車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)綜述

趙志成， 張玉峰 ，2， 何 佳 ， 戎 輝

（1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300；2.河北工業(yè)大學(xué)，天津 300132）

經(jīng)濟(jì)的增長、科技的進(jìn)步，促使汽車工業(yè)飛速發(fā)展，隨著車輛保有量的不斷增加，道路交通壓力增大，引發(fā)了一系列的交通問題，導(dǎo)致乘車出行的安全性降低。中國平均每年發(fā)生約50萬起交通事故，死于車禍的人數(shù)高達(dá)10萬［1］。造成交通事故的原因多種多樣，其中30%的交通事故是由車輛盲區(qū)造成的。車輛盲區(qū)的危害不容忽視，研發(fā)設(shè)計有效而可靠的車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)成為車輛主動安全領(lǐng)域的研究重點。

1 車輛盲區(qū)的形成原因及分類

車輛的自身結(jié)構(gòu)導(dǎo)致車輛不可避免地存在視覺盲區(qū)。同時，車輛行駛時受到地形的影響、交叉路口建筑物的遮擋、其他交通工具的遮擋以及轉(zhuǎn)彎時的內(nèi)輪差效應(yīng)也會形成視覺盲區(qū)。

車輛盲區(qū)主要分為：車頭盲區(qū)、車尾盲區(qū)、車底盲區(qū)、后視鏡盲區(qū)、AB柱盲區(qū)、轉(zhuǎn)彎盲區(qū)，如圖1所示。

1.1 車頭盲區(qū)

圖1 車輛盲區(qū)分類

由于車前引擎蓋的遮擋，駕駛員只能看到距離車頭較遠(yuǎn)的區(qū)域，而距離車頭較近卻無法看到的區(qū)域即為車頭盲區(qū)。車輛自身的高度、車頭的長度、駕駛員的身高坐姿以及駕駛之前對座椅的調(diào)整都會影響車頭盲區(qū)的大小。車頭盲區(qū)是半盲區(qū)，當(dāng)前方的障礙物高度低于車頭高度時，駕駛員將察覺不到障礙物的存在，形成潛在的安全隱患。同時，許多車輛追尾事故的發(fā)生也是由于車頭盲區(qū)的存在而導(dǎo)致駕駛員不能準(zhǔn)確判斷本車與前車的距離而造成的。

1.2 車尾盲區(qū)

駕駛員通過車內(nèi)后視鏡觀察車輛后方的路況時，由于后備廂的遮擋而觀察不到的區(qū)域稱為車尾盲區(qū)。車尾盲區(qū)與車頭盲區(qū)一樣，也屬于半盲區(qū)。車尾盲區(qū)的大小同樣受車尾的長度、駕駛員的身高坐姿、車輛自身高度以及座椅調(diào)整的影響。倒車時，如果車尾盲區(qū)內(nèi)有高度低于車尾高度的障礙物，極易發(fā)生碰撞事故。

1.3 車底盲區(qū)

由于車輛C柱的遮擋，駕駛員通過后視鏡無法觀察到后輪附近車身兩側(cè)的區(qū)域稱為車底盲區(qū)。盲區(qū)的大小受到車輛自身高度、后視鏡大小規(guī)格以及安裝角度的影響。

1.4 后視鏡盲區(qū)

駕駛員通過車輛左右后視鏡觀察到的范圍是有限的，可觀察到的區(qū)域是以左右后視鏡為頂點，車身一側(cè)縱向線為始邊，向外展開30°左右的扇形區(qū)域，該區(qū)域之外駕駛員無法觀察到，進(jìn)而形成后視鏡盲區(qū)。在行駛過程中，如果本車駕駛員有變道意圖，而后視鏡盲區(qū)中此時有車輛行駛，則容易發(fā)生交通事故。

1.5 AB柱盲區(qū)

A柱與B柱作為車身結(jié)構(gòu)的一部分，其存在導(dǎo)致駕駛員的視線被部分遮擋，進(jìn)而形成盲區(qū)，即AB柱盲區(qū)。影響盲區(qū)的大小的因素主要包括A、B柱的寬度和駕駛員與A、B柱的距離，A、B柱的寬度越大、駕駛員離A、B柱的距離越近，則盲區(qū)的范圍就越大。當(dāng)車輛進(jìn)行大角度的右轉(zhuǎn)彎時，此時B柱盲區(qū)對駕駛員的視線影響最大，如果本車右側(cè)附近有行駛的車輛，則可能發(fā)生碰撞事故。

1.6 轉(zhuǎn)彎盲區(qū)

