基于ViCANdo 的ADAS 摄像头安装高度研究

2021-11-08吴方义刘卫东王爱春黄少堂

汽车电器 2021年10期

吴方义，刘卫东，王爱春，黄少堂

（江铃汽车股份有限公司，江西南昌 330001）

随着汽车保有量的不断提高和公路运输行业的发展，交通事故发生的频率次数也不断上升。针对当前的形势，我国相继发布了相关法规，对商用车智能驾驶辅助系统的配备做出了强制规定，以在政策层面推动主动安全系统在商用车领域的量产落地。乘用车方面，伴随汽车四化的发展，汽车智能化也得到了空前发展，驾驶辅助功能的配置率逐渐增高。而目前多数的ADAS传感器的算法都是基于乘用车进行训练开发，针对不同的车型，传感器的布置位置和方式大相径庭，势必影响传感器的感知能力。本文将研究一款乘用车摄像头在轻型商用车上的功能性能差异。

1 驾驶辅助系统组成

1.1 驾驶辅助系统原理

汽车驾驶辅助系统的构成和系统原理如图1所示，主要由感知、决策、控制模块组成。目前，感知模块主要由毫米波雷达、摄像头、360°环视系统、超声波雷达，能实现自动泊车（APA）、自适应巡航（ACC）、紧急制动（AEB）、盲区监测（BSD）、车道保持辅助（LKA）、交通拥堵辅助（TJA）等功能，而更高级别的自动驾驶还有激光雷达。车载传感器感知前方道路上障碍物、车道线、交通标志、行人等信息。前向ADAS功能主要是使用摄像头和毫米波雷达获取前方目标相对距离、相对速度，通过决策与控制实现自适应巡航、紧急制动、交通拥堵辅助功能。摄像头还可识别前方道路车道线，计算车辆与车道线的相对位置和车道线的曲率半径，结合车辆的底盘转向特性，实现LKA功能。可以看出单摄像头可以实现L2级智能驾驶的所有功能，是性价比最高的传感器，如表1是不同传感器的性能对比。

图1 智能驾驶系统组成

表1 智能驾驶感知传感器性能对比

1.2 摄像头目标识别原理与布置问题

摄像头和摄像头后处理芯片端原理如图2所示。摄像头的光感原件识别外界图像信息并转化为电信号，根据编码协议编码图像信号，通过低电压差分信号（LVDS）传输方式将图像传输至图像处理芯片（ECU），经过图像信号品质处理后，再传递至图像处理单元（GPU），利用深度学习或机器学习算法识别图像中不同层次目标（道路、行人、车辆、障碍物）。目标识别效果依赖于深度学习的样本的类型和数量，因此深度学习目标识别的样本需要不断迭代和更新，不同的学习样本会产生不同的视觉效果，这也是摄像头高度会影响ADAS功能性能的根本原因。

图2 智能驾驶摄像头目标识别原理

如图3和图4所示，不同摄像头安装高度下，其成像差异较大，这就好比人的眼睛，在不同高度和视角对同一物体的认知是不一样的。所以不同的摄像头高度，对目标识别是有较大影响的，需要测试其性能是否能满足相关要求。如果不能满足就需要对特定的高度做针对性的图像识别算法调整，以提高目标识别的准确率。特别是对于“商乘并举”的车企来说，车型差异较大，一款摄像头需要适配多种车型，需要对不同高度下的摄像头性能进行验证，才能确保产品的稳定性。下面将以某款轻型商用车摄像头安装高度的验证，来研究一款摄像头适配不同车型安装高度的差异性。

图3 摄像头安装高度1.5m时车辆/车道线成像

图4 摄像头安装高度2.1m时车辆/车道线成像

2 测试方法

2.1 测试目的

测试摄像头安装高度分别在1.50m、2.1m和2.4m下的FCW、LDW功能的性能对比。

2.2 测试步骤

1）参考国标GB/T 26773，分别测试偏移车速为0.3m/s、0.5m/s时的LDW报警时刻车辆前轮相对于车道线位置。单次报警测试，最早报警线应小于0.75m （车道线内侧）；最晚报警线为车道线外沿之外0.3m （乘用车）或1m （商用车）。

2）分别测试纵向车速30km/h、40km/h、70km/h、80km/h时的FCW功能中摄像头的识别偏差；TTC报警阈值，参考国标GB∕T 33577，TTC不大于4s即可，但本次测试使用了如表2推荐的报警经验值。

表2 智能驾驶感知传感器性能对比

3 实车测试

验证测试以某款轻型商用车（配备前碰撞预警功能和车道偏离预警功能）为例，进行摄像头安装高度对报警性能影响的研究。

3.1 测试设备搭建

如图5所示，测试设备以ViCANdo为核心，进行视频、数据、报警信息的同步采集以及结果输出。FCW的测试为场地内的测试，还会用到假车，图6为假车与ViCANdoLDW测试界面示意图。

图5 测试系统原理框图

图6 测试设备与ViCANdo测试界面示意图

3.2 实车测试结果

摄像头高度分别为2.4m/2.1m/1.5m时，测试记录LDW功能中摄像头识别到的车道偏离报警位置。如图7所示，图中灰色区域代表实际车道线，宽度为0.15m；数据点位置为实际偏移报警时刻车辆位置；横坐标表示距车道线边缘实际距离；纵轴坐标无实际物理意义，只代表报警时刻先后。3种摄像头高度分别选取20组偏移数据，各组偏移车速为0.3m/s。图8是偏移车速为0.5m/s，测试记录LDW功能中摄像头识别到的车道偏离报警位置。从测试结果可知，不同高度摄像头安装位置的TLC告警时刻满足上述LDW通过准则，但摄像头高度越低，报警点更接近车道线，即报警准确率更高，更及时有效提醒驾驶员车偏离车道。然后偏移车速越大，摄像头高度对识别偏差的影响越明显。

图7 偏移车速为0.3m/s时LDW报警点

图8 偏移车速为0.5m/s时LDW报警点

摄像头高度为1.2m和分别将摄像头高度修改为2.4m/2.1m/1.5m时，测试记录FCW功能触发时的时刻。如图9～图12所示，分别为本车车速为30km/h、40km/h、70km/h和80km/h时，记录的FCW功能触发时刻，横坐标表示碰撞时间TTC，纵轴坐标无实际物理意义，垂直于x轴的直线分别代表上述两级报警TTC阈值，各种摄像头高度分别选取10组数据。从测试结果可知，不同高度摄像头安装位置的TTC误差约-8%～13%，各个工况下，不同高度，一级报警TTC误差较大，对距离识别的误差也越大，在车速高的情况下更加明显，说明摄像头高度的不同对远距离的识别影响较大。