根據(jù)J.D. Power and Associates的最新研究，38%的汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)者將新技術(shù)看作新汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)決定的關(guān)鍵。另一項(xiàng)由德勤咨詢(xún)公司(Deloitte Consulting LLP)在2014年1月所做的調(diào)查顯示，61%在1982至2002年出生，被稱(chēng)為Y世代的人計(jì)劃購(gòu)買(mǎi)高科技汽車(chē)。Deloitte Consulting LLP負(fù)責(zé)人Masa Hasegawa在由德勤發(fā)布的報(bào)告中表示：“雖然Y世代可能不一定會(huì)細(xì)看馬力、加速時(shí)間或引擎大小等指標(biāo)，但他們有著清晰的需求、需要和渴望，尤其是汽車(chē)在路上也希望保持與他們所有的生活方式連接。Y世代消費(fèi)者還全面需要安全科技，尤其是能夠降低分心駕駛風(fēng)險(xiǎn)的功能。”隨著消費(fèi)者轉(zhuǎn)向更好的人車(chē)互動(dòng)體驗(yàn)和安全駕駛，市場(chǎng)需求要求他們采用與智能手機(jī)相同的速度和創(chuàng)新來(lái)適應(yīng)新技術(shù)，這對(duì)汽車(chē)制造商造成了很大壓力，但也可以為他們的汽車(chē)品牌提供差異化。消費(fèi)者想要更好的車(chē)載體驗(yàn)與互動(dòng)性，并期望用戶(hù)界面更加自然和直觀(guān)。為實(shí)現(xiàn)更好的安全功能，消費(fèi)者希望使用安全自動(dòng)化來(lái)幫助他們避免或緩減任何潛在的事故。

　　安全性與娛樂(lè)性為未來(lái)汽車(chē)應(yīng)用鋪路

　　通常，創(chuàng)新功能首先在高端汽車(chē)上作為選項(xiàng)推出，隨著成本下降、認(rèn)知度增加和需求增長(zhǎng)而最終大量用在主流汽車(chē)上。汽車(chē)技術(shù)創(chuàng)新的核心是安全性，雖然某些創(chuàng)新僅僅只是為了方便。今天，許多主動(dòng)安全系統(tǒng)包含了廣泛的多學(xué)科領(lǐng)域和技術(shù)，比如行人檢測(cè)攝像頭、距離測(cè)定雷達(dá)、路徑規(guī)劃和車(chē)對(duì)車(chē)無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通訊。

　　視覺(jué)傳感技術(shù)

　　在轉(zhuǎn)向與倒車(chē)時(shí)提供查看車(chē)后的后視攝像頭系統(tǒng)現(xiàn)已成為主流。到2018年，美國(guó)擬強(qiáng)制要求汽車(chē)制造商在每一輛新車(chē)內(nèi)安裝后視攝像頭，制造商早在2014年開(kāi)始推出配備后視攝像頭系統(tǒng)的新汽車(chē)。目前的新趨勢(shì)是環(huán)視攝像頭系統(tǒng)，采用四到五個(gè)廣角攝像頭，安裝在汽車(chē)的前部、兩側(cè)和后部，提供360度鳥(niǎo)瞰視圖或前/后拆分視圖。某些更先進(jìn)的系統(tǒng)甚至可以提供盲點(diǎn)檢測(cè)和泊車(chē)輔助。

　　早在2005年，夜視攝像頭就已經(jīng)配置在奔馳S系列汽車(chē)中?，F(xiàn)在，E系列汽車(chē)也提供這項(xiàng)技術(shù)。通常，夜視攝像頭使用長(zhǎng)距離LED燈，使汽車(chē)前方的距離看的更遠(yuǎn)。當(dāng)前的夜視攝像頭還增加了行人檢測(cè)，當(dāng)行人或物體靠近車(chē)輛時(shí)，在監(jiān)視器或汽車(chē)擋風(fēng)玻璃顯示器(heads up display)上給駕駛員提供警告信息。