車輛轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)側(cè)前輪的轉(zhuǎn)彎半徑大于內(nèi)側(cè)后輪的轉(zhuǎn)彎半徑，形成內(nèi)輪差，如圖2所示。內(nèi)輪差的存在使得轉(zhuǎn)彎時車輛內(nèi)側(cè)形成轉(zhuǎn)彎盲區(qū)，駕駛員難以準(zhǔn)確判斷是否可以順利轉(zhuǎn)彎而不刮蹭或者碰撞內(nèi)側(cè)的行人或者車輛，導(dǎo)致交通事故發(fā)生的可能性大大增加。

圖2 轉(zhuǎn)彎盲區(qū)

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

針對車輛盲區(qū)引起的各種安全隱患，設(shè)計一套有效的車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)成為國內(nèi)外各大汽車生產(chǎn)廠商、高校以及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)共同的研究方向。經(jīng)過多年的發(fā)展，多種預(yù)警方案已經(jīng)被提出并應(yīng)用到實車上。

BLIS（盲點信息系統(tǒng)）由沃爾沃公司研發(fā)，其利用攝像機(jī)對車輛兩側(cè)的路況進(jìn)行監(jiān)測，適用于各種條件下的路況。安裝在左右后視鏡根部的攝像機(jī)對左右后視鏡盲區(qū)進(jìn)行25幀／秒的圖像監(jiān)控，監(jiān)測范圍的寬度為3 m，長度可達(dá)10 m。當(dāng)有車輛或行人進(jìn)入盲區(qū)時，系統(tǒng)通過對比圖像中目標(biāo)的接近程度，判斷盲區(qū)路況是否存在危險，并通過安裝在左右后視鏡支柱上的警示燈來提醒駕駛員注意該盲區(qū)的路況。該系統(tǒng)自2005年起，相繼應(yīng)用在了XC70、V70等車型上。到現(xiàn)在為止，已裝備在沃爾沃、福特等不同汽車生產(chǎn)廠商的多種車型上。

奧迪公司開發(fā)的側(cè)向輔助系統(tǒng) （Audi Side Assist）通過毫米波雷達(dá)實現(xiàn)對車輛盲區(qū)的監(jiān)測，該系統(tǒng)在車速超過60 km／h后開始工作，可監(jiān)測本車后方50 m范圍內(nèi)的車輛，當(dāng)系統(tǒng)判斷盲區(qū)中存在安全隱患時，安裝在左右后視鏡邊框上的指示燈將會亮起，警示駕駛員此時并線存在危險。

國內(nèi)對車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的研究主要集中在視覺技術(shù)上，雖然研究起步較晚，但經(jīng)過多年的努力探索，獲得了一定的技術(shù)突破。吉林大學(xué)交通學(xué)院研究了基于視頻的的自行車監(jiān)測方法，通過對比多幅圖像中同一自行車的空間位置判斷自行車是否在車輛的窗口空間中，從而實現(xiàn)了對車輛周邊自行車的實時監(jiān)測［2］。國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)提出了一種高速公路車道偏離警告系統(tǒng)，利用工業(yè)攝像頭獲取路況信息，通過提取圖像中的車道線以及預(yù)測之后的行車軌跡，成功實現(xiàn)了對車輛偏離車道的監(jiān)測［3］。眾所周知，攝像機(jī)采集的圖像數(shù)據(jù)信息量大，并且圖像中的目標(biāo)受光照、拍攝角度等條件的影響，同時車載計算機(jī)的運(yùn)算能力有限，這些因素將使得盲區(qū)監(jiān)測結(jié)果的精確性與實時性下降。研究設(shè)計魯棒性好、實時性強(qiáng)的車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)將成為今后的研究重點［5］。

3 車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的組成

車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)由4部分組成，包括盲區(qū)信息采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、信息顯示模塊、聲光報警模塊。盲區(qū)信息采集模塊主要由各種傳感器組成，如攝像頭、雷達(dá)等，旨在采集盲區(qū)的路況信息，并將采集到的信息傳送給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊的作用是對盲區(qū)路況信息進(jìn)行處理并作出相應(yīng)決策，使用的主流設(shè)備有單片機(jī)、ARM處理器、高性能計算機(jī)等。信息顯示模塊使用的設(shè)備是顯示屏，其作用是將數(shù)據(jù)處理模塊分析、處理后的信息或圖像在顯示屏上顯示出來，使駕駛員實時了解盲區(qū)的路況。聲光報警模塊包括語音報警裝置和報警指示燈，當(dāng)數(shù)據(jù)處理模塊判斷盲區(qū)路況存在危險時，語音報警裝置發(fā)出危險警報，同時報警指示燈亮起，提醒駕駛員采取必要的安全措施。

盲區(qū)信息采集模塊是監(jiān)測系統(tǒng)的核心，采集的信息品質(zhì)將影響最終監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，而信息品質(zhì)又依賴于傳感器。應(yīng)用于盲區(qū)監(jiān)測的傳感器主要有紅外測距傳感器、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭等，在距離探測方面有著各自的優(yōu)勢與不足。

