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)。
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
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。
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)。可以直接顯示來(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
在當(dāng)今的汽車(chē)市場(chǎng)中，Aptina是傳感器和SoC（包括傳感器陣列和圖像處理的系統(tǒng)級(jí)芯片）的領(lǐng)先供應(yīng)商，這些產(chǎn)品用于場(chǎng)景觀察和場(chǎng)景處理應(yīng)用。由于傳感器分辨率和處理需求的增長(zhǎng)，使得在一顆芯片上集成傳感器和圖像處理變得更為困難，這是因?yàn)楣脑黾印?duì)圖像品質(zhì)的影響和暗電流的增大。為了滿(mǎn)足此需求，Aptina計(jì)劃提供傳感器加上單獨(dú)的協(xié)同芯片（Companion Chip，CC）解決方案以實(shí)施圖像處理。
Aptina的傳感器+圖像處理協(xié)同芯片方案也適用于雙數(shù)據(jù)流應(yīng)用。例如，寬視野（wide-field-of-view）攝像頭系統(tǒng)與經(jīng)失真校正的圖像可以用于汽車(chē)前方區(qū)域的觀察應(yīng)用，同時(shí)可為物體檢測(cè)等ADAS功能提供便利。假如檢測(cè)到目標(biāo)從旁邊進(jìn)入到汽車(chē)車(chē)道，可產(chǎn)生聲響報(bào)警（與電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）聯(lián)合處理）。
根據(jù)這類(lèi)應(yīng)用，可以得出有關(guān)ADAS系統(tǒng)要求的結(jié)論：
·必須支持視頻處理和圖像處理這兩項(xiàng)功能。在這種情況下，視頻處理指的是原始攝像頭數(shù)據(jù)的適當(dāng)處理，用于顯示供駕駛員觀看，而圖像處理指的是從視頻流中提取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)等信息的應(yīng)用分析。
·必須提供并行數(shù)據(jù)通道，用于同時(shí)運(yùn)行功能的相關(guān)運(yùn)算。
·需要百萬(wàn)像素圖像分辨率以支持多種新功能和應(yīng)用，尤其是場(chǎng)景處理技術(shù)。
執(zhí)行這些功能所需的大致數(shù)據(jù)處理，會(huì)很快超過(guò)ECU的數(shù)字信號(hào)處理器所能提供的能力；Aptina圖像傳感器+ Aptina協(xié)同芯片組合是有效的方式，可以在攝像頭模塊中提供局部圖像處理功能，用于觀察應(yīng)用，例如可支持后視或環(huán)視，而同時(shí)在ECU中執(zhí)行先進(jìn)的分析處理。
將傳感器和圖像處理功能適當(dāng)分開(kāi)的額外優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為：
1. 低功率解決方案與百萬(wàn)像素（Mp） SOC
2. 采用相同的圖像處理芯片，在傳感器選擇方面有更大靈活性，改進(jìn)了上市時(shí)間
3. 有助于實(shí)現(xiàn)雙數(shù)據(jù)流工作模式，一個(gè)傳感器可同時(shí)用于觀察和處理應(yīng)用
用于新興汽車(chē)市場(chǎng)的攝像頭
攝像頭正在越來(lái)越多地成為汽車(chē)行業(yè)先進(jìn)駕駛輔助解決方案的一個(gè)關(guān)鍵部件。這些攝像頭可以用于多種應(yīng)用，比如道路標(biāo)志識(shí)別、后視停車(chē)距離控制（park distance control，PDC）和車(chē)道偏離警示（LDW）等。今天，許多新型汽車(chē)裝有數(shù)個(gè)攝像頭，他們精確布置以覆蓋整個(gè)汽車(chē)周邊，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的安全系統(tǒng)。
汽車(chē)行業(yè)正面對(duì)來(lái)自政府機(jī)構(gòu)、非政府組織和消費(fèi)者本身的持續(xù)壓力，他們要求生產(chǎn)可以更安全駕駛的汽車(chē)。就攝像頭應(yīng)用來(lái)說(shuō)，美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）已提出，緊靠每輛汽車(chē)的后面必須確定特定區(qū)域，當(dāng)汽車(chē)進(jìn)行倒車(chē)操作時(shí)，駕駛員務(wù)必能夠看到這個(gè)區(qū)域。對(duì)于所有在美國(guó)銷(xiāo)售的客運(yùn)車(chē)輛，此提議的采用預(yù)計(jì)可以顯著減少由后部碰撞引起的死亡事故和傷害，有利于涉及到的兒童、殘疾人、老人、以及其他行人。
在汽車(chē)中整合更多先進(jìn)感測(cè)技術(shù)的趨勢(shì)仍將繼續(xù)。我們今天已經(jīng)看到一些提議安裝的典型ADAS系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提供ACC + LDW + CW（自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)+車(chē)道偏離警示系統(tǒng)+碰撞警示）功能。采用具有傳感器和圖像處理功能的解決方案勢(shì)在必行，它們有助于實(shí)現(xiàn)各種配置以及不同的應(yīng)用，比如用于后視和/或環(huán)視功能的視覺(jué)系統(tǒng)。
在這些先進(jìn)的基于攝像頭的汽車(chē)安全系統(tǒng)內(nèi)，增強(qiáng)的成像和感測(cè)功能開(kāi)啟了一個(gè)充滿(mǎn)無(wú)限可能的世界。基于攝像頭的視覺(jué)系統(tǒng)可與具有長(zhǎng)視野的長(zhǎng)距離雷達(dá)、具有更寬視野的短距離雷達(dá)或超聲波傳感器相輔相成，讓駕駛員看清前方和后方的道路。因此，增加一套數(shù)據(jù)信息可用來(lái)確認(rèn)所獲取整個(gè)圖像的準(zhǔn)確性。例如，來(lái)自雷達(dá)和攝像頭的數(shù)據(jù)可以使駕駛員在使用制動(dòng)系統(tǒng)等決策方面具有更高的自信。
結(jié)論
汽車(chē)行業(yè)正在面對(duì)需要生產(chǎn)能夠更安全駕駛汽車(chē)的持續(xù)壓力。今天，基于攝像頭的觀察系統(tǒng)已成為開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的安全系統(tǒng)的關(guān)鍵。在這些系統(tǒng)內(nèi)，CMOS圖像傳感器不僅滿(mǎn)足了寬動(dòng)態(tài)范圍（WDR）和弱光（low-light）性能要求，它們還對(duì)于價(jià)格敏感的汽車(chē)市場(chǎng)提供了非常關(guān)鍵的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，有助于在這個(gè)細(xì)分市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)。