基于视觉的ADAS解决方案，近在咫尺！ - 全文

　　随着中高端汽车市场的快速发展，以及各国政府和民众安全性意识的大幅提升，曾经服务于小众高端市场的高级驾驶员辅助系统（ADAS）技术获得了快速发展的动力，特别是随着平台和解决方案成本的下降，ADAS应用及传感平台的配备已经从高端汽车向中端甚至入门级汽车车型中快速渗透。对于汽车 OEM厂商来说，在被动安全系统以及信息娱乐设备、ABS、ESP等已成为当前汽车电子标配设备之后， ADAS这类先进的主动安全系统还可作为产品差异化的增值亮点。

　　据IHS isuppli公司的汽车研究专题报告，2011年自适应巡航控制系统（ACC）、车道偏离警告（LDW）和侧面物体探测（SOD）等三大ADAS技术的营业收入合计达到16.5亿美元，比2010年大增57%。2012年增长势头更为强劲，合计营业收入将增加到26.9亿美元，增长高达63%。

　　“在如图1所示的汽车安全技术应用领域中，从识别、预测、到预防环节，ADAS系统都可以发挥用武之地，可极大改善汽车安全性和防止事故，同时也可增加驾驶舒适性。”ADI公司大中华区汽车电子高级经理李防震表示，“ADI正是看好ADAS在全球和中国汽车市场的前景，专门在印度成立了一个方案研发团队，已开发出一系列ADAS参考设计方案和底层算法，并通过国内的第三方公司进行二次开发，可免费提供给客户，降低成本的同时帮助客户大幅缩短设计周期。”

　　

　　图1 汽车安全技术应用领域的四大环节

　　基于视觉的ADAS对信号处理的要求

　　前文提到ADAS三大主流应用之一的车道偏离警告（LDW）技术可监测汽车在车道内的横向运动，当汽车可能超过车道线时，向驾车者发出警告。这种系统技术就是基于视觉（摄像头）的ADAS系统的一种具体实现。

　　事实上基于视觉的ADAS通过发挥摄像头识别作用，可以从多方面大大提高行车安全性。通过安装后视/前视/侧视摄像头和视觉处理ECU，可以实现多种功能来帮助驾驶员提前防范风险。研究报告称，目前有70%的汽车具备后视功能，30%的高档汽车具备前视功能，到2015年这一比例预计会达到60%，因此基于视觉的ADAS会比基于雷达的ADAS系统（更侧重在目标检测）更快地在中低端汽车市场普及开来。

　　“目前比较受欢迎的应用包括车道偏离告警（LDW）、远光近光调整（HB/LB）、交通标志识别（TSR）、行人检测（PD）、停车辅助、后视/环视、防撞预警等。但由于车型或对市场的理解不同，不同汽车OEM厂商的视觉ADAS应用系统功能定位有一定差异，因此对数字信号处理芯片平台规格需求也会有一定差异。”ADI的李防震介绍说。

　　

　　图2 基于视觉的ADAS系统主信号链

　　图2展示了基于视觉的ADAS系统主信号链，主要包括模拟视频传输、编码、传输、解码、处理和显示这几部分。李防震分析道：“由于摄像头分辨率趋向于越来越高，数量越来越多，每个系统的功能数量不断增多，所有这些趋势都提高了对DSP器件的性能要求。与此同时，对信号处理功耗成本比的要求则更严苛。”

　　专门针对ADAS应用的处理器和免费设计资源

　　面对这些趋势和需求，ADI公司目前可提供专门针对ADAS应用的Blackfin处理器系列和成熟可靠的高性能视频处理解决方案，适用于从单功能到多功能的各种基于视觉的ADAS系统。为满足不同汽车OEM客户的需求，ADI提供了从处理速度（从400MHz到1GHz不等）、内存、接口等方面有所不同的产品选型。此外，ADI还提供配套使用的品种丰富、性能优异的视频解码器/编码器、视频多路复用器/开关和视频放大器等主信号链元器件。

　　全球市场上，主要汽车供应商和OEM厂商都在利用ADI公司的领先高性能信号处理技术，在客车上实施并部署各种基于雷达和视觉的ADAS系统。据悉，在中国市场，基于视觉的ADAS系统如提供路线偏差告警、交通标志识别、智能前灯控制、物体检测/分类、行人检测等功能的开发项目已有若干厂商在开展，但基于雷达的ADAS系统（还可提供前/后停车帮助、安全车距预警、车道变换辅助、盲点检测、自适应巡航等功能）还鲜有人跟进。

　　李防震透露，中国ADAS开发客户常选的Blackfin型号为ADSP-BF561、ADSP-BF549或ADSP-BF534。这些产品均符合ISO 26262标准定义的ASIL（汽车安全完整性等级）规范，支持汽车安全概念。而由ADI专门团队开发出来的优化的Blackfin编译器和图像处理工具箱（ITB）底层算法库能够最大程度地提高运行效率和MIPS。而基于软件的架构有助于用户推出与众不同的产品。

　　其中，ITB包含一整套软件模块形式的图像处理代码，兼容MISRA-C，针对Blackfin处理器进行了优化。ITB产品功能包括：色彩转换；图像滤波器，如卷积、索贝尔（Sobel）和相关等；形态运算，如侵蚀和膨胀等；矩阵运算；图像滤波器；线性代数；估计器，如卡尔曼滤波器等；金字塔；ADAS模块，如霍夫变换、2D积分图像和鱼眼校正等。

