從上世紀50年代早期的電動車窗到當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用到中端和經濟型汽車上,，成為必備的電子和電氣系統(tǒng),。最近新出現的高級輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)技術也不例外,。作為 一個例子,，歐洲的福特?？怂蛊嚞F在具備了自適應巡航控制(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,。即使是經濟 型起亞汽車也安裝了后視攝像機,。但是,，隨著ADAS技術應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現大量的計算資源,。

　　ADAS技術能夠不僅僅應用在豪華汽車上,，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,，國家高速運輸安全管理局正在制定強制安裝后視攝像機的政策,，據此，預計2018年車載攝像機將達到6千萬臺,。

　　安裝了ADAS的車輛在保險上有折扣也是推動ADAS廣泛應用的另一因素,。這類優(yōu)惠有一定的統(tǒng)計意義。當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得到廣泛應用的決定性因素還是成本,。雖然ADAS技術越來越復雜,，但是,，傳感器和處理器技術的進步——在很少的元器件中集成多種功能，現在可以 支持工程師以中端甚至是經濟型汽車能夠承受的價格來設計ADAS應用,。成本的降低以及通過功能集成來降低復雜度是推動ADAS技術在各類車輛中得以廣泛應 用的關鍵因素,。

　　ADAS功能的多樣性

　　在其所有預期中，ADAS技術也給汽車行業(yè) 帶來了很多挑戰(zhàn),。正如很多技術處于其早期階段一樣,，ADAS應用曾涉及到很多發(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,，日立公司關注 于采用兩臺前向攝像機多路傳感器方法來探測距離100米以外的物體。這一技術被稱為“眼睛視覺”,，在2013款力獅和傲虎車型上得到了應用,。Denso公 司最近演示了困倦探測系統(tǒng)，使用紅外(IR)攝像機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，表明駕駛員可能進入了睡眠狀態(tài),。最 后,，Aisin正在推出使用后視攝像機的車道探測系統(tǒng)——這是一種監(jiān)視車輛相對于車道標志線位置的高性價比方法，它結合GPS和道路地圖數據,，確定車輛相 對于前方路況的當前位置,。

　　下面詳細地介紹ADAS技術在汽車領域的具體應用：

　　系統(tǒng)：車道偏離報警

　　傳感器：攝像機

　 　當車輛離開其車道，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現)。當車輛速度超過一定閾值(例如,， 大于55英里),，車輛沒有打開轉向信號燈時，這些系統(tǒng)會開始發(fā)揮作用,。當車輛行駛,，其相對于車道標志線的位置表明車輛有可能偏離車道時，需要通過攝像機系 統(tǒng)來觀察車道標志,。雖然對于所有車輛制造商而言這些應用需求是相似的,，但是每一廠商都采用了不同的方法，使用一臺前視攝像機,，一臺后視攝像機,，或者雙路/ 立體前視攝像機。出于這一原因,，很難采用一種硬件體系結構來滿足各種不同類型的攝像機要求,。需要采用靈活的硬件體系結構來提供不同的實現選擇,。

       系統(tǒng)：自適應巡航控制

　　傳感器：雷達

　　過去十年中，豪華汽車采 用了ACC技術,，這一技術目前也在更廣泛的市場上得到了應用,。傳統(tǒng)的巡航控制技術設計用于保持車輛以恒定的車速行駛，與此不同,，ACC技術使車速與交通狀 況相適應,，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來實現,。但是,，由于雷達系統(tǒng)不能識別某一目 標的大小和形狀，而且其視場也相對較窄,，因此,，應用時要結合攝像機。難點在于,，目前所使用的攝像機和雷達傳感器還沒有標準配置,。因此，還是需要靈活的硬件 平臺,。

　　系統(tǒng)：交通標志識別

　　傳感器：攝像機

　 　正如其名稱所示,，交通標志識別(TSR)功能使用前向攝像機結合模式識別軟件，可以識別常見的交通標志(限速,、停車,、掉頭等)。這一功能會提醒駕駛員注 意前面的交通標志,，以便駕駛員遵守這些標志,。TSR功能降低了駕駛員不遵守停車標志等交通法規(guī)的可能，避免了違法左轉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探測算法，根據不同地區(qū)的交通標志來進行調整,。

　　系統(tǒng)：夜視

　　傳感器：IR或者熱成像攝像機

　　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)使用各種攝像機傳感器和顯示器，具體與生產商有關,，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)攝像機和IR燈源相結合,，在顯示器上呈現黑白圖像。這些系統(tǒng)的分辨率很高,，圖像質量也非常好,。其典 型的可視范圍是150米。這些系統(tǒng)能夠看清楚攝像機視場范圍內的所有物體(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，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，其探測范圍達到 300米至1000米,。這些系統(tǒng)的缺點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)結合視頻分 析技術，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,，有多種體系結構選擇,，每一種方法都有其優(yōu)缺點。為提高競爭力,，汽車生產商應支 持多種攝像機傳感器，在通用,、靈活的硬件平臺上實現這些傳感器,。

　　系統(tǒng)：自適應遠光控制

　　傳感器：攝像機

　 　自適應遠光控制(AHBC)是一種智能大燈控制系統(tǒng)，使用了攝像機來探測交通狀況(對面來車以及同向交通狀況),，根據這些狀況,，調亮或者調暗遠光燈。 AHBC系統(tǒng)支持駕駛員盡可能在最大照亮距離上使用遠光,，而不必在其他車輛出現時手動調暗大燈,，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,，調暗一個大燈，而同時另一個大燈正常點亮,。AHBC與LDW和TSR等前視攝像機系統(tǒng)是相輔相成的,。這些系統(tǒng)不需要高分辨率 攝像機，某一款車輛如果已經在ADAS應用中采用了前視攝像機,，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、雷達,、IR

　 　行人(以及障礙物和車輛)探測(PD)系統(tǒng)完全依靠攝像機傳感器來深入感知周圍環(huán)境,，例如，采用一臺攝像機,，或者在更復雜的系統(tǒng)中采用立體攝像機,。“類 別變量”(衣著,、燈光,、大小和距離)的差異會很大，背景復雜而且不斷變化,，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PD系統(tǒng),。雷達也可以增強車輛探測系統(tǒng)，它提供很好的距離測量功能,，在惡劣的天氣條件下,，性能表現出眾，能夠測量車輛的行駛 速度,。這一復雜的系統(tǒng)需要使用同時來自多個傳感器的數據,。(后面會詳細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IR攝像機

　　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。設想但是還沒有實現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平臺

　　綜合以上功能來看，雖然很難詳細預測以上介紹的這些功能以及未來會應用到什么程度,，但是從技術角度看,，有幾點是明確的：

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

　　需要特別注意的是，大部分ADAS應用需要對來自多個傳感器的多路信號進行處理和分析,，包括,，視頻攝像機、雷達,、紅 外傳感器,，以及今后可能出現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的數據流進行集成和分析,，而且，如果要用在全天候各種天氣 條件下,，還必須采用雷達數據,。傳感器融合這一術語用于描述ADAS應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任務有多復雜的一個很好的例子。例如,，Kalman濾波能夠集成視頻和雷達輸入信號,，使用這些數 據來生成當前環(huán)境的快照。然后,，它在這些快照上應用名為“航位推測”的過程,，根據物理條件，計算周圍環(huán)境“可能”會出現什么狀況,。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，在可信度基礎上,，估算出應采取哪些措施,。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,。