ADAS 详解
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先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver AssistantSystem），簡(jiǎn)稱ADAS，是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器（可偵測(cè)光、熱、壓力等變數(shù)）， 在第一時(shí)間收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)， 進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí)、偵測(cè)與追蹤等技術(shù)上的處理， 從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺可能發(fā)生的危險(xiǎn)， 以引起注意和提高安全性的主動(dòng)安全技術(shù)。
近年來(lái)ADAS市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，原來(lái)這類系統(tǒng)局限于高端市場(chǎng)，而現(xiàn)在正在進(jìn)入中端市場(chǎng)，與此同時(shí)，許多低技術(shù)應(yīng)用在入門級(jí)乘用車領(lǐng)域更加常見，經(jīng)過改進(jìn)的新型傳感器技術(shù)也在為系統(tǒng)布署創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)與策略。
駕駛輔助系統(tǒng)主要由GPS和CCD相機(jī)探測(cè)模塊、通信模塊和控制模塊等組成。其中，GPS和CCD相機(jī)探測(cè)模塊通過GPS接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，求出該車的經(jīng)緯度坐標(biāo)、速度、時(shí)間等信息，利用安裝在汽車前部和后部的CCD相機(jī)，實(shí)時(shí)觀察道路兩旁的狀況；通信模塊可以發(fā)送檢測(cè)到的相關(guān)信息并在相互靠近的汽車之間實(shí)時(shí)地傳輸行駛信息；控制模塊可以在即將出現(xiàn)事故的時(shí)候做出主動(dòng)控制，從而避免事故的發(fā)生。
ADAS 采用的傳感器主要有攝像頭、雷達(dá)、激光和超聲波等，可以探測(cè)光、熱、壓力或其它用于監(jiān)測(cè)汽車狀態(tài)的變量， 通常位于車輛的前后保險(xiǎn)杠、側(cè)視鏡、駕駛桿內(nèi)部或者擋風(fēng)玻璃上。早期的ADAS 技術(shù)主要以被動(dòng)式報(bào)警為主，當(dāng)車輛檢測(cè)到潛在危險(xiǎn)時(shí)， 會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒駕車者注意異常的車輛或道路情況。對(duì)于最新的ADAS 技術(shù)來(lái)說，主動(dòng)式干預(yù)也很常見。
ADAS 通常包括以下系統(tǒng)：
1、導(dǎo)航系統(tǒng)
2、實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)TMC（Traffic Message Channel）
3、電子警察系統(tǒng)ISA（Intelligent Speed Adaptation或Intelligent Speed Advice）
4、車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)VSA（Vehicular Communication Systems）
5、車輛檢測(cè)VD（Vihicle Detection ）：在僅基于視覺的模式下，VD目前要能檢測(cè)70米遠(yuǎn)的車輛，并能持續(xù)跟蹤到100米開外。但在大霧、極端天氣及攝像頭被阻擋的情況下，VD是不可用的，但能提示用戶不可用。
6、自適應(yīng)巡航控制ACC（Adaptive Cruise Control）：ACC一般都基于雷達(dá)或激光技術(shù)。現(xiàn)在可以基于視覺/相機(jī)技術(shù)。
