傳感器改善交叉路口安全性

TRW汽車集團(tuán)在主、被動(dòng)安全領(lǐng)域享有很高聲譽(yù)，其設(shè)計(jì)和制造能力全球領(lǐng)先。TRW下屬研究咨詢業(yè)務(wù)部門TRW Conekt在智能交通系統(tǒng)方面取得了諸多成就，并因此而獲得國(guó)際認(rèn)可。不久前，TRW Conekt參與了一個(gè)為期3年的歐洲研究項(xiàng)目，在這個(gè)名為INTERSAFE-2的項(xiàng)目中，TRW Conekt與研究小組的其他成員一起，為改善交叉路口安全性而努力。 盡管現(xiàn)代汽車安全技術(shù)已經(jīng)取得了巨大進(jìn)步，但是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的交通事故數(shù)量仍然居高不下。比如在歐洲，18~20歲死亡的人群中，35%源于道路事故。

道路上最危險(xiǎn)的路段是交叉路口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)生于交叉路口的交通事故中，超過(guò)40%的事故導(dǎo)致受傷或死亡。為了幫助應(yīng)對(duì)此類問(wèn)題，歐盟委員會(huì)部分資助了一些研發(fā)項(xiàng)目，尋找基于技術(shù)的解決方案。其中一項(xiàng)就是近期完成的INTERSAFE-2項(xiàng)目。該項(xiàng)目的參與者包括三家主要汽車制造商、大學(xué)、研究中心和傳感器開(kāi)發(fā)商等10家歐洲機(jī)構(gòu)和公司。

INTERSAFE-2項(xiàng)目的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種協(xié)同十字路口安全系統(tǒng)(Cooperative Intersection Safety System—CISS)，以大大減少交叉路口交通事故造成的傷亡。該項(xiàng)目力求研發(fā)出一種靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而推進(jìn)歐盟委員會(huì)的“零事故”愿景。

TRW Conekt因其在對(duì)智能車輛和道路設(shè)施進(jìn)行傳感和物體分類(通過(guò)視頻、雷達(dá)、數(shù)據(jù)融合、分析、通訊進(jìn)行)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，以及系統(tǒng)安全工程方面的能力，為該項(xiàng)目的成功做出了巨大貢獻(xiàn)。

集成范例

通過(guò)證明現(xiàn)代傳感器、通訊網(wǎng)絡(luò)、電子地圖和定位系統(tǒng)間的有效集成，INTERSAFE-2為可市場(chǎng)化且能有效幫助減少交叉路口事故率的安全系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。

在INTERSAFE-2設(shè)想的CISS系統(tǒng)中，通過(guò)安裝在車上和當(dāng)?shù)氐缆吩O(shè)施上的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的駕駛支持。安裝在車輛上的傳感設(shè)備可以包括攝像頭、雷達(dá)、超聲波傳感器、激光掃描儀和GPS。道路設(shè)施傳感設(shè)備則包括路面情況(雨、雪、冰)監(jiān)測(cè)器、雷達(dá)或激光掃描儀。傳感器和通信網(wǎng)絡(luò)間的抽象層使系統(tǒng)能夠通過(guò)不同的傳感器配置有效工作。

場(chǎng)景檢測(cè)

INTERSAFE-2考慮了許多在交叉路口的不同場(chǎng)景，包括右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)、直行和闖紅燈。圖示的兩個(gè)例子就是在交叉路口CISS系統(tǒng)的執(zhí)行情況，說(shuō)明了該系統(tǒng)如何通過(guò)使用各種傳感器和通信系統(tǒng)來(lái)幫助降低轉(zhuǎn)彎車輛造成事故的風(fēng)險(xiǎn)。

CISS系統(tǒng)的執(zhí)行取決于幾個(gè)因素，包括可使用的傳感器、成本和可靠性。本文描述了利用現(xiàn)有的低成本攝像頭，也就是目前常用于車道偏離警示系統(tǒng)的傳感器，如何進(jìn)一步發(fā)展到可以識(shí)別車道標(biāo)識(shí)、停車線、行車箭頭和人行橫道線。以上數(shù)據(jù)隨后將與其他數(shù)據(jù)融合，來(lái)重建一個(gè)交叉路口的虛擬模型。

