視覺傳感器在智能汽車上的應(yīng)用

王鵬

摘 要：目前，我國(guó)要將汽車打造成移動(dòng)出行的智能平臺(tái)，構(gòu)建用戶移動(dòng)出行全新生態(tài)體驗(yàn)，將來我國(guó)的汽車將會(huì)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化的新四化建設(shè)。文章介紹了目前智能汽車上的視覺傳感器類型及作用，并對(duì)視覺傳感器在智能汽車上的應(yīng)用方式做了較為詳細(xì)的說明，以期促進(jìn)智能汽車的穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能汽車;視覺傳感器;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP212.9 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）23-41-03

Vision Sensor Application in Smart Cars

Wang Peng

（ Shanxi Institute of Mechanical & Engineering， Shanxi Changzhi 046011 ）

Abstract： At present， China needs to make cars an intelligent platform for mobile travel， and build a new ecological experience for users to travel. In the future， China's automobiles will realize the new construction of electricization， networking， intelligence and sharing. This paper introduces the types and functions of visual sensors on smart cars， and gives a detailed description of the application of visual sensors on smart cars， in order to promote the stable development of smart cars.

Keywords： Smart Cars; Vision sensor; Application

CLC NO.： TP212.9 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-41-03

引言

智能汽車，就是在傳統(tǒng)汽車上增加了先進(jìn)的傳感器（雷達(dá)、攝像）以及控制技術(shù)，通過先進(jìn)傳感器和控制單元實(shí)現(xiàn)與人、車、路以及衛(wèi)星等的信息交換，使車輛能夠感知周圍環(huán)境，能夠自動(dòng)分析車輛是否處于安全狀態(tài)，并使車輛按照人的意愿到達(dá)目的地，最終實(shí)現(xiàn)替代人來操作的目的。

視覺傳感器是智能汽車的“眼睛”，它利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，模仿人眼視覺機(jī)理，通過處理攝像鏡頭捕捉的圖像，獲得引導(dǎo)信息，其主要功能是獲取足夠的機(jī)器視覺系統(tǒng)要處理的最原始圖像。

1 視覺傳感器在智能汽車上的分類

目前智能汽車上根據(jù)攝像頭模塊的不同，可以分為單目攝像頭，雙目攝像頭，三目攝像頭以及紅外攝像頭。

圖1 ?單目攝像頭

單目攝像頭（如圖1所示）目前在智能汽車上可識(shí)別40米～120米的范圍，未來將達(dá)到200米或更多。單目攝像頭的視角越寬，可以檢測(cè)到的精確距離長(zhǎng)度越短，視角越窄，檢測(cè)到的距離越長(zhǎng)。

雙目攝像頭（如圖2所示）在20米范圍內(nèi)具有明顯的測(cè)距優(yōu)勢(shì)，在20米以外，很難縮小視差的范圍。采用高像素?cái)z像頭和較好的算法可以提高測(cè)距性能，雙目攝像頭間距越小，測(cè)距鏡頭之間的距離越近，探測(cè)距離越大，鏡頭間距越大，探測(cè)距離越遠(yuǎn)。

圖2 ?雙目攝像頭

三目攝像頭（如圖3所示）的劃分為25°視場(chǎng)、50°視場(chǎng)、150°視場(chǎng)，25°視場(chǎng)用于檢測(cè)前車道線、交通燈，50°視場(chǎng)負(fù)責(zé)一般的道路狀況監(jiān)測(cè)，150°視場(chǎng)用于檢測(cè)平行車道、行人和非機(jī)動(dòng)車行駛的狀況。

圖3 ?三目攝像頭

紅外攝像頭（如圖4所示）采用紅外線技術(shù)，安裝在車內(nèi)后視鏡的前方，駕駛員可以像白天一樣透過燈光顯示系統(tǒng)看到道路的行駛條件。當(dāng)兩輛車相遇時(shí)，可以大大減少對(duì)車前駕駛員的視力刺激，也可以提高駕駛員在霧中辨別的能力。

圖4 ?紅外攝像頭

2 視覺傳感器在智能汽車上的應(yīng)用

智能駕駛汽車的視覺傳感器可實(shí)現(xiàn)車道偏離警告、前方碰撞預(yù)警、交通標(biāo)志識(shí)別、盲點(diǎn)監(jiān)控、駕駛?cè)俗⒁饬ΡO(jiān)控、停車輔助等功能。

