高級駕駛員輔助系統(tǒng)(以下簡稱ADAS系統(tǒng))是最近幾年汽車電子市場開發(fā)的熱點之一，也是主動安全領域的后起之秀，借助先進的雷達、攝像、數(shù)字信號處理等技術，ADAS系統(tǒng)可協(xié)助提升駕駛員的環(huán)境觀察能力，也帶來了更為強大的預處理和預報警功能。據(jù)稱，美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)擬定強制要求在2014年前將在所有出廠新車上安裝后視攝像系統(tǒng)，預計裝車量約為1,660萬輛，這使得ADAS系統(tǒng)應用再次成為了市場關注的焦點。
羅姆(ROHM)中國技術中心總經理李駿 |
盡管ADAS系統(tǒng)目前在全球范圍內的普及率還較低(僅為5%左右)，但在高端汽車市場上(價格在5萬歐元以上的汽車)，ADAS系統(tǒng)在近年來的裝車率卻呈現(xiàn)出迅猛增長的勢頭(高端汽車市場本身的增長速度也一直比中/低端汽車市場高得多)。在這類市場中，采用激光或雷達技術的自適應巡航控制ACC、基于雷達的緊急剎車輔助系統(tǒng)EBA、24GHz盲點檢測系統(tǒng)BSD、倒車攝像輔助系統(tǒng)等均得到了較為普遍的應用，而多攝像機環(huán)視系統(tǒng)等作為一些新的應用類型正處于市場推廣的階段，ADAS系統(tǒng)未來發(fā)展的總體目標將是在視覺、雷達、超聲波等不同類型的傳感器之間實現(xiàn)真正的融合與交互，為車輛駕駛者提供全方位的主動式安全服務。
羅姆(ROHM)中國技術中心總經理李駿表示，在技術創(chuàng)新和與市場需求的雙重推動下，汽車主動安全系統(tǒng)的發(fā)展將體現(xiàn)在智能化和交互化兩個方面。在智能化方面，各種類型傳感器的使用令汽車在各個部位都可以為乘客提供安全服務；而在交互化方面，利用攝像機和圖形處理技術來識別障礙物，加上主動防撞、自動巡航、白線識別等各種預警裝置的啟用，將會給駕駛員帶來豐富的路況及交通信息，為安全行車增加了保障。
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視覺應用走向多技術融合
基于視覺的主動安全技術可以為駕駛者提供更直觀、友好的警示，目前應用得較多的是通過前視、后視、車身四周等多個角度的攝像頭，來拼接成一個全景圖像，為駕駛員在后退倒車、前區(qū)探測時提供視覺盲區(qū)的實景圖像信息，起到輔助駕駛的作用，這種方案的實現(xiàn)成本較低，技術也較成熟。而在最新的汽車攝像系統(tǒng)的應用中，要求它們不僅要能夠觀測到圖像，而且還要能夠對來自攝像頭的數(shù)據(jù)進行智能分析處理，幫助駕駛員做出更為精準的判斷，并且與雷達、超聲波等其它種類的汽車傳感器一起，提供更為先進的預警功能。
汽車攝像系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢
Source：Aptina公司aZDesmc
“例如，基于攝像頭的LDW車道偏離預警系統(tǒng)使用安裝在后視鏡后面的小型攝像頭來檢測道路上的車道標志，一旦車輛駛離車道(未使用轉向信號)，則發(fā)出預警，如方向盤振動、儀表盤上的指示燈亮起，或類似蜂鳴器的報警，以提醒駕駛員糾正他們的路線?；蚴遣捎美走_和攝像頭技術相組合的方式，根據(jù)來自攝像頭的信息與車輛橫向速度，來確定車輛是否偏離車道，若偏離車道，則向駕駛員報警?！盇ptina公司策略市場部Narayan Purohit表示道。
要實現(xiàn)更高級別的安全保護，也要求ADAS攝像頭必須要具備更優(yōu)質的視頻處理和圖像處理這兩項功能，視頻處理是對攝像頭的原始數(shù)據(jù)進行適當?shù)奶幚?，供駕駛員觀看；而圖像處理則是從視頻流中提取有效的目標運動等信息進行應用分析。
在視頻處理方面，針對車輛行駛的各種復雜戶外環(huán)境(如日光干擾、樹蔭遮蔽、順/逆光、天氣等)，為了保證成像品質，羅姆多年前推出的視頻編碼器BU6521KV在業(yè)界取得了不錯口碑與量產實績，其將內置AIE功能(采用硬件進行圖像處理的技術)的數(shù)字視頻解碼器加入了去霧圖像補正的功能，能夠將帶霧的圖像補正至近似晴天的圖像，使物體和文字清晰顯示，還可以修正逆光和低光亮度圖像，提高了多種環(huán)境下的圖像視覺辨識能力，從而保障行車安全。另外，羅姆旗下LAPIS Semiconductor推出的針對車載監(jiān)控和導航的視頻解碼芯片“ML86V76652”，在視頻解碼的同時還可以靈活地在LCD上添加各種符號與標識，為司機提供更加智能化的信息。
而在圖像處理方面，飛思卡爾半導體面向駕駛輔助系統(tǒng)市場新開發(fā)的圖像識別處理器(ICPs)——SCP2200系列，采用專業(yè)圖像識別處理器開發(fā)廠商CogniVue開發(fā)的APEX IP技術，可在并行圖像處理架構中同時處理圖像數(shù)據(jù)，以較低的時鐘頻率實現(xiàn)高性能的圖像數(shù)據(jù)處理，并通過集成高密度內存大幅降低物料成本，使攝像機更微型化，適應于汽車攝像機智能化應用的需求。
