基于ViCANdo 的ADAS 攝像頭安裝高度研究

吳方義， 劉衛(wèi)東， 王愛春， 黃少堂

（江鈴汽車股份有限公司， 江西 南昌 330001）

隨著汽車保有量的不斷提高和公路運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，交通事故發(fā)生的頻率次數(shù)也不斷上升。針對(duì)當(dāng)前的形勢(shì)，我國(guó)相繼發(fā)布了相關(guān)法規(guī)，對(duì)商用車智能駕駛輔助系統(tǒng)的配備做出了強(qiáng)制規(guī)定，以在政策層面推動(dòng)主動(dòng)安全系統(tǒng)在商用車領(lǐng)域的量產(chǎn)落地。乘用車方面，伴隨汽車四化的發(fā)展，汽車智能化也得到了空前發(fā)展，駕駛輔助功能的配置率逐漸增高。而目前多數(shù)的ADAS傳感器的算法都是基于乘用車進(jìn)行訓(xùn)練開發(fā)，針對(duì)不同的車型，傳感器的布置位置和方式大相徑庭，勢(shì)必影響傳感器的感知能力。本文將研究一款乘用車攝像頭在輕型商用車上的功能性能差異。

1 駕駛輔助系統(tǒng)組成

1.1 駕駛輔助系統(tǒng)原理

汽車駕駛輔助系統(tǒng)的構(gòu)成和系統(tǒng)原理如圖1所示，主要由感知、決策、控制模塊組成。目前，感知模塊主要由毫米波雷達(dá)、攝像頭、360°環(huán)視系統(tǒng)、超聲波雷達(dá)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車 （APA）、自適應(yīng)巡航 （ACC）、緊急制動(dòng) （AEB）、盲區(qū)監(jiān)測(cè) （BSD）、車道保持輔助 （LKA）、交通擁堵輔助 （TJA）等功能，而更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛還有激光雷達(dá)。車載傳感器感知前方道路上障礙物、車道線、交通標(biāo)志、行人等信息。前向ADAS功能主要是使用攝像頭和毫米波雷達(dá)獲取前方目標(biāo)相對(duì)距離、相對(duì)速度，通過決策與控制實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航、緊急制動(dòng)、交通擁堵輔助功能。攝像頭還可識(shí)別前方道路車道線，計(jì)算車輛與車道線的相對(duì)位置和車道線的曲率半徑，結(jié)合車輛的底盤轉(zhuǎn)向特性，實(shí)現(xiàn)LKA功能?？梢钥闯鰡螖z像頭可以實(shí)現(xiàn)L2級(jí)智能駕駛的所有功能，是性價(jià)比最高的傳感器，如表1是不同傳感器的性能對(duì)比。

圖1 智能駕駛系統(tǒng)組成

表1 智能駕駛感知傳感器性能對(duì)比

1.2 攝像頭目標(biāo)識(shí)別原理與布置問題

攝像頭和攝像頭后處理芯片端原理如圖2所示。攝像頭的光感原件識(shí)別外界圖像信息并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，根據(jù)編碼協(xié)議編碼圖像信號(hào)，通過低電壓差分信號(hào) （LVDS）傳輸方式將圖像傳輸至圖像處理芯片 （ECU），經(jīng)過圖像信號(hào)品質(zhì)處理后，再傳遞至圖像處理單元 （GPU），利用深度學(xué)習(xí)或機(jī)器學(xué)習(xí)算法識(shí)別圖像中不同層次目標(biāo) （道路、行人、車輛、障礙物）。目標(biāo)識(shí)別效果依賴于深度學(xué)習(xí)的樣本的類型和數(shù)量，因此深度學(xué)習(xí)目標(biāo)識(shí)別的樣本需要不斷迭代和更新，不同的學(xué)習(xí)樣本會(huì)產(chǎn)生不同的視覺效果，這也是攝像頭高度會(huì)影響ADAS功能性能的根本原因。

圖2 智能駕駛攝像頭目標(biāo)識(shí)別原理

如圖3和圖4所示，不同攝像頭安裝高度下，其成像差異較大，這就好比人的眼睛，在不同高度和視角對(duì)同一物體的認(rèn)知是不一樣的。所以不同的攝像頭高度，對(duì)目標(biāo)識(shí)別是有較大影響的，需要測(cè)試其性能是否能滿足相關(guān)要求。如果不能滿足就需要對(duì)特定的高度做針對(duì)性的圖像識(shí)別算法調(diào)整，以提高目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確率。特別是對(duì)于“商乘并舉”的車企來說，車型差異較大，一款攝像頭需要適配多種車型，需要對(duì)不同高度下的攝像頭性能進(jìn)行驗(yàn)證，才能確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性。下面將以某款輕型商用車攝像頭安裝高度的驗(yàn)證，來研究一款攝像頭適配不同車型安裝高度的差異性。

