先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)是實現(xiàn)智能汽車的關(guān)鍵要素,其須配備感測能力優(yōu)異的車用攝影機,藉以提升汽車偵測周遭環(huán)境、行人的能力,并獲得更精準(zhǔn)的偵測數(shù)值,降低事故發(fā)生機率,可望驅(qū)動車用攝影機需求顯著攀升。
汽車可望具備各種先進功能,以確保行車平安,包括與前車維持安全距離,或選擇適當(dāng)車道行駛。因此,內(nèi)建影像傳感器的攝影機日趨受到汽車產(chǎn)業(yè)歡迎,其不僅彌補汽車視線死角,更能記錄事故相關(guān)跡證。
汽車成像設(shè)備須具高密度記錄(HDR)與高敏感度功能,因為惡劣環(huán)境下,系統(tǒng)仍須繼續(xù)捕捉影像。
圖1詳述在各種應(yīng)用中,先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)攝影機的傳感器須具備何種條件。不同應(yīng)用所需的傳感器不同,像是毫米波雷達(dá)(Millimeter Wave Radar)、激光雷達(dá)、紅外線攝影機與可見光攝影機。

圖1 各種應(yīng)用對ADAS系統(tǒng)攝影機傳感器的需求
汽車可望具備各種先進功能,以確保行車平安,包括與前車維持安全距離,或選擇適當(dāng)車道行駛。因此,內(nèi)建影像傳感器的攝影機日趨受到汽車產(chǎn)業(yè)歡迎,其不僅彌補汽車視線死角,更能記錄事故相關(guān)跡證。
汽車成像設(shè)備須具高密度記錄(HDR)與高敏感度功能,因為惡劣環(huán)境下,系統(tǒng)仍須繼續(xù)捕捉影像。
圖1詳述在各種應(yīng)用中,先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)攝影機的傳感器須具備何種條件。不同應(yīng)用所需的傳感器不同,像是毫米波雷達(dá)(Millimeter Wave Radar)、激光雷達(dá)、紅外線攝影機與可見光攝影機。
不同種類的傳感器,未來將滿足不同安全規(guī)定的需求。此外結(jié)合發(fā)光二極管(LED)燈亦為可行之道;譬如互補式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)影像傳感器已導(dǎo)入發(fā)光二極管大燈,可測量車輛與前方物體的距離,或利用光線強弱偵測移動物體。
國際研究機構(gòu)Gartner預(yù)測,先進駕駛輔助系統(tǒng)的市場規(guī)模,將自2014年的56億美元成長至2018年的102億美元,2013到2018年間的年復(fù)合成長率(CAGR)為17.1%,而相關(guān)半導(dǎo)體需求也將自13.8億美元增至24億美元,2013到2018年間的年復(fù)合成長率為15.5%。
Gartner也預(yù)測,2020年每輛新車平均裝設(shè)的攝影機數(shù)量將超過六具(包括紅外線攝影機)。這代表車用影像傳感器營收將大幅成長,預(yù)期將自2014年的3.59億美元增至2018年的9.56億美元,2013到2018年間的年復(fù)合成長率達(dá)27.3%。
立法和技術(shù)創(chuàng)新 加速ADAS普及
美國于2014年3月推動《兒童交通安全法》(Cameron Gulbransen Kids Transportation Safety Act),要求新出廠汽車須配備后視攝影機,以防倒車時誤撞行人。
此法規(guī)將于2015年正式頒布,規(guī)定2018年5月后出廠汽車都須遵守上述規(guī)定。各家車廠已宣布,銷往美國市場的主要車款都將配備后視攝影機。其他國家可望推出類似法規(guī),屆時將帶動先進駕駛輔助系統(tǒng)更為普及。
在許多國家,汽車必須接受公家單位的安全性能評估,例如歐盟的新車安全評鑒協(xié)會(Euro NCAP)、美國國家公路交通安全管理局(NHTSA),還有日本的自動車事故對策機構(gòu)(JNCAP)。在安全評估中取得高分的關(guān)鍵,包括自動緊急煞車、車道偏離警告,還有其他透過車用攝影機技術(shù)所取得的相關(guān)功能。
而配備先進駕駛輔助系統(tǒng)的車輛安全評等通常得分較高,因其具安全性能,不論車廠或消費者都將其視為重要安全功能。
歐盟新車安全評鑒協(xié)會將于2016年把行人辨識技術(shù)列入評估項目之中。此舉將普及夜視技術(shù)(Night-vision),不再局限高規(guī)車款,而能打入更多主流車種。由于車廠、半導(dǎo)體制造商與軟件業(yè)者正加快腳步開發(fā)先進駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù),勢必帶動新安全系統(tǒng)商品化,高安全性車種將逐漸為市場接受。
此外由于先進駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到其他領(lǐng)域,而其他領(lǐng)域的技術(shù)也逐漸為先進駕駛輔助系統(tǒng)采用,都將普及相關(guān)產(chǎn)品且能壓低價格。