作為傳感器和SoC系統(tǒng)級芯片的領先供應商，Aptina則提供的是一套傳感器、圖像協(xié)處理器各自獨立的雙芯片解決方案，來適應雙數(shù)據(jù)流的應用模式，一方面可以在攝像頭模塊中提供局部圖像處理功能，用于觀察應用，如支持后視或環(huán)視，而另一方面也同時在電子控制單元ECU中執(zhí)行進一步的分析處理。
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除此之外，提高視頻圖像智能分析的精確度和可靠性也是目前在開發(fā)上的一個重點，其中的一種解決方案是在原來二維(2D)視覺系統(tǒng)的基礎上體現(xiàn)出更為詳細的三維(3D)信息，由此來判斷前方物體是人或是車、目標物體的距離、行駛的速度等。例如，富士通半導體開發(fā)的三維環(huán)視系統(tǒng)(OmniView system)，通過4個攝像頭的視頻輸入拼接成一個三維(傳統(tǒng)方案為二維)的視覺場，從而有效地避免基于二維的俯視系統(tǒng)可能導致的誤判斷。目前一些國際車廠正努力推動這類三維攝像系統(tǒng)走向市場化、商用化。
北京航天新興科技開發(fā)有限責任公司副總經理李方年 |
采用新型的光學傳感芯片系統(tǒng)則是另一種解決方案。北京航天新興科技開發(fā)有限責任公司利用CCD與CMOS相結合的工藝技術，開發(fā)出的EPC6XX片上TOF成像芯片是第二代3D TOF攝像芯片，具有全集成的3D測量能力，不僅測量距離可達15米，并且具有高靈敏度及1CM左右的精度，高達100KLUX的優(yōu)良環(huán)境光線抑制能力。該芯片采用CSP封裝，整個芯片面積為2.55×2.55mm，整體功耗小于300mw，除了具有TOF測距功能外，還最大化集成了客戶所需的其它功能模塊，內部同時集成高功率的LED驅動，以及環(huán)境光檢測、溫度檢測等模塊，所有測量的數(shù)據(jù)只需要通過IIC接口或者SPI接口便可獲得。
該公司副總經理李方年介紹道，這款TOF成像芯片主要應用于汽車防碰撞預警系統(tǒng)(AWS)，通過更精確的3D圖像數(shù)據(jù)采集和距離測量，利用鏡頭檢測前方道路環(huán)境，車輛探測機車距情況，可及時發(fā)出聲音和視覺警報，最大程度地避免車道偏離和追尾事故。另外，該芯片還可以應用于汽車安全氣囊，發(fā)生交通事故時，通過座位前方鏡頭可以更精確地測量和乘客的距離以及分析乘客當時的狀態(tài)，調節(jié)安全氣囊彈出的力度和方向，避免氣囊彈出時力度過大或方向誤差給乘客造成的傷害，目前這些應用已在國外車廠生產中被逐步采用。
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77GHz高頻雷達應用上升
除了攝像系統(tǒng)之外，雷達技術在ADAS系統(tǒng)中的應用也同樣重要。由于采用了低成本元件，且24GHz寬帶頻段在一些國家被暫時允許用于汽車傳感領域，因此之前汽車雷達傳感器的頻率多是24GHz，隨著目前全球大多數(shù)國家將77GHz寬帶分配給汽車雷達應用，使得汽車雷達傳感器的頻率正逐漸從24GHz提高到77GHz，而更高的帶寬和頻率也有助于提升ADAS系統(tǒng)更加準確、快速的偵測能力(例如行人偵測等)。
基于77GHz雷達系統(tǒng)的自適應巡航控制、預碰撞防護和碰撞預警系統(tǒng)(配備或不配備自動轉向和制動干預)可以根據(jù)已檢測和跟蹤的對象，判斷車輛前面的路況，并自動調整車速；或是在即將發(fā)生碰撞的情況下，啟動緊急制動干預，避免事故發(fā)生。目前，英飛凌、飛思卡爾等廠商紛紛開發(fā)出了全新半導體工藝、適用于ADAS系統(tǒng)的77GHz雷達芯片；飛思卡爾的77GHz高速雷達，結合基于Power Architecture架構的MCU，可為業(yè)界提供更高頻率的汽車主動安全解決方案。
羅杰斯公司亞洲區(qū)市場副總裁劉建軍(左)與羅杰斯公司先進線路板材料事業(yè)部亞洲區(qū)市場經理楊熹
aZDesmc
高頻應用同時也對基礎通訊印刷板材帶來了新的應用需求，羅杰斯(Rogers)公司亞洲區(qū)市場副總裁劉建軍表示，雷達傳感器通常會在高頻而惡劣的環(huán)境下工作，使得汽車雷達PCB板中的電介質材料很容易加速老化，進而氧化，導致電介質材料特性會隨時間產生變化，這些令到基于雷達技術的汽車安全系統(tǒng)需要使用到符合汽車級可靠性的高頻PCB材料。
為此，羅杰斯推出了面向汽車市場的RO4350B/RO4835和RO3003高頻板材，主要應用于汽車防撞系統(tǒng)和其它的ADAS系統(tǒng)中(如24GHz或77GHz雷達)。其中，RO4835系列PCB板材為那些需要長時間在高溫下工作的電路提供了較高的電氣穩(wěn)定性，并保留了熱固性FR-4加工材料的成本優(yōu)勢，電介質氧化速度得到大幅改善，保證了產品的整體穩(wěn)定可靠性。
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責編：Quentin
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