基于駕駛輔助的汽車A柱盲區影像顯示系統研究

張 進，常 江，楊 賽

（廣州汽車集團汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

隨著科技的發展，人們對汽車的安全性和舒適性要求越來越高。A柱是風窗玻璃與前車門之間的連接柱，在承載車頂重量的同時，還要保證汽車在受撞擊或側翻的情況下，不擠壓乘客的生存空間[1]。目前國內外汽車主機廠為保證A柱強度及安全性，采用的高強度材料均不透明，使得駕駛員前側視線受到嚴重的影響，產生視覺盲區，帶來安全隱患，同時，駕駛員為觀察行車環境，通常需前傾側身減少A柱帶來的視野盲區，駕駛舒適性也受到影響。所以，A柱視野盲區問題急需解決。

1 A柱盲區消除現狀分析

針對消除A柱盲區消除問題的研究，目前主要有以下幾種方法：

（1）將 A柱遮擋視線區域挖空，填充高強度透明材料（如樹脂等），減少遮擋面積，令視野盲區盡量減少。此種方式盲區仍部分存在，還會導致A柱的整體強度下降，帶來新的安全隱患。

（2）尹雪龍等人[2]提出采用安裝在汽車上的多個攝像頭，拍攝汽車周圍360°無死角圖像，將采集到的圖像傳輸給圖像處理控制器，進而在車內顯示屏顯示盲區畫面。但是此種方式駕駛員難以直觀地看到行車環境，對真實場景與屏幕之間的切換，也會使駕駛員分神。

（3）馮振強等人[3]提出在汽車外安裝攝像頭，實時拍攝盲區畫面，通過投影，投射到車內A柱表面。

（4）廖術娟等人[4]提出了“電子透明”的概念，其方法大致與“投影”方法類似，只是顯示方式不同。屏幕不能完全與A柱貼合，造成視覺差，投影效果容易受到光線的影響，效果一般。

（5）盲點信息系統，采用了車速感應器、雷達及攝像頭等裝置對車輛兩側進行探測，但無法直觀看到A柱的視野盲區，且霧霾、大霧、大雨等天氣對攝像頭和雷達影響較大。

A柱盲區帶來的安全隱患不容忽視，針對這一問題，在前人研究的基礎上，本文提出了一種基于駕駛輔助的汽車A柱盲區影像顯示系統，結合ADAS輔助駕駛系統、駕駛員監控系統（DMS）、高速攝像頭模組、OLED柔性屏幕等，完全消除A柱視野盲區，極大地提高了駕駛安全性和舒適性。

2 基于駕駛輔助理念（ADAS）的A柱盲區影像顯示系統

汽車高級駕駛輔助技術（ADAS）是在汽車智能化不斷提高、汽車安全問題越來越被關注的基礎上發展起來的，旨在車輛行駛過程中對即將發生的事故進行預警，降低碰撞風險，從而避免交通事故的發生，提高行車安全性。汽車高級駕駛輔助技術所包含的種類很多，隨著當今信息技術的飛速發展，高級輔助駕駛系統ADAS功能更加豐富，也越來越人性化，汽車內各種輔助駕駛的應用，如倒車影像、360度環視技術、自動泊車功能、平行顯示系統HUD、車道監視、車道保持、碰撞避免或碰撞系統等等技術，已經應用在各種車型中，人們的駕乘體驗再次升級到新的高度[5-6]。

目前汽車ADAS技術中的“車道偏離預警、碰撞預警、變道輔助”等ADAS功能的用戶提示方式比較集中在中控大屏、儀表上顯示警示燈，播放提示訊號等區域，用戶低頭看儀表或大屏存在安全風險。針對此問題，文章提出了一種新的思路，將A柱盲區影像顯示與ADAS技術結合起來，借助ADAS的優勢，實時顯示行車過程中A柱盲區信息，又對即將出現的可能發生的危險情況進行預警提示，如行人、車輛、障礙物等進行識別提醒，提高駕駛員行車過程中的安全性。

3 系統平臺實現及其效果

3.1 系統工作原理

本文基于駕駛輔助理念設計了一套A柱盲區影像顯示系統，該系統由車外場景采集攝像頭、車內駕駛員監控攝像頭、車外信號監測雷達、圖像處理器和OLED柔性顯示屏組成，OLED柔性屏貼合在左右A柱的表面。系統示意圖如圖1所示，車外攝像頭（C1及C2）實時采集車輛左右側A柱盲區影像信息；車內 DMS攝像頭采集駕駛員的頭部位置及視線角度信息；車外雷達實時監測路況、周邊行人、車輛等信息，與攝像頭采集到的圖像配合，同步反饋，控制器接收所有采集到的信息進行處理（圖1中將ADAS控制器與圖像處理控制器集成），經控制器計算后，進行碰撞預警，將駕駛員視野盲區的影像及碰撞預警信息（紅色警示框）顯示在A柱上的OLED柔性屏幕。A柱盲區影像顯示技術結合與駕駛輔助技術 ADAS的“碰撞預警”，通過雷達及攝像頭采集信息，實現碰撞預警，大大提高了行車安全性及舒適性。