以紅外線傳感器為例,部分工廠設(shè)施與路側(cè)設(shè)備,已將其導(dǎo)入夜視等相關(guān)應(yīng)用。一旦夜視功能廣泛應(yīng)用于汽車,將大幅降低光學(xué)鏡頭與影像傳感器的成本,因而能鼓勵家用美容及健康管理設(shè)備等產(chǎn)品采用相關(guān)技術(shù)。其他可能的應(yīng)用方式也紛紛出爐,例如能監(jiān)測老人活動的家用安全系統(tǒng),以及鏈接照明與空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能裝置。
ADAS普及 需交通建設(shè)/消費者支持
有些先進駕駛輔助系統(tǒng)的功能,需道路基礎(chǔ)建設(shè)提供支持,譬如透過數(shù)字交通信息系統(tǒng)協(xié)助駕駛?cè)吮荛_塞車路段,或建置設(shè)施以利汽車之間就交通號志、交通管制與行人數(shù)量等進行溝通。這些設(shè)施都加速先進駕駛輔助系統(tǒng)普及;各界也致力于交通規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)化,例如車速及基礎(chǔ)架構(gòu)規(guī)格,亦提升市場對先進駕駛輔助系統(tǒng)的接受度。
要推廣先進駕駛輔助系統(tǒng),消費者則扮演重要角色。因為愈來愈多消費者希望記錄行車過程,中國、日本、俄羅斯與南韓等的行車記錄器出貨量持續(xù)上揚。
如果先進駕駛輔助系統(tǒng)能以低價提高駕駛舒適度,便有愈多消費者視先進駕駛輔助系統(tǒng)為選購車輛時的必要配備。將簡便的娛樂功能整合至先進駕駛輔助系統(tǒng)的趨勢,也是吸引消費者的特色之一。
因為先進駕駛輔助系統(tǒng)逐漸成為車廠競爭的關(guān)鍵利器,持續(xù)加快開發(fā)相關(guān)創(chuàng)新產(chǎn)品,使搭載先進駕駛輔助系統(tǒng)汽車的數(shù)量躍升,未來也促使成本穩(wěn)定下滑。如此形成良性循環(huán),進而鼓勵車廠將先進駕駛輔助系統(tǒng)列為汽車標(biāo)準(zhǔn)配備。
搭載ADAS車款銷售升溫
歐盟新車安全評鑒協(xié)會決定將行人辨識技術(shù)納入評估項目,已促使車廠降低夜視設(shè)備成本,做法為光學(xué)鏡頭開發(fā)新型材質(zhì),或針對影像傳感器開發(fā)新的封裝技術(shù)。因為有防撞設(shè)計的先進煞車系統(tǒng),在價格跌落1,000美元后,便廣為市場采用。
先進駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù),目前仍局限少部分高規(guī)車種,但各大車廠的目標(biāo)是盡快讓市場達(dá)到臨界質(zhì)量(Critical Mass),并將此技術(shù)導(dǎo)入一般車款,以低廉成本大量生產(chǎn)。
一般而言,先進駕駛輔助系統(tǒng)所搭配的車內(nèi)攝影機主要有以下幾項規(guī)格考慮:
畫素數(shù)
須在百萬畫素以上,才能辨識前方或兩側(cè)的車輛與行人;側(cè)視與后視功能需30萬畫素。物體辨識功能將成為未來影像傳感器的主要功能,國際研究機構(gòu)預(yù)測百萬畫素將成為基準(zhǔn)。
高敏感度
此功能對在黑暗中捕捉影像很重要。部分系統(tǒng)使用可見光與紅外線攝影機,提升辨識能力。
HDR
車用攝影機需此功能來補捉黑暗中的影像。
高速圖像處理
可立即偵測到物體。
可減少陽光或發(fā)光二極管照明造成噪聲的技術(shù)
此種技術(shù)搭配修正影像對比的技術(shù),便可防止背光和過度曝光,還可改善發(fā)光二極管光線下的辨識能力。
影像傳感器
車用影像傳感器必須能夠承受不同溫度,區(qū)間從攝氏負(fù)40度到正100度。
ADAS系統(tǒng) 需高速圖像處理技術(shù)
利用車內(nèi)攝影機、雷達(dá)或雷射裝置偵測道路、行人或其他車輛,還有透過車內(nèi)系統(tǒng)預(yù)知危險狀況,這些技術(shù)和搭載相關(guān)功能的車輛都須具備高速處理復(fù)雜運算功能。
因此都必須提升硬件或軟件的技術(shù),包括為核心處理器組合開發(fā)中央處理器(CPU)、整合繪圖處理器,還有優(yōu)化圖像處理運算法。
相關(guān)技術(shù)進展包括日產(chǎn)汽車的360度環(huán)景監(jiān)視器(AVM),能藉由車內(nèi)監(jiān)視器顯示影像,有如直接從車輛正上方拍攝,更能偵測移動中物體。
此功能是把車身四周裝置攝影機,所捕捉的影像透過處理器裝置收集并處理,再轉(zhuǎn)換與合成為有如自車體上方拍攝的影像;也采用圖像處理算法,讓系統(tǒng)能偵測移動物體,并發(fā)出警示。
半導(dǎo)體業(yè)者開發(fā)的訊號處理集成電路與現(xiàn)場可程序門陣列(FPGA)技術(shù)都跟高速運算有關(guān)。已有業(yè)者推出各種針對先進駕駛輔助系統(tǒng)所設(shè)計的商品,其中多數(shù)都能利用車上攝影機所捕捉到的影像,辨識接近車輛的物體,并執(zhí)行高速運算以適時煞車或保持行車安全。
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