從上世紀50年代早期的電動車窗到當今最新的汽車駕駛系統，豪華汽車所 具有的高端特性隨著時間的推移最終都應用到中端和經濟型汽車上，成為必備的電子和電氣系統。最近新出現的高級輔助駕駛系統(ADAS)技術也不例外。作為 一個例子，歐洲的福特福克斯汽車現在具備了自適應巡航控制(ACC)、自動剎車和主動式車道保持等功能——所有這些特性以前都專屬于豪華汽車。即使是經濟 型起亞汽車也安裝了后視攝像機。但是，隨著ADAS技術應用到價格相對便宜的車輛上，這帶來了一個兩難的問題：需要以非常低的價格實現大量的計算資源。

　　ADAS技術能夠不僅僅應用在豪華汽車上，部分原因是出于競爭的考慮，但并不是唯一因素。政府規章制度也是一個重要因素。例如，在美國，國家高速運輸安全管理局正在制定強制安裝后視攝像機的政策，據此，預計2018年車載攝像機將達到6千萬臺。

　　安裝了ADAS的車輛在保險上有折扣也是推動ADAS廣泛應用的另一因素。這類優惠有一定的統計意義。當駕駛員駕駛車輛開始偏離車道時，系統會發出告警，在夜間，系統也能夠增強駕駛員的能見度，從而避免了事故的發生，挽救了生命。

　 　ADAS得到廣泛應用的決定性因素還是成本。雖然ADAS技術越來越復雜，但是，傳感器和處理器技術的進步——在很少的元器件中集成多種功能，現在可以 支持工程師以中端甚至是經濟型汽車能夠承受的價格來設計ADAS應用。成本的降低以及通過功能集成來降低復雜度是推動ADAS技術在各類車輛中得以廣泛應 用的關鍵因素。

　　ADAS功能的多樣性

　　在其所有預期中，ADAS技術也給汽車行業 帶來了很多挑戰。正如很多技術處于其早期階段一樣，ADAS應用曾涉及到很多發展方向，并不能明確哪一方向最終會推動市場發展。撰寫本文時，日立公司關注 于采用兩臺前向攝像機多路傳感器方法來探測距離100米以外的物體。這一技術被稱為“眼睛視覺”，在2013款力獅和傲虎車型上得到了應用。Denso公 司最近演示了困倦探測系統，使用紅外(IR)攝像機來觀察駕駛員的面部，確定駕駛員的眼睛是否張開，如果眼睛閉上，表明駕駛員可能進入了睡眠狀態。最 后，Aisin正在推出使用后視攝像機的車道探測系統——這是一種監視車輛相對于車道標志線位置的高性價比方法，它結合GPS和道路地圖數據，確定車輛相 對于前方路況的當前位置。

　　下面詳細地介紹ADAS技術在汽車領域的具體應用：

　　系統：車道偏離報警

　　傳感器：攝像機

　 　當車輛離開其車道，或者接近道路邊緣時，LDW系統發出聲音報警或者動作報警(通過輕微的振動方向盤或者座椅來實現)。當車輛速度超過一定閾值(例如， 大于55英里)，車輛沒有打開轉向信號燈時，這些系統會開始發揮作用。當車輛行駛，其相對于車道標志線的位置表明車輛有可能偏離車道時，需要通過攝像機系 統來觀察車道標志。雖然對于所有車輛制造商而言這些應用需求是相似的，但是每一廠商都采用了不同的方法，使用一臺前視攝像機，一臺后視攝像機，或者雙路/ 立體前視攝像機。出于這一原因，很難采用一種硬件體系結構來滿足各種不同類型的攝像機要求。需要采用靈活的硬件體系結構來提供不同的實現選擇。

       系統：自適應巡航控制

　　傳感器：雷達

　　過去十年中，豪華汽車采 用了ACC技術，這一技術目前也在更廣泛的市場上得到了應用。傳統的巡航控制技術設計用于保持車輛以恒定的車速行駛，與此不同，ACC技術使車速與交通狀 況相適應，如果與前車距離太近，則會降速，在路況允許時，會加速到上限。這些系統通過使用安裝在車輛前部的雷達來實現。但是，由于雷達系統不能識別某一目 標的大小和形狀，而且其視場也相對較窄，因此，應用時要結合攝像機。難點在于，目前所使用的攝像機和雷達傳感器還沒有標準配置。因此，還是需要靈活的硬件 平臺。

　　系統：交通標志識別

　　傳感器：攝像機

　 　正如其名稱所示，交通標志識別(TSR)功能使用前向攝像機結合模式識別軟件，可以識別常見的交通標志(限速、停車、掉頭等)。這一功能會提醒駕駛員注 意前面的交通標志，以便駕駛員遵守這些標志。TSR功能降低了駕駛員不遵守停車標志等交通法規的可能，避免了違法左轉或者無意的其他交通違法行為，從而提 高了安全性。這些系統需要靈活的軟件平臺來增強探測算法，根據不同地區的交通標志來進行調整。

　　系統：夜視

　　傳感器：IR或者熱成像攝像機

　　夜視(NV)系統幫助駕駛員在很暗的條件下識別物體。這些物體一般超出了車輛大燈的視場范圍，因此，NV系統針對在前方道路上行駛的車輛提前發出報警，幫助駕駛員避免撞車事件的發生。

