先進駕駛輔助系統ADAS
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作者：麒云科技時間：2019-07-27
先進駕駛輔助系統ADAS
在車輛電子智能化的時代，先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance System，ADAS)與智能運輸系統(Intelligent Transport System, ITS)已開始朝向自動無人駕駛之目標邁進。以車用影像技術之應用特性及未來發展的潛力而言，利用機器視覺所得影像信息，就如同駕駛者眼睛所看到各種道路情景，以成為駕駛者所擁有雙眼判斷能力外的第三只眼，提供更便利、安全與智慧的行車環境。
車用影像技術應用大致可分為下列幾種類型，相關技術對應如表1所示：
●前方輔助：利用安裝于車輛前方的攝影機，偵測車輛前方的道路環境，如：車輛、障礙物、車道標志、交通號志和路人等，及時辨識出前方的道路環境，以提醒駕駛者。
●側方與全周輔助：利用安裝于車輛四周的攝影機，偵測車輛四周的道路環境，以擴大駕駛視野。
●停車輔助：透過安裝于車輛后方的攝影機與角度傳感器，擷取相關的環境資訊，協助駕駛人或是自動進行停車動作。
●車內監視：系利用安裝于車艙內部的攝影機，監視并進行乘客或駕駛人的安全輔助，例如：辨別駕駛人的正常眨眼與疲勞時的閉眼動作，或辨識乘客的體型與坐姿調節安全氣囊。
車用影像技術對照表
ADAS的主要功能并不是控制汽車，而是為駕駛人提供車輛的工作情形與車外環境變化等相關信息進行分析，且預先警告可能發生的危險狀況，讓駕駛人提早采取因應措施，避免交通意外發生。
先進駕駛輔助系統程序
ADAS是由多達9個，包括盲點偵測系統(Blind Spot Detection System)、后方碰撞警示系統(Rear Crash Collision Warning System)、偏離車道警示系統(Lane Departure Warning System)、緩解撞擊煞車系統(Collision Mitigation System)、適路性車燈系統(Adaptive Front-lighting System)、夜視系統(Night Vision System)、主動車距控制巡航系統(Adaptive Cruise Control System)、碰撞預防系統(Pre Crash System)、停車輔助系統(Parking Aid System)，甚至更多功能的系統組成。
每個系統主要包含3個程序：
(1)信息的搜集，不同的系統需藉由不同類型的車用傳感器，包含毫米波雷達、超聲波雷達、紅外雷達、激光雷達、CCDCMOS影像傳感器及輪速傳感器等來收集整車的工作狀態及其參數變化情形，并將不斷變化的機械運動變成電參數(電壓、電阻及電流)。
(2)電子控制單元(ECU)，功能在將傳感器所收集到的信息進行分析處理，然后再向控制的裝置輸出控制訊號。
(3)執行器，依據ECU輸出的訊號，讓汽車完成動作執行。
先進駕駛輔助系統ADAS-車用雷達
車用雷達依據傳輸介值不同，可分為微波雷達、超聲波雷達、紅外線雷達及激光雷達，各傳輸優缺點，數據如下：
●紅外線及超聲波雷達：因測量距離相對激光雷達及毫米波較短，所以主要應用于汽車停車輸助系統，超音波雷達應用于倒車輔助較多，而紅外線雷達則應用于夜視系統。
●激光雷達：優點為高方向性、測量精度高、測量距離較長，但缺點在包含雨、雪、霧等惡劣環下，測量性能會下降，多使用于預防碰撞警示及盲點偵測警示系統。按測量原理不同可分為脈沖式激光測距雷達和相位式激光測距雷達。
●微波雷達(毫米波雷達)：按測量原理不同，可分為脈沖調頻(pulse frequency modulation，PFM)和調頻連續波(frequency modulation continuous wave，FMCW)，使用頻率主要集中在23~24，60~61，76~77GHz3個頻段，波長均為毫米級，所以也稱為毫米波雷達，優點為測量距離遠、運行較穩定，比較不受外在天候影響，可測量車輛間的距離及相對速度，但缺點是穿透力較差，多應用于停車輔助系統、碰撞預防系統、主動車距控制巡航系統及緩解撞擊剎車系統等。