　　另外，ADI提供的设计资源还包括 ADSP-BF53x/ADSP-BF54x/ADSP-BF561评估板EZ-KIT Lite；Blackfin DSP集成开发环境：Visual DSP++®和CCES®；视频解码器、编码器/DAC、视频放大器、视频多路复用器等的评估板。“算法库源代码、评估板等设计资源ADI均可免费提供给客户，这是ADI ADAS解决方案的一大优势，而竞争对手的评估板是要付费的，代码也不会免费开放。”李防震表示。

　　而ADI最近推出的新一代双核、1GHz处理能力的Blackfin处理器ADSP-BF608和ADSP-BF609针对嵌入式视觉应用进行了优化，并均配备一个称为“流水线视觉处理器（PVP） ”的高性能视频分析加速器。PVP由一组可配置的硬件处理模块构成，设计用于加速多达5个并行图像算法，从而实现极高的分析性能。这些处理器将是未来ADAS系统应用的又一理想之选。

　　典型案例：Aglaia驾驶员辅助视觉传感器系统

　　德国Aglaia GmbH公司已上市的汽车驾驶员辅助视觉传感器系统，具有防止交通事故发生和改善交通流量的功能。这种实时电子眼方案由硬件和软件组成，它模仿了人类从眼球（图像捕捉）到大脑（图像分析和阐释）的视觉系统。它能够通知驾驶员前方的交通标志，对潜在的交通冲突发出警告，自动限速，当驾驶员驶出车道线时发出警告。该系统甚至可以提供“疲劳分析”帮助驾驶员避免碰撞。

　　Aglaia的完整解决方案包括CMOS摄像头、图像传感器和图像处理算法。交通分析应用程序包括可软件配置的功能模块，例如车道线识别、物体识别、交通标志识别、头灯及尾灯识别。运行于PC技术的这个应用软件，专为汽车应用而优化，可以实时处理捕捉的视频图像。坚固耐用的CMOS摄像头通过IEEE 1394b火线与Aglaia的低成本电子控制单元（ECU）电路板TEPLA连接。反过来，TEPLA可以连接到收集汽车传感器系统数据的CAN总线。

　　

　　图3 德国Aglaia 公司已上市的驾驶员辅助视觉传感器系统核心控制板采用四个ADSP-BF561处理器

　　Aglaia系统的TEPLA板内嵌四个Blackfin®ADSP-BF561处理器，每个处理器都有两个600MHz的内核，提供总共4.8 GHz的处理能力，并可以扩展到每板上有6个处理器。插两块TEPLA可以加倍处理性能。经过对现有解决方案的全面市场调研，因为Blackfin具有高性能、低成本、低功耗和丰富I/O接口的优势，Aglaia最终选择了该款处理器。

　　I.低功耗

　　Aglaia当初的设计规格是要求系统整体在大约3A电流左右消耗少于20W的能量，而且要求在一个单芯片上包括嵌入式微控制器和信号处理器。包含BF561器件的1.2V设计产品只消耗不到1A的电流，很容易满足Aglaia的系统功耗限制的要求。

　　II.高性能

　　Aglaia TEPLA内部的四个ADSP-BF561处理器可以在低阶算法上协同运算，比如可以很容易地实现边缘检测，因为他们属性相同从而可以高效合成。这些处理器同样可以在高阶算法上协同运算，这种应用一般是指需要这些高性能信号处理器发挥所有能力才能解决的问题。同时包括实时算法，如需要根据摄像头提取的道路和斑马线特征计算出车辆的前方和侧面相对位置。曲线检测算法可以自动处理由车辆、信号标志、光斑或者阴影，或者低图像对比度造成的盲区，这么复杂的高强度数学运算，只有像Blackfin这样的高性能信号处理器才可以完成任务。

　　同样的，对根据来自两个摄像头的数据三角相关来检测道路上的物体和/或在三维空间上相对于车辆的位置的情况，也需要一个高性能的信号处理器。Blackfin提供了可伸缩的处理性能用于图像处理和其他任务，比如在TEPLA和摄像头传感器网络之间通过CAN总线和LIN总线通信。

　　III.丰富的I/O接口

　　Aglaia选择Blackfin的另一个重要原因是它的I/O、存储器、并行数据端口（PPI）和直接内存存取（DMA）特点。Blackfin处理器拥有大容量片上存储器和I/O接口，能够满足高速帧抓取和数据传输需要，同时它能够在推荐温度范围内工作。这是Aglaia在这个价位上发现的适于汽车应用的第一款处理器。

　　ADSP-BF561处理器自带328 K字节片上存储器并提供两个PPI，可以直接连接并行A/D和D/A转换器或其他通用外设。该处理器同样含有多个独立DMA控制器，支持数据自动传输从而使处理器内核的负担最小化，它还有两个双通道全双工同步串行口。

　　IV.简便易用的开发和调试工具

　　Aglaia使用ADI公司的Visual DSP++，一个容易安装、使用方便的集成软件开发和调试环境（IDE），对工程从头至尾高效管理。ADI提供了一个包含编译器、连接器和调试器的超高性能的工具链。Aglaia同样采用了ADI的基于PCI的JTAG仿真器接口来加速应用开发。

　　V.高性价比

　　ADSP-BF561处理器双核独特组合减少了对单独的数字信号和控制处理器的需要，从而减少了物料成本，同时极大地简化了软硬件开发任务。因为Blackfin具有很好的性价比，Aglaia预测将来会有更多更新的应用移植到TEPLA上，如交通流量分析、安全和生物识别等。反过来，Aglaia会从ADI寻找可以支持更大内部存储器、更多I/O端口甚至更快处理速度的新一代Blackfin处理器。

　　作者：ADI公司

本文转摘自电子发烧友网《汽车电子特刊》5月刊