7、車道偏移報(bào)警系統(tǒng)LDWS（ Lane Departure Warning System）：LDW在夜晚、雨雪等狀況下（應(yīng)該是非特別極端天氣），檢測(cè)出各種車道標(biāo)志和路邊。在直路與彎道上都能工作，但在視野很差的條件下，自動(dòng)關(guān)閉，并給出提示。
8、車道保持系統(tǒng)（Lanechange Dssistance）
9、車距檢測(cè)及警告HMW（Headway Monitoring & Warning ）
10、前車防撞預(yù)警系統(tǒng)FCWS (Forward Collision Warning System) ：車禍的發(fā)生，大都是來(lái)不及反應(yīng)，或無(wú)告警。而FCW能在碰撞前2-3秒，給出警告，以避免車禍發(fā)生。因此，FCW要檢測(cè)出前方車輛或行人的距離及相對(duì)速度。
11、碰撞避免或預(yù)碰撞系統(tǒng)（Collision Avoidance System或Precrash System）
12、行人檢測(cè)PED（Pedestrian Detection ）：一般的PED要區(qū)分出走路的和靜止的人，并給出行人的位置和速度，如果行人在車輛行駛路線上，能給出重點(diǎn)提示及碰撞時(shí)間。現(xiàn)實(shí)中，人有走、跑、帶著東西、推車等形態(tài)和動(dòng)作，PED都要能處理這些狀況，特別是人群檢測(cè)，為避免重大事故，PED要給出額外的提醒。檢測(cè)人行道、行人的動(dòng)作和姿勢(shì)，對(duì)汽車行駛的安全也有重要意義。
13、夜視系統(tǒng)（Night Vision）
14、自適應(yīng)燈光控制（Adaptivelight Control）
15、行人保護(hù)系統(tǒng)（Pedestrian Protection System）
16、自動(dòng)泊車系統(tǒng)AP（Automatic Parking）
17、交通標(biāo)志識(shí)別TSR（Traffic Sign Recognition）：TSR能識(shí)別路上的交通標(biāo)志牌如限速標(biāo)志，包括固定或非固定的LED標(biāo)志。這些信息還可以與導(dǎo)航地圖信息相融合，提供更精確的信息。技術(shù)要點(diǎn)主要在于圖像處理，及標(biāo)志結(jié)構(gòu)信息的提取與識(shí)別。
18、盲點(diǎn)探測(cè)（ Blind Spot Detection）
19、駕駛員疲勞探測(cè)（Driver Drowsiness Detection）
20、下坡控制系統(tǒng)（Hill Descentcontrol）
21、電動(dòng)汽車報(bào)警（Electric Vehicle Warningsounds）
22、全景影像系統(tǒng)SVM（Surround View Monitor ）：全景影像系統(tǒng)一般需要四個(gè)以上魚眼攝像頭，能看到車輛四周的所有狀況。技術(shù)上需要對(duì)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)、拼接，車輛自身的虛擬實(shí)現(xiàn)，模擬車輛狀態(tài)等。
23、遠(yuǎn)光自動(dòng)控制IHC（Intelligent Headlight Control ）：IHC要考慮兩種情況，迎面開來(lái)的車與前方同向行駛的車。對(duì)于迎面開來(lái)的車，在一定距離時(shí)，如800-1000米，識(shí)別出其前向大燈，就將遠(yuǎn)光燈改為近光燈，而等交會(huì)過后，恢復(fù)遠(yuǎn)光燈。對(duì)于前方同向行駛的車，可以識(shí)別其尾燈，在接近一定距離時(shí)，將遠(yuǎn)光燈改為近光燈，同理，也可以由近光燈改為遠(yuǎn)光燈。
24、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)導(dǎo)航AR NAVI（Augmented Reality Navigation） ：AR NAVI就是將普通導(dǎo)航儀與攝像頭結(jié)合，AR NAVI 不僅用前向攝像頭將車前的路況錄下來(lái)，而且據(jù)導(dǎo)航地圖的信息，在視頻上劃出虛擬線路箭頭，顯示導(dǎo)航相關(guān)信息。若AR NAVI與PED, VD, LDW等應(yīng)用結(jié)合，其功能會(huì)得到進(jìn)一步增強(qiáng)。
25、其他......
