基于圖像識別的ADAS系統(tǒng)解決方案

     本文是從視覺系統(tǒng)在ADAS中扮演的角色、視覺系統(tǒng)構(gòu)成以及核心部分的圖像識別芯片三部分了解此方向的發(fā)展。

1 第一部分 ADAS中的視覺系統(tǒng)
隨著汽車產(chǎn)業(yè)競爭激烈，汽車購買者將新技術(shù)視為購

圖1  未來的ADAS系統(tǒng)普及率 （Strategy Analytics）（公開數(shù)據(jù)）

圖2  部分廠商系統(tǒng)表

買新汽車的決定關(guān)鍵，使得某些高配置平民品牌的汽車也在
接受度上超過了豪華車輛低配置接受度，加上歐洲、美國和 日本等地道路安全局的要求和評分系統(tǒng)，使得ADAS輔助駕 駛系統(tǒng)變成了一個必需品。
如圖1所示，在各個功能里面視覺占據(jù)了一個很重要的 地位。在路線偏差告警 (LDWS)、停車 輔助（基于視覺）、停車輔助（360度環(huán) 視）、遠(yuǎn)光近光調(diào)整 (HB/LB)、盲點(diǎn)識 別（Blindspot）和交通信號識別 (TSR) 等應(yīng)用中。在不同級別的低成本、緊湊 級、中級車和豪華車?yán)锩?，未來到處?可以看到視覺系統(tǒng)在里面的身影。
首 先 以 日 系 車 輛 為 例 ， 這 里 簡 單 說明一下，來自日本國土交通省和汽車 事故對策機(jī)構(gòu)NASVA的評測結(jié)果顯示， 大 部 分 自 動 制 動 器 啟 動 速 度 區(qū) 間 為 1 0 -
60km/h，其中少部分為10-30km/h或者
10-25km/h， 探測方法則多數(shù)為光學(xué)雷 達(dá)、單眼攝像頭以及毫米波雷達(dá)。車道 偏離報(bào)警得分較高的車型大都探測方法 為 毫 米 波 雷 達(dá) 及 單 眼 攝 像 頭 ， 而 其 自 動制動器啟動速度區(qū)間大多為10-60km/ h。從日本車企的角度分析，主系統(tǒng)和 復(fù)雜系統(tǒng)一起使用，裝配在不同等級的 車上。以日產(chǎn)車系為主，甚至在自動制 動方面都投身于視覺系統(tǒng)的方案里面。 先拿Eyesight來作為切入點(diǎn)，以立

圖3  算法布置的兩種架構(gòu)和整個ADAS系統(tǒng)的構(gòu)成

圖4  雙目/立體攝像頭產(chǎn)品圖  

圖5  立體攝像頭架構(gòu)和立體攝像頭處理算法結(jié)構(gòu)  

圖6    圖像處理芯片概覽

圖7    ADAS前端和周邊監(jiān)測解決方案示例

體攝像頭為系統(tǒng)核心的。我們從富士重工攝像頭的系統(tǒng)的發(fā) 展歷程就可以看到其重要性 。可以說，視覺系統(tǒng)的應(yīng)用成熟 度 ， 關(guān) 乎 到 消 費(fèi) 者 的 使 用
體 驗(yàn) 和 系 統(tǒng) 成 本 ， 是 近 年 各 家汽車OE M、 Tie1廠家乃至 芯片公司投入的重點(diǎn)。2  第二部分 視覺系統(tǒng)
架構(gòu)圖 像 系 統(tǒng) 可 以 分 傳 感 器 和 處 理 器 兩 部 分 ， 按 照 一 個 簡 單 的 分 類 ， 處 理 器 與 攝 像 頭 結(jié) 合 在 一 起 處 理 后 交 由 汽 車的ECU發(fā)送信息，或者攝像 頭通過圖像傳送給ECU之后再 在里面進(jìn)行處理。
這 里 我 們 以 立 體 攝 像 頭 為 例 ， 這 些 分 別 是 各 大 知 名 品 牌 的 立 體 攝 像 頭 ， 其 內(nèi) 部 的結(jié)構(gòu)可如圖5所示。
車 規(guī) 級 攝 像 頭 要 求 嚴(yán) 格 ， 在 低 照 度 下 的 性 能 、 動 態(tài)范圍、近紅外線（NIR）敏 感性、-40～+105℃寬溫度范 圍 下 的 圖 像 品 質(zhì) 、 長 期 可 靠 性 、 圖 像 資 料 完 整 性 和 穩(wěn) 健 性 等 方 面 的 要 求 ， 使 得 國 內(nèi) 短期內(nèi)在CCD和攝像頭本體 部 分 ， 做 起 來 很 困 難 。 其 實(shí) 所 有 的 汽 車 應(yīng) 用 的 圖 像 傳 感 器 和 圖 像 處 理 芯 片 ， 都 要 求 符合AEC-Q100，并在ISO/TS
16949認(rèn)證的設(shè)施中生產(chǎn)。

