現在路麵上的很多汽車，甚至是展廳內的很多新車，內部都配備有基於攝像頭、雷達、超聲波或LIDAR等不同傳感器的先進駕駛員輔助係統（ADAS）。

 

這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)的(de)數(shu)量(liang)將(jiang)會(hui)隨(sui)著(zhe)新(xin)法(fa)案(an)的(de)通(tong)過(guo)而(er)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)，例(li)如(ru)在(zai)美(mei)國(guo)，就(jiu)有(you)強(qiang)製(zhi)要(yao)求(qiu)安(an)裝(zhuang)後(hou)視(shi)攝(she)像(xiang)頭(tou)的(de)法(fa)案(an)。此(ci)外(wai)，諸(zhu)如(ru)車(che)險(xian)打(da)折(zhe)優(you)惠(hui)和(he)美(mei)國(guo)公(gong)路(lu)交(jiao)通(tong)安(an)全(quan)管(guan)理(li)局(ju)（NHTSA）、歐洲新車安全評鑒協會（Euro-NCAP）等機構做出的汽車安全評級正在使某些係統成為汽車的強製功能；另一方麵，這也助長了消費者對它們的需求。

 

諸如自動泊車
、公gong路lu巡xun航hang控kong製zhi和he自zi動dong緊jin急ji製zhi動dong的de自zi動dong駕jia駛shi汽qi車che功gong能neng也ye在zai很hen大da程cheng度du上shang依yi靠kao傳chuan感gan器qi來lai實shi現xian。重zhong要yao的de不bu僅jin僅jin是shi傳chuan感gan器qi的de數shu量liang或huo種zhong類lei，它ta們men的de使shi用yong方fang式shi也ye同tong樣yang重zhong要yao。目mu前qian，大da多duo數shu路lu麵mian上shang行xing駛shi車che輛liang內nei的deADAS都是獨立工作的
，這意味著它們彼此之間幾乎不交換信息。（沒錯
，某些高端車輛具有非常先進的自動駕駛功能，不過這些功能還未普及）。後視攝像頭、環視係統
、雷(lei)達(da)和(he)前(qian)方(fang)攝(she)像(xiang)頭(tou)都(dou)有(you)它(ta)們(men)各(ge)自(zi)的(de)用(yong)途(tu)。通(tong)過(guo)將(jiang)這(zhe)些(xie)獨(du)立(li)的(de)係(xi)統(tong)添(tian)加(jia)到(dao)車(che)輛(liang)當(dang)中(zhong)，可(ke)以(yi)為(wei)駕(jia)駛(shi)員(yuan)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)信(xin)息(xi)，並(bing)且(qie)實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)功(gong)能(neng)。不(bu)過(guo)，你(ni)還(hai)可(ke)以(yi)突(tu)破(po)限(xian)製(zhi)
，實(shi)現(xian)更(geng)多(duo)功(gong)能(neng)——參見圖1。

 

圖1：ADAS以汽車內單個
、獨立的功能存在。

 

 

僅jin僅jin通tong過guo多duo次ci使shi用yong相xiang同tong種zhong類lei的de傳chuan感gan器qi無wu法fa克ke服fu每mei種zhong傳chuan感gan器qi的de缺que點dian。反fan之zhi，我wo們men需xu要yao將jiang來lai自zi不bu同tong種zhong類lei傳chuan感gan器qi的de信xin息xi組zu合he在zai一yi起qi。工gong作zuo在zai可ke見jian光guang譜pu範fan圍wei內nei的de攝she像xiang頭touCMOS芯片在濃霧、下雨
、ciyanyangguangheguangzhaobuzudeqingkuangxiahuiyudaomafan。erleidaqueshaomuqianchengxiangchuanganqisuojuyoudegaofenbianlv。womenkeyizaimeizhongchuanganqizhongzhaodaozhurucileideyouquedian。

