行车安全辅助警示记录系统CADAS

研究动机与介绍

随着工业的进步，行车安全以及车辆防盗的问题已摆在世界人民面前。根据报导[1]，中国每年超过11万人死于车祸，大部分的事故皆由人为因素引起，而疲劳与分心则是主要的原因。虽然瞌睡侦测、脑电波等相关研究都致力于提醒驾驶员，但是其效果并非相当令人满意；加上系统的反应时间以及系统成本因素，无法全面普及。

除了行驶安全的问题让人担忧之外，车辆本身的防盗装置亦使人烦心。根据资料显示[2]，中国每年有超过7.2万辆汽车失窃，平均每7分钟就有一辆汽车遭窃，即使目前的车辆在出厂时都配备防盗锁，且使用者自己也会加装防盗窃装置，但是效果并不显著，目前监控系统最多做到传送文字短信至使用者手机作为提醒，但是无法将实时监控的影像连续不断地传送出来，这样就很容易产生误报的情形，如果只是大卡车经过了你的爱车旁边产生震动而触发，使用者也必须要赶紧回到车辆附近，这样太浪费时间与人力。

近年来，搭配CCD摄像机发展的高效率图像处理技术正蓬勃发展。主要原因在于软件撰写的弹性、CCD摄像机架设的弹性、CCD摄像机所撷取资料的多元化以及成本不高等优势。以汽车安全辅助配备来看，超音波雷达在过去的汽车安全防护上广泛运用。但是，有效距离有限，只能在驾驶员倒车时给予距离信息的参考。图像的应用其实也有，不过目前仅仅局限于图像监视的功能上，例如倒车图像显示等。

我们认为，图像处理系统可以提供更高的智能，足以协助一般使用者在车辆行驶中的安全防护工作。除此之外，我们也希望能够提供警方或者租贷车辆厂商能够利用车辆中实时记录的资料来有效还原事故现场，理清肇事责任。甚至，我们还期盼能在车辆停放后，让使用者能利用手机随时随地监控到车内情况，提供给使用者一个更安心的图像式防盗系统。

研究方法

因此，我们开发出一个系统—CADAS (CSSP. Advanced Driver Safety Assist System)，利用图像技术，侦测车辆前方道路信息，估算车辆目前在所行驶的车道上的位置而判断车辆目前是否处于危险的状态；更进一步，我们在车后方架设另一台摄像机，将取得的图像信息送入同一套系统中，且采用同一套算法，利用已经侦测出来的车道线信息将前方车辆及后车辆的相对位置一并处理，提高系统危险警示的稳定度。

在车辆行驶影像纪录器方面，目前市面上的车辆行驶记录器均是以类似飞机黑盒子的方式设计，若不幸发生事故，还得等待黑盒子内的记录资料译码才能有机会理清，且因为记录信息过少，往往无法正确还原事故现场。CADAS希望能利用H.264实时压缩技术，将事故发生状况精确记录，提供给警方作为辅助。

我们还有一个想法，将传统的汽车监控系统和具备行动网络功能的嵌入式系统做紧密结合，做为车辆电子产业的先锋。这一步对于汽车监控领域会是一个令人惊讶的跃进，因为市面上所有类似的系统都没有具备传输影像的功能。我们将庞大的有线网络监控主机加以改善提升进化，移植到轻薄短小的无线网络嵌入式单板上。除了基本的定位追踪、防盗警示功能之外，还加入了图像的支持。影像传输的方式除了透过IEEE 802.11x无线网络之外，更重要的是可以利用3G/无线传输，不分时空地保护使用者的爱车。

如图1所示，CADAS是结合两片TI的DSP实验板而成。一片为TI DM642，负责实时快速计算前后车道线以及车辆侦测算法，并将侦测结果透过Zigbee无线传输至另一片实验板作警示用。而另一片实验板则是采用TI OMAP 5912，本片实验板最大的特色就是结合ARM以及DSP在一颗IC上，让我们可以利用ARM强大的控制功能，结合OS来驱动所有的外围设备来符合我们所需要的功能。在OMAP 5912上，我们将Embedded Linux成功植入，并透过相对应的Driver，使得USB Camera、Wireless LAN Module、Touch Panel、GPRS Module、GPS Module与Zigbee可以在OS的掌控之下，成功地工作并互相配合，达到我们所期盼的要求。

图1 系统整体图

系统功能及创新

CADAS结合了这些外围，成功实现了以下几项创新功能：

独特的前后方车道线以及车辆侦测

我们将特别针对DSP所设计的算法实现在DM642上，藉由程序撰写以及搭配硬件平台的内存、EDMA管理最佳化，让此套复杂的算法能够在单颗DSP上达到30fps的效能，可以实时撷取前后双方的影像并判别车辆是否偏离车道，以及是否与其它车辆距离过近，进而提出警告。在车道线侦测的部分，我们在各种不同的道路情况下，包含晴天、阴天、雨天以及夜晚，都能够成功的侦测出车道线以及车辆的信息，在稳定度及可靠性上都是一大突破。