每個(gè)系統(tǒng)主要包含三個(gè)程序：第一，是信息的搜集，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)、超音波雷達(dá)、紅外線雷達(dá)、雷射雷達(dá)、影像傳感器及車輪速傳感器等來(lái)收集車輛的工作狀態(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)；第二是行車計(jì)算機(jī)(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)；第三則是執(zhí)行，依據(jù)ECU輸出的訊號(hào)，讓汽車完成指定動(dòng)作。
目前，各大汽車廠商都有相關(guān)的部門來(lái)研發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品，也有專門為汽車廠商提供ADAS技術(shù)或模塊的公司。如Mobileye是這個(gè)領(lǐng)域的佼佼者。
Mobileye
總部：以色列
主營(yíng)：要致力于汽車工業(yè)的計(jì)算機(jī)視覺算法和駕駛輔助系統(tǒng)的芯片技術(shù)的研究。
官網(wǎng)：http://www.mobileye.com/
公司的駕駛系統(tǒng)的組成部分：攝像頭組件(包括攝像頭，揚(yáng)聲器，及主控芯片)、EyeWatch(顯示器)、PS3(接線盒)。
主要有六大功能：
1、前碰撞預(yù)警FCW (Front Collision Warning) ：當(dāng)可能與前方車輛發(fā)生碰撞時(shí), FCW將在發(fā)生碰撞前最多2.7秒發(fā)出警報(bào)
2、行人探測(cè)與防撞警示PCW (Pedestrian Collision Warning) ：當(dāng)可能與前方行人發(fā)生碰時(shí),PCW將向您發(fā)出警報(bào)。
3、車道偏離預(yù)警LDW (Lane Departure Warning)：當(dāng)無(wú)意中偏離車道時(shí)，LD 會(huì)向您發(fā)出警報(bào)。如果在換道時(shí)使用方向燈,則不發(fā)出警報(bào)。
4、車道保持與危險(xiǎn)預(yù)警 HMW(Vehicle Distance Monitoring Warning)：HMW會(huì)顯示您與前方車輛的車距。如果您正在接近設(shè)定車距(以秒為單位測(cè)量),該功能將向您發(fā)出危險(xiǎn)警報(bào)。
5、城市前碰撞警告UFCW(Urban Forward Collision Warning) ：城市道路低速行駛時(shí), 對(duì)于車前即將發(fā)生的危險(xiǎn)發(fā)出警告。
6、智能遠(yuǎn)光燈控制IHC (Intelligent High Beam Control)：Mobileye智能遠(yuǎn)光燈控制在黑暗的道路上,附近沒有車輛的情況下可對(duì)車輛的前大燈進(jìn)行控制，將其由近光燈自動(dòng)切換成遠(yuǎn)光燈。
那么當(dāng)前ADAS主流的應(yīng)用解決方案的半導(dǎo)體廠商有哪些呢：
1.賽靈思（Xilinx）的Zynq平臺(tái)解決方案
靈思的汽車級(jí)Zynq-7000 All Programmable片上系統(tǒng)（SoC）平臺(tái)可幫助系統(tǒng)廠商加快在環(huán)繞視覺、3D環(huán)繞視覺、后視攝像頭、動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)、行人檢測(cè)、后視車道偏離警告和盲區(qū)檢測(cè)等高級(jí)駕駛員輔助應(yīng)用的開發(fā)時(shí)間。Zynq采用單一芯片即可完成ADAS解決方案的開發(fā)。Zynq-7000 All Programmable SoC大幅提升了性能，便于各種捆綁式應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品系列間的可擴(kuò)展性。其次， Zynq-7000 All Programmable SoC實(shí)現(xiàn)了ADAS優(yōu)化的平臺(tái)，可以讓汽車制造商和汽車電子產(chǎn)品供應(yīng)商在平臺(tái)上添加自己的IP以及賽靈思汽車生態(tài)系統(tǒng)提供的現(xiàn)成的IP從而能夠創(chuàng)建出獨(dú)有的差異化系統(tǒng)。
