影像技術在智能汽車的應用研究

涂東明，周偉偉，揭琳鋒，郭振江，莊鈺飛

（揚州工業職業技術學院交通工程學院，江蘇 揚州 225127）

1 智能汽車影像技術簡介

智能汽車影像技術以光學成像系統為基礎，并且以影像設備為輔助，對智能汽車應用提供了巨大幫助。20 世紀八九十年代，影像技術才開始在汽車中應用。隨著汽車在人們生活中的普及率越來越高，人們對汽車影像技術的要求也隨之提高，影像技術在智能汽車行業的應用也逐漸多樣化。首先是倒車影像、行車記錄儀、前置攝像頭等最常見的汽車影像系統；其次是全景影像系統、智能路面識別系統、自動泊車系統等中高端配置的汽車影像系統；最后是車道偏離警告系統、車道保持系統、自動剎車系統等高級配置的汽車影像系統[1]。

2 智能汽車影像技術的應用

2.1 倒車影像技術的應用

倒車影像技術就是采用安裝在汽車尾部的攝像頭裝置，駕駛員通過汽車內部的中控智能顯示屏，大范圍看清汽車尾部障礙物的技術。最主要的作用就是讓駕駛員在倒車的時候可以通過中控智能顯示屏看到汽車尾部一定范圍之內的情況，避免倒車的時候駕駛員由于視線無法看到汽車尾部的情況而導致剮蹭或其他意外的發生[2]，讓駕駛員在更安全、更便捷的環境下進行倒車。

倒車影像技術一般使用90°的攝像頭，不排除某些高端品牌車系使用360°全景環視技術。所謂360°全景環視技術，就是在汽車車身上安裝4 個150°～180°的廣角攝像頭，使得駕駛員可以在中控智能顯示屏上隨時隨刻看清汽車周圍的情況。汽車的盲區死角等困擾人們多年的問題得以徹底解決，給駕駛員日常行車和倒車帶來更大的便利。因此，現在倒車影像技術廣泛應用于各類汽車，發展日益成熟。然而，其自身發展過程中也存在一些問題。

1） 中控智能顯示屏上的物體會產生變形。由于倒車影像技術為了方便駕駛員在倒車的時候有更好的視野，一般會在汽車尾部的保險杠上安裝廣角攝像頭，因此中控智能顯示屏上的物體會有一定的變形，直接導致駕駛員面對中控智能顯示屏時無法準確判斷物體距離的遠近，進而導致事故的發生。

2） 攝像頭易被異物遮掩。假如攝像頭附近有異物，比如泥土、灰塵或雨水，就會影響倒車影像技術對地面情況的探測結果。駕駛員就無法從中控智能顯示屏上看到汽車尾部周圍的情況。

3） 攝像頭像素普遍較低。目前倒車影像技術大都采用電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD） 和互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS） 兩種感光元器件。相對于CMOS 而言，CCD 成像質量較好，但是CCD 制作工藝更復雜，制作成本更高，因此現在大部分的汽車還是采用CMOS 的感光元器件。由于倒車影像技術所使用的是外置式攝像頭，面對惡劣的環境，中控智能顯示屏上的畫面會模糊不清，駕駛員在倒車的時候發生意外的可能性將會大大上升。

4） 駕駛員難免顧此失彼。由于采用中控智能顯示屏顯示汽車尾部的路面情況，因此駕駛員在使用倒車影像技術的時候大部分注意力都集中在中控智能顯示屏上，這也就意味著駕駛員可能會忽視汽車左右兩側的情況，也許倒車的時候僅保證了汽車尾部的安全，而汽車左右兩側卻因為障礙物的阻擋變得面目全非了。

2.2 行車記錄儀的應用

行車記錄儀學名為汽車用事件數據記錄儀（Event Data Recorder，EDR），俗稱汽車黑匣子，見圖1。行車記錄儀其實就是一部車載前置攝像機，用視頻影像資料來記錄汽車行駛過程中的狀況。行車記錄儀的前置攝像機和普通的車載攝像頭有所不同，由3 個部分組成：主機、車速傳感器和數據分析軟件。行車記錄儀的主機包括微處理器、存儲器、時鐘、顯示屏、按鍵和傳輸裝置等設備。