國內ADAS相關廠商
車道偏離警示系統LDWS
特色：
LDWS(Lane Departure Warning System)利用安裝在前擋風玻璃上之攝影機，測量車輛前方的道路標線，并實時計算車輛與車道線的相對距離、道路斜率與曲率等參數，當駕駛者不經意偏離車道時，適時給予警訊，讓駕駛者實時修正車輛行駛方向，降低車禍發生的機率。
技術：
·車道線辨識演算技術。
·警示判斷邏輯設計。
·嵌入式硬件電路設計。
車道維持系統LKAS
特色：
LKAS(Lane Keeping Assist System)利用裝在車前方的CCD或CMOS鏡頭，感測車道線，計算出汽車偏移量。當駕駛者不當偏離車道線時，系統會給予警示并介入轉向的控制，輔助駕駛者保持于車道內行駛，減輕長期駕駛的工作負荷，提高行車的安全性。
技術：
·車道偏離偵測。
·電子輔助轉向控制。
前方碰撞警示系統FCWS
特色：
FCWS(Forward Collision Warning System)主要是利用感測前方車輛，并計算兩車間的相對距離與相對車速，當車距小于安全范圍內，則發出警示訊號并主動煞車減速，避免與前方車輛發生碰撞，提升行車的安全性。主要是根據車輛的水平及垂直邊緣特性、垂直對稱(成對)、車輪與陰影等特征，進行前方車輛的偵測辨識，之后再由透視投影與相似對稱的比例關系，即可求得兩車間的距離與碰撞時間，其系統雛形與LDW相同。
技術：
·車道線與車輛辨識演算技術。
·警示判斷邏輯設計。
·主動煞車判斷邏輯設計。
·嵌入式硬件電路設計。
車道偏移與前方碰撞警示系統演算流程
立體視覺前方安全警示系統
特色：
主要是利用感測前方車輛，并計算兩車間的相對距離與相對車速，當車距小于安全范圍內，則發出警示訊號并主動煞車減速，避免與前方車輛發生碰撞，提升行車的安全性。
技術：
·車道線與車輛辨識演算技術。
·警示判斷邏輯設計。
·主動煞車判斷邏輯設計。
·嵌入式硬件電路設計。
盲點偵測警示系統BDS
特色：
BDS(Blind-spot Detection System)
于車道變換或停車開門時，利用圖像處理手法，辨識左右側盲點區出現的逼近物體(各式車輛與行人)，若有符合目標特征之物體出現，則以"預警燈號"或"預警燈號加上警示聲響"之方式，對駕駛者提出警示。
技術：
·全天候影像辨識技術。
·逼近物體偵測。
·車身訊號整合。
·開門警示功能。
·嵌入式DSP(數字訊號處理器)硬件平臺。
全周物體偵測暨自動更正系統
特色：
在車輛前后及側邊之廣角攝影機取得車輛周邊環境影像信息，利用圖像處理方法利用影像扭曲校正技術及影像視點轉換技術與影像縫合技術將車輛周邊影像縫合成一張視點由車輛上方往下看之全周影像(圖2鳥瞰圖)，再以影像式異物感知技術主動偵測車輛周邊異物，包含行人、汽機車等對本身車輛有危險的物體，以警示聲音或影像告知物體方位與距離，讓駕駛者能在狹窄路段會車、狹窄路段過彎或路邊停車時，有更全方位的車輛周邊環境監控信息，提高駕駛者行車安全。
技術：
·影像扭曲校正技術。
·影像視點轉換技術。
·影像縫合技術。
·特征點自動搜尋與對應技術。
·動態障礙物偵測技術。
·DSP(數字信號處理器)嵌入式硬件平臺。
倒車影像式障礙物偵測系統
特色：
以單一攝影機為傳感器，應用圖像處理技術偵測車輛后方之障礙物，提出警示并顯示障礙物與車身之距離。本技術可取代傳統超音波雷達障礙物偵測的功能，除主動偵測障礙物外，并可讓駕駛者監控車輛及周圍環境的相對位置關系，以增加行車時的便利性和安全性。本系統安裝設定容易、成本低，適合各式車輛使用。
技術：
·障礙物偵測算法。
·DSP(數字信號處理器)嵌入式硬件平臺。
·分級警示設計。
停車輔助系統PAS
特色：
PAS(Parking Assistance System)具平行停車與倒車入庫兩種停車輔助模式。利用倒車攝影機所擷取的后方影像及方向盤轉向角度訊號，以數字信號處理器實時產生倒車軌跡線于車內屏幕顯示，指引駕駛者順利停入停車格內，可提升安全與便利性。
技術：
·車輛運動軌跡演算技術。
·影像合成技術處理。
·嵌入式硬件電路設計。
先進停車導引系統
特色：
