双眼胜过单目:大陆集团新推立体摄像机

2011-05-11 18:51:19来源: 盖世汽车网

  日前,大陆集团表示将推出新款立体摄像机(Stereo Camera),作为其ContiGuard®安全系统元件之一,用于汽车前向制动系统。

  前向制动系统-ContiGuard®安全功能主要用于在十字路口处降低人车相撞的风险及撞击后果。当前,以德国为例,十字路口碰撞事故大约占据所有导致严重人身伤害车祸的46.6%比例。

  大陆集团底盘及安全系统部被动安全与先进驾驶适应性系统ADAS(Advanced Driver Adaptive System)业务主管Andreas Brand博士表示,公司对于事故防范和阻止系统的定位并非局限于区分障碍物,同时还应该在各类危险的环境下发挥辅助作用,这意味着通过新途径时刻监控车辆周边显得格外必要。立体摄像机的出现类似车辆监控系统拥有双重“眼睛”,通过对比各个摄像头的照片差异,可从多维角度判断障碍物的类型,例如货车遗落在地的货物、行人、动物等,并获得障碍物的尺寸及距离等参数。

  倘若仅仅依赖单个摄像机,则很难凭借单一维度影像充分可靠地完成上述任务,同时还需要培训司机如何识别机动车和摩托车,并且识别类型局限于培训内容。

  Andreas Brand还指出,立体摄像机同时还能够关联到已经成熟应用的驾驶辅助系统,例如车道偏离警报系统(Lane Departure Warning)、交通信息识别装置(Traffic Sign Recognition)以及智能车头灯控制系统(Intelligent Headlamp Control)等。公司认为立体摄像机所显现的这种集成乃是中长期发展新潮流,未来将推广适用于从紧凑小型车到豪华车的所有车型。

  图1为大陆集团新开发的立体摄像机工作示意。立体摄像机能够可靠地识别穿越到马路中心的行人,并帮助车辆实施紧急制动。

图1:立体摄像机能够可靠地识别穿越到马路中心的行人

一套系统涵盖两套摄像机设备,进行完全图像分析

  提到大陆集团新开发的立体摄像机设备,首先介绍一下CMOS摄像机的概念。

  常见摄像机采用电荷耦合元件CCD(Charge-coupled Device)或者互补金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)制作传感器。实际上CMOS和CCD都并非真正用于处理图像感应的器件——该职责由P (正)型和N(负)型结合的“图像半导体”完成。CCD是把从图像半导体中出来的电子有组织地储存起来的方法,而CMOS实际上是将晶体管放在硅块上的技术,都与图像感应无关,之所以用来命名主要是为了区分。

  不过由于存储和处理技术的差异,两种传感器用于摄像机时,在感光度等性能方面有所差异。通常人眼能看到1Lux照度(满月的夜晚)以下的目标,CCD传感器通常能看到比人眼略好在0.1-3Lux,CMOS传感器的感光度一般在6到15Lux的范围内。CMOS传感器的固定图像噪音较CCD传感器高一个数量级,因此CCD传感器灵敏度更高,在摄像机领域应用更广。但CMOS传感器比较容易通过增大体积的方式弥补感光度的缺点,同时其速度优势明显,比CCD传感器要快10到100倍,尤其适合高帧摄像机应用。

  大陆集团此次开发的立体摄像机系统由两套高解析度CMOS单目摄像机(Mono-camera)组成,安装在风挡玻璃后侧,两套摄像装置彼此间隔约20厘米。通常一个单目摄像机只能估测距离,而立体摄像机系统则可以测量目标距离以及超出路面的高度,因此左右两条光学通道能够对比目标的观感差异。

  换而言之,立体摄像头的电子分析效果可以赋予立体观感(Spatial Vision),即两张图片之间的视差量变化(Parallax Shift)。在20-30米的中等距离上,立体摄像头侦测目标的精度误差在20-30厘米左右。

  甚至在条件不利或恶劣观测环境下,即便其他拍摄技术已经达到识别瓶颈,立体摄像机却依然可以保持高精度特性。例如:多个目标彼此靠近,难以侦测;目标只有部分被观测到;目标及背景之间对比度较低等情况。立体摄像机的光学路径对比能力主要来自于冗余信息,即对比两张图片上相同的部分,以提高数据的可靠性。此外,在傍晚等不利于观察的条件下,两条光学路径可以彼此支持,发挥更强的功能。

图2:大陆集团新型立体摄像机系统采用CMOS单目摄像机

6-D分析加强安全性能

  除了所侦测的目标的3-D立体方位信息之外,立体摄像机还为主动安全系统提供至关重要的补充信息。立体摄像机能够判断被识别目标的每一个像素沿三轴(水平、垂直、纵向)的移动方向。

  6-D识别功能使得目标的所在位置和移动方向明晰可辨。与建立在普通特征基础上的目标识别相比,立体摄像机的识别功能具有高度的决策可靠性;在司机未能及时应对目标刹车的前提下,立体摄像机甚至能够帮助车辆实施最高过载1 g的紧急制动。系统的精确度足以支持立体摄像机周密计算出碰撞的潜在相撞点位置,从而充分利用剩余时间采取防护措施。整个摄像机系统在全速度区域内均可发挥功能。

  另外一方面,在立体摄像机视场内,系统可判断是否存在成功实施规避动作的途径;其他的选择还包括发出碰撞警告等,同时如果判明无法及时规避,则可尽早确定实施自动刹车。该功能可在紧急制动中充分利用宝贵的数百毫秒时间,而如果没有这短短的一瞬,可能造成车辆持续刮擦乃至人员重伤。立体摄像机系统最大工作距离为60米,为制动系统实施前瞻性提供了良好的技术基础。

  大陆集团先进驾驶辅助系统开发业务主管Wilfried Mehr表示:“在未来,立体摄像机甚至可以用来侦测儿童在内横穿马路的小型目标,无论是行走、骑自行车哪种类型。我们开发的系统具有全面的目标识别侦测功能,这是前所未有的产品技术。”

 

 

关键字:大陆集团  立体摄像机  CMOS  CCD传感器

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0511/article_3697.html
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