從市場(chǎng)層面上看，目前和未來(lái)的ADAS應(yīng)用的共同之處是將多種攝像頭和超聲傳感器與專用實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)相結(jié)合。而Zynq-7000在視頻/影像捕捉；視頻/影像處理；自定義算法/Accelerators;連接功能；編碼/解碼領(lǐng)域具有極大的靈活性。
2.ADI 低、中、高檔 視覺ADAS解決方案
ADI基于視覺的ADAS系統(tǒng)提供車道偏離警告、交通信號(hào)識(shí)別、智能前燈控制、物體檢測(cè)/分類、行人檢測(cè)等功能。基于雷達(dá)的系統(tǒng)具有類似的功能，此外還可提供前/后停車幫輔助、安全車距預(yù)警、車道變換輔助、盲點(diǎn)檢測(cè)、碰撞緩沖剎車系統(tǒng)、全速范圍自適應(yīng)巡航控制等功能。
ADAS技術(shù)目前基本應(yīng)用在高端車型中，主因是總體成本高，就ADI的高、中、低端汽車ADAS方案針對(duì)某一項(xiàng)或幾項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并把成本降到2美元、 十幾美元，對(duì)整車廠商及消費(fèi)者無(wú)疑是一大好消息，也為加速ADAS普及貢獻(xiàn)了一份力量。
它是基于VGA或HD分辨率的前視攝像頭輔助駕駛的低、中、高端參考方案，基于Blackfin系列處理器，集成的視覺預(yù)處理器能夠顯著減輕處理器的負(fù) 擔(dān)，從而降低對(duì)處理器的性能要求。
ADI Blackfin視覺駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）基于Blackfin系列處理器，其中低端系統(tǒng)基于BF592，實(shí)現(xiàn)LDW功能；中端系統(tǒng)基于 BF53x/BF54x/BF561，實(shí)現(xiàn)LDW/HBLB/TSR等功能；高端系統(tǒng)基于BF60x，實(shí)LDW/HBLB/TSR/FCW/PD等功能。 集成的視覺預(yù)處理器能夠顯著減輕處理器的負(fù)擔(dān)，從而降低對(duì)處理器的性能要求。
不同檔次的ADAS，促進(jìn)ADAS普及
BF592的低端方案，實(shí)現(xiàn)LDW功能，成本僅2美元；
BF53x/54x/561的中端方案，實(shí)現(xiàn)LDW/HBLB/TSR等功能，成本十幾美元；
高端系統(tǒng)基于BF60x，實(shí)LDW/HBLB/TSR/FCW/PD等功能。
3. 飛思卡爾ADAS解決方案
飛思卡爾主要專注于前視（車道偏離和跟蹤，盲點(diǎn)檢測(cè)），后視（智能泊車和測(cè)距），環(huán)視（泊車）的ADAS 應(yīng)用。飛思卡爾為未來(lái)的ADAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)了很多微控制器產(chǎn)品。如采用CogniVue 的 APEX IP 技術(shù)的SCP2200 系列，SCP2200 解決方案通過集成高密度內(nèi)存將物料成本降至最低，并使攝像機(jī)微型化。該系列產(chǎn)品的并行圖像處理架構(gòu)能夠同時(shí)處理圖像數(shù)據(jù)。
對(duì)未來(lái)ADAS及信息娛樂系統(tǒng)，因?yàn)樾畔⒘亢透叻直媛实纫?#xff0c;需要更高帶寬的總線來(lái)解決問題，以太網(wǎng)是最好的解決方案。飛思卡爾和OminiVision, 博通推出全球首個(gè)基于以太網(wǎng)的環(huán)視泊車系統(tǒng)。Freescale的Qorivva? MPC5604E 32位MCU， 基于Power Architecture技術(shù)，管理視頻傳送和攝像機(jī)控制，可將所需通信帶寬降至不到100 Mbps ，汽車通常需要4或5條低壓差分信號(hào)電纜來(lái)傳輸視頻數(shù)據(jù)，每條電纜的價(jià)格約合10美元。
