影像技术在智能汽车的应用研究

涂东明，周伟伟，揭琳锋，郭振江，庄钰飞

（扬州工业职业技术学院交通工程学院，江苏 扬州 225127）

1 智能汽车影像技术简介

智能汽车影像技术以光学成像系统为基础，并且以影像设备为辅助，对智能汽车应用提供了巨大帮助。20 世纪八九十年代，影像技术才开始在汽车中应用。随着汽车在人们生活中的普及率越来越高，人们对汽车影像技术的要求也随之提高，影像技术在智能汽车行业的应用也逐渐多样化。首先是倒车影像、行车记录仪、前置摄像头等最常见的汽车影像系统；其次是全景影像系统、智能路面识别系统、自动泊车系统等中高端配置的汽车影像系统；最后是车道偏离警告系统、车道保持系统、自动刹车系统等高级配置的汽车影像系统[1]。

2 智能汽车影像技术的应用

2.1 倒车影像技术的应用

倒车影像技术就是采用安装在汽车尾部的摄像头装置，驾驶员通过汽车内部的中控智能显示屏，大范围看清汽车尾部障碍物的技术。最主要的作用就是让驾驶员在倒车的时候可以通过中控智能显示屏看到汽车尾部一定范围之内的情况，避免倒车的时候驾驶员由于视线无法看到汽车尾部的情况而导致剐蹭或其他意外的发生[2]，让驾驶员在更安全、更便捷的环境下进行倒车。

倒车影像技术一般使用90°的摄像头，不排除某些高端品牌车系使用360°全景环视技术。所谓360°全景环视技术，就是在汽车车身上安装4 个150°～180°的广角摄像头，使得驾驶员可以在中控智能显示屏上随时随刻看清汽车周围的情况。汽车的盲区死角等困扰人们多年的问题得以彻底解决，给驾驶员日常行车和倒车带来更大的便利。因此，现在倒车影像技术广泛应用于各类汽车，发展日益成熟。然而，其自身发展过程中也存在一些问题。

1） 中控智能显示屏上的物体会产生变形。由于倒车影像技术为了方便驾驶员在倒车的时候有更好的视野，一般会在汽车尾部的保险杠上安装广角摄像头，因此中控智能显示屏上的物体会有一定的变形，直接导致驾驶员面对中控智能显示屏时无法准确判断物体距离的远近，进而导致事故的发生。

2） 摄像头易被异物遮掩。假如摄像头附近有异物，比如泥土、灰尘或雨水，就会影响倒车影像技术对地面情况的探测结果。驾驶员就无法从中控智能显示屏上看到汽车尾部周围的情况。

3） 摄像头像素普遍较低。目前倒车影像技术大都采用电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD） 和互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS） 两种感光元器件。相对于CMOS 而言，CCD 成像质量较好，但是CCD 制作工艺更复杂，制作成本更高，因此现在大部分的汽车还是采用CMOS 的感光元器件。由于倒车影像技术所使用的是外置式摄像头，面对恶劣的环境，中控智能显示屏上的画面会模糊不清，驾驶员在倒车的时候发生意外的可能性将会大大上升。

4） 驾驶员难免顾此失彼。由于采用中控智能显示屏显示汽车尾部的路面情况，因此驾驶员在使用倒车影像技术的时候大部分注意力都集中在中控智能显示屏上，这也就意味着驾驶员可能会忽视汽车左右两侧的情况，也许倒车的时候仅保证了汽车尾部的安全，而汽车左右两侧却因为障碍物的阻挡变得面目全非了。

2.2 行车记录仪的应用

行车记录仪学名为汽车用事件数据记录仪（Event Data Recorder，EDR），俗称汽车黑匣子，见图1。行车记录仪其实就是一部车载前置摄像机，用视频影像资料来记录汽车行驶过程中的状况。行车记录仪的前置摄像机和普通的车载摄像头有所不同，由3 个部分组成：主机、车速传感器和数据分析软件。行车记录仪的主机包括微处理器、存储器、时钟、显示屏、按键和传输装置等设备。

