從上世紀(jì)50年代早期的電動車窗到當(dāng)今最新的汽車駕駛系統(tǒng),，豪華汽車所 具有的高端特性隨著時間的推移最終都應(yīng)用到中端和經(jīng)濟(jì)型汽車上,，成為必備的電子和電氣系統(tǒng)。最近新出現(xiàn)的高級輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)技術(shù)也不例外,。作為 一個例子,，歐洲的福特?？怂蛊嚞F(xiàn)在具備了自適應(yīng)巡航控制(ACC),、自動剎車和主動式車道保持等功能——所有這些特性以前都專屬于豪華汽車。即使是經(jīng)濟(jì) 型起亞汽車也安裝了后視攝像機(jī),。但是,，隨著ADAS技術(shù)應(yīng)用到價格相對便宜的車輛上，這帶來了一個兩難的問題：需要以非常低的價格實(shí)現(xiàn)大量的計算資源,。

　　ADAS技術(shù)能夠不僅僅應(yīng)用在豪華汽車上,，部分原因是出于競爭的考慮，但并不是唯一因素,。政府規(guī)章制度也是一個重要因素,。例如，在美國,，國家高速運(yùn)輸安全管理局正在制定強(qiáng)制安裝后視攝像機(jī)的政策,，據(jù)此，預(yù)計2018年車載攝像機(jī)將達(dá)到6千萬臺,。

　　安裝了ADAS的車輛在保險上有折扣也是推動ADAS廣泛應(yīng)用的另一因素,。這類優(yōu)惠有一定的統(tǒng)計意義。當(dāng)駕駛員駕駛車輛開始偏離車道時,，系統(tǒng)會發(fā)出告警,，在夜間，系統(tǒng)也能夠增強(qiáng)駕駛員的能見度,，從而避免了事故的發(fā)生,，挽救了生命,。

　 　ADAS得到廣泛應(yīng)用的決定性因素還是成本,。雖然ADAS技術(shù)越來越復(fù)雜，但是,，傳感器和處理器技術(shù)的進(jìn)步——在很少的元器件中集成多種功能,，現(xiàn)在可以 支持工程師以中端甚至是經(jīng)濟(jì)型汽車能夠承受的價格來設(shè)計ADAS應(yīng)用。成本的降低以及通過功能集成來降低復(fù)雜度是推動ADAS技術(shù)在各類車輛中得以廣泛應(yīng) 用的關(guān)鍵因素,。

　　ADAS功能的多樣性

　　在其所有預(yù)期中,，ADAS技術(shù)也給汽車行業(yè) 帶來了很多挑戰(zhàn)。正如很多技術(shù)處于其早期階段一樣,，ADAS應(yīng)用曾涉及到很多發(fā)展方向,，并不能明確哪一方向最終會推動市場發(fā)展。撰寫本文時,，日立公司關(guān)注 于采用兩臺前向攝像機(jī)多路傳感器方法來探測距離100米以外的物體,。這一技術(shù)被稱為“眼睛視覺”，在2013款力獅和傲虎車型上得到了應(yīng)用,。Denso公 司最近演示了困倦探測系統(tǒng),，使用紅外(IR)攝像機(jī)來觀察駕駛員的面部,，確定駕駛員的眼睛是否張開，如果眼睛閉上,，表明駕駛員可能進(jìn)入了睡眠狀態(tài),。最 后，Aisin正在推出使用后視攝像機(jī)的車道探測系統(tǒng)——這是一種監(jiān)視車輛相對于車道標(biāo)志線位置的高性價比方法,，它結(jié)合GPS和道路地圖數(shù)據(jù),，確定車輛相 對于前方路況的當(dāng)前位置。

　　下面詳細(xì)地介紹ADAS技術(shù)在汽車領(lǐng)域的具體應(yīng)用：

　　系統(tǒng)：車道偏離報警

　　傳感器：攝像機(jī)

　 　當(dāng)車輛離開其車道,，或者接近道路邊緣時,，LDW系統(tǒng)發(fā)出聲音報警或者動作報警(通過輕微的振動方向盤或者座椅來實(shí)現(xiàn))。當(dāng)車輛速度超過一定閾值(例如,， 大于55英里),，車輛沒有打開轉(zhuǎn)向信號燈時，這些系統(tǒng)會開始發(fā)揮作用,。當(dāng)車輛行駛,，其相對于車道標(biāo)志線的位置表明車輛有可能偏離車道時，需要通過攝像機(jī)系 統(tǒng)來觀察車道標(biāo)志,。雖然對于所有車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，使用一臺前視攝像機(jī),，一臺后視攝像機(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)來滿足各種不同類型的攝像機(jī)要求,。需要采用靈活的硬件體系結(jié)構(gòu)來提供不同的實(shí)現(xiàn)選擇。

       系統(tǒng)：自適應(yīng)巡航控制

　　傳感器：雷達(dá)

　　過去十年中,，豪華汽車采 用了ACC技術(shù),，這一技術(shù)目前也在更廣泛的市場上得到了應(yīng)用。傳統(tǒng)的巡航控制技術(shù)設(shè)計用于保持車輛以恒定的車速行駛,，與此不同,，ACC技術(shù)使車速與交通狀 況相適應(yīng)，如果與前車距離太近,，則會降速,，在路況允許時，會加速到上限,。這些系統(tǒng)通過使用安裝在車輛前部的雷達(dá)來實(shí)現(xiàn),。但是，由于雷達(dá)系統(tǒng)不能識別某一目 標(biāo)的大小和形狀，而且其視場也相對較窄,，因此,，應(yīng)用時要結(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)傳感器還沒有標(biāo)準(zhǔn)配置,。因此，還是需要靈活的硬件 平臺,。

