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先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)ADAS

作者：麒云科技時(shí)間：2019-07-27

　　先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)ADAS

　　在車輛電子智能化的時(shí)代，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistance System，ADAS)與智能運(yùn)輸系統(tǒng)(Intelligent Transport System, ITS)已開始朝向自動(dòng)無人駕駛之目標(biāo)邁進(jìn)。以車用影像技術(shù)之應(yīng)用特性及未來發(fā)展的潛力而言，利用機(jī)器視覺所得影像信息，就如同駕駛者眼睛所看到各種道路情景，以成為駕駛者所擁有雙眼判斷能力外的第三只眼，提供更便利、安全與智慧的行車環(huán)境。

　　車用影像技術(shù)應(yīng)用大致可分為下列幾種類型，相關(guān)技術(shù)對(duì)應(yīng)如表1所示：

　　●前方輔助：利用安裝于車輛前方的攝影機(jī)，偵測(cè)車輛前方的道路環(huán)境，如：車輛、障礙物、車道標(biāo)志、交通號(hào)志和路人等，及時(shí)辨識(shí)出前方的道路環(huán)境，以提醒駕駛者。

　　●側(cè)方與全周輔助：利用安裝于車輛四周的攝影機(jī)，偵測(cè)車輛四周的道路環(huán)境，以擴(kuò)大駕駛視野。

　　●停車輔助：透過安裝于車輛后方的攝影機(jī)與角度傳感器，擷取相關(guān)的環(huán)境資訊，協(xié)助駕駛?cè)嘶蚴亲詣?dòng)進(jìn)行停車動(dòng)作。

　　●車內(nèi)監(jiān)視：系利用安裝于車艙內(nèi)部的攝影機(jī)，監(jiān)視并進(jìn)行乘客或駕駛?cè)说陌踩o助，例如：辨別駕駛?cè)说恼ＵＱ叟c疲勞時(shí)的閉眼動(dòng)作，或辨識(shí)乘客的體型與坐姿調(diào)節(jié)安全氣囊。

　　車用影像技術(shù)對(duì)照表

　　ADAS的主要功能并不是控制汽車，而是為駕駛?cè)颂峁┸囕v的工作情形與車外環(huán)境變化等相關(guān)信息進(jìn)行分析，且預(yù)先警告可能發(fā)生的危險(xiǎn)狀況，讓駕駛?cè)颂嵩绮扇∫驊?yīng)措施，避免交通意外發(fā)生。

　　先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)程序

　　ADAS是由多達(dá)9個(gè)，包括盲點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)(Blind Spot Detection System)、后方碰撞警示系統(tǒng)(Rear Crash Collision Warning System)、偏離車道警示系統(tǒng)(Lane Departure Warning System)、緩解撞擊煞車系統(tǒng)(Collision Mitigation System)、適路性車燈系統(tǒng)(Adaptive Front-lighting System)、夜視系統(tǒng)(Night Vision System)、主動(dòng)車距控制巡航系統(tǒng)(Adaptive Cruise Control System)、碰撞預(yù)防系統(tǒng)(Pre Crash System)、停車輔助系統(tǒng)(Parking Aid System)，甚至更多功能的系統(tǒng)組成。

　　每個(gè)系統(tǒng)主要包含3個(gè)程序：

　　(1)信息的搜集，不同的系統(tǒng)需藉由不同類型的車用傳感器，包含毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、激光雷達(dá)、CCDCMOS影像傳感器及輪速傳感器等來收集整車的工作狀態(tài)及其參數(shù)變化情形，并將不斷變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)變成電參數(shù)(電壓、電阻及電流)。

　　(2)電子控制單元(ECU)，功能在將傳感器所收集到的信息進(jìn)行分析處理，然后再向控制的裝置輸出控制訊號(hào)。

　　(3)執(zhí)行器，依據(jù)ECU輸出的訊號(hào)，讓汽車完成動(dòng)作執(zhí)行。

　　先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)ADAS-車用雷達(dá)