MPC5604E MCU和i.MX6 系列多媒體處理器提供了很好的基于以太網(wǎng)的環(huán)視解決方案。MPC5604E可以把攝像頭的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳給中央處理器i.MX6.i.MX6系列包括基于ARM Cortex-A9架構(gòu)的單核、雙核和四核家族，并結(jié)合了強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)，是基于單個(gè)硬件設(shè)計(jì)而開發(fā)終端設(shè)備組合的理想平臺(tái)。它具有非常強(qiáng)大的處理圖像的能力，能快速提控當(dāng)前信息。
4. 富士通360度3D全景系統(tǒng)方案
富士通的ADAS技術(shù)主要涉及透過攝像頭和傳感器的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別輔助和接近目標(biāo)檢測(cè)，應(yīng)用的領(lǐng)域主要有360度3D立體全景輔助、可視停車輔助、駕駛盲區(qū)監(jiān)控、安全開車門以及車行駛方向周圍的障礙物和行人的識(shí)別。
基于MB86R11“Emerald-L”2D/3D圖像SoC的全景視頻系統(tǒng)支持前后左右四個(gè)攝像頭進(jìn)行汽車周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)全景視頻監(jiān)測(cè)。
MB86R11采用視頻處理算法
由于芯片本身集成了高性能的圖形處理和中央處理器、存儲(chǔ)器控制器，通過硬件的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的四路視頻信息處理，避免了一般視頻處理芯片進(jìn)行大量實(shí)時(shí)視頻信息處理時(shí)的性能瓶頸。
產(chǎn)品特性：
1. 四個(gè)內(nèi)置視頻捕捉功能：同時(shí)處理各種不同的視頻圖像；
2. 三個(gè)輸出顯示功能和高速2D/3D渲染功能：支持多達(dá)五個(gè)顯示輸出；
3. 內(nèi)置圖像強(qiáng)化電路。
富士通的360度全景系統(tǒng)方案，采用3D的建模和獨(dú)特圖形合成算法，圍繞車身四周可構(gòu)建多個(gè)虛擬三維立體視角，結(jié)合車身CAN總線做到自動(dòng)視角動(dòng)畫的縮放和切換。作為駕駛員的視覺輔助，汽車上配備了4個(gè)攝像機(jī)影像的合成系統(tǒng)，但是以往的技術(shù)只能做二維圖像合成，因而只能進(jìn)行特定視角的顯示。而360度全景系統(tǒng)方案能將來(lái)自4-6個(gè)攝像機(jī)的影像合成到三維模型上，從而可以從任意視角顯示全方位場(chǎng)景。以往的系統(tǒng)將攝像機(jī)影像投影到二維平面上，只能表現(xiàn)從上方觀看的俯視圖，有時(shí)難以分辨周圍的車輛和行人，而富士通360度全景系統(tǒng)，則是將影像投影在立體曲面上，可以任意變換觀看角度，能完整表現(xiàn)出希望看到的場(chǎng)景，從而提高了可辨識(shí)性。
在接近目標(biāo)圖像檢測(cè)的技術(shù)方面，富士通運(yùn)用靈活的時(shí)間幀來(lái)采集2個(gè)不同的圖形，能夠檢測(cè)大約60米遠(yuǎn)的目標(biāo)，傳統(tǒng)的圖形識(shí)別只能做到20米。富士通的ADAS應(yīng)用包括可視輔助和識(shí)別輔助。可視輔助給駕駛?cè)藛T提供更為立體的廣泛視角范圍，減少視角盲區(qū)范圍；識(shí)別輔助對(duì)后方或者側(cè)面接近的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，提醒駕駛?cè)藛T變道的潛在危險(xiǎn)，也可以做到停車后提示是否適合安全開車門。