TRW Conekt在INTERSAFE-2項(xiàng)目中使用的攝像頭是一個(gè)拍攝單色或灰度的設(shè)備，分辨率為480×752。盡管該設(shè)備的技術(shù)性能一般，但通過(guò)一系列擴(kuò)展的圖像處理程序可以使其識(shí)別關(guān)鍵特征和物體。所有處理過(guò)程都是實(shí)時(shí)完成的，這樣場(chǎng)景就可以立刻重建，用于支持更高級(jí)別的決策控制系統(tǒng)。

開(kāi)發(fā)出的算法

在程序處理前，會(huì)先用一個(gè)取幀器捕獲通過(guò)攝像頭拍攝的圖片。當(dāng)獲得圖像之后，系統(tǒng)使用邊緣檢測(cè)算法，首先進(jìn)行識(shí)別，然后以定位為基礎(chǔ)開(kāi)始區(qū)分邊緣。在這個(gè)最初的處理過(guò)程結(jié)束之后，通過(guò)專為該項(xiàng)目特別開(kāi)發(fā)的算法，邊緣將連接在一起成為線段。然后應(yīng)用另一種算法，相似的及相鄰的線段集合成形，隨后作為物體進(jìn)行進(jìn)一步分析和歸類。

線條分類

當(dāng)線段主要的歸類完成之后，線段被集中到一起形成一條幾乎連續(xù)的線條。這些線條如果能形成一條白線，將被組合到一起，這樣就有了水平線或垂直線。垂直于車輛行駛方向的白線將被標(biāo)注為潛在的停車線。之后一個(gè)分類程序開(kāi)始識(shí)別平行于車輛行駛方向的線，這些線可能是車道標(biāo)識(shí)，而垂直于車道線的白線就有可能是停車線。攝像頭拍攝到的每幀畫(huà)面都會(huì)進(jìn)行以上這些步驟，這個(gè)過(guò)程的頻率為25 Hz。

垂直線段被集中到一起作為潛在的路樁進(jìn)行區(qū)分。兩條靠近且較明顯的邊緣就被區(qū)分為潛在的路樁。單條明顯的邊緣也會(huì)進(jìn)入該處理程序中，因?yàn)榭赡艽硪粋€(gè)物體特征(例如轉(zhuǎn)角或者建筑物)，這個(gè)特征很容易被其它傳感器探測(cè)到，有助于進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)融合的處理。

距離問(wèn)題

根據(jù)接近度，在每一幀畫(huà)面中，會(huì)由簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)特征來(lái)追蹤路樁和垂直線段。一般這種物體的距離都是未知的，因?yàn)槲矬w與地面的切點(diǎn)往往可能無(wú)法看到或探測(cè)到，因此很難生成路樁的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型或預(yù)測(cè)該路樁在下一幀畫(huà)面中的位置。但在一個(gè)多傳感器的環(huán)境中，路樁和建筑物邊緣更容易通過(guò)不同的傳感器探測(cè)到，比如雷達(dá)或激光掃描儀，然后信息會(huì)反饋到算法中。

之后連接線段組，形成一個(gè)輪廓，來(lái)驗(yàn)證其是一個(gè)水平路標(biāo)的可能性，尤其是交叉路口通常會(huì)有行車箭頭。這樣的分類基于投影到地平面的特征點(diǎn)、整體形狀和線段的尺寸。計(jì)算中使用概率方法，將線段組與目錄中的箭頭形狀進(jìn)行相似度計(jì)算，如果查到對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目，該道路要素將被輸出。箭頭識(shí)別會(huì)在每一幀畫(huà)面中進(jìn)行，雖然目前系統(tǒng)在執(zhí)行中沒(méi)有進(jìn)一步推進(jìn)箭頭識(shí)別，但是在整個(gè)設(shè)計(jì)中，箭頭的追蹤被納入考慮范圍，未來(lái)的發(fā)展可能會(huì)包括基于箭頭邊緣(一個(gè)八邊形包圍箭頭)的移動(dòng)來(lái)對(duì)箭頭進(jìn)行追蹤。

交叉路口識(shí)別

由箭頭識(shí)別派生而來(lái)的另一項(xiàng)開(kāi)發(fā)是識(shí)別人行橫道線的可能性。人行橫道線可以被視作一組與車輛距離相等的矩形，也可以作為一種不同的物體被輸出。

INTERSAFE-2項(xiàng)目提供了一個(gè)有價(jià)值的機(jī)遇，來(lái)發(fā)展先進(jìn)的傳感器技術(shù)，可以用來(lái)幫助增強(qiáng)駕駛者和行人在交叉路口的安全性。