　　自動(dòng)遠(yuǎn)光車(chē)前燈(high-beam)控制是一項(xiàng)新的技術(shù)，使駕駛員能夠更好地看清道路彎道周?chē)８鶕?jù)公路損失數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)(Highway Loss Data Institute)的調(diào)查，通過(guò)使用自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)前大燈(adaptive headlights)，財(cái)產(chǎn)損失責(zé)任險(xiǎn)的索賠下降了10%。對(duì)于自動(dòng)調(diào)節(jié)車(chē)前大燈，攝像頭安裝在后視鏡上，當(dāng)車(chē)輛接近迎面而來(lái)的汽車(chē)，以及車(chē)輛在同一方向行駛中超車(chē)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，并解除遠(yuǎn)光燈。它可以在近光和遠(yuǎn)光間切換，但會(huì)基于迎面車(chē)輛的接近距離而逐漸增大或降低燈光分布。它還可在急轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)遠(yuǎn)光燈進(jìn)行調(diào)暗，然后當(dāng)轉(zhuǎn)彎完成后，假如沒(méi)有迎面車(chē)輛駛近時(shí)，重新啟用遠(yuǎn)光車(chē)前燈。其它創(chuàng)新的車(chē)輛安全特性包括自適應(yīng)巡航控制、前部碰撞警報(bào)系統(tǒng)、自動(dòng)緊急制動(dòng);行人檢測(cè)和車(chē)道偏離報(bào)警也越來(lái)越普及。這些特性使用攝像頭或攝像頭加雷達(dá)/激光雷達(dá)(Lidar)來(lái)監(jiān)測(cè)道路/危險(xiǎn)狀況，甚至有時(shí)輔助駕駛員來(lái)自動(dòng)剎車(chē)，以使撞車(chē)影響降到最低。因此，自動(dòng)緊急剎車(chē)(Autonomous Emergency Braking，AEB)系統(tǒng)在新汽車(chē)中日益普及。

　　在汽車(chē)技術(shù)中駕駛員監(jiān)控是最新的應(yīng)用，其不斷評(píng)估駕駛員適合駕駛的能力。在駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)中，使用攝像頭來(lái)檢測(cè)瞌睡的駕駛員，并當(dāng)認(rèn)為駕駛員疲勞或不清醒時(shí)發(fā)出視覺(jué)或聲音警告。駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)需要考慮的其它因素還包括車(chē)速、道路狀況、加速和減速模式。

　　在不久的將來(lái)即可應(yīng)用到車(chē)輛上的最新基于視覺(jué)的技術(shù)就是用于人車(chē)(human-car)界面的手勢(shì)識(shí)別、后視鏡/側(cè)視鏡替代方案和安全氣囊配置。在手勢(shì)控制中，駕駛員可以與信息娛樂(lè)中心或控制面板相連接，無(wú)需觸摸任何旋鈕或顯示器。這些功能是非常有用的，通過(guò)平視顯示器(heads up display)將部分儀表盤(pán)投射到駕駛員前方的擋風(fēng)玻璃上。對(duì)于后視鏡或側(cè)視鏡替代方案，可使用攝像頭在汽車(chē)顯示器上實(shí)時(shí)顯示后方或側(cè)方的狀況。至于安全氣囊配置，攝像頭可以檢測(cè)方向盤(pán)后駕駛員的準(zhǔn)確位置，因而萬(wàn)一發(fā)生碰撞，安全氣囊可以精確配置來(lái)保護(hù)駕駛員的要害部位。

　　雷達(dá)感測(cè)技術(shù)

　　由于成本下降，雷達(dá)系統(tǒng)正越來(lái)越多的應(yīng)用于汽車(chē)應(yīng)用中，尤其在短程和遠(yuǎn)程檢測(cè)和識(shí)別中更為明顯。遠(yuǎn)程雷達(dá)系統(tǒng)通常安裝在汽車(chē)的前部，用于前視應(yīng)用，比如自適應(yīng)巡航控制、制動(dòng)輔助和碰撞警報(bào)。奧迪(Audi) 的Pre Sense Front Plus是遠(yuǎn)程雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)例，設(shè)計(jì)用于幫助避免或緩減碰撞前方車(chē)輛后部的事故，無(wú)論前方車(chē)輛是移動(dòng)的還是靜止的。短程雷達(dá)系統(tǒng)包括盲點(diǎn)檢測(cè)、側(cè)碰警報(bào)、兩側(cè)來(lái)車(chē)警告系統(tǒng)(cross-traffic alert)和車(chē)道變換支持?？巳R斯勒(Chrysler)的Cross Path Detection System包括外側(cè)視鏡中的視覺(jué)指示器。福特(Ford)的系統(tǒng)稱(chēng)為Cross Traffic Alert，它是外側(cè)視鏡報(bào)警指示器。