圖1 系統示意圖

為了實現以上系統功能，該系統應滿足：（1）系統在實際行車環境下，應保證對不同場景及不同天氣的可靠性、魯棒性和實時性；（2）硬件平臺的搭建：需對盲區圖像進行采集、處理和顯示三大功能，確保車內外攝像頭實時采集盲區路況信息與駕駛員視線角度和位置信息，處理器及時將有效信息輸出，顯示屏無卡頓并清晰；（3）系統軟件的編程，要保證將實時采集到的圖像與雷達信息融合，識別出可能碰撞的物體，并給出相應的提醒信息。

3.2 硬件平臺設計

基于方案需求，設計了如下硬件平臺，該硬件平臺主要由瑞芯微RK3399Pro芯片、12.3英寸柔性屏和RER-USB高速USB攝像頭模組組成。

硬件系統組成由圖2所示，A柱外側攝像頭（C1、C2)用于采集盲區信息，控制器完成攝像頭圖像的校正、切割、仿射變換等圖像處理任務，A柱顯示屏通過OLED成像技術將畫面投射到A柱表面，DMS獲取駕駛員視線方向，對不同視線位置顯示的圖像進行修正。

圖2 硬件系統組成

（1）瑞芯微RK3399Pro芯片是一款專為人工智能設計的嵌入式主機。集成獨立的NPU單元，可提供3TOPS算力；適用于人工智能項目，如人臉識別、機器檢測、客流統計、軌跡分析、人證對比等機器視覺場景，也可用于自然語音處理的場景；與A柱盲區影像顯示系統要求的實時采集盲區數據并進行圖像裁剪處理相嵌合，控制器如圖3所示。

圖3 RK3399Pro芯片及其參數

（2）12.3英寸OLED柔性屏，柔性屏與傳統的屏幕相比，具有良好的柔韌性、更輕薄的體積、較低的功耗、耐揉搓的特性。柔性OLED屏幕可以自發光，實現極佳的圖像質量。柔性屏可彎曲折疊且不影響其顯示效果，與A柱區域完美貼合，顯示因A柱的遮擋形成的視野盲區，達到“透明A柱”的效果。如圖4所示，為與A柱造型相同的OLED柔性屏。

圖4 與A柱造型相同的OLED屏

（3）為了保證圖像質量，選取RER-USBFHD08S-LS29高速攝像頭模組進行盲區影像和車內DMS圖像采集，支持1 920*1 080p，60幀視頻，攝像頭分別布置在車外左右側采集盲區影像，布置在車內實時監控駕駛員頭部位置和視線角度。

圖5 高速攝像頭模組及其參數配置

（4）系統新增毫米波雷達，結合圖像采集攝像頭將駕駛輔助技術應用到A柱盲區影像顯示系統。通過雷達及攝像頭采集路況信息進行盲區碰撞預警，避免交通事故的發生。工作原理如圖6所示。

圖6 信號檢測雷達

3.3 實車驗證及結論

基于駕駛輔助理念的A柱盲區影像顯示系統硬件平臺搭建完成之后，搭載到實車上，對其進行實車驗證。將車外攝像頭對準行人，如圖7（a）可以看到A柱上屏幕采集到的人物圖像，畫質無壓縮，行人胸前卡片上的字樣，同樣顯示清晰。圖7（b）測試安裝在車上的A柱盲區影像實時顯示效果如下圖，右側A柱盲區信息顯示與外界“無重影”且效果好，解決了A柱顯示屏的盲區圖像與實際外界景象被“分割”。

圖7 盲區影像顯示裝置

系統通過車外攝像頭和毫米波雷達監測路況、行車周邊環境、行人及車輛等信息，將行人、車輛、障礙物等進行實時識別，在A柱貼合的柔性屏幕上，同步使用紅色警示框將其框選，進行危險提示，實現盲區碰撞預警，進一步確保行車安全性，如圖8所示，在實際行車情況下，透明A柱在結合ADAS信息后，將出現在左側A柱盲區中的行人，用高亮紅色警示框選中，提醒駕駛員，避免因視野盲區導致的慘劇。隨著系統的不斷完善，日后在A柱上還能顯示更多的隨車信息。

圖8 ADAS防撞預警信息

4 結束語

本文針對當前A柱盲區消除方法的不足，提出了一種基于駕駛輔助的汽車A柱盲區影像顯示系統，并搭建實車實物平臺，實現了盲區影像實時清晰的顯示功能和行人、車輛及障礙物等碰撞預警功能，解決了A柱盲區消除問題，大大降低了駕駛員因為行車過程中視野盲區造成的安全隱患，提高了駕乘安全和舒適性。