行車安全輔助警示記錄系統(tǒng)CADAS

研究動(dòng)機(jī)與介紹

隨著工業(yè)的進(jìn)步，行車安全以及車輛防盜的問題已擺在世界人民面前。根據(jù)報(bào)導(dǎo)[1]，中國每年超過11萬人死于車禍，大部分的事故皆由人為因素引起，而疲勞與分心則是主要的原因。雖然瞌睡偵測、腦電波等相關(guān)研究都致力于提醒駕駛員，但是其效果并非相當(dāng)令人滿意；加上系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間以及系統(tǒng)成本因素，無法全面普及。

除了行駛安全的問題讓人擔(dān)憂之外，車輛本身的防盜裝置亦使人煩心。根據(jù)資料顯示[2]，中國每年有超過7.2萬輛汽車失竊，平均每7分鐘就有一輛汽車遭竊，即使目前的車輛在出廠時(shí)都配備防盜鎖，且使用者自己也會加裝防盜竊裝置，但是效果并不顯著，目前監(jiān)控系統(tǒng)最多做到傳送文字短信至使用者手機(jī)作為提醒，但是無法將實(shí)時(shí)監(jiān)控的影像連續(xù)不斷地傳送出來，這樣就很容易產(chǎn)生誤報(bào)的情形，如果只是大卡車經(jīng)過了你的愛車旁邊產(chǎn)生震動(dòng)而觸發(fā)，使用者也必須要趕緊回到車輛附近，這樣太浪費(fèi)時(shí)間與人力。

近年來，搭配CCD攝像機(jī)發(fā)展的高效率圖像處理技術(shù)正蓬勃發(fā)展。主要原因在于軟件撰寫的彈性、CCD攝像機(jī)架設(shè)的彈性、CCD攝像機(jī)所擷取資料的多元化以及成本不高等優(yōu)勢。以汽車安全輔助配備來看，超音波雷達(dá)在過去的汽車安全防護(hù)上廣泛運(yùn)用。但是，有效距離有限，只能在駕駛員倒車時(shí)給予距離信息的參考。圖像的應(yīng)用其實(shí)也有，不過目前僅僅局限于圖像監(jiān)視的功能上，例如倒車圖像顯示等。

我們認(rèn)為，圖像處理系統(tǒng)可以提供更高的智能，足以協(xié)助一般使用者在車輛行駛中的安全防護(hù)工作。除此之外，我們也希望能夠提供警方或者租貸車輛廠商能夠利用車輛中實(shí)時(shí)記錄的資料來有效還原事故現(xiàn)場，理清肇事責(zé)任。甚至，我們還期盼能在車輛停放后，讓使用者能利用手機(jī)隨時(shí)隨地監(jiān)控到車內(nèi)情況，提供給使用者一個(gè)更安心的圖像式防盜系統(tǒng)。

研究方法

因此，我們開發(fā)出一個(gè)系統(tǒng)—CADAS (CSSP. Advanced Driver Safety Assist System)，利用圖像技術(shù)，偵測車輛前方道路信息，估算車輛目前在所行駛的車道上的位置而判斷車輛目前是否處于危險(xiǎn)的狀態(tài)；更進(jìn)一步，我們在車后方架設(shè)另一臺攝像機(jī)，將取得的圖像信息送入同一套系統(tǒng)中，且采用同一套算法，利用已經(jīng)偵測出來的車道線信息將前方車輛及后車輛的相對位置一并處理，提高系統(tǒng)危險(xiǎn)警示的穩(wěn)定度。

在車輛行駛影像紀(jì)錄器方面，目前市面上的車輛行駛記錄器均是以類似飛機(jī)黑盒子的方式設(shè)計(jì)，若不幸發(fā)生事故，還得等待黑盒子內(nèi)的記錄資料譯碼才能有機(jī)會理清，且因?yàn)橛涗浶畔⑦^少，往往無法正確還原事故現(xiàn)場。CADAS希望能利用H.264實(shí)時(shí)壓縮技術(shù)，將事故發(fā)生狀況精確記錄，提供給警方作為輔助。

我們還有一個(gè)想法，將傳統(tǒng)的汽車監(jiān)控系統(tǒng)和具備行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式系統(tǒng)做緊密結(jié)合，做為車輛電子產(chǎn)業(yè)的先鋒。這一步對于汽車監(jiān)控領(lǐng)域會是一個(gè)令人驚訝的躍進(jìn)，因?yàn)槭忻嫔纤蓄愃频南到y(tǒng)都沒有具備傳輸影像的功能。我們將龐大的有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)加以改善提升進(jìn)化，移植到輕薄短小的無線網(wǎng)絡(luò)嵌入式單板上。除了基本的定位追蹤、防盜警示功能之外，還加入了圖像的支持。影像傳輸?shù)姆绞匠送高^IEEE 802.11x無線網(wǎng)絡(luò)之外，更重要的是可以利用3G/無線傳輸，不分時(shí)空地保護(hù)使用者的愛車。

如圖1所示，CADAS是結(jié)合兩片TI的DSP實(shí)驗(yàn)板而成。一片為TI DM642，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)快速計(jì)算前后車道線以及車輛偵測算法，并將偵測結(jié)果透過Zigbee無線傳輸至另一片實(shí)驗(yàn)板作警示用。而另一片實(shí)驗(yàn)板則是采用TI OMAP 5912，本片實(shí)驗(yàn)板最大的特色就是結(jié)合ARM以及DSP在一顆IC上，讓我們可以利用ARM強(qiáng)大的控制功能，結(jié)合OS來驅(qū)動(dòng)所有的外圍設(shè)備來符合我們所需要的功能。在OMAP 5912上，我們將Embedded Linux成功植入，并透過相對應(yīng)的Driver，使得USB Camera、Wireless LAN Module、Touch Panel、GPRS Module、GPS Module與Zigbee可以在OS的掌控之下，成功地工作并互相配合，達(dá)到我們所期盼的要求。

圖1 系統(tǒng)整體圖

系統(tǒng)功能及創(chuàng)新

CADAS結(jié)合了這些外圍，成功實(shí)現(xiàn)了以下幾項(xiàng)創(chuàng)新功能：

獨(dú)特的前后方車道線以及車輛偵測

我們將特別針對DSP所設(shè)計(jì)的算法實(shí)現(xiàn)在DM642上，藉由程序撰寫以及搭配硬件平臺的內(nèi)存、EDMA管理最佳化，讓此套復(fù)雜的算法能夠在單顆DSP上達(dá)到30fps的效能，可以實(shí)時(shí)擷取前后雙方的影像并判別車輛是否偏離車道，以及是否與其它車輛距離過近，進(jìn)而提出警告。在車道線偵測的部分，我們在各種不同的道路情況下，包含晴天、陰天、雨天以及夜晚，都能夠成功的偵測出車道線以及車輛的信息，在穩(wěn)定度及可靠性上都是一大突破。