5、TI DSP的360度環(huán)視ADAS解決方案
艾睿電子基于德州儀器(TI)的DSP芯片TMS320DM642，推出了一套360度環(huán)視ADAS解決方案。該方案以后裝汽車市場(chǎng)為目標(biāo)，搭配來(lái)自ADI、ISSI、Numonyx、OmniVision等供應(yīng)商的電子元器件，擁有2米視覺范圍，135度后視場(chǎng)角度，±10％靜態(tài)倒車線誤差，以及小于15像素的相鄰視圖錯(cuò)誤。
360度環(huán)視ADAS解決方案方框圖TMS320DM642數(shù)字信號(hào)處理器是TI公司推出的一款高性能定點(diǎn)DSP芯片，隸屬于該公司C64x系列，已獲得廣泛應(yīng)用。其功能方框圖如下：
TMS320DM642數(shù)字信號(hào)處理器功能方框圖6、瑞薩電子三大ADAS方案
俯視監(jiān)控提供了汽車周圍360度的視景，利用圖像識(shí)別技術(shù)是其正逐步發(fā)展成為環(huán)繞檢測(cè)系統(tǒng)。SH7766是一款圖像識(shí)別SoC，搭載了SH-4A內(nèi)核、失真校正引擎、圖形、圖像識(shí)別引擎以及其他環(huán)繞檢測(cè)系統(tǒng)所需的硬件引擎。
單芯片實(shí)現(xiàn)汽車俯視系統(tǒng)，圖像識(shí)別SoC SH7766
實(shí)現(xiàn)高性能3D圖形引擎，支持逼真的3D圖像 IMP-X2圖像識(shí)別引擎 六個(gè)視頻輸入通道，包括了四個(gè)集成NTSC ADC的通道，從而降低了系統(tǒng)成本。
環(huán)繞檢測(cè)系統(tǒng)/后方監(jiān)視器系統(tǒng)框圖在車輛行駛過程中，這些系統(tǒng)使用攝像頭或毫米波雷達(dá)探測(cè)白線、行人以及障礙物，從而為駕駛?cè)藛T提供駕車輔助。瑞薩電子提供兩套高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）產(chǎn)品及解決方案，配備有大容量RAM的高性能RISC SH745x系列微控制器，以及配備有片上圖像識(shí)別引擎的 SH776x圖像識(shí)別SoC。
前方檢測(cè)系統(tǒng)/視覺系統(tǒng)框圖
7、NXP 360°全景泊車輔助解決方案
在車身前、后、左、右四個(gè)方向均安裝廣角攝像頭，并將四個(gè)廣角攝像頭同一時(shí)刻采集到的多路視頻影像畸變矯正后進(jìn)行鳥瞰變換（透視變換），然后進(jìn)行圖像拼接，合成一幅車身周圍的鳥瞰圖，最后在中控臺(tái)的屏幕上顯示。
方案優(yōu)勢(shì)：
高性能,PNX9530主頻高達(dá)351MHz，每個(gè)指令周期可執(zhí)行8條指令。DDR2數(shù)據(jù)率達(dá)到533MHz/32位，能提供足夠內(nèi)存帶寬來(lái)處理大量視頻數(shù)據(jù)；
低成本。能夠支持同時(shí)4路視頻輸入，且可以對(duì)視頻圖像進(jìn)行畸變矯正和鳥瞰變換的處理器成本均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PNX9530；
最多支持8路攝像頭輸入，具有很高的靈活性和擴(kuò)展性；
OSD疊加、倒車軌跡疊加、圖像分屏顯示、反交錯(cuò)等均可通過DSP實(shí)現(xiàn)，無(wú)需額外專用芯片，最大限度降低系統(tǒng)復(fù)雜度和節(jié)省整機(jī)成本；
支持2路數(shù)字液晶屏輸出。
ADAS應(yīng)用必將會(huì)在中低端汽車市場(chǎng)普及開來(lái)。再加上中國(guó)政府對(duì)汽車安全法規(guī)的大力推動(dòng)，必將使得ADAS技術(shù)應(yīng)用在中國(guó)汽車電子市場(chǎng)有一個(gè)大的增長(zhǎng)。中國(guó)各大OEM,包括本土品牌已經(jīng)在這方面積極準(zhǔn)備，在不久的將來(lái)，中國(guó)會(huì)有更多具有ADAS系統(tǒng)特性的汽車。
總結(jié)
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