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(jīng)濟型汽車上，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）技術也不例外。作為一個例子，歐洲的福特福克斯汽車現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(jù)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(xiàn)在可以支持工程師以中端甚至是經(jīng)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。

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(shù)據(jù)，確定車輛相對于前方路況的當前位置。

本文會更詳細的介紹 ADAS 技術迅速在更廣闊的市場上得以應用。

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(xiàn)）。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(xiàn)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(xiàn)。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(jù)不同地區(qū)的交通標志來進行調整。

系統(tǒng)：夜視 傳感器：R 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(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)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(jù)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(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(shù)據(jù)。（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 R 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(xiàn)的功能包括使車輛靠近路邊行駛，最終靠邊停下來。

需求：靈活的高性能技術平臺

雖然很難詳細預測這些功能的未來發(fā)展，以后會應用到什么程度，但是，從術角度看，有幾點是明確的：

●沒有一種單一的體系結構能夠滿足新出現(xiàn)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(xiàn)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。

信號融合

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(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的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)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(jù)物理條件，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。