先进驾驶辅助系统ADAS

　　在车辆电子智能化的时代，先进驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance System，ADAS)与智能运输系统(Intelligent Transport System, ITS)已开始朝向自动无人驾驶之目标迈进。以车用影像技术之应用特性及未来发展的潜力而言，利用机器视觉所得影像信息，就如同驾驶者眼睛所看到各种道路情景，以成为驾驶者所拥有双眼判断能力外的第三只眼，提供更便利、安全与智慧的行车环境。

　　车用影像技术应用大致可分为下列几种类型，相关技术对应如表1所示：

　　●前方辅助：利用安装于车辆前方的摄影机，侦测车辆前方的道路环境，如：车辆、障碍物、车道标志、交通号志和路人等，及时辨识出前方的道路环境，以提醒驾驶者。

　　●侧方与全周辅助：利用安装于车辆四周的摄影机，侦测车辆四周的道路环境，以扩大驾驶视野。

　　●停车辅助：透过安装于车辆后方的摄影机与角度传感器，撷取相关的环境资讯，协助驾驶人或是自动进行停车动作。

　　●车内监视：系利用安装于车舱内部的摄影机，监视并进行乘客或驾驶人的安全辅助，例如：辨别驾驶人的正常眨眼与疲劳时的闭眼动作，或辨识乘客的体型与坐姿调节安全气囊。

　　车用影像技术对照表

　　ADAS的主要功能并不是控制汽车，而是为驾驶人提供车辆的工作情形与车外环境变化等相关信息进行分析，且预先警告可能发生的危险状况，让驾驶人提早采取因应措施，避免交通意外发生。

　　

 

　　先进驾驶辅助系统程序

　　ADAS是由多达9个，包括盲点侦测系统(Blind Spot Detection System)、后方碰撞警示系统(Rear Crash Collision Warning System)、偏离车道警示系统(Lane Departure Warning System)、缓解撞击煞车系统(Collision Mitigation System)、适路性车灯系统(Adaptive Front-lighting System)、夜视系统(Night Vision System)、主动车距控制巡航系统(Adaptive Cruise Control System)、碰撞预防系统(Pre Crash System)、停车辅助系统(Parking Aid System)，甚至更多功能的系统组成。

　　每个系统主要包含3个程序：

　　(1)信息的搜集，不同的系统需藉由不同类型的车用传感器，包含毫米波雷达、超声波雷达、红外雷达、激光雷达、CCDCMOS影像传感器及轮速传感器等来收集整车的工作状态及其参数变化情形，并将不断变化的机械运动变成电参数(电压、电阻及电流)。

　　(2)电子控制单元(ECU)，功能在将传感器所收集到的信息进行分析处理，然后再向控制的装置输出控制讯号。

　　(3)执行器，依据ECU输出的讯号，让汽车完成动作执行。

　　先进驾驶辅助系统ADAS-车用雷达

　　车用雷达依据传输介值不同，可分为微波雷达、超声波雷达、红外线雷达及激光雷达，各传输优缺点，数据如下：

　　●红外线及超声波雷达：因测量距离相对激光雷达及毫米波较短，所以主要应用于汽车停车输助系统，超音波雷达应用于倒车辅助较多，而红外线雷达则应用于夜视系统。

　　●激光雷达：优点为高方向性、测量精度高、测量距离较长，但缺点在包含雨、雪、雾等恶劣环下，测量性能会下降，多使用于预防碰撞警示及盲点侦测警示系统。按测量原理不同可分为脉冲式激光测距雷达和相位式激光测距雷达。

　　●微波雷达(毫米波雷达)：按测量原理不同，可分为脉冲调频(pulse frequency modulation，PFM)和调频连续波(frequency modulation continuous wave，FMCW)，使用频率主要集中在23~24，60~61，76~77GHz3个频段，波长均为毫米级，所以也称为毫米波雷达，优点为测量距离远、运行较稳定，比较不受外在天候影响，可测量车辆间的距离及相对速度，但缺点是穿透力较差，多应用于停车辅助系统、碰撞预防系统、主动车距控制巡航系统及缓解撞击剎车系统等。

　　国内ADAS相关厂商

　　

 

　　车道偏离警示系统LDWS

　　特色：

　　LDWS(Lane Departure Warning System)利用安装在前挡风玻璃上之摄影机，测量车辆前方的道路标线，并实时计算车辆与车道线的相对距离、道路斜率与曲率等参数，当驾驶者不经意偏离车道时，适时给予警讯，让驾驶者实时修正车辆行驶方向，降低车祸发生的机率。

　　技术：

　　·车道线辨识演算技术。

　　·警示判断逻辑设计。

　　·嵌入式硬件电路设计。

　　

 

　　

 

　　车道维持系统LKAS

　　特色：

　　LKAS(Lane Keeping Assist System)利用装在车前方的CCD或CMOS镜头，感测车道线，计算出汽车偏移量。当驾驶者不当偏离车道线时，系统会给予警示并介入转向的控制，辅助驾驶者保持于车道内行驶，减轻长期驾驶的工作负荷，提高行车的安全性。

