高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與方案集錦

　　ADAS（Advanced Driver Assistance System），即高級駕駛員輔助系統(tǒng)，是一種在車輛行駛過程中全程幫助駕駛員的主動(dòng)安全輔助系統(tǒng)。ADAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)為提高車輛安全，更廣泛的應(yīng)用為提高道路交通安全。ADAS系統(tǒng)采用攝像頭、雷達(dá)等多種傳感器來收集車輛及車輛周圍環(huán)境的物理數(shù)據(jù)。收集相關(guān)數(shù)據(jù)后，ADAS系統(tǒng)將采用目標(biāo)檢測、識別與跟蹤等處理技術(shù)來評估危險(xiǎn)性。ADAS系統(tǒng)方案并不是要控制車輛，而是向駕駛員提供車輛運(yùn)行狀況以及車輛周圍環(huán)境等相關(guān)信息，提醒駕駛員注意潛在危險(xiǎn)，從而提高行車安全性。

 高級駕駛輔助系統(tǒng)能夠增加駕駛的舒適性和安全性

　　系統(tǒng)：車道偏離報(bào)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(shí)，LDW系統(tǒng)發(fā)出聲音報(bào)警或者動(dòng)作報(bào)警（通過輕微的振動(dòng)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(shí)，這些系統(tǒng)會(huì)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(shí)，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(jì)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(huì)降速，在路況允許時(shí)，會(huì)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(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(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(bào)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(dòng)式和被動(dòng)式。

　　●主動(dòng)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(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采集圖像。這些系統(tǒng)不會(huì)受到對面來車大燈的影響，也不會(huì)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(dòng)式系統(tǒng)只能探測有熱輻射的物體。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(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(jià)比會(huì)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(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（車輛）上等因素，導(dǎo)致很難確定移動(dòng)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(shí)來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。（后面會(huì)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(bào)警

　　傳感器：車內(nèi)IR攝像機(jī)

　　困倦報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)視駕駛員的面部，測量其頭部位置、眼睛（張開/閉上）以及其他類似的報(bào)警指示。如果確定駕駛員有進(jìn)入睡眠的跡象，或者看起來意識不清，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。

　　需求：靈活的高性能技術(shù)平臺

　　雖然很難詳細(xì)預(yù)測這些功能的未來發(fā)展，以后會(huì)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：

　　●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(shí)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(gè)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(huì)比較強(qiáng)勁。

　　信號融合

　　需要特別注意的是，大部分ADAS應(yīng)用需要對來自多個(gè)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(xiǎn)探測不僅僅需要對來自多個(gè)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(gè)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(jì)算周圍環(huán)境“可能”會(huì)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(dòng)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。

    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(huì)推動(dòng)市場發(fā)展。近年來不少名廠廠紛紛推出其解決方案，下面我們將通過這些設(shè)計(jì)方案來認(rèn)識一下ADAS技術(shù)和應(yīng)用趨勢。