基于駕駛輔助的汽車A柱盲區(qū)影像顯示系統(tǒng)研究

張 進(jìn)，常 江，楊 賽

（廣州汽車集團(tuán)汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)汽車的安全性和舒適性要求越來(lái)越高。A柱是風(fēng)窗玻璃與前車門之間的連接柱，在承載車頂重量的同時(shí)，還要保證汽車在受撞擊或側(cè)翻的情況下，不擠壓乘客的生存空間[1]。目前國(guó)內(nèi)外汽車主機(jī)廠為保證A柱強(qiáng)度及安全性，采用的高強(qiáng)度材料均不透明，使得駕駛員前側(cè)視線受到嚴(yán)重的影響，產(chǎn)生視覺盲區(qū)，帶來(lái)安全隱患，同時(shí)，駕駛員為觀察行車環(huán)境，通常需前傾側(cè)身減少A柱帶來(lái)的視野盲區(qū)，駕駛舒適性也受到影響。所以，A柱視野盲區(qū)問(wèn)題急需解決。

1 A柱盲區(qū)消除現(xiàn)狀分析

針對(duì)消除A柱盲區(qū)消除問(wèn)題的研究，目前主要有以下幾種方法：

（1）將 A柱遮擋視線區(qū)域挖空，填充高強(qiáng)度透明材料（如樹脂等），減少遮擋面積，令視野盲區(qū)盡量減少。此種方式盲區(qū)仍部分存在，還會(huì)導(dǎo)致A柱的整體強(qiáng)度下降，帶來(lái)新的安全隱患。

（2）尹雪龍等人[2]提出采用安裝在汽車上的多個(gè)攝像頭，拍攝汽車周圍360°無(wú)死角圖像，將采集到的圖像傳輸給圖像處理控制器，進(jìn)而在車內(nèi)顯示屏顯示盲區(qū)畫面。但是此種方式駕駛員難以直觀地看到行車環(huán)境，對(duì)真實(shí)場(chǎng)景與屏幕之間的切換，也會(huì)使駕駛員分神。

（3）馮振強(qiáng)等人[3]提出在汽車外安裝攝像頭，實(shí)時(shí)拍攝盲區(qū)畫面，通過(guò)投影，投射到車內(nèi)A柱表面。

（4）廖術(shù)娟等人[4]提出了“電子透明”的概念，其方法大致與“投影”方法類似，只是顯示方式不同。屏幕不能完全與A柱貼合，造成視覺差，投影效果容易受到光線的影響，效果一般。

（5）盲點(diǎn)信息系統(tǒng)，采用了車速感應(yīng)器、雷達(dá)及攝像頭等裝置對(duì)車輛兩側(cè)進(jìn)行探測(cè)，但無(wú)法直觀看到A柱的視野盲區(qū)，且霧霾、大霧、大雨等天氣對(duì)攝像頭和雷達(dá)影響較大。

A柱盲區(qū)帶來(lái)的安全隱患不容忽視，針對(duì)這一問(wèn)題，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文提出了一種基于駕駛輔助的汽車A柱盲區(qū)影像顯示系統(tǒng)，結(jié)合ADAS輔助駕駛系統(tǒng)、駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)（DMS）、高速攝像頭模組、OLED柔性屏幕等，完全消除A柱視野盲區(qū)，極大地提高了駕駛安全性和舒適性。

2 基于駕駛輔助理念（ADAS）的A柱盲區(qū)影像顯示系統(tǒng)

汽車高級(jí)駕駛輔助技術(shù)（ADAS）是在汽車智能化不斷提高、汽車安全問(wèn)題越來(lái)越被關(guān)注的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，旨在車輛行駛過(guò)程中對(duì)即將發(fā)生的事故進(jìn)行預(yù)警，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，從而避免交通事故的發(fā)生，提高行車安全性。汽車高級(jí)駕駛輔助技術(shù)所包含的種類很多，隨著當(dāng)今信息技術(shù)的飛速發(fā)展，高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)ADAS功能更加豐富，也越來(lái)越人性化，汽車內(nèi)各種輔助駕駛的應(yīng)用，如倒車影像、360度環(huán)視技術(shù)、自動(dòng)泊車功能、平行顯示系統(tǒng)HUD、車道監(jiān)視、車道保持、碰撞避免或碰撞系統(tǒng)等等技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用在各種車型中，人們的駕乘體驗(yàn)再次升級(jí)到新的高度[5-6]。