以特斯拉Autopilot 2.0 L2級(jí)（如圖5所示）為例，智能駕駛汽車擁有三個(gè)前視攝像頭，三個(gè)后視攝像頭，兩個(gè)側(cè)視攝像頭，12個(gè)超聲波雷達(dá)和一個(gè)安裝在車身上的前毫米波雷達(dá)。

圖5 ?特斯拉視覺傳感器

（1）車道偏離警告

車道偏離警告系統(tǒng)（如圖6所示）是一種輔助駕駛員通過警告來減少因?yàn)檐嚨榔x引起的交通事故的系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成主要包括毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和攝像頭等部件。在汽車將要偏離當(dāng)前車道線時(shí)，系統(tǒng)通過方向盤震動(dòng)以及顯示屏的警告燈閃爍通知駕駛員注意行駛安全性;當(dāng)要進(jìn)行超車時(shí)，可以打開轉(zhuǎn)向燈，這時(shí)車道偏離警告不工作。

圖6 ?車道偏離警告系統(tǒng)

（2）汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)

汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)（如圖7所示）主要用于協(xié)助駕駛員避免高速、低速追尾，高速中無意識(shí)偏離車道，與行人碰撞等重大交通事故。汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)是基于智能視頻分析處理技術(shù)，通過動(dòng)態(tài)視頻攝像技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其預(yù)警功能。

圖7 ?汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)

（3）交通標(biāo)志識(shí)別

圖8 ?交通標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)

車輛安全系統(tǒng)的交通標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)（如圖8所示）通過特征識(shí)別算法，利用前置攝像頭組合模式識(shí)別道路上的交通標(biāo)志，提示警告或自動(dòng)調(diào)整車輛運(yùn)行狀態(tài)，從而提高車輛的安全性和合規(guī)性，提醒駕駛員注意前方的交通標(biāo)志。

（4）盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)

盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（如圖9所示）又稱并線輔助系統(tǒng)，主要功能是掃除后視鏡盲區(qū)并通過側(cè)方攝像頭或雷達(dá)將車左右后視鏡盲區(qū)內(nèi)的影像顯示在車內(nèi)。由于車輛后視鏡中有一個(gè)視覺盲區(qū)，因此在換道前無法看到盲區(qū)中的車輛。如果盲區(qū)內(nèi)有超車車輛，則會(huì)發(fā)生車道碰撞，在大雨、霧天、夜間光線暗淡的情況下，更難看到后面的車輛，換道更危險(xiǎn)。

圖9 ?盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

（5）駕駛員注意力監(jiān)控系統(tǒng)

駕駛員注意力監(jiān)控系統(tǒng)（如圖10所示）也稱為疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或注意力輔助系統(tǒng)，疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)是一種基于駕駛員生理反應(yīng)特性的駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)。通過不斷檢測(cè)駕駛員的駕駛習(xí)慣，可以感覺到駕駛員在疲勞駕駛后及時(shí)向駕駛員發(fā)出警告，提醒駕駛員應(yīng)適當(dāng)在安全島停車休息。

圖10 ?駕駛員注意力監(jiān)控系統(tǒng)

（6）停車輔助

停車輔助系統(tǒng)（如圖11所示）是用于停車或倒車的安全輔助裝置，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種類型的汽車倒車輔助。停車輔助系統(tǒng)包括多個(gè)安裝在汽車周圍的攝像頭、圖像采集組件、

視頻合成/處理組件、數(shù)字圖像處理組件和車輛顯示器。這些裝置可以同時(shí)采集車輛周圍的圖像，對(duì)圖像處理單元進(jìn)行變形恢復(fù)→視圖轉(zhuǎn)換→圖像拼接→圖像增強(qiáng)，最終形成車輛360°全景仰視圖。

圖11 ?停車輔助系統(tǒng)

3 結(jié)論

隨著視頻圖像處理技術(shù)的日臻完善，智能汽車上視覺傳感器的應(yīng)用范圍會(huì)越來越廣泛，在未來它很有可能應(yīng)用在行人碰撞預(yù)警、車道保持輔助以及無人駕駛方面，這種技術(shù)有利于提升汽車的整體性能以及交通安全性，促進(jìn)汽車行業(yè)的整體發(fā)展。

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