 

chuanganqironghezheyixiangfadeweidazhichuzaiyuhuodebutongchuanganqihechuanganqizhongleideshuruneirong，bingqieshiyongzuhezaiyiqidexinxilaigengjiazhunquediganzhizhouweidehuanjing。xiangduiyudulixitong，zheyangkeyizuochugenghao、更安全的決策。雷達也許不具有光傳感器所具有的分辨率，不過它在測距和穿透雨、雪和濃霧方麵具有很大優勢。這些天氣條件或光照不足的惡劣情況不利於攝像頭發揮作用，不過攝像頭能夠分辨顏色（可以想一想街道指示牌和路標），並且具有很高的分辨率。目前路麵上圖像傳感器的分辨率已經達到1百萬像素。在未來幾年內
，圖像傳感器的發展趨勢將是2百萬，甚至4百萬像素。

 

雷達和攝像頭是兩項傳感器技術完美融合、huweibuchongdedianfan。caiyongzhezhongfangfaderonghexitongsuoshixiandegongnengyaoyuanchaozhexiedulixitongnenggoushixiandegongnengzonghe。shiyongbutongdechuanganqizhongleikeyizaimouyizhongchuanganqiquandouchuxianguzhangdehuanjingtiaojianxia
，ewaitigongyidingrongyudu。zhezhongcuowuhuoguzhangkenengshiyouziranyuanyin（諸如一團濃霧）或是人為現象（例如對攝像頭或雷達的電子幹擾或人為幹擾）daozhi。jishishizaiyigechuanganqishixiaodeqingkuangxia，zheyangdechuanganqironghexitongyekeyibaochimouxiejibenhuojinjidegongneng。wanquanjiezhubaojinggongneng
，huozherangjiashiyuanshikezuohaozhunbei，congerjieguanduicheliangdekongzhi，xitongguzhangyexujiubunameyanzhongle。raner
，gaoduhewanquanzidongjiashigongnengbixutigongchongzudeshijianrangjiashiyuanzhongxinhuodeduicheliangdekongzhi。zaizheduanjiashiyuanjieguancheliangkongzhizhiqiandeshijianfanweinei，kongzhixitongxuyaobaochiduicheliangzuidixiandudekongzhi。

 

 

傳感器融合的複雜程度有所不同
，並且數據的類型也不一樣。兩個基本的傳感器融合示例是：a）後視攝像頭加上超聲波測距；b）前方攝像頭加上多模式前置雷達——參見圖2。現在，我們可以通過對現有係統進行輕微更改和/或通過增加一個單獨的傳感器融合控製單元來對其進行實現。

 

圖2：將(jiang)前(qian)方(fang)雷(lei)達(da)與(yu)前(qian)方(fang)攝(she)像(xiang)頭(tou)融(rong)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)
，以(yi)實(shi)現(xian)自(zi)適(shi)應(ying)巡(xun)航(hang)控(kong)製(zhi)加(jia)車(che)道(dao)保(bao)持(chi)輔(fu)助(zhu)，或(huo)者(zhe)將(jiang)後(hou)視(shi)攝(she)像(xiang)頭(tou)與(yu)超(chao)聲(sheng)波(bo)測(ce)距(ju)報(bao)警(jing)組(zu)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)來(lai)實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)泊(bo)車(che)。

 

• 後視攝像頭+超聲波測距

 

超聲波泊車輔助技術在汽車市場內被廣泛接受，並且已十分成熟
；這項技術在泊車時能對鄰近物體給出聽得見或看得見的報警。正如之前提到的那樣，到2018年nian，美mei國guo所suo有you新xin出chu廠chang的de車che輛liang都dou必bi須xu安an裝zhuang後hou視shi攝she像xiang頭tou。將jiang來lai自zi二er者zhe的de信xin息xi結jie合he在zai一yi起qi
，才cai能neng實shi現xian先xian進jin的de泊bo車che輔fu助zhu功gong能neng，而er其qi靠kao單dan一yi係xi統tong是shi無wu法fa實shi現xian的de。後hou視shi攝she像xiang頭tou使shi駕jia駛shi員yuan能neng很hen清qing楚chu地di看kan到dao車che輛liang後hou方fang的de情qing況kuang
，而er機ji器qi視shi覺jiao算suan法fa可ke以yi探tan測ce物wu體ti，以yi及ji路lu肩jian石shi和he街jie道dao上shang的de標biao記ji。通tong過guo超chao聲sheng波bo提ti供gong的de補bu充chong功gong能neng，可ke以yi準zhun確que確que定ding識shi別bie物wu體ti的de距ju離li，並bing且qie在zai低di光guang照zhao或huo完wan全quan黑hei暗an的de情qing況kuang下xia
，也ye能neng確que保bao基ji本ben的de接jie近jin報bao警jing。

