تصور کنید در جاده ای پیچ درپیچ رانندگی می کنید، در حالی که چشمان شما تنها ابزار برای دید اطراف نیستند. مجموعه ای از حسگرهای هوشمند و دوربین های پیشرفته، هر لحظه اطراف خودرو را اسکن و خطرات احتمالی را پیش بینی می کنند و در صورت لزوم، وارد عمل می شوند. دوربین ها و سیستم های پیشرفته کمک راننده (ADAS) نه تنها خودروها را به چشمانی بینا مجهز کرده اند، بلکه سطح ایمنی و آسایش رانندگی را به طور چشمگیری ارتقا داده اند. از ترمزهای اضطراری خودکار که از برخورد جلوگیری می کنند، تا سیستم های تشخیص نقاط کور که دید راننده را گسترش می دهند.
دوربین ها به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم هایADAS ، نقش بسیار مهمی در جمع آوری اطلاعات و آگاهی از محیط اطراف خودرو ایفا می کنند. این دوربین ها با استفاده از الگوریتم های پردازش تصویر پیشرفته، قادر به تشخیص و شناسایی اشیاء مختلف مانند خودروهای دیگر، عابران پیاده، علائم راهنمایی و رانندگی و موانع موجود در مسیر هستند.
در اصل دوربین ها به عنوان حسگرهای اصلی، اطلاعات دقیقی از محیط اطراف خودرو جمع آوری کرده و سیستم های ADAS با تحلیل این داده ها، هشدارهای لازم را به راننده ارائه می دهند و در صورت لزوم، به طور خودکار وارد عمل می شوند. استفاده از دوربین ها و سیستم های ADAS به طور قابل توجهی در کاهش تصادفات رانندگی و تلفات جانی موثر است. این فناوری ها با ارائه هشدارهای به موقع، کنترل خودکار خودرو و کمک به راننده در شرایط اضطراری، می توانند از بروز بسیاری از حوادث جلوگیری کنند.
این دوربین ها با استفاده از یک لنز واحد، تصاویر محیط پیش رو را ثبت می کنند و عموماً در سیستم های ADAS سطح پایین تر مورد استفاده قرار می گیرند. در سیستم هشدار خروج از خط (LDW)، دوربین مونوکام با تحلیل تصاویر، خطوط جاده را شناسایی کرده و در صورت انحراف ناخواسته خودرو از مسیر، به راننده هشدار می دهد. این سیستم با تحلیل تضاد رنگی بین خطوط و آسفالت، خطوط را شناسایی می کند.
این دوربین ها با استفاده از دو لنز مجزا، امکان محاسبه عمق صحنه و فاصله اشیاء را فراهم می کنند. این دوربین ها در شناسایی اشیاء، تخمین فاصله و بازسازی سه بعدی محیط اطراف دقت بالاتری دارند و برای سیستم های پیچیده تر مانند کروز کنترل تطبیقی و جلوگیری از برخورد ایده آل هستند.
سیستم ترمز اضطراری خودکار (AEB) با بهره گیری از دوربین استریوکام، فاصله و سرعت خودروی جلویی را ارزیابی کرده و در صورت تشخیص احتمال برخورد، به طور خودکار ترمز می کند. تحقیقات نشان می دهند که AEB می تواند تا 38 درصد از تصادفات از عقب را کاهش دهد.
این سیستم ها با استفاده از چندین دوربین که در اطراف خودرو نصب شده اند، تصویری جامع از محیط پیرامونی خودرو ارائه می دهند. معمولا ترکیبی از 4 تا 6 دوربین (یکی جلو، یکی عقب، و دو یا چهار دوربین جانبی) هستند که با پردازش تصویر از این دوربین ها، یک نمای پانورامیک یا "دید از بالا" از اطراف خودرو ایجاد می شود که روی صفحه نمایش مرکزی نشان داده می شود.
سیستم کمک به پارک (PA) با استفاده از دوربین های 360 درجه، تصویری پانوراما از محیط اطراف خودرو را نمایش داده و به راننده در پارک کردن آسان تر و ایمن تر کمک می کند. PA می تواند استرس راننده در هنگام پارک کردن را به طور قابل توجهی کاهش دهد.
سیستم تشخیص عابر پیاده تسلا، یک نمونه برجسته از قابلیت های پیشرفته دوربین ها در ADAS است. این سیستم عمدتاً بر پایه بینایی ماشین (Computer Vision) و یادگیری عمیق (Deep Learning) عمل می کند.