紅外測距傳感器的成本低、測量范圍廣、實時性強(qiáng)，測量時不受雨雪、霧霾、風(fēng)沙天氣的影響，晝夜均可工作，但測量距離較短。毫米波雷達(dá)測距精度高，能同時識別多個目標(biāo)，具有成像能力，但在雨、雪、霧環(huán)境下其探測距離會有所降低。超聲波雷達(dá)測距指向性強(qiáng)、能耗小、探測距離遠(yuǎn)，但超聲波的傳播速度受環(huán)境溫度影響，不穩(wěn)定，因而在測距過程中，測距時間的準(zhǔn)確性較差，使得測距結(jié)果精度較低。激光雷達(dá)測距實時性強(qiáng)，不易受外界因素干擾，并且具有較高的分辨率，能同時跟蹤多個遠(yuǎn)距離目標(biāo)，但易受不良天氣影響，在大雨或有濃煙、濃霧的環(huán)境下，衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致測距不準(zhǔn)甚至失效?；跀z像頭的視覺測距通過對盲區(qū)路況圖像的實時獲取，利用計算機(jī)視覺處理技術(shù)監(jiān)測、跟蹤圖像中的目標(biāo)，通過對比不同圖像中的同一監(jiān)測目標(biāo)計算出本車與所監(jiān)測目標(biāo)之間的實際距離。但是，光線的強(qiáng)弱、大雨或霧霾等惡劣的天氣條件以及是否在夜間拍攝對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大。同時，當(dāng)車輛快速行駛，圖像數(shù)量快速增加，而系統(tǒng)處理圖像的能力有限，測量結(jié)果的實時性則不可避免會有所下降。

4 車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

對車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)而言，雖然不同的設(shè)計方案采取的探測設(shè)備不同，但其工作原理相同。盲區(qū)信息采集模塊實時監(jiān)測車輛盲區(qū)的路況，將采集到的信息或者圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步轉(zhuǎn)換處理后傳輸給數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊把接收到的信息進(jìn)行分析、處理，對盲區(qū)路況的安全情況作出判斷，并將處理結(jié)果在顯示模塊上實時顯示出來，使駕駛員及時了解盲區(qū)路況。同時，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，如果盲區(qū)路況存在危險，數(shù)據(jù)處理模塊則向聲光報警模塊發(fā)出啟動指令，之后語音提示響起，預(yù)警指示燈亮起，駕駛員根據(jù)提示作出相應(yīng)的安全處理，從而避免危險發(fā)生［4］。

5 展望

單一的傳感器探測存在著種種不足，進(jìn)行多傳感器的信息融合已成為車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的研究重點［6］。隨著傳感器應(yīng)用技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，多傳感器信息融合技術(shù)在車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用會更加普遍，監(jiān)測結(jié)果也會隨之更加準(zhǔn)確可靠。

深度學(xué)習(xí)作為機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的一個新興的研究方向，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，其在計算機(jī)視覺、語音識別等領(lǐng)域取得了顯著的成就［7］。在計算機(jī)視覺領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)和傳統(tǒng)的計算機(jī)視覺技術(shù)相比，其對圖像的識別處理更加精確和智能。將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用到車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)，將會使視覺探測的結(jié)果更加準(zhǔn)確，有利于駕駛員對盲區(qū)的路況做出合理、準(zhǔn)確的判斷，進(jìn)而采取合理的措施，降低危險發(fā)生的可能性，使駕駛更加安全。由此可見，深度學(xué)習(xí)在汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)視覺探測方面的研究應(yīng)用是大勢所趨，是未來的重點研究方向之一。

無人駕駛技術(shù)是近年來汽車行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)研究的熱點，其研究領(lǐng)域包括環(huán)境感知、高精度定位、自動化控制、人工智能等，是現(xiàn)代諸多高新科技高度融合的產(chǎn)物。車輛盲區(qū)監(jiān)測技術(shù)是無人駕駛技術(shù)的一個重要組成部分，其對盲區(qū)路況監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確與否直接影響著無人駕駛汽車行駛時的安全性與可靠性。車輛盲區(qū)監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步，將推動無人駕駛技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為以后無人駕駛汽車走進(jìn)大眾生活打下堅實的基礎(chǔ)。

6 總結(jié)

車輛盲區(qū)造成的危害關(guān)系我們出行的安全，對車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)需要進(jìn)一步的深入研究。雖然，當(dāng)前車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)還存在著不足，但隨著環(huán)境感知、深度學(xué)習(xí)、多傳感器信息融合等技術(shù)的進(jìn)步，相信未來車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的功能會更加完善，監(jiān)測結(jié)果會更加可靠準(zhǔn)確。