為配備集成處理器的 ADAS 域控制器構(gòu)建多攝像頭視覺(jué)感知系統(tǒng)

當(dāng)我們開(kāi)車穿過(guò)社區(qū)和城鎮(zhèn)并看到孩子們?cè)诓叫泻万T自行車時(shí)，我們會(huì)意識(shí)到道路安全的重要性。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局 (NHTSA) 2021 年的一項(xiàng)研究顯示，在美國(guó)，平均每天有 20 名行人在交通事故中喪生——每 71 分鐘就有一名行人死亡。世界衛(wèi)生組織在 2022 年的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，每年有 130 萬(wàn)人因道路交通事故死亡其中一半以上是行人、騎自行車和騎摩托車的人。不幸的是，駕駛員分心是造成這些事故的主要原因之一，而這種分心的趨勢(shì)似乎每年都在增加。

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 有助于減輕駕駛分心的影響，從而為駕駛員、行人和弱勢(shì)道路群體提供周全的保護(hù)。為了達(dá)到五星安全等級(jí)并滿足監(jiān)管要求，需要增加備用攝像頭、前置攝像頭和駕駛監(jiān)控系統(tǒng)。因此，許多制造商正在改進(jìn)其車輛架構(gòu)，以在 ADAS 域控制器中集成各種主動(dòng)安全功能。

域控制器通常需要：

·         與多種傳感器連接的能力：數(shù)量、模式和分辨率。

·         用于感知、駕駛和停車應(yīng)用的視覺(jué)、人工智能 (AI)和通用處理。

·         與低帶寬和高速車載網(wǎng)絡(luò)的連接。

·         功能安全和保障可防止關(guān)鍵器件遭到破壞。

ADAS 域控制器的處理和系統(tǒng)要求

對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存、計(jì)算性能和輸入/輸出 (I/O) 帶寬日益增長(zhǎng)的需求使系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，并提高了系統(tǒng)成本。如今的高端 ADAS 系統(tǒng)使用多個(gè)不同分辨率的攝像頭，并在汽車周圍配備了各種雷達(dá)傳感器，以提供駕駛環(huán)境的完整視圖。對(duì)于從傳感器收集的每組圖像，AI 和計(jì)算機(jī)視覺(jué)支持的檢測(cè)和分類算法都需要以每秒高幀率運(yùn)行，以準(zhǔn)確地解釋場(chǎng)景。這給系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了多項(xiàng)挑戰(zhàn)，包括將這些傳感器連接到處理系統(tǒng)、將其內(nèi)容傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器中，以及同步數(shù)據(jù)以供分類算法實(shí)時(shí)處理。

德州儀器 (TI) 的 TDA4VH-Q1 片上系統(tǒng) (SoC)（如圖 1 所示）集成了視覺(jué)預(yù)處理、深度和運(yùn)動(dòng)加速、AI 網(wǎng)絡(luò)處理、汽車網(wǎng)絡(luò)接口和安全微控制器 (MCU) 等功能。TPS6594-Q1 電源管理集成電路經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可在需要滿足汽車安全完整性等級(jí) (ASIL) D 的應(yīng)用中為 TDA4VH-Q1 供電，包括一些功能安全特性，比如電壓監(jiān)測(cè)、TDA4VH-Q1 SoC 的硬件錯(cuò)誤檢測(cè)，以及一個(gè)問(wèn)答看門狗，用于監(jiān)測(cè) SoC 上的 MCU 是否存在導(dǎo)致鎖定的軟件錯(cuò)誤。

圖 1：TDA4VH-Q1 SoC 的簡(jiǎn)化圖

支持多攝像頭視覺(jué)感知

需要提高處理器性能的 ADAS 應(yīng)用示例之一是多攝像頭視覺(jué)感知。在汽車周圍安裝攝像頭可提供 360 度視野，有助于防止正面碰撞，并幫助駕駛員對(duì)盲點(diǎn)和鄰近車道的交通和行人活動(dòng)保持警惕。

Phantom AI 利用 TI 的 J784S4 處理器開(kāi)源軟件開(kāi)發(fā)套件 (SDK)，為 TDA4VH-Q1 開(kāi)發(fā)了一個(gè)多攝像頭視覺(jué)感知系統(tǒng)。Phantom AI 的 PhantomVision? 系統(tǒng)為 TDA4VH-Q1 處理器提供了一整套 ADAS 功能，從符合歐盟通用安全法規(guī)到符合美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì) (SAE) L2 級(jí)和 L2+ 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。除了車輛、弱勢(shì)道路群體、自由空間、交通標(biāo)志和交通信號(hào)燈檢測(cè)等基本功能外，PhantomVision? 還包括了施工區(qū)域、轉(zhuǎn)向燈和尾燈檢測(cè)以及基于 AI 的自我路徑預(yù)測(cè)等附加功能。其多攝像頭感知系統(tǒng)由前視、側(cè)視和后視攝像頭組合而成，可全方位覆蓋車輛的 360 度視野，有助于消除盲點(diǎn)（圖 2）。

圖 2：Phantom AI 使用的 360 度視野的攝像頭位置

通過(guò)利用 TDA4VH-Q1 的高性能計(jì)算、深度學(xué)習(xí)引擎和用于信號(hào)和圖像預(yù)處理的專用加速器的組合，Phantom AI 使實(shí)時(shí)操作成為可能。專用視覺(jué)預(yù)處理加速器可處理相機(jī)流水線，包括圖像捕捉、色彩空間轉(zhuǎn)換和多尺度圖像金字塔構(gòu)建。結(jié)合德州儀器的深度學(xué)習(xí)庫(kù)，TDA4VH-Q1 的每秒數(shù)萬(wàn)億次高速運(yùn)算多核數(shù)字信號(hào)處理器和矩陣乘法輔助引擎可提供具有快速算法和最小 I/O 操作調(diào)度的高效神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)高精度和低延遲。

結(jié)語(yǔ)

為 SAE L2 級(jí)和 L2+ 級(jí)駕駛構(gòu)建復(fù)雜的多傳感器 ADAS 系統(tǒng)并不需要水冷式超級(jí)計(jì)算機(jī)。借助TI TDA4VH-Q1 這一類設(shè)計(jì)精良的 SoC，并由 Phantom AI 等專業(yè)汽車工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，可以向市場(chǎng)推出符合功能安全要求的高性價(jià)比系統(tǒng)。雖然我們對(duì)自動(dòng)駕駛的未來(lái)充滿熱情，但設(shè)計(jì)符合功能安全要求的經(jīng)濟(jì)高效系統(tǒng)的真正目的是使我們的世界變得更加安全。使 ADAS 技術(shù)惠及更多汽車市場(chǎng)領(lǐng)域（使更多汽車配備更多 ADAS），為駕駛員和行人帶來(lái)更好、更安全的體驗(yàn)。