全面集成

重要的是，這個(gè)項(xiàng)目向汽車業(yè)證明了安裝在車輛上和當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施上的傳感器可以相互結(jié)合，幫助提高工作效率，支持全面集成的交叉路口安全系統(tǒng)發(fā)展。

未來(lái)的CISS系統(tǒng)將依靠一系列傳感器設(shè)備的融合，可能也將更多地利用視頻技術(shù)來(lái)幫助建立虛擬的交叉路口模型，為駕駛者的判斷決策提供支持。

在INTERSAFE-2中，TRW Conekt增強(qiáng)了現(xiàn)有低成本攝像頭的性能，使其能夠識(shí)別和定位交叉路口特征，例如停車線、箭頭、人行橫道線和路樁，這是交叉路口電子地圖顯示都無(wú)法做到的。

Intersafe-2研究小組成員

INTERSAFE-2項(xiàng)目是由歐盟委員會(huì)資助的第七框架計(jì)劃(7th Framework Program)中的一部分，緊跟之前的INTERSAFE項(xiàng)目。INTERSAFE-2項(xiàng)目于2011年5月結(jié)束。

參加INTERSAFE-2項(xiàng)目的有：TRW Conekt；德國(guó)SICK公司；NEC歐洲網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室；德國(guó)Swarco交通系統(tǒng)；大眾汽車；寶馬研究院；沃爾沃技術(shù)中心；亞琛汽車學(xué)院；法國(guó)國(guó)家計(jì)算機(jī)科學(xué)和控制研究院與Joseph Fourier大學(xué)；羅馬尼亞Cluj-Napoca技術(shù)大學(xué)；芬蘭VTT技術(shù)研究中心。

TRW進(jìn)一步投資研發(fā)車載攝像傳感技術(shù)

公司日前宣布開(kāi)發(fā)第三代攝像傳感技術(shù)的投資計(jì)劃，以不斷完善車輛前撞預(yù)警系統(tǒng)和車道保持系統(tǒng)，幫助汽車制造商應(yīng)對(duì)北美安全法規(guī)要求的不斷提高。

TRW銷售業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)執(zhí)行副總裁Peter Lake先生說(shuō)：“鑒于車輛偏航引起的事故頻發(fā)，我們預(yù)期在未來(lái)五年內(nèi)，北美車輛裝配攝像頭系統(tǒng)的趨勢(shì)強(qiáng)勁。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理署(NHTSA)2010年的數(shù)據(jù)顯示，53%的道路死亡事故是偏離車道造成的。另，據(jù)美國(guó)高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)(IIHS)估算，如使用離道預(yù)警系統(tǒng)和車道保持輔助系統(tǒng)，美國(guó)每年7500多人可不至車禍死亡?！?/P>

TRW下一代攝像頭技術(shù)將會(huì)在S-Cam產(chǎn)品中集成現(xiàn)有的許多功能，包括控制大燈、監(jiān)測(cè)車道、識(shí)別交通信號(hào)、識(shí)別和劃分對(duì)方車輛類型、自動(dòng)緊急制動(dòng)等。由于行人保護(hù)在歐美已成為一項(xiàng)關(guān)鍵的安全目標(biāo)，提高檢測(cè)行人的功能也是技術(shù)重點(diǎn)。

TRW主、被動(dòng)安全集成技術(shù)全球主管Alois Seewald博士表示：“我們將把眾多安全特性集中到單個(gè)傳感器中，為不同的車輛細(xì)分市場(chǎng)提供具有競(jìng)爭(zhēng)力且價(jià)位合理的解決方案。此外，該技術(shù)還將滿足低速自動(dòng)緊急制動(dòng)的傳感要求?！?/P>

S-Cam前視攝像頭是TRW與Mobileye公司聯(lián)手研發(fā)的成果，現(xiàn)已投放歐洲和亞洲市場(chǎng)，一年內(nèi)將在美國(guó)上市。雙方正繼續(xù)合作，開(kāi)發(fā)新一代技術(shù)。

Seewald博士總結(jié)道：“車載攝像頭是一種極具多樣應(yīng)用性的駕駛輔助技術(shù)，它可以區(qū)分行車環(huán)境中的大量相關(guān)物體。傳感信息得到處理后，可與其它駕駛輔助功能協(xié)同應(yīng)用，或集成到別的傳感器中。我們提供的解決方案把多項(xiàng)便利和安全功能一體化，并可進(jìn)一步擴(kuò)展功能，因此吸引了眾多乘用車和商用車制造商，已簽訂多份生產(chǎn)合同?！?BR>