　　車用雷達(dá)依據(jù)傳輸介值不同，可分為微波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、紅外線雷達(dá)及激光雷達(dá)，各傳輸優(yōu)缺點(diǎn)，數(shù)據(jù)如下：

　　●紅外線及超聲波雷達(dá)：因測(cè)量距離相對(duì)激光雷達(dá)及毫米波較短，所以主要應(yīng)用于汽車停車輸助系統(tǒng)，超音波雷達(dá)應(yīng)用于倒車輔助較多，而紅外線雷達(dá)則應(yīng)用于夜視系統(tǒng)。

　　●激光雷達(dá)：優(yōu)點(diǎn)為高方向性、測(cè)量精度高、測(cè)量距離較長(zhǎng)，但缺點(diǎn)在包含雨、雪、霧等惡劣環(huán)下，測(cè)量性能會(huì)下降，多使用于預(yù)防碰撞警示及盲點(diǎn)偵測(cè)警示系統(tǒng)。按測(cè)量原理不同可分為脈沖式激光測(cè)距雷達(dá)和相位式激光測(cè)距雷達(dá)。

　　●微波雷達(dá)(毫米波雷達(dá))：按測(cè)量原理不同，可分為脈沖調(diào)頻(pulse frequency modulation，PFM)和調(diào)頻連續(xù)波(frequency modulation continuous wave，F(xiàn)MCW)，使用頻率主要集中在23~24，60~61，76~77GHz3個(gè)頻段，波長(zhǎng)均為毫米級(jí)，所以也稱為毫米波雷達(dá)，優(yōu)點(diǎn)為測(cè)量距離遠(yuǎn)、運(yùn)行較穩(wěn)定，比較不受外在天候影響，可測(cè)量車輛間的距離及相對(duì)速度，但缺點(diǎn)是穿透力較差，多應(yīng)用于停車輔助系統(tǒng)、碰撞預(yù)防系統(tǒng)、主動(dòng)車距控制巡航系統(tǒng)及緩解撞擊剎車系統(tǒng)等。

　　國(guó)內(nèi)ADAS相關(guān)廠商

　　車道偏離警示系統(tǒng)LDWS

　　特色：

　　LDWS(Lane Departure Warning System)利用安裝在前擋風(fēng)玻璃上之?dāng)z影機(jī)，測(cè)量車輛前方的道路標(biāo)線，并實(shí)時(shí)計(jì)算車輛與車道線的相對(duì)距離、道路斜率與曲率等參數(shù)，當(dāng)駕駛者不經(jīng)意偏離車道時(shí)，適時(shí)給予警訊，讓駕駛者實(shí)時(shí)修正車輛行駛方向，降低車禍發(fā)生的機(jī)率。

　　技術(shù)：

　　·車道線辨識(shí)演算技術(shù)。

　　·警示判斷邏輯設(shè)計(jì)。

　　·嵌入式硬件電路設(shè)計(jì)。

　　車道維持系統(tǒng)LKAS

　　特色：

　　LKAS(Lane Keeping Assist System)利用裝在車前方的CCD或CMOS鏡頭，感測(cè)車道線，計(jì)算出汽車偏移量。當(dāng)駕駛者不當(dāng)偏離車道線時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給予警示并介入轉(zhuǎn)向的控制，輔助駕駛者保持于車道內(nèi)行駛，減輕長(zhǎng)期駕駛的工作負(fù)荷，提高行車的安全性。

　　技術(shù)：

　　·車道偏離偵測(cè)。

　　·電子輔助轉(zhuǎn)向控制。

　　前方碰撞警示系統(tǒng)FCWS

　　特色：

　　FCWS(Forward Collision Warning System)主要是利用感測(cè)前方車輛，并計(jì)算兩車間的相對(duì)距離與相對(duì)車速，當(dāng)車距小于安全范圍內(nèi)，則發(fā)出警示訊號(hào)并主動(dòng)煞車減速，避免與前方車輛發(fā)生碰撞，提升行車的安全性。主要是根據(jù)車輛的水平及垂直邊緣特性、垂直對(duì)稱(成對(duì))、車輪與陰影等特征，進(jìn)行前方車輛的偵測(cè)辨識(shí)，之后再由透視投影與相似對(duì)稱的比例關(guān)系，即可求得兩車間的距離與碰撞時(shí)間，其系統(tǒng)雛形與LDW相同。

