盤點入門adas視覺方案

攝像頭是ADAS核心傳感器，相比毫米波雷達和激光雷達，最大優(yōu)勢在于識別(物體是車還是人、標(biāo)志牌是什么顏色)。汽車行業(yè)價格敏感，攝像頭硬件成本相對低廉，因為近幾年計算機視覺發(fā)展迅速，從攝像頭角度切入ADAS感知的創(chuàng)業(yè)公司數(shù)量也非常可觀。

這些創(chuàng)業(yè)公司可以統(tǒng)稱為視覺方案提供商。他們掌握核心的視覺傳感器算法，向下游客戶提供車載攝像頭模組，芯片以及軟件算法在內(nèi)的整套方案。前裝模式下，視覺方案提供商扮演二級供應(yīng)商的角色，與Tier1配合為OEM定義產(chǎn)品。后裝模式里，除了提供整套設(shè)備，也存在售賣算法的模式。本文中將對視覺ADAS功能、硬件需求、評價標(biāo)準(zhǔn)等進行解析，在《【車云報告】adas視覺方案入門盤點(下篇)》內(nèi)容中將參考Mobileye對國內(nèi)11家供應(yīng)商的產(chǎn)品進行詳細(xì)解讀。

視覺ADAS供應(yīng)鏈體系一、視覺ADAS可實現(xiàn)功能

因為安全記錄、停車等需要，攝像頭在車上的大量應(yīng)用是行車記錄儀、倒車影像等輔助功能。一般通過安裝在車身各個位置的廣角攝像頭采集影像，經(jīng)過標(biāo)定和算法處理，生成影像或拼接形成視圖補充駕駛員視覺盲區(qū)，不用涉及整車控制，因此更加注重視頻處理，技術(shù)已經(jīng)成熟并逐漸普及。

目前在行車輔助功能中，攝像頭可用來單獨實現(xiàn)很多功能，并且按照自動駕駛發(fā)展規(guī)律逐漸演進。

這些功能更加強調(diào)對輸入圖像的處理，從拍攝的視頻流中提取有效目標(biāo)運動信息做進一步分析，給出預(yù)警信息或直接調(diào)動控制機構(gòu)。相比視頻輸出類功能，強調(diào)高速下的實時性，這部分技術(shù)正處在發(fā)展上升期。

二、視覺ADAS軟硬需求

視覺系A(chǔ)DAS產(chǎn)品由軟硬件組成，主要包括攝像頭模組、核心算法芯片以及軟件算法。硬件方面考慮行車環(huán)境(震動、高低溫等)，大前提是要符合車規(guī)級要求。

(一)車載ADAS攝像頭模組

車載ADAS攝像頭模組需要定制化開發(fā)。為了適應(yīng)車輛全天候全天時的需要，一般要滿足在明暗反差過大的場合(進出隧道)，很好平衡圖像中過亮或太暗部分(寬動態(tài));對光線比較靈敏(高感光)，避免給芯片帶來太大壓力(并不是一昧追逐高像素)。

攝像頭模組是基礎(chǔ)。好比一張底子不錯的照片才有修飾美化的余地，保證拍攝圖像夠用的基礎(chǔ)上，算法才能更好地發(fā)揮效力。

另外在參數(shù)上，ADAS與行車記錄儀對攝像頭的需求不同。用于行車記錄儀的攝像頭需要看清車頭周圍盡可能多的環(huán)境信息(后視鏡位置看向兩個前輪，水平視角約要110度)。ADAS的攝像頭更講究為行車時預(yù)留更多判斷時間，需要看得更遠。類似相機鏡頭廣角和長焦，兩項參數(shù)不能兼得，ADAS在硬件選取時只能取其平衡。

(二)核心算法芯片

圖像相關(guān)算法對計算資源有很高的要求，因此芯片性能講究。如果在算法上疊加深度學(xué)習(xí)來幫助識別率提升，對硬件性能的要求只增不減，主要考慮的性能指標(biāo)是運算速度、功耗、以及成本。