 

• 前視攝像頭+多模前置雷達

 

另一種強大的組合是將前視攝像頭的功能與前置雷達組合在一起。前置雷達能夠在任何天氣條件下測量高達150米的物體的速度和距離。攝像頭在探測和區分物體方麵（包括讀取街道指示牌和路標）十分出色。通過使用具有不同視場角（FoV）和不同光學元件的多個攝像頭傳感器，係統可以識別車前通過的行人和自行車，以及150米甚至更遠範圍內的物體，同時
，其還可以可靠實現自動緊急製動和城市啟停巡航控製等功能。

 

許多情況下
，在特定的已知外部條件下，僅通過一種傳感器或單個係統
，就能夠執行ADAS功gong能neng。然ran而er，考kao慮lv到dao路lu麵mian上shang有you很hen多duo不bu可ke預yu計ji的de情qing況kuang

，這zhe還hai不bu足zu實shi現xian可ke靠kao運yun行xing。傳chuan感gan器qi融rong合he除chu了le能neng實shi現xian更geng複fu雜za和he自zi主zhu的de功gong能neng外wai
，還hai可ke以yi在zai現xian有you功gong能neng中zhong實shi現xian更geng少shao的de誤wu報bao和he漏lou報bao。說shuo服fu消xiao費fei者zhe和he立li法fa者zhe
，使shi他ta們men相xiang信xin汽qi車che可ke以yi由you“一台機器”自主駕駛，將會十分關鍵。

傳感器融合係統分割

 

與yu汽qi車che內nei每mei個ge係xi統tong單dan獨du執zhi行xing各ge自zi的de報bao警jing或huo控kong製zhi功gong能neng不bu同tong，在zai一yi個ge融rong合he係xi統tong中zhong
，最zui終zhong采cai取qu哪na種zhong操cao作zuo是shi由you單dan個ge器qi件jian集ji中zhong決jue定ding的de。現xian在zai的de關guan鍵jian問wen題ti就jiu是shi在zai哪na裏li完wan成cheng數shu據ju處chu理li，以yi及ji如ru何he將jiang傳chuan感gan器qi的de數shu據ju發fa送song到dao中zhong央yang電dian子zi控kong製zhi單dan元yuan（ECU）。當對不是集中在一起而是遍布車身的多個傳感器進行融合時

，我們就需要專門考慮傳感器和中央融合ECUzhijiandelianjiehedianlan。duiyushujuchulideweizhiyeshiruci，yinweitayehuiyingxiangzhenggexitongdeshixian。rangwomenlaikanyikankenengdexitongfengezhongdeliangzhongjiduanqingkuang。

 

 

集中式處理的極端情況是，所有的數據處理和決策製定都是在同一個位置完成

，數據是來自不同傳感器的“原始數據”——請見圖3。

 

圖3：具有“傳統”衛星式傳感器模塊的集中處理。

 

優點：

 

傳感器模塊——傳chuan感gan器qi模mo塊kuai體ti積ji小xiao巧qiao
，成cheng本ben低di，功gong耗hao也ye低di，這zhe是shi因yin為wei其qi隻zhi需xu要yao執zhi行xing檢jian測ce和he數shu據ju傳chuan輸shu任ren務wu。傳chuan感gan器qi的de安an裝zhuang位wei置zhi也ye很hen靈ling活huo，並bing且qie所suo需xu安an裝zhuang空kong間jian很hen小xiao。替ti換huan成cheng本ben低di。通tong常chang情qing況kuang下xia，由you於yu無wu需xu處chu理li或huo做zuo決jue策ce，傳chuan感gan器qi模mo塊kuai具ju有you較jiao低di的de功gong能neng安an全quan要yao求qiu。

 

