攝像頭是ADAS核心傳感器,，相比毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá),，最大優(yōu)勢在于識別(物體是車還是人,、標(biāo)志牌是什么顏色),。汽車行業(yè)價格敏感,，攝像頭硬件成本相對低廉,，因為近幾年計算機(jī)視覺發(fā)展迅速,，從攝像頭角度切入ADAS感知的創(chuàng)業(yè)公司數(shù)量也非?？捎^。
這些創(chuàng)業(yè)公司可以統(tǒng)稱為視覺方案提供商,。他們掌握核心的視覺傳感器算法,，向下游客戶提供車載攝像頭模組，芯片以及軟件算法在內(nèi)的整套方案,。前裝模式下,，視覺方案提供商扮演二級供應(yīng)商的角色，與Tier1配合為OEM定義產(chǎn)品,。后裝模式里,，除了提供整套設(shè)備，也存在售賣算法的模式,。本文中將對視覺ADAS功能,、硬件需求、評價標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行解析,，在《【車云報告】adas視覺方案入門盤點(下篇)》內(nèi)容中將參考Mobileye對國內(nèi)11家供應(yīng)商的產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)解讀,。
視覺ADAS供應(yīng)鏈體系一、視覺ADAS可實現(xiàn)功能
因為安全記錄,、停車等需要,，攝像頭在車上的大量應(yīng)用是行車記錄儀、倒車影像等輔助功能,。一般通過安裝在車身各個位置的廣角攝像頭采集影像,，經(jīng)過標(biāo)定和算法處理，生成影像或拼接形成視圖補(bǔ)充駕駛員視覺盲區(qū),，不用涉及整車控制,，因此更加注重視頻處理，技術(shù)已經(jīng)成熟并逐漸普及,。
目前在行車輔助功能中,，攝像頭可用來單獨實現(xiàn)很多功能，并且按照自動駕駛發(fā)展規(guī)律逐漸演進(jìn),。
這些功能更加強(qiáng)調(diào)對輸入圖像的處理,，從拍攝的視頻流中提取有效目標(biāo)運動信息做進(jìn)一步分析，給出預(yù)警信息或直接調(diào)動控制機(jī)構(gòu),。相比視頻輸出類功能,，強(qiáng)調(diào)高速下的實時性，這部分技術(shù)正處在發(fā)展上升期,。
二,、視覺ADAS軟硬需求
視覺系A(chǔ)DAS產(chǎn)品由軟硬件組成，主要包括攝像頭模組,、核心算法芯片以及軟件算法,。硬件方面考慮行車環(huán)境(震動,、高低溫等)，大前提是要符合車規(guī)級要求,。
(一)車載ADAS攝像頭模組
車載ADAS攝像頭模組需要定制化開發(fā)。為了適應(yīng)車輛全天候全天時的需要,，一般要滿足在明暗反差過大的場合(進(jìn)出隧道),，很好平衡圖像中過亮或太暗部分(寬動態(tài));對光線比較靈敏(高感光)，避免給芯片帶來太大壓力(并不是一昧追逐高像素),。
攝像頭模組是基礎(chǔ),。好比一張底子不錯的照片才有修飾美化的余地，保證拍攝圖像夠用的基礎(chǔ)上,，算法才能更好地發(fā)揮效力,。
另外在參數(shù)上，ADAS與行車記錄儀對攝像頭的需求不同,。用于行車記錄儀的攝像頭需要看清車頭周圍盡可能多的環(huán)境信息(后視鏡位置看向兩個前輪,，水平視角約要110度)。ADAS的攝像頭更講究為行車時預(yù)留更多判斷時間,，需要看得更遠(yuǎn),。類似相機(jī)鏡頭廣角和長焦，兩項參數(shù)不能兼得,，ADAS在硬件選取時只能取其平衡,。
(二)核心算法芯片
圖像相關(guān)算法對計算資源有很高的要求，因此芯片性能講究,。如果在算法上疊加深度學(xué)習(xí)來幫助識別率提升,，對硬件性能的要求只增不減，主要考慮的性能指標(biāo)是運算速度,、功耗,、以及成本。