　　系統(tǒng)：交通標(biāo)志識別

　　傳感器：攝像機(jī)

　 　正如其名稱所示,，交通標(biāo)志識別(TSR)功能使用前向攝像機(jī)結(jié)合模式識別軟件，可以識別常見的交通標(biāo)志(限速,、停車,、掉頭等)。這一功能會提醒駕駛員注 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標(biāo)志等交通法規(guī)的可能，避免了違法左轉(zhuǎn)或者無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來增強(qiáng)探測算法，根據(jù)不同地區(qū)的交通標(biāo)志來進(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別物體,。這些物體一般超出了車輛大燈的視場范圍，因此,，NV系統(tǒng)針對在前方道路上行駛的車輛提前發(fā)出報警,，幫助駕駛員避免撞車事件的發(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型：主動式和被動式。

　 　主動系統(tǒng),，也稱為近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)視場范圍內(nèi)的所有物體(包括沒有熱輻射的物體)，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采集圖像,。這些系統(tǒng)不會受到對面來車大燈的影響，也不會受到惡劣天氣狀況的影響,，其探測范圍達(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,，被動式系統(tǒng)只能探測有熱輻射的物體。被動式系統(tǒng)結(jié)合視頻分 析技術(shù),，可以清楚的顯示車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),。為提高競爭力,，汽車生產(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)來探測交通狀況(對面來車以及同向交通狀況),，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,，而不必在其他車輛出現(xiàn)時手動調(diào)暗大燈,，不會分散駕駛員注意力，從而提高了車輛的安全性,。在某些系 統(tǒng)中,，甚至可以分別控制大燈，調(diào)暗一個大燈,，而同時另一個大燈正常點(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),，那么這一特性的性價比會非常高。

       系統(tǒng)：行人/障礙物/車輛探測(PD)

　　傳感器：攝像機(jī),、雷達(dá),、IR

　 　行人(以及障礙物和車輛)探測(PD)系統(tǒng)完全依靠攝像機(jī)傳感器來深入感知周圍環(huán)境，例如，采用一臺攝像機(jī),，或者在更復(fù)雜的系統(tǒng)中采用立體攝像機(jī),。“類 別變量”(衣著,、燈光,、大小和距離)的差異會很大，背景復(fù)雜而且不斷變化,，以及傳感器置于移動平臺(車輛)上等因素,，導(dǎo)致很難確定移動中行人的視覺特征， 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)車輛探測系統(tǒng)，它提供很好的距離測量功能,，在惡劣的天氣條件下,，性能表現(xiàn)出眾，能夠測量車輛的行駛 速度,。這一復(fù)雜的系統(tǒng)需要使用同時來自多個傳感器的數(shù)據(jù),。(后面會詳細(xì)討論這一被稱為傳感器融合的過程。)

　　系統(tǒng)：駕駛員困倦報警

　　傳感器：車內(nèi)IR攝像機(jī)

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

　　市場需要一個靈活的技術(shù)平臺

　　綜合以上功能來看,，雖然很難詳細(xì)預(yù)測以上介紹的這些功能以及未來會應(yīng)用到什么程度,，但是從技術(shù)角度看，有幾點(diǎn)是明確的：

　 　目前還沒有一種單一的體系結(jié)構(gòu)能夠滿足新出現(xiàn)的各類應(yīng)用需求;需要采用靈活的平臺適應(yīng)市場發(fā)展趨勢,，實(shí)現(xiàn)最新的功能,，同時滿足成本、規(guī)劃和性能目標(biāo);要 滿足ADAS應(yīng)用的高性能需求,，應(yīng)在軟件和硬件上達(dá)到均衡;系統(tǒng)使用多個不同類型的傳感器來完成安全相關(guān)任務(wù),，這類系統(tǒng)今后的發(fā)展會比較強(qiáng)勁,。信息融合是 ADAS的核心技術(shù)

　　需要特別注意的是,，大部分ADAS應(yīng)用需要對來自多個傳感器的多路信號進(jìn)行處理和分析，包括，視頻攝像機(jī),、雷達(dá),、紅 外傳感器，以及今后可能出現(xiàn)的激光等其他傳感器信號,。例如,，危險探測不僅僅需要對來自多個攝像機(jī)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行集成和分析，而且,，如果要用在全天候各種天氣 條件下,，還必須采用雷達(dá)數(shù)據(jù)。傳感器融合這一術(shù)語用于描述ADAS應(yīng)用中不同信號的集成,。

　　處理信號融合這一難題的一種算法解決方案是 Kalman濾波,，它集合了很多種算法。這是說明ADAS任務(wù)有多復(fù)雜的一個很好的例子,。例如,，Kalman濾波能夠集成視頻和雷達(dá)輸入信號，使用這些數(shù) 據(jù)來生成當(dāng)前環(huán)境的快照,。然后,，它在這些快照上應(yīng)用名為“航位推測”的過程，根據(jù)物理?xiàng)l件,，計算周圍環(huán)境“可能”會出現(xiàn)什么狀況,。例如，它估算周圍車輛的 新位置,，確定路邊的樹木沒有移動等,。然后，Kalman濾波功能對比這兩類快照,，在可信度基礎(chǔ)上,，估算出應(yīng)采取哪些措施。例如,，如果汽車使用了ACC,，車頭距離太近，那么,，可以減速,，或者剎車。