等。在NV系統(tǒng)中,,有多種體系結(jié)構(gòu)選擇,,每一種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。為提高競(jìng)爭(zhēng)力,,汽車(chē)生產(chǎn)商應(yīng)支持多種攝像機(jī)傳感器,,在通 用、靈活的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)這些傳感器,。

  系統(tǒng):自適應(yīng)遠(yuǎn)光控制傳感器:攝像機(jī)

  自適 應(yīng)遠(yuǎn)光控制(AHBC)是一種智能大燈控制系統(tǒng),,使用了攝像機(jī)來(lái)探測(cè)交通狀況(對(duì)面來(lái)車(chē)以及同向交通狀況),根據(jù)這些狀況,,調(diào)亮或者調(diào)暗遠(yuǎn)光燈,。AHBC 系統(tǒng)支持駕駛員盡可能在最大照亮距離上使用遠(yuǎn)光,而不必在其他車(chē)輛出現(xiàn)時(shí)手動(dòng)調(diào)暗大燈,,不會(huì)分散駕駛員注意力,,從而提高了車(chē)輛的安全性。在某些系統(tǒng)中,,甚 至可以分別控制大燈,,調(diào)暗一個(gè)大燈,而同時(shí)另一個(gè)大燈正常點(diǎn)亮,。AHBC與LDW和TSR等前視攝像機(jī)系統(tǒng)是相輔相成的,。這些系統(tǒng)不需要高分辨率攝像機(jī), 某一款車(chē)輛如果已經(jīng)在ADAS應(yīng)用中采用了前視攝像機(jī),,那么這一特性的性?xún)r(jià)比會(huì)非常高,。

  系統(tǒng):行人/障礙物/車(chē)輛探測(cè)(PD)傳感器:攝像機(jī)、雷達(dá),、IR

   行人(以及障礙物和車(chē)輛)探測(cè)(PD)系統(tǒng)完全依靠攝像機(jī)傳感器來(lái)深入感知周?chē)h(huán)境,,例如,采用一臺(tái)攝像機(jī),,或者在更復(fù)雜的系統(tǒng)中采用立體攝像機(jī),。“類(lèi) 別變量”(衣著,、燈光,、大小和距離)的差異會(huì)很大,背景復(fù)雜而且不斷變化,以及傳感器置于移動(dòng)平臺(tái)(車(chē)輛)上等因素,,導(dǎo)致很難確定移動(dòng)中行人的視覺(jué)特征,, 因此,采用IR傳感器能夠增強(qiáng)PD系統(tǒng),。雷達(dá)也可以增強(qiáng)車(chē)輛探測(cè)系統(tǒng),,它提供很好的距離測(cè)量功能,在惡劣的天氣條件下,,性能表現(xiàn)出眾,,能夠測(cè)量車(chē)輛的行駛 速度。這一復(fù)雜的系統(tǒng)需要使用同時(shí)來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),。

  系統(tǒng):駕駛員困倦報(bào)警傳感器:車(chē)內(nèi)IR攝像機(jī)

  困倦報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)視駕駛員的面部,,測(cè)量其頭部位置、眼睛(張開(kāi)/閉上)以及其他類(lèi)似的報(bào)警指示,。如果確定駕駛員有進(jìn)入睡眠的跡象,,或者看起來(lái)意識(shí)不清,該系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警,。有些系統(tǒng)還監(jiān)視心率和呼吸,。設(shè)想但是還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的功能包括使車(chē)輛靠近路邊行駛,最終靠邊停下來(lái),。


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