　　技術(shù)：

　　·車道線與車輛辨識(shí)演算技術(shù)。

　　·警示判斷邏輯設(shè)計(jì)。

　　·主動(dòng)煞車判斷邏輯設(shè)計(jì)。

　　·嵌入式硬件電路設(shè)計(jì)。

　　車道偏移與前方碰撞警示系統(tǒng)演算流程

　　立體視覺前方安全警示系統(tǒng)

　　特色：

　　主要是利用感測(cè)前方車輛，并計(jì)算兩車間的相對(duì)距離與相對(duì)車速，當(dāng)車距小于安全范圍內(nèi)，則發(fā)出警示訊號(hào)并主動(dòng)煞車減速，避免與前方車輛發(fā)生碰撞，提升行車的安全性。

　　技術(shù)：

　　·車道線與車輛辨識(shí)演算技術(shù)。

　　·警示判斷邏輯設(shè)計(jì)。

　　·主動(dòng)煞車判斷邏輯設(shè)計(jì)。

　　·嵌入式硬件電路設(shè)計(jì)。

　　盲點(diǎn)偵測(cè)警示系統(tǒng)BDS

　　特色：

　　BDS(Blind-spot Detection System)

　　于車道變換或停車開門時(shí)，利用圖像處理手法，辨識(shí)左右側(cè)盲點(diǎn)區(qū)出現(xiàn)的逼近物體(各式車輛與行人)，若有符合目標(biāo)特征之物體出現(xiàn)，則以"預(yù)警燈號(hào)"或"預(yù)警燈號(hào)加上警示聲響"之方式，對(duì)駕駛者提出警示。

　　技術(shù)：

　　·全天候影像辨識(shí)技術(shù)。

　　·逼近物體偵測(cè)。

　　·車身訊號(hào)整合。

　　·開門警示功能。

　　·嵌入式DSP(數(shù)字訊號(hào)處理器)硬件平臺(tái)。

　　全周物體偵測(cè)暨自動(dòng)更正系統(tǒng)

　　特色：

　　在車輛前后及側(cè)邊之廣角攝影機(jī)取得車輛周邊環(huán)境影像信息，利用圖像處理方法利用影像扭曲校正技術(shù)及影像視點(diǎn)轉(zhuǎn)換技術(shù)與影像縫合技術(shù)將車輛周邊影像縫合成一張視點(diǎn)由車輛上方往下看之全周影像(圖2鳥瞰圖)，再以影像式異物感知技術(shù)主動(dòng)偵測(cè)車輛周邊異物，包含行人、汽機(jī)車等對(duì)本身車輛有危險(xiǎn)的物體，以警示聲音或影像告知物體方位與距離，讓駕駛者能在狹窄路段會(huì)車、狹窄路段過彎或路邊停車時(shí)，有更全方位的車輛周邊環(huán)境監(jiān)控信息，提高駕駛者行車安全。

　　技術(shù)：

　　·影像扭曲校正技術(shù)。

　　·影像視點(diǎn)轉(zhuǎn)換技術(shù)。

　　·影像縫合技術(shù)。

　　·特征點(diǎn)自動(dòng)搜尋與對(duì)應(yīng)技術(shù)。

　　·動(dòng)態(tài)障礙物偵測(cè)技術(shù)。

　　·DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)嵌入式硬件平臺(tái)。

　　倒車影像式障礙物偵測(cè)系統(tǒng)

