從ADAS到無(wú)人駕駛 數(shù)數(shù)那些關(guān)鍵技術(shù)

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 AssistantSystem)，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)。