　　具有車(chē)到車(chē)和車(chē)到基礎(chǔ)設(shè)施的車(chē)聯(lián)網(wǎng)

　　近期的一個(gè)技術(shù)推動(dòng)是將無(wú)線(xiàn)連接增加到車(chē)輛中。優(yōu)勢(shì)之一是采用Wi-Fi和GPS信號(hào)組合，車(chē)輛可以與其他車(chē)輛或道路基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通訊。這方面的一個(gè)實(shí)例就是一列車(chē)輛中前面一部汽車(chē)開(kāi)始剎車(chē)，該車(chē)后的所有車(chē)輛接收到信號(hào)并相應(yīng)地修改速度和距離。在車(chē)輛對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施通訊實(shí)例中，汽車(chē)可以變成一個(gè)熱點(diǎn)并且用無(wú)線(xiàn)電接收任何基于位置的服務(wù)信息。車(chē)聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛(connected vehicles)還可以與自動(dòng)駕駛聯(lián)合工作。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)最近宣布，鑒于美國(guó)聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛具有“壓倒性安全效益”，他們正提議在這個(gè)十年內(nèi)強(qiáng)制在新汽車(chē)中使用某些技術(shù)。該公告給制造商發(fā)出了信號(hào)，就是車(chē)聯(lián)網(wǎng)的車(chē)輛代表了汽車(chē)安全的下一階段發(fā)展趨勢(shì)。

　　汽車(chē)攝像頭的關(guān)鍵作用

　　到目前為止，本文已經(jīng)探討了許多新的汽車(chē)技術(shù)。在所有這些技術(shù)中，基于視像的系統(tǒng)是最突出的。隨著攝像頭成本下降、攝像傳感器的性能改進(jìn)和智能視覺(jué)算法的發(fā)展的推動(dòng)，在不久的將來(lái)，至少八到十個(gè)攝像頭將在后視/環(huán)視和夜視攝像頭、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(advance driver assistance systems，ADAS)、視鏡替代和行車(chē)記錄儀、駕駛/車(chē)輛接口等應(yīng)用中使用。很快，類(lèi)似于手機(jī)，由于攝像頭可提供的安全性和便利，當(dāng)消費(fèi)者決定購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)時(shí)，攝像頭將成為汽車(chē)的關(guān)鍵差異化因素。根據(jù)行業(yè)調(diào)研，到2020年攝像頭出貨量將上升到超過(guò)2億部。汽車(chē)攝像頭應(yīng)用的關(guān)鍵增長(zhǎng)因素將會(huì)是ADAS，2014年歐洲NCAP安全要求開(kāi)始推動(dòng)這項(xiàng)要求，并且從2018年開(kāi)始，美國(guó)將強(qiáng)制實(shí)施后視(review-view)攝像頭。另外在預(yù)測(cè)期間，環(huán)視攝像頭應(yīng)用和停車(chē)輔助還將快速增長(zhǎng)。

　　圖像傳感器使汽車(chē)視像應(yīng)用無(wú)所不在

　　與手機(jī)攝像頭不同，汽車(chē)攝像頭的要求更嚴(yán)格，尤其在低照下的性能、動(dòng)態(tài)范圍、紅外(near infrared，NIR)敏感性、在攝氏-40到+105℃寬溫度范圍下的圖像質(zhì)量、長(zhǎng)期可靠性、圖像數(shù)據(jù)完整性和穩(wěn)健性等方面。另外，所有發(fā)往汽車(chē)應(yīng)用的圖像傳感器都要求符合AEC-Q100以及在ISO/TS 16949認(rèn)證的設(shè)施中生產(chǎn)。在廣泛的質(zhì)量/可靠性性能方面沒(méi)有大量的研發(fā)和投入，就難以為汽車(chē)視像系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造圖像傳感器。隨著安全應(yīng)用中智能的增加，比如ADAS，圖像傳感器的性能也需要相應(yīng)地提高。以下是在圖像傳感器技術(shù)方面的某些關(guān)鍵進(jìn)展，可滿(mǎn)足當(dāng)前和未來(lái)汽車(chē)視像系統(tǒng)的需求。圖1還說(shuō)明了圖像品質(zhì)的重要性。

