高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用
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●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)，那么這一特性的性價(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)?！邦?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)。(后面會(huì)詳細(xì)討論這一被稱(chēng)為傳感器融合的過(guò)程。)
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)。
需求：靈活的高性能技術(shù)平臺(tái)
雖然很難詳細(xì)預(yù)測(cè)這些功能的未來(lái)發(fā)展，以后會(huì)應(yīng)用到什么程度，但是，從技術(shù)角度看，有幾點(diǎn)是明確的：
●沒(méi)有一種單一的體系結(jié)構(gòu)能夠滿足新出現(xiàn)的各類(lèi)應(yīng)用需求。
●需要采用靈活的平臺(tái)適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)最新的功能，同時(shí)滿足成本、規(guī)劃和性能目標(biāo)。
●要滿足ADAS應(yīng)用的高性能需求，應(yīng)在軟件和硬件上達(dá)到均衡。
●系統(tǒng)使用多個(gè)不同類(lèi)型的傳感器來(lái)完成安全相關(guān)任務(wù)，這類(lèi)系統(tǒng)今后的發(fā)展會(huì)比較強(qiáng)勁。
信號(hào)融合
需要特別注意的是，大部分ADAS應(yīng)用需要對(duì)來(lái)自多個(gè)傳感器的多路信號(hào)進(jìn)行處理和分析，包括，視頻攝像機(jī)、雷達(dá)、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(hào)。例如，危險(xiǎn)探測(cè)不僅僅需要對(duì)來(lái)自多個(gè)攝像機(jī)的數(shù)據(jù)流進(jìn)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(dá)數(shù)據(jù)。傳感器融合這一術(shù)語(yǔ)用于描述ADAS應(yīng)用中不同信號(hào)的集成。
處理信號(hào)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(shuō)明ADAS任務(wù)有多復(fù)雜的一個(gè)很好的例子。例如，Kalman濾波能夠集成視頻和雷達(dá)輸入信號(hào)，使用這些數(shù)據(jù)來(lái)生成當(dāng)前環(huán)境的快照。然后，它在這些快照上應(yīng)用名為“航位推測(cè)”的過(guò)程，根據(jù)物理?xiàng)l件，計(jì)算周?chē)h(huán)境“可能”會(huì)出現(xiàn)什么狀況。例如，它估算周?chē)?chē)輛的新位置，確定路邊的樹(shù)木沒(méi)有移動(dòng)等。然后，Kalman濾波功能對(duì)比這兩類(lèi)快照，在可信度基礎(chǔ)上，估算出應(yīng)采取哪些措施。例如，如果汽車(chē)使用了ACC，車(chē)頭距離太近，那么，可以減速，或者剎車(chē)。
ECU的角色
控制這些過(guò)程的電子設(shè)備集成到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)中。這些系統(tǒng)最初應(yīng)用到汽車(chē)中是為了通過(guò)控制燃油噴射、點(diǎn)火時(shí)間、怠速等功能，滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，而現(xiàn)在這些系統(tǒng)的功能越來(lái)越多了。一般而言，分別開(kāi)發(fā)這些功能(例如，雷達(dá)和攝像機(jī))，逐個(gè)集成到車(chē)輛中，導(dǎo)致由多個(gè)ECU完成多種功能。從成本的角度看，這并不是理想的方法。更好的方法是，將很多傳感器的輸出連接至一個(gè)處理單元，進(jìn)行傳感器融合，更可靠的理解車(chē)輛的狀況，在軟件中開(kāi)發(fā)相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。但是，這一集成方法所需要的計(jì)算能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了中端車(chē)輛的成本預(yù)算。為能夠同時(shí)滿足性能、成本需求，象軟件一樣靈活，很多體系結(jié)構(gòu)采用了現(xiàn)場(chǎng)編程陣列(FPGA)技術(shù)。
FPGA和傳統(tǒng)集成電路的不同在于，F(xiàn)PGA離開(kāi)工廠后是可編程的。這意味著，可以對(duì)其進(jìn)行修改，在設(shè)計(jì)/產(chǎn)品周期后期，滿足最新傳感器獨(dú)特的輸出格式要求，以及最新的計(jì)算算法或者規(guī)范要求，因此，非常適合應(yīng)用于各種體系結(jié)構(gòu)，在最后一刻應(yīng)用新特性。
Altera低成本Cyclone系列FPGA完全能夠適用于汽車(chē)領(lǐng)域，支持工程師將傳感器接口、圖像處理、通信接口和分析等多種功能集成到單片硅片器件中，減少了典型ECU體系結(jié)構(gòu)的元器件數(shù)量，降低了復(fù)雜度。Altera FPGA采用了硬件加速功能來(lái)處理高清晰視頻的720p30 (720掃描線，每秒30幀)數(shù)據(jù)流，以及下一代傳感器的77-GHz輸入。與完全將這些算法集成到硬件中不同，Altera FPGA的高性能硬件和軟件可編程特性確保了能夠滿足ADAS應(yīng)用嚴(yán)格的25至30-ms延時(shí)要求。
Altera FPGA不但在技術(shù)上非常出眾，而且縮短了設(shè)計(jì)周期，支持OEM和Tier 1生產(chǎn)商盡快將ADAS應(yīng)用推向市場(chǎng)，不需要大幅度改動(dòng)硬件就能夠突出產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了商業(yè)價(jià)值。此外，Altera還提供簡(jiǎn)單方便的專(zhuān)用集成電路(ASIC)引腳兼容移植途徑，降低了整個(gè)產(chǎn)品生命周期的成本。
總結(jié)
當(dāng)今全球汽車(chē)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)和法規(guī)壓力促使生產(chǎn)商在其車(chē)輛中靈活的采用ADAS技術(shù)。Altera FPGA靈活的結(jié)合了技術(shù)和性能指標(biāo)，是滿足這些目標(biāo)要求的理想器件。
評(píng)論