　　特色：

　　以單一攝影機(jī)為傳感器，應(yīng)用圖像處理技術(shù)偵測(cè)車輛后方之障礙物，提出警示并顯示障礙物與車身之距離。本技術(shù)可取代傳統(tǒng)超音波雷達(dá)障礙物偵測(cè)的功能，除主動(dòng)偵測(cè)障礙物外，并可讓駕駛者監(jiān)控車輛及周圍環(huán)境的相對(duì)位置關(guān)系，以增加行車時(shí)的便利性和安全性。本系統(tǒng)安裝設(shè)定容易、成本低，適合各式車輛使用。

　　技術(shù)：

　　·障礙物偵測(cè)算法。

　　·DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)嵌入式硬件平臺(tái)。

　　·分級(jí)警示設(shè)計(jì)。

　　停車輔助系統(tǒng)PAS

　　特色：

　　PAS(Parking Assistance System)具平行停車與倒車入庫(kù)兩種停車輔助模式。利用倒車攝影機(jī)所擷取的后方影像及方向盤轉(zhuǎn)向角度訊號(hào)，以數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)時(shí)產(chǎn)生倒車軌跡線于車內(nèi)屏幕顯示，指引駕駛者順利停入停車格內(nèi)，可提升安全與便利性。

　　技術(shù)：

　　·車輛運(yùn)動(dòng)軌跡演算技術(shù)。

　　·影像合成技術(shù)處理。

　　·嵌入式硬件電路設(shè)計(jì)。

　　先進(jìn)停車導(dǎo)引系統(tǒng)

　　特色：

　　利用超音波停車空間掃描與倒車攝影機(jī)影像定位方式，以圖像式停車空間選擇接口設(shè)定停車位置并進(jìn)行路徑規(guī)劃，并透過電動(dòng)輔助轉(zhuǎn)向控制技術(shù)，自動(dòng)控制方向盤轉(zhuǎn)向直至停妥目標(biāo)停車位子。

　　技術(shù)：

　　·停車格偵測(cè)技術(shù)。

　　·路徑規(guī)劃與追蹤技術(shù)。

　　·電動(dòng)輔助轉(zhuǎn)向控制。

　　·車輛方位推算技術(shù)。

　　全自動(dòng)停車系統(tǒng)

　　特色：

　　結(jié)合超音波與影像之智能感測(cè)技術(shù)，可導(dǎo)引駕駛者尋找停車空間、偵測(cè)鄰近的障礙物，并進(jìn)行多轉(zhuǎn)向路徑規(guī)劃與電動(dòng)輔助轉(zhuǎn)向控制，只要One Touch遙控模塊，車子就能自動(dòng)的控制方向盤轉(zhuǎn)向、排檔、煞車直至停妥目標(biāo)停車空間。停車模式支持平行停車、倒車入庫(kù)與斜角停車，可有效縮短所需之停車空間長(zhǎng)度，并幫助駕駛者更安全、有效率地完成停車動(dòng)作。

　　技術(shù)：

　　·停車環(huán)境偵測(cè)(超音波停車空間掃描與倒車攝影機(jī)影像定位)。

　　·路徑規(guī)劃與追蹤技術(shù)。

　　·車輛方位推算技術(shù)。

　　·電動(dòng)輔助轉(zhuǎn)向控制。

　　·主動(dòng)式排檔、煞車控制。

　　·無線傳輸模塊。

　　先進(jìn)倒車輔助系統(tǒng)架構(gòu)圖及發(fā)展

　　自動(dòng)停車輔助系統(tǒng)

　　駕駛者狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)DDMS

　　特色：

　　DDMS(Driver Drowsiness Monitoring System)結(jié)合圖像處理技術(shù)、訊號(hào)整合暨無線傳輸技術(shù)，偵測(cè)駕駛者臉部狀態(tài)(頭部偏擺、眼睛開闔)，并進(jìn)行駕駛身份辨識(shí)，且透過微處理器整合駕駛者狀態(tài)、駕駛呼氣酒精濃度與車身訊號(hào)，偵測(cè)并判斷駕駛者是否有不專心駕駛、疲勞駕駛、酒醉駕駛與替代駕駛之情形發(fā)生。本系統(tǒng)亦可結(jié)合無線通信模塊后，配合后臺(tái)系統(tǒng)建置，亦可作為商用車隊(duì)駕駛績(jī)效管理之用。