دوربین های جلو و جانبی تسلا به طور مداوم تصاویر با وضوح بالا از محیط اطراف خودرو ضبط می کنند. ابتدا عابران پیاده را در فریم های تصویری تشخیص می دهد و سپس ردیابی میکند تا حرکت و مسیر احتمالی آن ها را پیش بینی کند. این ردیابی شامل تخمین سرعت و جهت حرکت عابر پیاده است. داده های رادار و سنسورهای اولتراسونیک نیز برای تأیید و دقت بخشی به تخمین فاصله استفاده می شوند. با استفاده از داده های ردیابی و الگوریتم های پیش بینی، سیستم تلاش می کند تا رفتار احتمالی عابر پیاده را پیش بینی کند، برای مثال، آیا قصد عبور از خیابان را دارد یا خیر. در صورت شناسایی خطر برخورد قریب الوقوع، سیستم ابتدا هشدارهای صوتی و بصری به راننده می دهد. اگر راننده پاسخی ندهد، سیستم به طور خودکار ترمز اضطراری را فعال می کند تا از برخورد جلوگیری کند یا شدت آن را کاهش دهد.
قدرت واقعی سیستم های ADAS نه در عملکرد مجزای هر سنسور، بلکه در همکاری بی نقص و هماهنگ آن ها نهفته است. هر سنسور دارای نقاط قوت و ضعف خاص خود است، و با ترکیب اطلاعات آن ها، یک تصویر جامع تر، دقیق تر و قابل اعتمادتر از محیط اطراف خودرو ایجاد می شود. این هم افزایی به فیوژن سنسور (Sensor Fusion) معروف است.
تصور کنید در یک خیابان شهری با سرعت متوسط در حال حرکت هستید. ناگهان یک دوچرخه سوار از یک کوچه فرعی به طور غیر منتظره و بدون توجه به خیابان اصلی وارد مسیر شما می شود. در کسری از ثانیه، سیستم ADAS خودرو شما وارد عمل می شود:
دوربین: این یک دوچرخه است!
دوربین های جلویی خودرو، با استفاده از الگوریتم های پیشرفته بینایی ماشین و شبکه های عصبی (CNN)، بلافاصله حرکت را شناسایی می کنند.
دوربین با سرعت بالا فریم های تصویری را پردازش می کند و پیکسل ها را برای یافتن الگوهای مشخص دوچرخه و دوچرخه سوار تحلیل می کند. این شامل تشخیص شکل انسان و چرخ های دوچرخه است. همچنین، دوربین می تواند جهت حرکت اولیه دوچرخه سوار را از روی تصاویر تشخیص دهد و حتی حالت بدن (مثلاً آیا به جلو خم شده یا در حال نگاه به پشت است) را نیز تفسیر کند. دقت بالای دوربین در شناسایی نوع شیء (آیا خودرو است؟ عابر پیاده است؟ یا دوچرخه؟) برای تصمیم گیری های بعدی حیاتی است. این دوربین همچنین می تواند علائم هشدار دهنده یا تابلو های ایست را در نزدیکی کوچه شناسایی کند و زمینه را برای سیستم فراهم کند.
شیء شناسایی شده: دوچرخه سوار. موقعیت تقریبی: جلوی خودرو، کمی متمایل به راست.
رادار: با سرعت 30 کیلومتر نزدیک می شود!
رادار که معمولاً در سپر جلو نصب می شود، امواج رادیویی را ساطع کرده و بازتاب آن ها را دریافت می کند. این سنسور برای اندازه گیری دقیق سرعت نسبی و فاصله اشیاء بسیار قدرتمند است.
در لحظه ظاهر شدن دوچرخه سوار، رادار بلافاصله امواج را به سمت آن ارسال می کند. با تحلیل زمان بازگشت امواج و تغییر فرکانس (اثر دوپلر)، رادار می تواند فاصله دقیق دوچرخه سوار تا خودرو و سرعت نسبی او را محاسبه کند. این اطلاعات حتی در شرایط آب و هوایی نامساعد (باران، مه) یا در تاریکی که دید دوربین کاهش می یابد، قابل اعتماد هستند. رادار می تواند چندین هدف را به طور همزمان ردیابی کند. همچنین، رادار می تواند سرعت و جهت دقیق دوچرخه سوار را اندازه گیری کند، حتی اگر از دید دوربین کمی خارج شود یا جزئیات بصری آن نامشخص باشد.
پردازش مرکزی: ترمز فوری لازم است!
این مرحله، اوج همکاری سنسورهاست. واحد کنترل الکترونیکی (ECU) مرکزی یا کامپیوتر ADAS خودرو، اطلاعات خام دریافتی از دوربین، رادار (و شاید لیدار یا سنسورهای اولتراسونیک) را دریافت می کند.
یکپارچه سازی داده ها
پردازشگر مرکزی اطلاعات دوربین (نوع شیء، شکل، مسیر تقریبی) و اطلاعات رادار (فاصله دقیق، سرعت دقیق، جهت حرکت) را با یکدیگر ترکیب می کند. این فرآیند به حذف خطاهای احتمالی یک سنسور توسط اطلاعات سنسور دیگر کمک می کند (مثلاً، دوربین ممکن است شیئی را به درستی شناسایی کند اما در تخمین فاصله دقیق نباشد، و رادار فاصله دقیق را فراهم کند).