目前用于ADAS攝像頭的芯片多數(shù)被國外壟斷,，主要供應(yīng)商有瑞薩電子(Renesas Electronics),、意法半導(dǎo)體(ST)、飛思卡爾(Free scale),、亞德諾(ADI),、德州儀器(TI)、恩智浦(NXP),、富士通(Fujitsu),、賽靈思(Xilinx)、英偉達(dá)(NVIDIA)等,，提供包括ARM,、DSP,、ASIC、MCU,、SOC,、FPGA、GPU等芯片方案 ,。
ARM,、DSP、ASIC,、MCU,、SOC是軟件編程的嵌入式方案，F(xiàn)PGA因為對硬件直接編程,，和嵌入式相比處理速度更快,。
GPU 和FPGA并行處理能力強(qiáng)。圖片這樣的文本,，尤其在使用深度學(xué)習(xí)算法需要多個像素點同時計算,，F(xiàn)PGA和GPU會更有優(yōu)勢。兩類芯片的設(shè)計思路類似,，都是為了處理大量簡單重復(fù)的運算,。GPU的性能更強(qiáng)但耗能也更高，F(xiàn)PGA因為編程和優(yōu)化都是直接在硬件層面進(jìn)行的,，能耗會低很多,。
因此在平衡算法和處理速度，尤其是用于前裝并且算法穩(wěn)定時,，F(xiàn)PGA被視為一個熱門方案,。FPGA是個好選擇。但同時,，F(xiàn)PGA對技術(shù)要求也很高,。原因在于計算機(jī)視覺算法是C語言，F(xiàn)PGA硬件語言是verilog,，兩種語言不同,，將算法移植到FPGA的人既要有軟件背景，又要有硬件背景,。在人才最貴的今天,，是筆不小的成本。
現(xiàn)階段可用于傳統(tǒng)計算機(jī)視覺算法的車規(guī)級芯片有多種選擇,，但是適用于傳統(tǒng)算法疊加深度學(xué)習(xí)算法的低功耗高性能芯片,，還沒有真正出現(xiàn)。
(三)算法
ADAS視覺算法的源頭是計算機(jī)視覺,。
傳統(tǒng)的計算機(jī)視覺識別物體大致可以分為圖像輸入,、預(yù)處理,、特征提取、特征分類,、匹配,、完成識別幾個步驟。
有兩處尤其依賴專業(yè)經(jīng)驗：第一是特征提取,。在識別障礙時可用特征很多,，特征設(shè)計尤其關(guān)鍵。判斷前方障礙物是不是車,，參考特征可能是車尾燈，也可能車輛底盤投在地面的陰影等,。第二是預(yù)處理和后處理,，預(yù)處理包括對輸入圖像噪聲的平滑、對比度的增強(qiáng)和邊緣檢測等,。后處理是指對分類識別結(jié)果候選進(jìn)行再處理,。
科研中的計算機(jī)視覺算法模型運用到實際環(huán)境中，不一定就能表現(xiàn)得很好,。因為科研得出的算法會增加諸如天氣,、道路復(fù)雜情況在內(nèi)的條件限制，現(xiàn)實世界里除了關(guān)注復(fù)雜環(huán)境的算法表現(xiàn),，還要考慮各種環(huán)境下算法的魯棒性(是否穩(wěn)定),。
算法上比較重要的一個變化是深度學(xué)習(xí)的滲透。
深度學(xué)習(xí)讓計算機(jī)模擬人類思考的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，可以自己學(xué)習(xí)判斷,。通過直接向計算機(jī)輸入標(biāo)定后的原始數(shù)據(jù)，比如挑選一堆異形車圖片,，然后丟給計算機(jī)讓它自己學(xué)習(xí)什么是一輛車,。這樣就可以免去計算視覺特征提取、預(yù)處理等步驟,，感知過程可以簡化為輸入圖片-輸出結(jié)果兩步,。
業(yè)內(nèi)比較一致的觀點認(rèn)為，在感知方面,，深度學(xué)習(xí)將會彎道超車傳統(tǒng)視覺算法,。目前深度學(xué)習(xí)的算法模型已經(jīng)開源，而且算法種類不多,，因此有降低門檻大量優(yōu)秀結(jié)果涌現(xiàn)的可能,。但是受限于沒有合適的車端平臺，離產(chǎn)品化還有一段距離,。
業(yè)內(nèi)對深度學(xué)習(xí)在ADAS應(yīng)用的看法都比較客觀冷靜,。不少觀點認(rèn)為深度學(xué)習(xí)算法是一個黑箱(Blackbox)算法,，類似人感性決策的過程，可以很快輸出一個結(jié)果,，很難在發(fā)生事故后反查原因,，因此在使用深度學(xué)習(xí)時要加入理性決策部分，并且分區(qū)塊設(shè)計,。