　　技术：

　　·车道偏离侦测。

　　·电子辅助转向控制。

　　

 

　　前方碰撞警示系统FCWS

　　特色：

　　FCWS(Forward Collision Warning System)主要是利用感测前方车辆，并计算两车间的相对距离与相对车速，当车距小于安全范围内，则发出警示讯号并主动煞车减速，避免与前方车辆发生碰撞，提升行车的安全性。主要是根据车辆的水平及垂直边缘特性、垂直对称(成对)、车轮与阴影等特征，进行前方车辆的侦测辨识，之后再由透视投影与相似对称的比例关系，即可求得两车间的距离与碰撞时间，其系统雏形与LDW相同。

　　技术：

　　·车道线与车辆辨识演算技术。

　　·警示判断逻辑设计。

　　·主动煞车判断逻辑设计。

　　·嵌入式硬件电路设计。

　　

 

　　车道偏移与前方碰撞警示系统演算流程

　　

 

　　立体视觉前方安全警示系统

　　特色：

　　主要是利用感测前方车辆，并计算两车间的相对距离与相对车速，当车距小于安全范围内，则发出警示讯号并主动煞车减速，避免与前方车辆发生碰撞，提升行车的安全性。

　　技术：

　　·车道线与车辆辨识演算技术。

　　·警示判断逻辑设计。

　　·主动煞车判断逻辑设计。

　　·嵌入式硬件电路设计。

　　

 

　　盲点侦测警示系统BDS

　　特色：

　　BDS(Blind-spot Detection System)

　　于车道变换或停车开门时，利用图像处理手法，辨识左右侧盲点区出现的逼近物体(各式车辆与行人)，若有符合目标特征之物体出现，则以"预警灯号"或"预警灯号加上警示声响"之方式，对驾驶者提出警示。

　　技术：

　　·全天候影像辨识技术。

　　·逼近物体侦测。

　　·车身讯号整合。

　　·开门警示功能。

　　·嵌入式DSP(数字讯号处理器)硬件平台。

　　

 

 

　　全周物体侦测暨自动更正系统

　　特色：

　　在车辆前后及侧边之广角摄影机取得车辆周边环境影像信息，利用图像处理方法利用影像扭曲校正技术及影像视点转换技术与影像缝合技术将车辆周边影像缝合成一张视点由车辆上方往下看之全周影像(图2鸟瞰图)，再以影像式异物感知技术主动侦测车辆周边异物，包含行人、汽机车等对本身车辆有危险的物体，以警示声音或影像告知物体方位与距离，让驾驶者能在狭窄路段会车、狭窄路段过弯或路边停车时，有更全方位的车辆周边环境监控信息，提高驾驶者行车安全。

　　技术：

　　·影像扭曲校正技术。

　　·影像视点转换技术。

　　·影像缝合技术。

　　·特征点自动搜寻与对应技术。

　　·动态障碍物侦测技术。

　　·DSP(数字信号处理器)嵌入式硬件平台。

　　

 

　

　　

 

　　倒车影像式障碍物侦测系统

　　特色：

　　以单一摄影机为传感器，应用图像处理技术侦测车辆后方之障碍物，提出警示并显示障碍物与车身之距离。本技术可取代传统超音波雷达障碍物侦测的功能，除主动侦测障碍物外，并可让驾驶者监控车辆及周围环境的相对位置关系，以增加行车时的便利性和安全性。本系统安装设定容易、成本低，适合各式车辆使用。

　　技术：

　　·障碍物侦测算法。

　　·DSP(数字信号处理器)嵌入式硬件平台。

　　·分级警示设计。

　　

 

　　停车辅助系统PAS

　　特色：

　　PAS(Parking Assistance System)具平行停车与倒车入库两种停车辅助模式。利用倒车摄影机所撷取的后方影像及方向盘转向角度讯号，以数字信号处理器实时产生倒车轨迹线于车内屏幕显示，指引驾驶者顺利停入停车格内，可提升安全与便利性。

　　技术：

　　·车辆运动轨迹演算技术。

　　·影像合成技术处理。

　　·嵌入式硬件电路设计。

　　

 

　　先进停车导引系统

　　特色：

　　利用超音波停车空间扫描与倒车摄影机影像定位方式，以图像式停车空间选择接口设定停车位置并进行路径规划，并透过电动辅助转向控制技术，自动控制方向盘转向直至停妥目标停车位子。

　　技术：

　　·停车格侦测技术。

　　·路径规划与追踪技术。

　　·电动辅助转向控制。

　　·车辆方位推算技术。

　　

 