圖1 行車記錄儀

由于汽車行車記錄儀能夠真實有效地記錄交通事故過程中駕駛員的操作情況，既可以作為交通事故發生后的調查依據，又可以作為監督駕駛員是否有違規操作的重要手段[3]。因此，汽車上安裝行車記錄儀大大提高了駕駛員在行車時候的安全責任意識，進而大幅度降低了交通事故發生的概率。

根據國際上多家知名公司在使用汽車行車記錄儀前后交通事故發生的概率統計情況表明，汽車行車記錄儀安裝后交通事故發生的概率較安裝前降低了34%～53%。汽車行車記錄儀在世界上很多國家都迅速發展，越來越多的國家在汽車上大量使用，甚至還有一些國家把它作為汽車上的標準配置。

行車記錄儀的發展經歷了漫長的時間，從一開始的單向鏡頭，到現在的雙向鏡頭；從一開始只能錄制汽車前方，到汽車前后都能錄制，再到現在能360°環視汽車四周；攝像頭像素也從一開始較低的10萬像素，上升到現在的500萬像素。汽車行車記錄儀最大的改變就是在單一的影像錄制功能中整合了智能導航儀、車載網絡、語音助手等功能。

2.3 影像技術在智能路面識別系統中的應用

倒車影像技術和行車記錄儀都是生活中最常見、最直觀的汽車影像技術應用。另外，在汽車上還存在一些其他的影像技術再開發利用的應用，比如自動巡航、智能路面識別、自動剎車等。智能路面識別系統的工作原理是先利用超聲波或者雷達進行實時測距，計算出自己的汽車與前后左右車輛的位置距離[4]；再根據車身上的攝像頭所拍攝周圍的圖像，結合所測得的距離，在中控智能顯示屏上按照一定的模擬縮放比例，呈現出當時的路面情況。圖2 為智能路面識別系統的工作原理示意圖。

圖2 智能路面識別系統的工作原理示意圖

現在很多城市公共汽車上都安裝了智能路面識別系統，的確大大降低了公共汽車的交通事故發生率。駕駛員可以更加集中注意力，尤其是在交通擁堵的路段。未來智能路面識別系統會以更成熟，更完善的形態出現在各類汽車上。

2.4 影像技術在自動剎車系統中的應用

自動剎車系統的工作原理和智能路面識別系統的工作原理很相似，僅比智能路面識別系統多了一個光學識別成像環節。由于超聲波或者雷達測距系統靈敏度太高，很有可能接收到反射回來的錯誤信號，會導致自動剎車系統誤認為汽車周圍有很多存在威脅的物體，從而干擾汽車的正常行駛，因此現在汽車上安裝的自動剎車系統一般都采用雙重保險，即光學識別成像和雷達測距[5]。這樣的話，不僅可以測算前方目標物體的距離，還可以利用光學識別成像的工作原理來確定物體是否存在威脅。由于目前自動剎車系統的造價成本較高，因此一般都安裝在高級配置或者頂級配置的汽車上，未來自動剎車系統會普及到親民車的行列。第61 頁圖3 為自動剎車系統障礙物識別的工作原理示意圖。

2.5 影像技術在車道偏離警告系統中的應用

車道偏離警告系統的基礎是光學識別原理。由于汽車設計制造出來的時候就存在著車道偏移率，因此汽車每行駛一段路程，輪胎行駛軌跡就會存在一定的誤差。車道偏離警告系統利用攝像頭拍攝汽車前部畫面，光學傳感器接收光學信號，再傳遞給電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU），結合汽車本身的行駛方向分析出汽車是否已經偏離車道[6]。如果汽車在路面上發生偏離，系統就會向駕駛員發出警報信號。

圖3 自動剎車系統障礙物識別的工作原理示意圖

2.6 影像技術在車道保持系統中的應用

車道保持系統和車道偏離警告系統的各方面都很相近，但是它們之間又存在著些許差異。車道保持系統是在車道偏離警告系統確定汽車偏離正常行駛的車道后，與汽車方向控制系統聯系起來，改變偏離的方向，回到正常的方向上面[7]。因此，車道保持系統與車道偏離警告系統是緊密相連的。由于現在這兩個系統的技術研究還不成熟，因此尚未在汽車上大面積推廣。