處理ECU——中央處理ECUkeyihuoququanbushuju

，zheshiyinweishujubuhuiyinweichuanganqimokuaineideyuchulihuoyasuoerdiushi。youyuchuanganqichengbenjiaodi，bingqiewaixingchicunjiaoxiao
，yincikeyibushugengduodechuanganqi。

 

缺點：

 

傳感器模塊——實時處理傳感器數據需要提供寬帶通信（高達數Gb/s）
，因此可能出現較高電磁幹擾（EMI）。

 

處理ECU——中央ECU需要有高處理能力和速度來處理所有輸入數據。對於很多高帶寬I/O和高端應用處理器來說，這意味著更高的電能需求和更大的散熱量。傳感器數量增加將大幅增加對中央ECU性能的需要。通過使用FPD-Link III等接口，在一根同軸電纜上傳送傳感器及功耗、控製和配置等多種數據（雙向反向通道）

，有些缺點可以被克服。這樣便可極大降低係統的接線要求。

 

 

另ling一yi種zhong截jie然ran不bu同tong的de極ji端duan情qing況kuang是shi全quan分fen布bu式shi係xi統tong。這zhe種zhong情qing況kuang是shi由you本ben地di傳chuan感gan器qi模mo塊kuai進jin行xing高gao級ji數shu據ju處chu理li，並bing在zai一yi定ding程cheng度du上shang進jin行xing決jue策ce製zhi定ding的de。全quan分fen布bu式shi係xi統tong隻zhi將jiang對dui象xiang數shu據ju或huo元yuan數shu據ju（描述對象特征和/或識別對象的數據）發回到中央融合ECU。ECU將數據組合在一起

，並最終決定如何執行或做出反應——請見圖4。

 

圖4：傳感器數據由傳感器模塊處理、決策由中央ECU製定的分布式係統。

 

全分布式係統既有優點又有缺點。

 

優點：

 

傳感器模塊——傳感器模塊與中央ECU之間可以使用更低帶寬、更加簡單且更加便宜的接口。在很多情況下，小於1Mb/s的CAN總線就足夠用了。

 

處理ECU——中央ECU隻(zhi)將(jiang)對(dui)象(xiang)數(shu)據(ju)融(rong)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)，因(yin)此(ci)其(qi)所(suo)需(xu)處(chu)理(li)能(neng)力(li)更(geng)低(di)。對(dui)於(yu)某(mou)些(xie)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo)
，用(yong)一(yi)個(ge)高(gao)級(ji)的(de)安(an)全(quan)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)就(jiu)足(zu)夠(gou)了(le)。模(mo)塊(kuai)更(geng)小(xiao)，所(suo)需(xu)功(gong)耗(hao)也(ye)就(jiu)更(geng)低(di)。由(you)於(yu)很(hen)多(duo)處(chu)理(li)都(dou)是(shi)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)內(nei)部(bu)完(wan)成(cheng)的(de)，傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)量(liang)增(zeng)加(jia)不(bu)會(hui)大(da)幅(fu)增(zeng)加(jia)對(dui)中(zhong)央(yang)ECU的性能需求。

 

缺點：

 

傳感器模塊——傳感器模塊需要有應用處理器
，這樣的話就會變得體積更大、價(jia)格(ge)更(geng)高(gao)且(qie)功(gong)耗(hao)更(geng)大(da)。由(you)於(yu)本(ben)地(di)處(chu)理(li)和(he)決(jue)策(ce)製(zhi)定(ding)
，傳(chuan)感(gan)器(qi)模(mo)塊(kuai)的(de)功(gong)能(neng)安(an)全(quan)要(yao)求(qiu)也(ye)就(jiu)更(geng)高(gao)。當(dang)然(ran)，增(zeng)加(jia)更(geng)多(duo)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)，成(cheng)本(ben)也(ye)會(hui)大(da)幅(fu)上(shang)升(sheng)。

 

處理ECU——中央決策製定ECU隻能獲取對象數據，而無法訪問實際的傳感器數據。因此，想要“放大”感興趣的區域很難實現。

 