圖8   ADAS單目攝像頭后視監(jiān)控解決方案示例

3  第三部分 芯片解決 方案
由 于 視 覺 系 統(tǒng) 其 最 初 在 汽 車 領(lǐng) 域 應(yīng) 用 并 不 廣 泛 ， 在 消 費(fèi) 電 子 、 安 防 領(lǐng) 域 有 著 較
為廣泛的應(yīng)用，但是隨著汽車電子的發(fā)展，其目前在汽車應(yīng)用領(lǐng)域雖然有著很高的可靠性和安全性的門檻，但也并非是 牢不可破。如下圖6所示，其中ST Micro EyeQ2已經(jīng)從2代演 化到了4代，市場份額比較高。目前較受關(guān)注的ADAS芯片產(chǎn) 品也請見圖6。
對于圖像檢測算法而言，其任務(wù)需求基本分為：
1）檢測前方所有的車輛；
2）檢測兩側(cè)車道線；
3）測算與前方車輛的距離；
4）測算與前方車輛的相對速度和相對加速度；
5）檢測車道內(nèi)的前方車輛：識別車輛依照的是對三個 特征的檢測（車輛后部的矩形、后輪和2個尾燈）；
6）檢測彎道；
7）檢測行人；
8）識別交通信號。
這里需要提及的是東芝半導(dǎo)體的最新Visconti 3系列圖像 識別處理器，擁有1-4個圖像采集通道、兩個Cortex A9處理 核心、64GB屏蔽式堆讀內(nèi)存Mask ROM以及2MB SRAM、單 通道PCI Express接口。這一系列芯片采用多核、高度并行、 并發(fā)架構(gòu)，低功耗，高性能，能夠快速地進(jìn)行視覺運(yùn)算和處 理，圖案檢測和識別。其中多核架構(gòu)，可一次運(yùn)行多達(dá)4個 應(yīng)用，包括LDW：車道偏離警告，F(xiàn)CW：正向碰撞警告， PD：行人檢測，TSR：交通標(biāo)志識別。高速圖像識別 方面 可以通過HWA （硬件加速器）實(shí)現(xiàn)高速處理 。速度比1G CPU快50倍，典型功耗為1.2W，非常適合汽車電子應(yīng)用。4    第 四 部 分    東 芝
ViscontiTM解決方案
東 芝 提 供 多 種 最 新 一 代 的 ADAS解決方案，包括可平行運(yùn) 行多個識別應(yīng)用的圖像識別處理 器以及輸出級予以優(yōu)化以提供最 大系統(tǒng)效率的系統(tǒng)電源IC等。
其 中 ， 針 對 A D A S 前 端 和
周邊監(jiān)測解決方案，ViscontiTM TMPV75和TMPV76系列的圖像 識 別 處 理 器 能 夠 實(shí) 時 處 理 器 能 夠?qū)崟r處理從一個至四個攝像頭的輸入圖像（并允許最多 連接8個攝像頭）。TMPV75和TMPV76系列可平行運(yùn)行多個 ADAS應(yīng)用，以識別車輛、行人、交通線路、交通標(biāo)識以及 車輛周圍的類似對象。可能的應(yīng)用包括車輛檢測和碰撞警 告；行人監(jiān)測和碰撞警告；扯到檢測和偏離警告；交通標(biāo)識 識別；以及紅燈信號檢測。TMPV75和TMPV76系列結(jié)合了高性能和低功耗熱點(diǎn)。
而 針 對 A D A S 單 目 攝 像 頭 后 視 監(jiān) 控 解 決 方 案 （ 后 方 監(jiān) 視 器 、 電 子 后 視 鏡 、 電 子 車 門 后 視 鏡 ） 而 言 ， 東 芝 的 TMPV7502XBG采用了單目攝像頭的單一視頻輸入接口通 道，所以同時具有高圖像識別性能和低功耗特點(diǎn)（東芝測量 的值為0.6W典型值）。所以，TMPV7502XBG可提供小型封 裝。它適用于后方監(jiān)視器、電子后視鏡和電子車門后視鏡應(yīng) 用，用于提供車輛和行人的識別以及移動對象的檢測功能。 視覺系統(tǒng)的限制運(yùn)用條件比較多，這里可以從現(xiàn)有的 系統(tǒng)中看到，所以一般也是作為系統(tǒng)感知源的一部分。圖像 識別處理器是ADAS的一部分構(gòu)成和信息來源，但也受制于 一些客觀因素，例如糟糕夜視環(huán)境、惡劣天氣（如霧霾、暴 雪）等。東芝半導(dǎo)體也在不斷地針對更多的環(huán)境因素，更新 和改善我們的解決方案，東芝一直致力于改善人民的生活質(zhì) 量，就汽車電子而言，東芝希望提供領(lǐng)先的、以未來為導(dǎo)向 的半導(dǎo)體技術(shù)，以此提供改進(jìn)駕駛安全性的汽車半導(dǎo)體器件 以及全面的駕駛員輔助解決方案，為人民生活帶來更多的便捷。