先進駕駛輔助系統的多樣性視覺偵測與辨識技術

Versatile visual detection and recognition techniques for

advanced driver assistance systems

先進駕駛輔助系統 (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) 也稱為先進安全車輛 (Advanced Safety Vehicle, ASV),其視覺偵測技術的意義是在車上安裝電腦視覺偵測與辨識系統;在車輛行駛中連續拍攝影像,再以影像處理電腦視覺、及圖形識別等技術偵測、分析路面、路邊、其他行進中車輛、行人、及駕駛人本身等靜態/動態資訊,提供道路狀況行車狀況駕駛精神狀態駕駛行為行人、及外物動向等資訊給駕駛人,提醒駕駛人注意,以提高行車安全。

視覺偵測與辨識系統具有多樣性應用、經濟、及使用彈性的優點。 1988 年起我們就從事電腦視覺相關的技術研究;2001 年起,我們將研究重心移到先進駕駛輔助系統的視覺偵測與辨識技術研究上。我們已發展的技術有:

  1. 車道偏離警示 (LDW)

  2. 前車碰撞警示 (FCW)

  3. 盲點範圍車輛偵測 (BSD, LCA)

  4行人碰撞警示 (PCW)

  5. 交通標誌/偵測與辨識 (TSSR)

  6全周俯瞰監視 (STM)

  7. 廣域全周俯瞰監視與偵測 (WSTD)     

  8影像式停車導引 (IPGA)

  9. 倒車碰撞警示 (RCW)

 10.影像式主動跟車偵測 (ISG)

 11.自動跟隨巡航 (AFN)

 12.昏睡狀態偵測 (DD)

 其他,配合 GPS 及電子地圖的彎路超速警示 (CSW)、車牌辨識 (LPR) ..

視覺偵測容易受到天候及環境因素的影響;所以技術研發的關鍵在於方法是否不受天候狀況 (晴、陰、雨、霧、暗) 的影響;是否在各式道路環境 (高速、快速、平面道路、巷弄、鄉間小道) 都可維持良好的偵測效果。考慮各種天候及環境因素對於視覺偵測的影響是我們技術發展上的一項特色。另外,面對多變的環境,總有偵測不良、系統不穩定、考慮不周的問題;要有優良的視覺偵測理論基礎才有能力改進。我們擁有 20 多年的正統 3D 電腦視覺理論基礎,讓我們有能力改善問題,這是我們的另一項技術特色。大部份上述系統都有經過三年的研發及改進,有的甚至長達七、八年的發展;因此部份系統已臻實用的階段,這是我們技術發展上的第三項特色。

 1. 車道偏離警示 (Lane Departure Warning)

目的:避免分心或昏睡偏出車道外與其他車道上的車輛或路旁障礙物碰撞。

特色可偵測各種車道線可適應各種天候狀況,不需相機外部參數校正,影像不需二值化,確實算出車道偏離距離達公分等級。

  

 

 2. 前車碰撞警示 (Forward Collision Warning)

目的:避免分心或昏睡沒注意到前方而與前方車輛或障礙物碰撞。

特色:只要一部相機就可偵測前車距離,能夠適應各種天候狀況 ,車輛偵測不受相機上下震動的影響,不需相機架設的上下俯角及左右偏轉角,可加入車輛追蹤技術協助前車穩定偵測。

  

 

 3. 盲點範圍車輛偵測 (Blind Spot Detection)

目的:在變換車道 (lane change) 時協助偵測左右車道上的來車,避免碰撞。

特色:結合動態與靜態資訊偵測,以避免假警報;能夠適應各種天候狀況的車輛偵測。

  

  

 4. 行人碰撞警示 (Pedestrian Collision Warning)

目的:即時偵測路上及路旁行人;最好也可以直接量測距離。可以採用立體視覺或單眼視覺技術偵測。

特色:以累積垂直邊強度擷取行人候選視窗,以分區的梯度方向分佈圖 (HOG) 描述行人各部位特徵,再以支援向量機 (SVM) 配合適應提升學習法 (AdaBoost) 確認行人。