目前用于ADAS攝像頭的芯片多數(shù)被國外壟斷，主要供應(yīng)商有瑞薩電子(Renesas Electronics)、意法半導(dǎo)體(ST)、飛思卡爾(Free scale)、亞德諾(ADI)、德州儀器(TI)、恩智浦(NXP)、富士通(Fujitsu)、賽靈思(Xilinx)、英偉達(NVIDIA)等，提供包括ARM、DSP、ASIC、MCU、SOC、FPGA、GPU等芯片方案 。

ARM、DSP、ASIC、MCU、SOC是軟件編程的嵌入式方案，F(xiàn)PGA因為對硬件直接編程，和嵌入式相比處理速度更快。

GPU 和FPGA并行處理能力強。圖片這樣的文本，尤其在使用深度學(xué)習(xí)算法需要多個像素點同時計算，F(xiàn)PGA和GPU會更有優(yōu)勢。兩類芯片的設(shè)計思路類似，都是為了處理大量簡單重復(fù)的運算。GPU的性能更強但耗能也更高，F(xiàn)PGA因為編程和優(yōu)化都是直接在硬件層面進行的，能耗會低很多。

因此在平衡算法和處理速度，尤其是用于前裝并且算法穩(wěn)定時，F(xiàn)PGA被視為一個熱門方案。FPGA是個好選擇。但同時，F(xiàn)PGA對技術(shù)要求也很高。原因在于計算機視覺算法是C語言，F(xiàn)PGA硬件語言是verilog，兩種語言不同，將算法移植到FPGA的人既要有軟件背景，又要有硬件背景。在人才最貴的今天，是筆不小的成本。

現(xiàn)階段可用于傳統(tǒng)計算機視覺算法的車規(guī)級芯片有多種選擇，但是適用于傳統(tǒng)算法疊加深度學(xué)習(xí)算法的低功耗高性能芯片，還沒有真正出現(xiàn)。

(三)算法

ADAS視覺算法的源頭是計算機視覺。

傳統(tǒng)的計算機視覺識別物體大致可以分為圖像輸入、預(yù)處理、特征提取、特征分類、匹配、完成識別幾個步驟。

有兩處尤其依賴專業(yè)經(jīng)驗：第一是特征提取。在識別障礙時可用特征很多，特征設(shè)計尤其關(guān)鍵。判斷前方障礙物是不是車，參考特征可能是車尾燈，也可能車輛底盤投在地面的陰影等。第二是預(yù)處理和后處理，預(yù)處理包括對輸入圖像噪聲的平滑、對比度的增強和邊緣檢測等。后處理是指對分類識別結(jié)果候選進行再處理。

科研中的計算機視覺算法模型運用到實際環(huán)境中，不一定就能表現(xiàn)得很好。因為科研得出的算法會增加諸如天氣、道路復(fù)雜情況在內(nèi)的條件限制，現(xiàn)實世界里除了關(guān)注復(fù)雜環(huán)境的算法表現(xiàn)，還要考慮各種環(huán)境下算法的魯棒性(是否穩(wěn)定)。

算法上比較重要的一個變化是深度學(xué)習(xí)的滲透。

深度學(xué)習(xí)讓計算機模擬人類思考的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以自己學(xué)習(xí)判斷。通過直接向計算機輸入標(biāo)定后的原始數(shù)據(jù)，比如挑選一堆異形車圖片，然后丟給計算機讓它自己學(xué)習(xí)什么是一輛車。這樣就可以免去計算視覺特征提取、預(yù)處理等步驟，感知過程可以簡化為輸入圖片-輸出結(jié)果兩步。

業(yè)內(nèi)比較一致的觀點認(rèn)為，在感知方面，深度學(xué)習(xí)將會彎道超車傳統(tǒng)視覺算法。目前深度學(xué)習(xí)的算法模型已經(jīng)開源，而且算法種類不多，因此有降低門檻大量優(yōu)秀結(jié)果涌現(xiàn)的可能。但是受限于沒有合適的車端平臺，離產(chǎn)品化還有一段距離。

業(yè)內(nèi)對深度學(xué)習(xí)在ADAS應(yīng)用的看法都比較客觀冷靜。不少觀點認(rèn)為深度學(xué)習(xí)算法是一個黑箱(Blackbox)算法，類似人感性決策的過程，可以很快輸出一個結(jié)果，很難在發(fā)生事故后反查原因，因此在使用深度學(xué)習(xí)時要加入理性決策部分，并且分區(qū)塊設(shè)計。