　　技術(shù)：

　　·人臉偵測(cè)暨辨識(shí)與駕

　　·駛狀態(tài)解析算法。

　　·DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)

　　·嵌入式硬件平臺(tái)。

　　·車身訊號(hào)整合暨無線傳輸模塊與酒精感測(cè)模塊。

　　車輛翻覆警示系統(tǒng)

　　特色：

　　利用影像偵測(cè)技術(shù)，藉以估算出車輛前方車道線曲率，并根據(jù)車身動(dòng)態(tài)感測(cè)之車輛滑動(dòng)角、車輛速度、車輛加速度與翻滾角等參數(shù)，預(yù)測(cè)當(dāng)下之實(shí)時(shí)翻覆指標(biāo)與即將翻覆臨界車速，將有效降低車輛在彎道行駛之翻覆危險(xiǎn)。

　　技術(shù)：

　　·翻覆偵測(cè)。

　　·車輛動(dòng)態(tài)模型。

　　·車道曲率偵測(cè)。

　　·翻覆臨界速度。

　　特色：

　　智能化節(jié)能駕駛輔助系統(tǒng)系利用圖像處理處理技術(shù)，及時(shí)偵測(cè)交通狀況，再透過節(jié)能駕駛行為模式設(shè)計(jì)，主動(dòng)指引與車輛油門控制，有效解決當(dāng)前系統(tǒng)因缺乏交通狀況信息，僅能被動(dòng)顯示油耗資訊，而節(jié)能效率不佳之問題。經(jīng)軟件仿真與實(shí)車測(cè)試，該系統(tǒng)省能效率最高可達(dá)20.4%，有效提升燃油使用效率。未來本系統(tǒng)可應(yīng)用在各類車型，并可整合于智能屏幕顯示、行車記錄器或是智能巡航系統(tǒng)，提升產(chǎn)品價(jià)值。

　　技術(shù)：

　　·車輛偵測(cè)與交通號(hào)志辨識(shí)演算技術(shù)。

　　·節(jié)能駕駛行為模式設(shè)計(jì)。

　　·嵌入式硬件電路設(shè)計(jì)與主動(dòng)式油門控制。

　　財(cái)團(tuán)法人車輛研究測(cè)試中心ARTC

　　車輛中心于創(chuàng)新車用影像發(fā)展上，如圖1所示，在擴(kuò)大駕駛視野與安全感知提升上，開發(fā)了雙視覺長(zhǎng)距離偵測(cè)模塊，透過2個(gè)不同焦距鏡頭的配合，有效擴(kuò)大駕駛視野至雷達(dá)等級(jí)的150m，大大提升前方安全系統(tǒng)的感知能力。在3D立體視覺發(fā)展上，則是透過立體視覺方式，進(jìn)行前方障礙物偵測(cè)，藉由2個(gè)攝影機(jī)像差信息，精準(zhǔn)的估算出障礙物深度坐標(biāo)(3D立體空間)。在多功合一上，則整合車道偏離警示、前方碰撞警示、盲點(diǎn)警示與駕駛狀態(tài)監(jiān)控于多感知融合系統(tǒng)內(nèi)，并進(jìn)行整合性車用影像芯片開發(fā)，達(dá)到實(shí)時(shí)且全方面的監(jiān)控與警示。

　　目前整合性的車輛駕駛警示系統(tǒng)(大型車輛盲點(diǎn)警示、車道偏離與前方防撞警示)已裝載于國(guó)光客運(yùn)上，進(jìn)行營(yíng)運(yùn)的測(cè)試，如圖2所示，未來此系統(tǒng)將有機(jī)會(huì)裝載在所有客運(yùn)車輛上，協(xié)助行車安全的提升。

　　ARTC整合式影像安全系統(tǒng)架構(gòu)