图1 行车记录仪

由于汽车行车记录仪能够真实有效地记录交通事故过程中驾驶员的操作情况，既可以作为交通事故发生后的调查依据，又可以作为监督驾驶员是否有违规操作的重要手段[3]。因此，汽车上安装行车记录仪大大提高了驾驶员在行车时候的安全责任意识，进而大幅度降低了交通事故发生的概率。

根据国际上多家知名公司在使用汽车行车记录仪前后交通事故发生的概率统计情况表明，汽车行车记录仪安装后交通事故发生的概率较安装前降低了34%～53%。汽车行车记录仪在世界上很多国家都迅速发展，越来越多的国家在汽车上大量使用，甚至还有一些国家把它作为汽车上的标准配置。

行车记录仪的发展经历了漫长的时间，从一开始的单向镜头，到现在的双向镜头；从一开始只能录制汽车前方，到汽车前后都能录制，再到现在能360°环视汽车四周；摄像头像素也从一开始较低的10万像素，上升到现在的500万像素。汽车行车记录仪最大的改变就是在单一的影像录制功能中整合了智能导航仪、车载网络、语音助手等功能。

2.3 影像技术在智能路面识别系统中的应用

倒车影像技术和行车记录仪都是生活中最常见、最直观的汽车影像技术应用。另外，在汽车上还存在一些其他的影像技术再开发利用的应用，比如自动巡航、智能路面识别、自动刹车等。智能路面识别系统的工作原理是先利用超声波或者雷达进行实时测距，计算出自己的汽车与前后左右车辆的位置距离[4]；再根据车身上的摄像头所拍摄周围的图像，结合所测得的距离，在中控智能显示屏上按照一定的模拟缩放比例，呈现出当时的路面情况。图2 为智能路面识别系统的工作原理示意图。

图2 智能路面识别系统的工作原理示意图

现在很多城市公共汽车上都安装了智能路面识别系统，的确大大降低了公共汽车的交通事故发生率。驾驶员可以更加集中注意力，尤其是在交通拥堵的路段。未来智能路面识别系统会以更成熟，更完善的形态出现在各类汽车上。

2.4 影像技术在自动刹车系统中的应用

自动刹车系统的工作原理和智能路面识别系统的工作原理很相似，仅比智能路面识别系统多了一个光学识别成像环节。由于超声波或者雷达测距系统灵敏度太高，很有可能接收到反射回来的错误信号，会导致自动刹车系统误认为汽车周围有很多存在威胁的物体，从而干扰汽车的正常行驶，因此现在汽车上安装的自动刹车系统一般都采用双重保险，即光学识别成像和雷达测距[5]。这样的话，不仅可以测算前方目标物体的距离，还可以利用光学识别成像的工作原理来确定物体是否存在威胁。由于目前自动刹车系统的造价成本较高，因此一般都安装在高级配置或者顶级配置的汽车上，未来自动刹车系统会普及到亲民车的行列。第61 页图3 为自动刹车系统障碍物识别的工作原理示意图。

2.5 影像技术在车道偏离警告系统中的应用

车道偏离警告系统的基础是光学识别原理。由于汽车设计制造出来的时候就存在着车道偏移率，因此汽车每行驶一段路程，轮胎行驶轨迹就会存在一定的误差。车道偏离警告系统利用摄像头拍摄汽车前部画面，光学传感器接收光学信号，再传递给电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU），结合汽车本身的行驶方向分析出汽车是否已经偏离车道[6]。如果汽车在路面上发生偏离，系统就会向驾驶员发出警报信号。

图3 自动刹车系统障碍物识别的工作原理示意图

2.6 影像技术在车道保持系统中的应用

车道保持系统和车道偏离警告系统的各方面都很相近，但是它们之间又存在着些许差异。车道保持系统是在车道偏离警告系统确定汽车偏离正常行驶的车道后，与汽车方向控制系统联系起来，改变偏离的方向，回到正常的方向上面[7]。因此，车道保持系统与车道偏离警告系统是紧密相连的。由于现在这两个系统的技术研究还不成熟，因此尚未在汽车上大面积推广。