目前汽車ADAS技術(shù)中的“車道偏離預(yù)警、碰撞預(yù)警、變道輔助”等ADAS功能的用戶提示方式比較集中在中控大屏、儀表上顯示警示燈，播放提示訊號(hào)等區(qū)域，用戶低頭看儀表或大屏存在安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)此問(wèn)題，文章提出了一種新的思路，將A柱盲區(qū)影像顯示與ADAS技術(shù)結(jié)合起來(lái)，借助ADAS的優(yōu)勢(shì)，實(shí)時(shí)顯示行車過(guò)程中A柱盲區(qū)信息，又對(duì)即將出現(xiàn)的可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況進(jìn)行預(yù)警提示，如行人、車輛、障礙物等進(jìn)行識(shí)別提醒，提高駕駛員行車過(guò)程中的安全性。

3 系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)及其效果

3.1 系統(tǒng)工作原理

本文基于駕駛輔助理念設(shè)計(jì)了一套A柱盲區(qū)影像顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)由車外場(chǎng)景采集攝像頭、車內(nèi)駕駛員監(jiān)控?cái)z像頭、車外信號(hào)監(jiān)測(cè)雷達(dá)、圖像處理器和OLED柔性顯示屏組成，OLED柔性屏貼合在左右A柱的表面。系統(tǒng)示意圖如圖1所示，車外攝像頭（C1及C2）實(shí)時(shí)采集車輛左右側(cè)A柱盲區(qū)影像信息；車內(nèi) DMS攝像頭采集駕駛員的頭部位置及視線角度信息；車外雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路況、周邊行人、車輛等信息，與攝像頭采集到的圖像配合，同步反饋，控制器接收所有采集到的信息進(jìn)行處理（圖1中將ADAS控制器與圖像處理控制器集成），經(jīng)控制器計(jì)算后，進(jìn)行碰撞預(yù)警，將駕駛員視野盲區(qū)的影像及碰撞預(yù)警信息（紅色警示框）顯示在A柱上的OLED柔性屏幕。A柱盲區(qū)影像顯示技術(shù)結(jié)合與駕駛輔助技術(shù) ADAS的“碰撞預(yù)警”，通過(guò)雷達(dá)及攝像頭采集信息，實(shí)現(xiàn)碰撞預(yù)警，大大提高了行車安全性及舒適性。

圖1 系統(tǒng)示意圖

為了實(shí)現(xiàn)以上系統(tǒng)功能，該系統(tǒng)應(yīng)滿足：（1）系統(tǒng)在實(shí)際行車環(huán)境下，應(yīng)保證對(duì)不同場(chǎng)景及不同天氣的可靠性、魯棒性和實(shí)時(shí)性；（2）硬件平臺(tái)的搭建：需對(duì)盲區(qū)圖像進(jìn)行采集、處理和顯示三大功能，確保車內(nèi)外攝像頭實(shí)時(shí)采集盲區(qū)路況信息與駕駛員視線角度和位置信息，處理器及時(shí)將有效信息輸出，顯示屏無(wú)卡頓并清晰；（3）系統(tǒng)軟件的編程，要保證將實(shí)時(shí)采集到的圖像與雷達(dá)信息融合，識(shí)別出可能碰撞的物體，并給出相應(yīng)的提醒信息。

3.2 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于方案需求，設(shè)計(jì)了如下硬件平臺(tái)，該硬件平臺(tái)主要由瑞芯微RK3399Pro芯片、12.3英寸柔性屏和RER-USB高速USB攝像頭模組組成。

硬件系統(tǒng)組成由圖2所示，A柱外側(cè)攝像頭（C1、C2)用于采集盲區(qū)信息，控制器完成攝像頭圖像的校正、切割、仿射變換等圖像處理任務(wù)，A柱顯示屏通過(guò)OLED成像技術(shù)將畫面投射到A柱表面，DMS獲取駕駛員視線方向，對(duì)不同視線位置顯示的圖像進(jìn)行修正。