 

genjuxitongzhongsuoshiyongchuanganqideshuliangyuzhonglei，yijizhenduibutongchexingheshengjixuanxiangdekekuozhanxingyaoqiu，jianglianggetuopuhunhezaiyiqijiukehuodeyigeyouhuajiejuefangan。muqianhenduoronghexitongshiyongdaibendichulidechuanganqiyongyuleidahejiguangleida（LIDAR），使用前置攝像頭用於機器視覺。一個全分布式係統可以使用現有的傳感器模塊與對象數據融合ECU組合在一起。諸如環視和後視攝像頭的係統中的“傳統”傳感器模塊可以讓駕駛員看到周圍的環境情況——請見圖5。可以將更多的ADAS功能集成進駕駛員監測或攝像頭監控係統等融合係統中，但是傳感器融合的原理還是一樣。

 

圖5：尋找分布式和集中式處理的完美結合。

 

平台管理
、目標汽車細分、靈活性和可擴展性是重要的經濟因素

；這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)也(ye)在(zai)分(fen)割(ge)和(he)設(she)計(ji)融(rong)合(he)係(xi)統(tong)時(shi)發(fa)揮(hui)著(zhe)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。對(dui)於(yu)任(ren)一(yi)特(te)定(ding)情(qing)況(kuang)
，所(suo)得(de)係(xi)統(tong)也(ye)許(xu)不(bu)是(shi)最(zui)佳(jia)設(she)計(ji)方(fang)案(an)，但(dan)是(shi)從(cong)平(ping)台(tai)和(he)車(che)隊(dui)的(de)角(jiao)度(du)看(kan)，它(ta)卻(que)可(ke)能(neng)是(shi)最(zui)佳(jia)方(fang)案(an)。
 

 

關於ADAS
，我們還有兩個方麵沒有討論到：信息ADAS對功能ADAS。前者就是當駕駛員仍然對汽車完全掌控時，擴大和延伸駕駛員的感官範圍（例如環視和夜視）。第二個是機器視覺，它使汽車能夠感知周圍環境，並做出自我決策以及執行（自動緊急製動

、車道保持輔助）。傳感器融合自然而然地將這兩個世界合而為一。

 

正zheng因yin如ru此ci，我wo們men才cai有you可ke能neng將jiang同tong一yi傳chuan感gan器qi應ying用yong於yu不bu同tong用yong途tu，不bu過guo這zhe麼me做zuo的de代dai價jia就jiu是shi在zai選xuan擇ze最zui佳jia模mo塊kuai間jian通tong信xin和he處chu理li位wei置zhi方fang麵mian受shou到dao了le限xian製zhi。以yi環huan視shi為wei例li，這zhe項xiang功gong能neng最zui初chu的de設she計ji目mu的de是shi，通tong過guo將jiang視shi頻pin傳chuan入ru到dao中zhong央yang顯xian示shi屏ping上shang，為wei駕jia駛shi員yuan提ti供gong360度du視shi場chang角jiao。為wei什shen麼me不bu使shi用yong同tong樣yang的de攝she像xiang頭tou
，並bing將jiang機ji器qi視shi覺jiao應ying用yong到dao其qi上shang呢ne
？後hou視shi攝she像xiang頭tou可ke用yong於yu實shi現xian倒dao車che保bao護hu或huo自zi動dong停ting車che，而er側ce視shi攝she像xiang頭tou可ke用yong於yu實shi現xian盲mang點dian檢jian測ce/報警，也包括自動泊車。

 

單獨使用的機器視覺在傳感器模塊內進行本地處理，然後通過CANzongxiandengjiandandedidaikuanlianjiejiangduixiangshujushenzhishiminglingchuansongchuqu。raner，zhezhonglianjiebuzuyichuansongwanzhengdeshipinliu。shipinyasuodangrankeyijiangdisuoxudaikuan，danshihaibuzuyijiangsuoxudaikuanjiangdaobaizhaoweifanweinei，bingqietabenshenyecunzaiyixiewenti。suizhegaodongtaifanwei（HDR）分辨率、幀速率和曝光數增加
，這變得更加困難。高帶寬連接和攝像頭模塊不參與數據處理解決了視頻的問題，但是現在需要將處理添加到中央ECU，以便在其中運行機器視覺。缺少中央處理能力或散熱控製會成為這種解決方案的瓶頸。