2.7 影像技术在自动泊车系统中的应用

自动泊车系统是集各类影像技术于一体的综合型应用。与倒车影像技术相比，自动泊车系统更先进。自动泊车系统以雷达测距为主，摄像图片为辅，很好地保证了准确合适的停车位置[8]。现在已经有很多汽车上装载了自动泊车系统，未来自动泊车系统会在更多汽车上普及。图4 为自动泊车系统的工作过程示意图。

图4 自动泊车系统的工作过程示意图

3 智能汽车影像技术未来的发展趋势

3.1 倒车影像技术未来的发展趋势

随着科技水平的不断提高，倒车影像技术会在不久的将来发生日新月异的变化。

1） 汽车倒车影像技术所使用的摄像头像素将会提高。现在汽车上的摄像头大多只有30万像素，相信在不久以后汽车上的摄像头会像手机上的摄像头一样可以拍出清晰的图像。驾驶员就可以通过中控智能显示屏清清楚楚地看到汽车周围的情况了。

2） 中控智能显示屏能够显示路面上的立体物体，避免因使用广角摄像头而在中控智能显示屏上出现平面物体变形。驾驶员就能通过中控智能显示屏进行智能测距了[9]。

3） 驾驶员可以用遥控器或者语音功能直接操控汽车按照自己的意图行车或者倒车。如果实现了这一操作，驾驶员无需在驾驶室内进行操作，汽车倒车影像技术也得到质的飞跃。

3.2 行车记录仪未来的发展趋势

随着科学技术的不断发展，未来汽车行车记录仪的质量会越来越好，功能会越来越多，竞争也会更加激烈，更多前沿的高端技术也会在汽车行车记录仪上得以应用。

1） 由于摄像头像素提高，屏幕图像将会更加清晰。随着科研人员对未来智能汽车的不断研究，汽车行车记录仪将会成为未来汽车的标准配置，不仅可以录制影像、语音识别、智能导航等，还可以感知环境和辅助驾驶。

2） 具有卫星定位技术。卫星定位技术的基本工作原理是将围绕地球高速运转的人造卫星连续向地球表面发射无线电信号，卫星在地球的终端接收信号用来确定目标的精准定位。利用卫星定位技术，在汽车上安装卫星定位终端之后，就能获取汽车所在位置的地理信息，这与许多影视剧中警察用来追捕逃犯的情景很像。出于社会治安和交通运输对汽车行驶位置管理的需要，卫星定位技术将会逐步整合到汽车行车记录仪之中。

3） 具有卫星移动通信技术。由于现在需要对汽车及驾驶员进行实时监控，未来大多数具备卫星定位技术的汽车行车记录仪也会同时配备卫星移动通信技术。以前国际上的卫星移动通信技术主流形式是美国主导的全球定位系统（Global Positioning System，GPS） 通信，现在中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite System，BDS） 也逐步走向世界潮流[10]。具备卫星定位技术和卫星移动通信技术的汽车行车记录仪，能与车辆控制中心进行实时通信，一方面，通过对汽车行车记录仪的数据交换，车辆控制中心可实现对汽车状况的监控调度；另一方面，通过对汽车行车记录仪数据的读取分析，车辆控制中心可实时监督驾驶员的驾驶行为。

4 结束语

本文以汽车影像技术为研究对象，介绍了各种影像技术在智能汽车上的应用。一是最常见的汽车影像技术（包括倒车影像技术和行车记录仪） 在智能汽车上的应用情况。二是中高端配置的汽车影像系统（包括智能路面识别系统、自动刹车系统、车道偏离警告系统、车道保持系统、自动泊车系统等） 在智能汽车上的应用情况。三是倒车影像技术和行车记录仪在未来智能汽车上的发展趋势。汽车影像技术已经成为未来智能汽车发展的必经之路。现在最火爆的无人驾驶技术的基础就是利用汽车影像技术和测距技术了解车辆周围情况，非常需要汽车影像技术辅助。未来智能汽车必将使用数量更多、技术更成熟的影像技术。