   

 

 5. 交通標誌/偵測與辨識 (Traffic Sign / Signal Recognition)

目的:標誌偵測可同時偵測左右兩邊、亮度不足的標誌;號偵測可避免疏忽號誤闖紅燈,並可協助車隊管理及導航。

特色:以三維凸包演算法 (3D convex hull algorithm) 學習標誌色彩以偵測標誌,形狀及大小等幾何特徵確認誌,最後支援向量機 (SVM) 辨識標誌。

  

 

 6. 全周俯瞰監視 (Surrounding Top-view Monitoring)

目的:停車輔助與狹隘空間行車監視

特色:系統架構及功能完整,以 3D 透視投影轉換完成影像俯瞰轉換,影像重疊部份有做影像融合,有自動影像亮度一致化 (uniformity) 功能。

  

 

 7. 廣域全周俯瞰監視與偵測

      (Wide-scoped Surrounding Top-view Monitoring and Detection)     

目的:在停車、小路會車、行人機車擁擠路段、或高速行駛的情境下,若能全方位的監視己車與周邊車量或行人的相對位置、移動方向、及移動速度,即可避免大多數的碰撞。

特色:整合監視與偵測於一個系統,擴大監視與偵測範圍至半徑 20 多公尺,提供多樣性廣域監視功能。

 

 

 8. 影像式停車導引 (Image-based Parking Guiding Assistance)

目的:配合停車輔助系統,以既有的後視影像提供導引資訊輔助停車,不需加裝其他任何感測器。

特色:可與全周俯瞰監視系統相結合;只要一個後視相機即可提供導引線,不需在方向舵上加裝旋轉感測器 (steering sensor);根據阿克曼 (Ackermann) 行車幾何軌跡公式估計軌跡,精確可靠。

 

 

 9. 倒車碰撞警示  (Rear Collision Warning)

目的:提供車輛倒車時的後方監視功能,避免物件碰撞;可分辨真正障礙物,並可估計物件距離。

特色:可與影像式停車導引系統結合;使用自我移動 (ego-motion) 補償,可分辨真正障礙物,估計障礙物距離。

  

 

10. 影像式主動跟車偵測 (Image-based Stop-and-Go)

目的:在路口或壅擠路段的慢速行車,隨時偵測前車的走走停停狀態;以提醒駕駛人停止或啟動。

特色:不易受天候變化、地面標誌、雨刷擺動的影響,不易受車側移動物、夜間路燈、交通號誌、及其他車燈的影響。

  

 

11. 自動跟隨巡航  (Automatic Following Navigation)

目的:以多相機視覺 (multiple camera) 系統發展可跟隨前導者的電動慢速小車;例如,電動輪椅、電動搬運車)

特色:具備障礙物偵測功能,不受前導者轉彎的影響,可重現前導者的軌跡

  

 

12. 昏睡狀態偵測 (Drowsiness Detection)

目的:分析駕駛眼睛閉合時間,偵測駕駛是否疲勞或昏睡,以減少疲勞昏睡駕駛所帶來的危險。

特色:可偵測過暗、不均勻照度、及戴眼鏡的情況。

  

 

參與研究人員:

林君威、黃竫淳、徐震濤、周達華、郭予中、何祈磊、施承斈、牛建焜、

謝易軒、廖政權、蔡育程、江哲毅、楊善雯、蔡昀昇、王定謙、張鈞為、

陳威伸、楊沅智、吳欣倫、陳卓仁、曾建豪、陳致民、簡偉丞、李國煒、

郭志宏、陳克智、簡維皇、周恩鋒、吳怡君、藍易康、馬紹宗、林育正、

林彥翔、林盈宏、曹力仁、陳逸夫、林奇叡、李惠萍、林士銘、沈信良、

施翔文、黃宇辰、陳冠維、張光雄、劉旭仁、劉士誠