پیش بینی برخورد
الگوریتم ها به سرعت محاسبه می کنند که آیا خطر برخورد حتمی است یا خیر، و اگر هست، زمان تا برخورد چقدر است. اگر TTC به زیر آستانه خطرناک برسد (مثلاً کمتر از 1.5 ثانیه)، و راننده هیچ واکنشی نشان ندهد، سیستم به سرعت تصمیم به فعال سازی AEB می گیرد.
ابتدا هشدارهای صوتی و بصری شدید به راننده داده می شود (مانند صدای بوق بلند، چراغ چشمک زن در داشبورد).سیستم ترمز هیدرولیکی را آماده می کند (pre-charges the brakes) تا حداکثر نیروی ترمز در لحظه اعمال شود.
اگر راننده همچنان واکنشی نشان ندهد یا فشار ترمز کافی نباشد، سیستم به طور خودکار و با تمام توان ترمز اضطراری را فعال می کند تا از برخورد جلوگیری کرده و یا شدت آن را به حداقل برساند. در برخی سیستم های پیشرفته تر، حتی ممکن است فرمان نیز به آرامی و به صورت خودکار تغییر کند تا به سیستم در فرار از برخورد کمک کند. خطر برخورد حتمی با دوچرخه سوار. ترمز اضطراری فعال شد.
این سناریو به وضوح نشان می دهد که چگونه ترکیب اطلاعات سنسورهای مختلف، به ویژه دوربین و رادار، به سیستم ADAS اجازه می دهد تا در یک لحظه بحرانی، تصمیمی حیاتی و صحیح بگیرد که می تواند جان انسان ها را نجات دهد.
رادار (Radar): رادار با ارسال امواج رادیویی و دریافت بازتاب آن ها، امکان تشخیص فاصله، سرعت و جهت حرکت اشیاء را فراهم می کند.
در شرایط آب و هوایی نامساعد مانند مه یا باران شدید، رادار می تواند فاصله خودرو با موانع را تشخیص داده و به سیستم‌های ADAS کمک کند تا تصمیم گیری بهتری داشته باشند. ترکیب رادار و دوربین می تواند دقت سیستم های ADAS را در شرایط بد آب و هوایی تا 30 درصد افزایش دهد.
لیدار (Lidar): لیدار با استفاده از پالس های لیزری، نقشه ای سه بعدی از محیط اطراف خودرو ایجاد می کند و دقت بسیار بالایی در تشخیص اشیاء دارد.
مثال: سیستم های خودران از لیدار برای ایجاد یک مدل دقیق از محیط اطراف و برنامه ریزی مسیر استفاده می کنند. بررسی ها نشان می دهند که استفاده از لیدار می تواند دقت سیستم های خودران را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
اولتراسونیک (Ultrasonic): سنسورهای اولتراسونیک با ارسال امواج صوتی و دریافت بازتاب آن ها، امکان تشخیص فاصله اشیاء نزدیک را فراهم می کنند.
مثال: در هنگام دنده عقب، سنسورهای اولتراسونیک با تشخیص موانع نزدیک، به راننده هشدار می دهند و از برخورد جلوگیری می کنند. استفاده از سنسورهای اولتراسونیک می تواند تا 15 درصد از تصادفات در هنگام دنده عقب را کاهش دهد.
فناوری های نو ظهوری در حال توسعه هستند که می توانند عملکرد و کارایی دوربین ها و سیستم های ADAS را به طور چشم گیری افزایش دهند.
دوربین های HD با قابلیت دید در شب
این دوربین ها با استفاده از حسگرهای پیشرفته و فناوری های پردازش تصویر نوین، امکان ثبت تصاویر با کیفیت بالا در شرایط نوری نامناسب را فراهم می کنند.
هوش مصنوعی برای پیش بینی تصادفات
الگوریتم های هوش مصنوعی با تحلیل داده های جمع آوری شده از سنسورهای مختلف، می توانند احتمال وقوع تصادف را پیش بینی کرده و هشدارهای لازم را به راننده ارائه دهند.
ارتباط V2X (خودرو با زیرساخت های شهری)
این فناوری به خودروها امکان می دهد تا با یکدیگر و با زیرساخت های شهری مانند چراغ های راهنمایی و رانندگی ارتباط برقرار کنند. این ارتباط می تواند به بهبود جریان ترافیک، کاهش تصادفات و افزایش ایمنی کمک کند.
تصور کنید چراغ راهنمایی به دلیل نقص فنی خاموش شده است. سیستم V2X به خودروها هشدار می دهد تا با احتیاط از تقاطع عبور کنند. این فناوری می تواند از بروز تصادفات ناشی از نقص فنی در زیرساخت های شهری جلوگیری کند.
ادغام دوربین ها و سیستم های ADAS نه یک انتخاب، که ضرورتی اجتناب ناپذیر برای صنعت خودروسازی است. با کاهش 40% تصادفات مرگبار در خودروهای مجهز به این سیستم ها (براساس داده‌های NHTSA)، آینده ایمنی جاده ها در گرو توسعه هرچه بیشتر این فناوری هاست.