　　全自动停车系统

　　特色：

　　结合超音波与影像之智能感测技术，可导引驾驶者寻找停车空间、侦测邻近的障碍物，并进行多转向路径规划与电动辅助转向控制，只要One Touch遥控模块，车子就能自动的控制方向盘转向、排档、煞车直至停妥目标停车空间。停车模式支持平行停车、倒车入库与斜角停车，可有效缩短所需之停车空间长度，并帮助驾驶者更安全、有效率地完成停车动作。

　　技术：

　　·停车环境侦测(超音波停车空间扫描与倒车摄影机影像定位)。

　　·路径规划与追踪技术。

　　·车辆方位推算技术。

　　·电动辅助转向控制。

　　·主动式排档、煞车控制。

　　·无线传输模块。

　　

 

　　先进倒车辅助系统架构图及发展

　　

 

　　

 

　　

 

　　自动停车辅助系统

　　

 

　　驾驶者状态监控系统DDMS

　　特色：

　　DDMS(Driver Drowsiness Monitoring System)结合图像处理技术、讯号整合暨无线传输技术，侦测驾驶者脸部状态(头部偏摆、眼睛开阖)，并进行驾驶身份辨识，且透过微处理器整合驾驶者状态、驾驶呼气酒精浓度与车身讯号，侦测并判断驾驶者是否有不专心驾驶、疲劳驾驶、酒醉驾驶与替代驾驶之情形发生。本系统亦可结合无线通信模块后，配合后台系统建置，亦可作为商用车队驾驶绩效管理之用。

　　技术：

　　·人脸侦测暨辨识与驾

　　·驶状态解析算法。

　　·DSP(数字信号处理器)

　　·嵌入式硬件平台。

　　·车身讯号整合暨无线传输模块与酒精感测模块。

　　

 

　　车辆翻覆警示系统

　　特色：

　　利用影像侦测技术，藉以估算出车辆前方车道线曲率，并根据车身动态感测之车辆滑动角、车辆速度、车辆加速度与翻滚角等参数，预测当下之实时翻覆指标与即将翻覆临界车速，将有效降低车辆在弯道行驶之翻覆危险。

　　技术：

　　·翻覆侦测。

　　·车辆动态模型。

　　·车道曲率侦测。

　　·翻覆临界速度。

 

　　特色：

　　智能化节能驾驶辅助系统系利用图像处理处理技术，及时侦测交通状况，再透过节能驾驶行为模式设计，主动指引与车辆油门控制，有效解决当前系统因缺乏交通状况信息，仅能被动显示油耗资讯，而节能效率不佳之问题。经软件仿真与实车测试，该系统省能效率最高可达20.4%，有效提升燃油使用效率。未来本系统可应用在各类车型，并可整合于智能屏幕显示、行车记录器或是智能巡航系统，提升产品价值。

　　技术：

　　·车辆侦测与交通号志辨识演算技术。

　　·节能驾驶行为模式设计。

　　·嵌入式硬件电路设计与主动式油门控制。

　　

 

　　财团法人车辆研究测试中心ARTC

　　车辆中心于创新车用影像发展上，如图1所示，在扩大驾驶视野与安全感知提升上，开发了双视觉长距离侦测模块，透过2个不同焦距镜头的配合，有效扩大驾驶视野至雷达等级的150m，大大提升前方安全系统的感知能力。在3D立体视觉发展上，则是透过立体视觉方式，进行前方障碍物侦测，藉由2个摄影机像差信息，精准的估算出障碍物深度坐标(3D立体空间)。在多功合一上，则整合车道偏离警示、前方碰撞警示、盲点警示与驾驶状态监控于多感知融合系统内，并进行整合性车用影像芯片开发，达到实时且全方面的监控与警示。

　　

 

　　目前整合性的车辆驾驶警示系统(大型车辆盲点警示、车道偏离与前方防撞警示)已装载于国光客运上，进行营运的测试，如图2所示，未来此系统将有机会装载在所有客运车辆上，协助行车安全的提升。

　　ARTC整合式影像安全系统架构

　　

 

　　

 

　　台湾工业技术研究院ITRI

　　车辆全周鸟瞰监视系统

　　超越一般产品，以近乎无盲区的全周影像，提供驾驶者完全即时掌握车辆周围状态及最安全的保护。

　　特色：

　　(1)多影像边缘无缝接合技术，比一般产品减少90%盲点区域。

　　(2)低扭曲、影像实时均化之平滑全景式鸟瞰影像。

　　(3)专利申请5案12件。

　　

 

　　产业应用与效益：

　　(1)全球首创具有无缝接合，低扭曲之影像全周鸟瞰监视系统，加速厂商进军国际市场。

　　(2)带动国内镜头厂商，大广角(>170度)、高解析、高动态车用影像组件发展。

　　整合式感知安全平台

　　特色：

　　(1)高效能、高动态整合式影像安全平台。

　　(2)影像辨识关键技术，开发先进车用图像处理平台(辨识率90%以上)。

　　产业应用与效益：

　　已技术转移7家国内车电系统厂及2家以上国内车厂采用，带动车辆安全产业升级。