2.7 影像技術在自動泊車系統中的應用

自動泊車系統是集各類影像技術于一體的綜合型應用。與倒車影像技術相比，自動泊車系統更先進。自動泊車系統以雷達測距為主，攝像圖片為輔，很好地保證了準確合適的停車位置[8]?，F在已經有很多汽車上裝載了自動泊車系統，未來自動泊車系統會在更多汽車上普及。圖4 為自動泊車系統的工作過程示意圖。

圖4 自動泊車系統的工作過程示意圖

3 智能汽車影像技術未來的發展趨勢

3.1 倒車影像技術未來的發展趨勢

隨著科技水平的不斷提高，倒車影像技術會在不久的將來發生日新月異的變化。

1） 汽車倒車影像技術所使用的攝像頭像素將會提高?，F在汽車上的攝像頭大多只有30萬像素，相信在不久以后汽車上的攝像頭會像手機上的攝像頭一樣可以拍出清晰的圖像。駕駛員就可以通過中控智能顯示屏清清楚楚地看到汽車周圍的情況了。

2） 中控智能顯示屏能夠顯示路面上的立體物體，避免因使用廣角攝像頭而在中控智能顯示屏上出現平面物體變形。駕駛員就能通過中控智能顯示屏進行智能測距了[9]。

3） 駕駛員可以用遙控器或者語音功能直接操控汽車按照自己的意圖行車或者倒車。如果實現了這一操作，駕駛員無需在駕駛室內進行操作，汽車倒車影像技術也得到質的飛躍。

3.2 行車記錄儀未來的發展趨勢

隨著科學技術的不斷發展，未來汽車行車記錄儀的質量會越來越好，功能會越來越多，競爭也會更加激烈，更多前沿的高端技術也會在汽車行車記錄儀上得以應用。

1） 由于攝像頭像素提高，屏幕圖像將會更加清晰。隨著科研人員對未來智能汽車的不斷研究，汽車行車記錄儀將會成為未來汽車的標準配置，不僅可以錄制影像、語音識別、智能導航等，還可以感知環境和輔助駕駛。

2） 具有衛星定位技術。衛星定位技術的基本工作原理是將圍繞地球高速運轉的人造衛星連續向地球表面發射無線電信號，衛星在地球的終端接收信號用來確定目標的精準定位。利用衛星定位技術，在汽車上安裝衛星定位終端之后，就能獲取汽車所在位置的地理信息，這與許多影視劇中警察用來追捕逃犯的情景很像。出于社會治安和交通運輸對汽車行駛位置管理的需要，衛星定位技術將會逐步整合到汽車行車記錄儀之中。

3） 具有衛星移動通信技術。由于現在需要對汽車及駕駛員進行實時監控，未來大多數具備衛星定位技術的汽車行車記錄儀也會同時配備衛星移動通信技術。以前國際上的衛星移動通信技術主流形式是美國主導的全球定位系統（Global Positioning System，GPS） 通信，現在中國北斗衛星導航系統（BeiDou navigation satellite System，BDS） 也逐步走向世界潮流[10]。具備衛星定位技術和衛星移動通信技術的汽車行車記錄儀，能與車輛控制中心進行實時通信，一方面，通過對汽車行車記錄儀的數據交換，車輛控制中心可實現對汽車狀況的監控調度；另一方面，通過對汽車行車記錄儀數據的讀取分析，車輛控制中心可實時監督駕駛員的駕駛行為。

4 結束語

本文以汽車影像技術為研究對象，介紹了各種影像技術在智能汽車上的應用。一是最常見的汽車影像技術（包括倒車影像技術和行車記錄儀） 在智能汽車上的應用情況。二是中高端配置的汽車影像系統（包括智能路面識別系統、自動剎車系統、車道偏離警告系統、車道保持系統、自動泊車系統等） 在智能汽車上的應用情況。三是倒車影像技術和行車記錄儀在未來智能汽車上的發展趨勢。汽車影像技術已經成為未來智能汽車發展的必經之路?，F在最火爆的無人駕駛技術的基礎就是利用汽車影像技術和測距技術了解車輛周圍情況，非常需要汽車影像技術輔助。未來智能汽車必將使用數量更多、技術更成熟的影像技術。