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ON Semiconductor 放手的信心 – 圖像傳感器是ADAS和自動駕駛的關鍵

 2018-11-21

隨著先進駕駛輔助系統(ADAS)越來越先進,我們作為駕駛員,正面臨著挑戰將越來越多的控制和決策權交給汽車本身。這代表了信心的一個重大飛躍,盡管在最近的歷史中已証實機器在一些領域不會像人類那樣犯錯和做出錯誤判斷。

 

隨著深度投入開發半導體方案用於ADAS,安森美半導體處於有利地位,客觀地看待定義的汽車自動化程度的進展,包括ADAS邁向全自動駕駛,以及圖像傳感正發揮日益重要的作用。

 

圖像傳感技術的強固性以及檢查、平衡、標准和更多正實施的措施對於消除安全和可靠性顧慮至關重要。這將讓汽車制造商和最終消費者有信心“放手”方向盤,讓汽車自動駕駛。

 

想要保持控制我們所乘坐的車輛完全可理解,但從統計上說,這是我們所能做的最危險的事情之一。美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)對200多萬起交通事故進行了分析,發現94%的交通事故是駕駛員的過錯。其余6%由車輛、環境和“未知原因”平分。事實上,許多與車輛有關的事故可能是由於輪胎或剎車保養不善所致,而這最終是人未採取行動的結果。

 

深入研究更多的細節,幾乎四分之三的駕駛員引發的事故都是由於錯誤的決策或識別錯誤造成的。這些因素相當於約150萬起車禍。

 

當然,產生這些統計數據的汽車的自動化程度相對較低,即使與今天的車輛相比也是如此,因此人們可以說,這種分析已經過時了。然而,汽車最危險的一面仍然在於駕駛員。

 

雖然有些人可能會把邁向全自動駕駛視為一場革命,但這更是一場快速演變,伴隨不同階段。美國汽車工程師協會(SAE)定義並記錄了從完全依賴駕駛員的車輛到隻有乘客的無人駕駛有六個步驟。

 

SAE J3016中的每個階段顯示了車輛的關鍵功能是如何逐漸從駕駛員手中移到車輛及其系統的。今天許多車輛處於SAE一級,有些處於二級-盡管幾乎在所有情況下自動化都是可選的,駕駛員可選擇隨時返回到0級。

 

圖1:SAE J3016定義了邁向全自動駕駛的主要步驟和階段[SAE International版權所有]

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這個問題的真正症結有兩個方面。首先,能夠設計出比人類更能感知環境和做出決策的車輛系統。一旦能夠做到這一點,自動駕駛汽車就能實現對道路安全作出重大貢獻的主要目標。

 

第二個挑戰將是汽車制造商使公眾信服,這些現代車輛比由人駕駛的前輩更安全。這種意識從早期的採納者轉到懷疑論者將需要數年甚至一代人的時間。

 

對環境的有限感知已經存在於汽車上很多年了。現在很多汽車都有超聲波傳感器警告物體被接近,但它們隻能在低速停車或操縱汽車時才能工作。下一代設備基於24 GHz雷達技術和自動巡航控制技術,使車輛與前車保持最小距離。

 

雖然所有這些傳感器都提供了某種形式的環境感知,但其程度非常有限。一條從“檢測”到“機器視覺”的直接路徑是將視覺傳感器應用到車輛的ADAS系統中。我們已實現由多個圖像傳感器為ADAS系統提供實時信息以作決策。

 

結合精密的圖像處理算法和專用/優化的硬件,現代圖像傳感器能夠檢測和識別車輛路徑中或在軌道上移動進入其路徑的靜態物體和移動物體。

 

然而,由於ADAS系統和駕駛員越來越依賴圖像傳感器進行危險檢測,因此絕對可靠性的重要性增加了,從而增加了圖像傳感器制造商的風險。作為現代汽車設計中的安全至關重要的要素,視覺系統現在屬於乘用車安全標准ISO 26262的范圍。

 

ISO 26262通常被稱為“功能性安全”,與許多標准不同,它不是測試可靠性的手段,而是定義了一個完整的流程,確保設計工藝、制造和使用壽命變化控制的每個方面都將圖像傳感器的安全工作作為從概念到退出市場的每一步的主要標准。

 

鑒於現代圖像傳感器的高密度和復雜性,故障條件存在或發展的可能性相對較高。而有了這些知識,ISO 26262提供一個理想的框架來建立能夠自我管理故障條件的超安全視覺系統。

 

圖像傳感器的故障有多種形式,它們可能隻影響單個像素,或整行,或傳感器的一個區域。它們可能是模擬或數字的,固定的或動態的,可能有一系列的成因,包括部分器件故障、與電源有關的問題、噪聲甚或環境輻射。

 

ADAS系統所依賴的圖像傳感器包含硬件和算法,用於檢查已定義為ISO 26262流程一部分的故障條件。這意味著,當故障可能發生時,傳感器本身就能夠檢測和緩解這些故障,從而確保ADAS系統能夠信任它正在接收的信息。

簡單地說,現代汽車擁有能夠“自我修復”的“眼睛”。作為駕駛員,您對道路安全所能做出的最大貢獻就是信任正在實施的精密的、自我檢查的系統。相信放開方向盤-更安全!