圖3 攝像頭安裝高度1.5m時(shí)車輛/車道線成像

圖4 攝像頭安裝高度2.1m時(shí)車輛/車道線成像

2 測(cè)試方法

2.1 測(cè)試目的

測(cè)試攝像頭安裝高度分別在1.50m、2.1m和2.4m下的FCW、LDW功能的性能對(duì)比。

2.2 測(cè)試步驟

1）參考國(guó)標(biāo)GB/T 26773，分別測(cè)試偏移車速為0.3m/s、0.5m/s時(shí)的LDW報(bào)警時(shí)刻車輛前輪相對(duì)于車道線位置。單次報(bào)警測(cè)試，最早報(bào)警線應(yīng)小于0.75m （車道線內(nèi)側(cè)）；最晚報(bào)警線為車道線外沿之外0.3m （乘用車）或1m （商用車）。

2）分別測(cè)試縱向車速30km/h、40km/h、70km/h、80km/h時(shí)的FCW功能中攝像頭的識(shí)別偏差；TTC報(bào)警閾值，參考國(guó)標(biāo)GB∕T 33577，TTC不大于4s即可，但本次測(cè)試使用了如表2推薦的報(bào)警經(jīng)驗(yàn)值。

表2 智能駕駛感知傳感器性能對(duì)比

3 實(shí)車測(cè)試

驗(yàn)證測(cè)試以某款輕型商用車 （配備前碰撞預(yù)警功能和車道偏離預(yù)警功能）為例，進(jìn)行攝像頭安裝高度對(duì)報(bào)警性能影響的研究。

3.1 測(cè)試設(shè)備搭建

如圖5所示，測(cè)試設(shè)備以ViCANdo為核心，進(jìn)行視頻、數(shù)據(jù)、報(bào)警信息的同步采集以及結(jié)果輸出。FCW的測(cè)試為場(chǎng)地內(nèi)的測(cè)試，還會(huì)用到假車，圖6為假車與ViCANdoLDW測(cè)試界面示意圖。

圖5 測(cè)試系統(tǒng)原理框圖

圖6 測(cè)試設(shè)備與ViCANdo測(cè)試界面示意圖

3.2 實(shí)車測(cè)試結(jié)果

攝像頭高度分別為2.4m/2.1m/1.5m時(shí)，測(cè)試記錄LDW功能中攝像頭識(shí)別到的車道偏離報(bào)警位置。如圖7所示，圖中灰色區(qū)域代表實(shí)際車道線，寬度為0.15m；數(shù)據(jù)點(diǎn)位置為實(shí)際偏移報(bào)警時(shí)刻車輛位置；橫坐標(biāo)表示距車道線邊緣實(shí)際距離；縱軸坐標(biāo)無實(shí)際物理意義，只代表報(bào)警時(shí)刻先后。3種攝像頭高度分別選取20組偏移數(shù)據(jù)，各組偏移車速為0.3m/s。圖8是偏移車速為0.5m/s，測(cè)試記錄LDW功能中攝像頭識(shí)別到的車道偏離報(bào)警位置。從測(cè)試結(jié)果可知，不同高度攝像頭安裝位置的TLC告警時(shí)刻滿足上述LDW通過準(zhǔn)則，但攝像頭高度越低，報(bào)警點(diǎn)更接近車道線，即報(bào)警準(zhǔn)確率更高，更及時(shí)有效提醒駕駛員車偏離車道。然后偏移車速越大，攝像頭高度對(duì)識(shí)別偏差的影響越明顯。

圖7 偏移車速為0.3m/s時(shí)LDW報(bào)警點(diǎn)

圖8 偏移車速為0.5m/s時(shí)LDW報(bào)警點(diǎn)

攝像頭高度為1.2m和分別將攝像頭高度修改為2.4m/2.1m/1.5m時(shí)，測(cè)試記錄FCW功能觸發(fā)時(shí)的時(shí)刻。如圖9～圖12所示，分別為本車車速為30km/h、40km/h、70km/h和80km/h時(shí)，記錄的FCW功能觸發(fā)時(shí)刻，橫坐標(biāo)表示碰撞時(shí)間TTC，縱軸坐標(biāo)無實(shí)際物理意義，垂直于x軸的直線分別代表上述兩級(jí)報(bào)警TTC閾值，各種攝像頭高度分別選取10組數(shù)據(jù)。從測(cè)試結(jié)果可知，不同高度攝像頭安裝位置的TTC誤差約-8%～13%，各個(gè)工況下，不同高度，一級(jí)報(bào)警TTC誤差較大，對(duì)距離識(shí)別的誤差也越大，在車速高的情況下更加明顯，說明攝像頭高度的不同對(duì)遠(yuǎn)距離的識(shí)別影響較大。

圖9 偏移車速為30km/h時(shí)FCW報(bào)警點(diǎn)

圖10 偏移車速為40km/h時(shí)FCW報(bào)警點(diǎn)

圖11 偏移車速為70km/h時(shí)FCW報(bào)警點(diǎn)

圖12 偏移車速為80km/h時(shí)FCW報(bào)警點(diǎn)

4 結(jié)論

本文介紹了ADAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理，以及感知模塊攝像頭圖像感知的優(yōu)缺點(diǎn)，著重介紹了攝像頭安裝高度對(duì)圖像識(shí)別的影響和對(duì)ADAS功能性能的影響。并通過在對(duì)某款輕型商用車的測(cè)試驗(yàn)證，用測(cè)試結(jié)果說明攝像頭安裝高度對(duì)圖像識(shí)別和對(duì)ADAS功能性能的影響。