利用超音波停車空間掃描與倒車攝影機影像定位方式，以圖像式停車空間選擇接口設定停車位置并進行路徑規劃，并透過電動輔助轉向控制技術，自動控制方向盤轉向直至停妥目標停車位子。
技術：
·停車格偵測技術。
·路徑規劃與追蹤技術。
·電動輔助轉向控制。
·車輛方位推算技術。
全自動停車系統
特色：
結合超音波與影像之智能感測技術，可導引駕駛者尋找停車空間、偵測鄰近的障礙物，并進行多轉向路徑規劃與電動輔助轉向控制，只要One Touch遙控模塊，車子就能自動的控制方向盤轉向、排檔、煞車直至停妥目標停車空間。停車模式支持平行停車、倒車入庫與斜角停車，可有效縮短所需之停車空間長度，并幫助駕駛者更安全、有效率地完成停車動作。
技術：
·停車環境偵測(超音波停車空間掃描與倒車攝影機影像定位)。
·路徑規劃與追蹤技術。
·車輛方位推算技術。
·電動輔助轉向控制。
·主動式排檔、煞車控制。
·無線傳輸模塊。
先進倒車輔助系統架構圖及發展
自動停車輔助系統
駕駛者狀態監控系統DDMS
特色：
DDMS(Driver Drowsiness Monitoring System)結合圖像處理技術、訊號整合暨無線傳輸技術，偵測駕駛者臉部狀態(頭部偏擺、眼睛開闔)，并進行駕駛身份辨識，且透過微處理器整合駕駛者狀態、駕駛呼氣酒精濃度與車身訊號，偵測并判斷駕駛者是否有不專心駕駛、疲勞駕駛、酒醉駕駛與替代駕駛之情形發生。本系統亦可結合無線通信模塊后，配合后臺系統建置，亦可作為商用車隊駕駛績效管理之用。
技術：
·人臉偵測暨辨識與駕
·駛狀態解析算法。
·DSP(數字信號處理器)
·嵌入式硬件平臺。
·車身訊號整合暨無線傳輸模塊與酒精感測模塊。
車輛翻覆警示系統
特色：
利用影像偵測技術，藉以估算出車輛前方車道線曲率，并根據車身動態感測之車輛滑動角、車輛速度、車輛加速度與翻滾角等參數，預測當下之實時翻覆指標與即將翻覆臨界車速，將有效降低車輛在彎道行駛之翻覆危險。
技術：
·翻覆偵測。
·車輛動態模型。
·車道曲率偵測。
·翻覆臨界速度。
特色：
智能化節能駕駛輔助系統系利用圖像處理處理技術，及時偵測交通狀況，再透過節能駕駛行為模式設計，主動指引與車輛油門控制，有效解決當前系統因缺乏交通狀況信息，僅能被動顯示油耗資訊，而節能效率不佳之問題。經軟件仿真與實車測試，該系統省能效率最高可達20.4%，有效提升燃油使用效率。未來本系統可應用在各類車型，并可整合于智能屏幕顯示、行車記錄器或是智能巡航系統，提升產品價值。
技術：
·車輛偵測與交通號志辨識演算技術。
·節能駕駛行為模式設計。
·嵌入式硬件電路設計與主動式油門控制。
財團法人車輛研究測試中心ARTC
車輛中心于創新車用影像發展上，如圖1所示，在擴大駕駛視野與安全感知提升上，開發了雙視覺長距離偵測模塊，透過2個不同焦距鏡頭的配合，有效擴大駕駛視野至雷達等級的150m，大大提升前方安全系統的感知能力。在3D立體視覺發展上，則是透過立體視覺方式，進行前方障礙物偵測，藉由2個攝影機像差信息，精準的估算出障礙物深度坐標(3D立體空間)。在多功合一上，則整合車道偏離警示、前方碰撞警示、盲點警示與駕駛狀態監控于多感知融合系統內，并進行整合性車用影像芯片開發，達到實時且全方面的監控與警示。
目前整合性的車輛駕駛警示系統(大型車輛盲點警示、車道偏離與前方防撞警示)已裝載于國光客運上，進行營運的測試，如圖2所示，未來此系統將有機會裝載在所有客運車輛上，協助行車安全的提升。
ARTC整合式影像安全系統架構
臺灣工業技術研究院ITRI
車輛全周鳥瞰監視系統
超越一般產品，以近乎無盲區的全周影像，提供駕駛者完全即時掌握車輛周圍狀態及最安全的保護。
特色：
(1)多影像邊緣無縫接合技術，比一般產品減少90%盲點區域。
(2)低扭曲、影像實時均化之平滑全景式鳥瞰影像。
(3)專利申請5案12件。
產業應用與效益：
(1)全球首創具有無縫接合，低扭曲之影像全周鳥瞰監視系統，加速廠商進軍國際市場。
(2)帶動國內鏡頭廠商，大廣角(>170度)、高解析、高動態車用影像組件發展。
整合式感知安全平臺
特色：
(1)高效能、高動態整合式影像安全平臺。
(2)影像辨識關鍵技術，開發先進車用圖像處理平臺(辨識率90%以上)。
產業應用與效益：
已技術轉移7家國內車電系統廠及2家以上國內車廠采用，帶動車輛安全產業升級。