　　低照度功能

　　對(duì)于汽車(chē)應(yīng)用來(lái)說(shuō)低照度下的性能非常重要。例如，在后視攝像頭中，有時(shí)僅有的光源來(lái)自汽車(chē)的倒車(chē)燈。為了看到21米長(zhǎng)(70英尺)和6米寬(20英尺)的汽車(chē)后部區(qū)域，需要安裝具有非常好圖像傳感器的攝像頭，以便在低于1 lux的環(huán)境中進(jìn)行查看。

　　動(dòng)態(tài)范圍

　　在實(shí)際駕駛情況下，常常會(huì)遭遇很有挑戰(zhàn)性的高反差背光條件。如果有太亮的光，部分圖像可能發(fā)白或出現(xiàn)斑點(diǎn)。更糟的是，如果場(chǎng)景既有非常明亮的區(qū)域，也有非常暗的區(qū)域，普通攝像頭將很難準(zhǔn)確地捕捉整個(gè)場(chǎng)景。其結(jié)果是，這樣的極端情況需要攝像頭在超過(guò)100dB的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)工作。沒(méi)有高動(dòng)態(tài)范圍(high dynamic range，HDR)，交通標(biāo)志識(shí)別、物體檢測(cè)等等ADAS應(yīng)用中的準(zhǔn)確性將會(huì)變差。為實(shí)現(xiàn)HDR攝像頭，圖像傳感器需要特殊的曝光技術(shù)來(lái)增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍，以便捕捉非常亮和非常暗的部分場(chǎng)景。

　　NIR敏感性

　　駕駛員監(jiān)控、手勢(shì)控制和夜視等新興應(yīng)用需要非常高的近紅外光敏感性，因?yàn)榇祟?lèi)應(yīng)用需要850至940nm 的近紅外(NIR)光來(lái)照亮場(chǎng)景或?qū)崿F(xiàn)3D傳感工作。近紅外光是一種結(jié)構(gòu)光模式，非常靈敏的NIR成像儀可以感測(cè)此類(lèi)信息并傳送微點(diǎn)(micro dots)信息來(lái)進(jìn)行編譯處理。普通的傳感器通常無(wú)法獲取任何940nm的NIR光。

　　汽車(chē)技術(shù)的未來(lái)

　　隨著ADAS和后視/環(huán)視攝像頭的發(fā)展，汽車(chē)正變得越來(lái)越智能和越來(lái)越安全。CMOS圖像傳感器的性能將成為準(zhǔn)確捕捉不同環(huán)境條件下場(chǎng)景的關(guān)鍵因素。如果無(wú)法正確地捕捉場(chǎng)景信息，系統(tǒng)下游的其余部分可能影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因而會(huì)形成錯(cuò)誤的決定。在系統(tǒng)采集和處理鏈的開(kāi)始階段，基于視覺(jué)解決方案的CMOS圖像傳感器提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)作為開(kāi)始是極其重要的。隨著ADAS系統(tǒng)變得更先進(jìn)，它將為朝向自動(dòng)駕駛(Autonomous Vehicles)趨勢(shì)發(fā)展做好準(zhǔn)備。通過(guò)結(jié)合汽車(chē)對(duì)汽車(chē)(vehicle-to-vehicle)和汽車(chē)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施(vehicle-to-infrastructure)的連接，自動(dòng)駕駛是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的下一件大事。許多行業(yè)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，自動(dòng)駕駛將從2025年開(kāi)始在大眾市場(chǎng)應(yīng)用中成為現(xiàn)實(shí)。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(National Highway Transportation Safety Administration，NHTSA)正在考慮設(shè)置自動(dòng)駕駛專(zhuān)用車(chē)道，自動(dòng)駕駛將成為未來(lái)歲月里的顛覆性技術(shù)。關(guān)于如何加快自動(dòng)駕駛技術(shù)的大量應(yīng)用，基于CMOS圖像傳感器的視覺(jué)系統(tǒng)將成為使之發(fā)生的關(guān)鍵因素。政府和汽車(chē)制造商正在為未來(lái)無(wú)駕駛員汽車(chē)應(yīng)用而努力推動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，自動(dòng)駕駛汽車(chē)將會(huì)成為汽車(chē)誕生以來(lái)最偉大的交通業(yè)發(fā)展進(jìn)步。

　　(本文作者現(xiàn)任Aptina公司高級(jí)業(yè)務(wù)拓展和技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理)