视觉传感器在智能汽车上的应用

王鹏

摘 要：目前，我国要将汽车打造成移动出行的智能平台，构建用户移动出行全新生态体验，将来我国的汽车将会实现电动化、网联化、智能化和共享化的新四化建设。文章介绍了目前智能汽车上的视觉传感器类型及作用，并对视觉传感器在智能汽车上的应用方式做了较为详细的说明，以期促进智能汽车的稳定发展。

关键词：智能汽车;视觉传感器;应用

中图分类号：TP212.9  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）23-41-03

Vision Sensor Application in Smart Cars

Wang Peng

（ Shanxi Institute of Mechanical & Engineering， Shanxi Changzhi 046011 ）

Abstract： At present， China needs to make cars an intelligent platform for mobile travel， and build a new ecological experience for users to travel. In the future， China's automobiles will realize the new construction of electricization， networking， intelligence and sharing. This paper introduces the types and functions of visual sensors on smart cars， and gives a detailed description of the application of visual sensors on smart cars， in order to promote the stable development of smart cars.

Keywords： Smart Cars; Vision sensor; Application

CLC NO.： TP212.9  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）23-41-03

引言

智能汽车，就是在传统汽车上增加了先进的传感器（雷达、摄像）以及控制技术，通过先进传感器和控制单元实现与人、车、路以及卫星等的信息交换，使车辆能够感知周围环境，能够自动分析车辆是否處于安全状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。

视觉传感器是智能汽车的“眼睛”，它利用计算机视觉技术，模仿人眼视觉机理，通过处理摄像镜头捕捉的图像，获得引导信息，其主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。

1 视觉传感器在智能汽车上的分类

目前智能汽车上根据摄像头模块的不同，可以分为单目摄像头，双目摄像头，三目摄像头以及红外摄像头。

图1  单目摄像头

单目摄像头（如图1所示）目前在智能汽车上可识别40米～120米的范围，未来将达到200米或更多。单目摄像头的视角越宽，可以检测到的精确距离长度越短，视角越窄，检测到的距离越长。

双目摄像头（如图2所示）在20米范围内具有明显的测距优势，在20米以外，很难缩小视差的范围。采用高像素摄像头和较好的算法可以提高测距性能，双目摄像头间距越小，测距镜头之间的距离越近，探测距离越大，镜头间距越大，探测距离越远。

图2  双目摄像头

三目摄像头（如图3所示）的划分为25°视场、50°视场、150°视场，25°视场用于检测前车道线、交通灯，50°视场负责一般的道路状况监测，150°视场用于检测平行车道、行人和非机动车行驶的状况。

图3  三目摄像头

红外摄像头（如图4所示）采用红外线技术，安装在车内后视镜的前方，驾驶员可以像白天一样透过灯光显示系统看到道路的行驶条件。当两辆车相遇时，可以大大减少对车前驾驶员的视力刺激，也可以提高驾驶员在雾中辨别的能力。

图4  红外摄像头

2 视觉传感器在智能汽车上的应用

智能驾驶汽车的视觉传感器可实现车道偏离警告、前方碰撞预警、交通标志识别、盲点监控、驾驶人注意力监控、停车辅助等功能。

以特斯拉Autopilot 2.0 L2级（如图5所示）为例，智能驾驶汽车拥有三个前视摄像头，三个后视摄像头，两个侧视摄像头，12个超声波雷达和一个安装在车身上的前毫米波雷达。

图5  特斯拉视觉传感器

（1）车道偏离警告

车道偏离警告系统（如图6所示）是一种辅助驾驶员通过警告来减少因为车道偏离引起的交通事故的系统，系统构成主要包括毫米波雷达、激光雷达和摄像头等部件。在汽车将要偏离当前车道线时，系统通过方向盘震动以及显示屏的警告灯闪烁通知驾驶员注意行驶安全性;当要进行超车时，可以打开转向灯，这时车道偏离警告不工作。

图6  车道偏离警告系统

（2）汽车防碰撞预警系统

汽车防撞预警系统（如图7所示）主要用于协助驾驶员避免高速、低速追尾，高速中无意识偏离车道，与行人碰撞等重大交通事故。汽车防撞预警系统是基于智能视频分析处理技术，通过动态视频摄像技术、计算机图像处理技术来实现其预警功能。

图7  汽车防碰撞预警系统

（3）交通标志识别

图8  交通标志识别系统

车辆安全系统的交通标志识别系统（如图8所示）通过特征识别算法，利用前置摄像头组合模式识别道路上的交通标志，提示警告或自动调整车辆运行状态，从而提高车辆的安全性和合规性，提醒驾驶员注意前方的交通标志。

（4）盲点监測

盲点监测系统（如图9所示）又称并线辅助系统，主要功能是扫除后视镜盲区并通过侧方摄像头或雷达将车左右后视镜盲区内的影像显示在车内。由于车辆后视镜中有一个视觉盲区，因此在换道前无法看到盲区中的车辆。如果盲区内有超车车辆，则会发生车道碰撞，在大雨、雾天、夜间光线暗淡的情况下，更难看到后面的车辆，换道更危险。

图9  盲点监测系统

（5）驾驶员注意力监控系统

驾驶员注意力监控系统（如图10所示）也称为疲劳监测系统或注意力辅助系统，疲劳驾驶预警系统是一种基于驾驶员生理反应特性的驾驶员疲劳监测预警技术。通过不断检测驾驶员的驾驶习惯，可以感觉到驾驶员在疲劳驾驶后及时向驾驶员发出警告，提醒驾驶员应适当在安全岛停车休息。

图10  驾驶员注意力监控系统

（6）停车辅助

停车辅助系统（如图11所示）是用于停车或倒车的安全辅助装置，有手动和自动两种类型的汽车倒车辅助。停车辅助系统包括多个安装在汽车周围的摄像头、图像采集组件、

视频合成/处理组件、数字图像处理组件和车辆显示器。这些装置可以同时采集车辆周围的图像，对图像处理单元进行变形恢复→视图转换→图像拼接→图像增强，最终形成车辆360°全景仰视图。

图11  停车辅助系统

3 结论

随着视频图像处理技术的日臻完善，智能汽车上视觉传感器的应用范围会越来越广泛，在未来它很有可能应用在行人碰撞预警、车道保持辅助以及无人驾驶方面，这种技术有利于提升汽车的整体性能以及交通安全性，促进汽车行业的整体发展。

参考文献

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