　　NV系統使用各種攝像機傳感器和顯示器，具體與生產商有關，但一般都屬于兩種基本類型：主動式和被動式。

　 　主動系統，也稱為近IR系統，帶電耦合器件(CCD)攝像機和IR燈源相結合，在顯示器上呈現黑白圖像。這些系統的分辨率很高，圖像質量也非常好。其典 型的可視范圍是150米。這些系統能夠看清楚攝像機視場范圍內的所有物體(包括沒有熱輻射的物體)，但是，在雨雪環境下，效率要大打折扣。被動系統不使用 外部光源，而是依靠熱成像攝像機，利用物體自然熱輻射來采集圖像。這些系統不會受到對面來車大燈的影響，也不會受到惡劣天氣狀況的影響，其探測范圍達到 300米至1000米。這些系統的缺點在于圖像是顆粒狀的，功能受限于較溫暖的氣候狀況。而且，被動式系統只能探測有熱輻射的物體。被動式系統結合視頻分 析技術，可以清楚的顯示車輛前方道路上的物體，例如，行人等。在NV系統中，有多種體系結構選擇，每一種方法都有其優缺點。為提高競爭力，汽車生產商應支 持多種攝像機傳感器，在通用、靈活的硬件平臺上實現這些傳感器。

　　系統：自適應遠光控制

　　傳感器：攝像機

　 　自適應遠光控制(AHBC)是一種智能大燈控制系統，使用了攝像機來探測交通狀況(對面來車以及同向交通狀況)，根據這些狀況，調亮或者調暗遠光燈。 AHBC系統支持駕駛員盡可能在最大照亮距離上使用遠光，而不必在其他車輛出現時手動調暗大燈，不會分散駕駛員注意力，從而提高了車輛的安全性。在某些系 統中，甚至可以分別控制大燈，調暗一個大燈，而同時另一個大燈正常點亮。AHBC與LDW和TSR等前視攝像機系統是相輔相成的。這些系統不需要高分辨率 攝像機，某一款車輛如果已經在ADAS應用中采用了前視攝像機，那么這一特性的性價比會非常高。

       系統：行人/障礙物/車輛探測(PD)

　　傳感器：攝像機、雷達、IR

　 　行人(以及障礙物和車輛)探測(PD)系統完全依靠攝像機傳感器來深入感知周圍環境，例如，采用一臺攝像機，或者在更復雜的系統中采用立體攝像機?！邦? 別變量”(衣著、燈光、大小和距離)的差異會很大，背景復雜而且不斷變化，以及傳感器置于移動平臺(車輛)上等因素，導致很難確定移動中行人的視覺特征， 因此，采用IR傳感器能夠增強PD系統。雷達也可以增強車輛探測系統，它提供很好的距離測量功能，在惡劣的天氣條件下，性能表現出眾，能夠測量車輛的行駛 速度。這一復雜的系統需要使用同時來自多個傳感器的數據。(后面會詳細討論這一被稱為傳感器融合的過程。)

　　系統：駕駛員困倦報警

　　傳感器：車內IR攝像機

　　困倦報警系統監視駕駛員的面部，測量其頭部位置、眼睛(張開/閉上)以及其他類似的報警指示。如果確定駕駛員有進入睡眠的跡象，或者看起來意識不清，該系統會發出報警。有些系統還監視心率和呼吸。設想但是還沒有實現的功能包括使車輛靠近路邊行駛，最終靠邊停下來。

　　市場需要一個靈活的技術平臺

　　綜合以上功能來看，雖然很難詳細預測以上介紹的這些功能以及未來會應用到什么程度，但是從技術角度看，有幾點是明確的：

　 　目前還沒有一種單一的體系結構能夠滿足新出現的各類應用需求;需要采用靈活的平臺適應市場發展趨勢，實現最新的功能，同時滿足成本、規劃和性能目標;要 滿足ADAS應用的高性能需求，應在軟件和硬件上達到均衡;系統使用多個不同類型的傳感器來完成安全相關任務，這類系統今后的發展會比較強勁。信息融合是 ADAS的核心技術

　　需要特別注意的是，大部分ADAS應用需要對來自多個傳感器的多路信號進行處理和分析，包括，視頻攝像機、雷達、紅 外傳感器，以及今后可能出現的激光等其他傳感器信號。例如，危險探測不僅僅需要對來自多個攝像機的數據流進行集成和分析，而且，如果要用在全天候各種天氣 條件下，還必須采用雷達數據。傳感器融合這一術語用于描述ADAS應用中不同信號的集成。

　　處理信號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。這是說明ADAS任務有多復雜的一個很好的例子。例如，Kalman濾波能夠集成視頻和雷達輸入信號，使用這些數 據來生成當前環境的快照。然后，它在這些快照上應用名為“航位推測”的過程，根據物理條件，計算周圍環境“可能”會出現什么狀況。例如，它估算周圍車輛的 新位置，確定路邊的樹木沒有移動等。然后，Kalman濾波功能對比這兩類快照，在可信度基礎上，估算出應采取哪些措施。例如，如果汽車使用了ACC，車頭距離太近，那么，可以減速，或者剎車。