圖2 硬件系統(tǒng)組成

（1）瑞芯微RK3399Pro芯片是一款專為人工智能設(shè)計(jì)的嵌入式主機(jī)。集成獨(dú)立的NPU單元，可提供3TOPS算力；適用于人工智能項(xiàng)目，如人臉識(shí)別、機(jī)器檢測(cè)、客流統(tǒng)計(jì)、軌跡分析、人證對(duì)比等機(jī)器視覺場(chǎng)景，也可用于自然語(yǔ)音處理的場(chǎng)景；與A柱盲區(qū)影像顯示系統(tǒng)要求的實(shí)時(shí)采集盲區(qū)數(shù)據(jù)并進(jìn)行圖像裁剪處理相嵌合，控制器如圖3所示。

圖3 RK3399Pro芯片及其參數(shù)

（2）12.3英寸OLED柔性屏，柔性屏與傳統(tǒng)的屏幕相比，具有良好的柔韌性、更輕薄的體積、較低的功耗、耐揉搓的特性。柔性O(shè)LED屏幕可以自發(fā)光，實(shí)現(xiàn)極佳的圖像質(zhì)量。柔性屏可彎曲折疊且不影響其顯示效果，與A柱區(qū)域完美貼合，顯示因A柱的遮擋形成的視野盲區(qū)，達(dá)到“透明A柱”的效果。如圖4所示，為與A柱造型相同的OLED柔性屏。

圖4 與A柱造型相同的OLED屏

（3）為了保證圖像質(zhì)量，選取RER-USBFHD08S-LS29高速攝像頭模組進(jìn)行盲區(qū)影像和車內(nèi)DMS圖像采集，支持1 920*1 080p，60幀視頻，攝像頭分別布置在車外左右側(cè)采集盲區(qū)影像，布置在車內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛員頭部位置和視線角度。

圖5 高速攝像頭模組及其參數(shù)配置

（4）系統(tǒng)新增毫米波雷達(dá)，結(jié)合圖像采集攝像頭將駕駛輔助技術(shù)應(yīng)用到A柱盲區(qū)影像顯示系統(tǒng)。通過(guò)雷達(dá)及攝像頭采集路況信息進(jìn)行盲區(qū)碰撞預(yù)警，避免交通事故的發(fā)生。工作原理如圖6所示。

圖6 信號(hào)檢測(cè)雷達(dá)

3.3 實(shí)車驗(yàn)證及結(jié)論

基于駕駛輔助理念的A柱盲區(qū)影像顯示系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建完成之后，搭載到實(shí)車上，對(duì)其進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。將車外攝像頭對(duì)準(zhǔn)行人，如圖7（a）可以看到A柱上屏幕采集到的人物圖像，畫質(zhì)無(wú)壓縮，行人胸前卡片上的字樣，同樣顯示清晰。圖7（b）測(cè)試安裝在車上的A柱盲區(qū)影像實(shí)時(shí)顯示效果如下圖，右側(cè)A柱盲區(qū)信息顯示與外界“無(wú)重影”且效果好，解決了A柱顯示屏的盲區(qū)圖像與實(shí)際外界景象被“分割”。

圖7 盲區(qū)影像顯示裝置

系統(tǒng)通過(guò)車外攝像頭和毫米波雷達(dá)監(jiān)測(cè)路況、行車周邊環(huán)境、行人及車輛等信息，將行人、車輛、障礙物等進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，在A柱貼合的柔性屏幕上，同步使用紅色警示框?qū)⑵淇蜻x，進(jìn)行危險(xiǎn)提示，實(shí)現(xiàn)盲區(qū)碰撞預(yù)警，進(jìn)一步確保行車安全性，如圖8所示，在實(shí)際行車情況下，透明A柱在結(jié)合ADAS信息后，將出現(xiàn)在左側(cè)A柱盲區(qū)中的行人，用高亮紅色警示框選中，提醒駕駛員，避免因視野盲區(qū)導(dǎo)致的慘劇。隨著系統(tǒng)的不斷完善，日后在A柱上還能顯示更多的隨車信息。

圖8 ADAS防撞預(yù)警信息

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前A柱盲區(qū)消除方法的不足，提出了一種基于駕駛輔助的汽車A柱盲區(qū)影像顯示系統(tǒng)，并搭建實(shí)車實(shí)物平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了盲區(qū)影像實(shí)時(shí)清晰的顯示功能和行人、車輛及障礙物等碰撞預(yù)警功能，解決了A柱盲區(qū)消除問(wèn)題，大大降低了駕駛員因?yàn)樾熊囘^(guò)程中視野盲區(qū)造成的安全隱患，提高了駕乘安全和舒適性。