 

雖然在傳感器模塊中進行處理並同時使用高帶寬通信在技術上並不是不可實現，但從總體係統成本、功耗和安裝空間角度來講並不十分有利。

 

 

由於很多融合係統能夠在沒有駕駛員的情況下執行特定汽車功能（例如轉向、製動和加速）dezizhukongzhi，womenxuyaoduigongnenganquanjinxingrenzhenkaolv，yiquebaozaibutongtiaojianxiaheqichedeshiyongshoumingneixitongnenggouanquanhekekaoyunxing。yidanzuochujuece，bingsuihoucaiquzizhucaozuo
，nameduiyugongnenganquandeyaoqiujianghuidafutisheng。

 

若ruo采cai用yong分fen布bu式shi的de方fang法fa，每mei個ge處chu理li關guan鍵jian數shu據ju或huo製zhi定ding決jue策ce的de模mo塊kuai必bi須xu符fu合he那na些xie增zeng加jia的de標biao準zhun。與yu隻zhi搜sou集ji和he發fa送song傳chuan感gan器qi信xin息xi的de模mo塊kuai相xiang比bi，這zhe會hui增zeng加jia物wu料liao清qing單dan（BOM）成本
、尺寸

、功耗和軟件。在安裝空間不足的環境中

，器件很難冷卻，並且其損壞的風險和所需的更換也很高（一次簡單的小事故有可能需要更換保險杠和所有相連的傳感器），這可能抵消具有多個傳感器模塊的分布式係統的優勢。

 

如果采用“傳統”傳感器模塊，則需進行自檢和故障報告，以實現整個係統的安全運轉
，但是其還未達到智能傳感器模塊的程度。

 

 

雖(sui)然(ran)純(chun)粹(cui)的(de)駕(jia)駛(shi)員(yuan)信(xin)息(xi)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)在(zai)它(ta)們(men)的(de)功(gong)能(neng)受(shou)到(dao)損(sun)害(hai)時(shi)關(guan)閉(bi)並(bing)將(jiang)其(qi)通(tong)報(bao)給(gei)駕(jia)駛(shi)員(yuan)
，但(dan)是(shi)高(gao)度(du)自(zi)主(zhu)駕(jia)駛(shi)功(gong)能(neng)就(jiu)沒(mei)有(you)那(na)麼(me)自(zi)由(you)了(le)。想(xiang)象(xiang)一(yi)下(xia)一(yi)輛(liang)汽(qi)車(che)正(zheng)在(zai)執(zhi)行(xing)緊(jin)急(ji)製(zhi)動(dong)操(cao)作(zuo)，然(ran)後(hou)又(you)突(tu)然(ran)解(jie)除(chu)並(bing)鬆(song)開(kai)製(zhi)動(dong)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)。或(huo)者(zhe)說(shuo)，汽(qi)車(che)在(zai)公(gong)路(lu)上(shang)行(xing)駛(shi)時(shi)，整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)關(guan)閉(bi)
，而(er)此(ci)時(shi)駕(jia)駛(shi)員(yuan)正(zheng)在(zai)汽(qi)車(che)“全自動駕駛”狀態下呼呼大睡（未來可能的一個場景）。zaijiashiyuannenggouanquankongzhicheliangzhiqian
，xitongxuyaojixubaochigongzuoyiduanshijian，erzhezhishaoxuyaoyoujimiaodaobanfenzhong。xitongbixuyunxingdaohezhongchengdu，yijiruhequebaozaiguzhangqingkuangxiayunzhuan，zhexiewentizaiyeneisihuhaiweidachengmingquegongshi。juyouzidongjiashigongnengdefeijitongchangqingkuangxiashiyongrongyuxitong。suiranwomenyibanqingkuangxiarenweitamenshianquande，buguotamenzaojiaangguibingqiezhanyongdaliangkongjian。

 

傳感器融合將會是邁向自動駕駛及享受旅途時光和駕駛樂趣的關鍵一步。

 

（作者簡介：Hannes Estl
，德州儀器（TI）汽車ADAS部門的總經理）

 

 本文來源於電子技術設計。