輔助駕駛：汽車環(huán)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完整硬件平臺參考方案

一、項(xiàng)目背景

1.1 研究背景

本項(xiàng)目研究內(nèi)容是開展汽車環(huán)視系統(tǒng)((AVM)技術(shù)與產(chǎn)品的研究與開發(fā)，通過駕駛員實(shí)時(shí)實(shí)景環(huán)視輔助系統(tǒng)，提高汽車行駛及停車時(shí)的安全性。主要研究內(nèi)容包括: AVM產(chǎn)品技術(shù)與功能分析；產(chǎn)品規(guī)格總體設(shè)計(jì)；實(shí)時(shí)數(shù)字圖像快速處理；圖像顯示加速；多場景、多視點(diǎn)圖像幾何處理及其合成拼接成像技術(shù)；高性能處理平臺設(shè)計(jì)；車載數(shù)字圖象質(zhì)量Qos研究；AVM產(chǎn)品樣機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)等。

1.2 基于AVM平臺采用FPGA算法的優(yōu)越性

1. 采用可編程的FPGA進(jìn)行設(shè)計(jì)，便于設(shè)計(jì)的更新與升級，節(jié)約成本。
2. 通過使用圖像拼接技術(shù)，使系統(tǒng)在圖像呈現(xiàn)的清晰性、穩(wěn)定性和可靠性得到有效地保證。
3. LCD體積小、質(zhì)量輕、功耗低，可以用大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)，可以在明亮環(huán)境下顯示，不含射線傷害。

二、項(xiàng)目方案

2.1、實(shí)現(xiàn)功能

1 ）通過處理四組影像，合成為一幅360度的圖像制成如同從上方俯瞰車輛一樣的影像后顯示在顯示器上。

2 ）利用FPGA算法，通過使用圖像拼接技術(shù)對于對預(yù)處理后的四幅圖像進(jìn)一步切割，已達(dá)到完美的反走樣拼接。

2.2方案設(shè)計(jì)原理

該方案使用AVM硬件平臺，系統(tǒng)原理框圖如下：

三、硬件設(shè)計(jì)框圖

• Spartan-6承擔(dān)4幅圖像實(shí)時(shí)處理的任務(wù)，對來自每個(gè)攝像機(jī)的原始圖像進(jìn)行幾何坐標(biāo)變換、反走樣、矯正、拼接等處理；
• 4xVideo In:連接4個(gè)CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭，直接物出YUV數(shù)字視頻信號；
• 1xVideo Out:用于連接車載TFf LCD顯示器用于顯示360度的全景圖象；
• 四組x120-180度廣角高分辨率小型數(shù)字?jǐn)z像頭(CMOS/CCD) ；
• 7英寸彩色LCD液晶顯示屏(分辨率720x480像素)；
• 攝像頭輔助聲納系統(tǒng)可以作為選配，能夠起到距離測量和聲音警示的作用。并可以通訊與系統(tǒng)在相對應(yīng)的顯示區(qū)域用顏色警示，配合AVM系統(tǒng)給駕駛員最大的安全保障。

四、輔助泊車

1) 無車區(qū)域和停車位置搜索和定位。

2) 自動(dòng)輔助泊車控制。

輔助泊車系統(tǒng)通過安裝在車身上的攝像頭，超聲波傳感器，以及紅外傳感器，探測停車位置，繪制停車地圖，并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)規(guī)劃泊車路徑，將汽車指引或者直接操控方向盤駛?cè)胪＼囄恢谩?/P>

3）輔助泊車傳感器信息處理和地圖繪制。

圖1 超聲波檢測

圖2 無車區(qū)域檢測

圖3 停車位置檢測

4）停車位置檢測

路徑規(guī)劃需要建立建立汽車運(yùn)動(dòng)型運(yùn)行模型，汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)模型一般采用前輪驅(qū)動(dòng)模型。參考路徑模型根據(jù)泊車方式分為 2 種:

（1) 圓弧模型，一般用于車庫泊車；

（2) 五階曲線模型，一般用于平行泊車。

圖4 平行泊車 圖5 車庫泊車

五、圖像拼接合成技術(shù)

5.1圖像幾何處理技術(shù):

通過轉(zhuǎn)換四個(gè)視點(diǎn)坐標(biāo)(眼坐標(biāo))到大地坐標(biāo)的坐標(biāo)變換，幾何校正及進(jìn)行反走樣處理等，產(chǎn)生4幅可以拼接合成的素材。要求主處理芯片能夠達(dá)到圖像算法實(shí)時(shí)性處理的速度要求。

5.2多視點(diǎn)圖像合成技術(shù):

通過處理四組影像，合成為一幅360度的圖像制成如同從上方俯瞰車輛一樣的影像后顯示在顯示器上。對于對預(yù)處理后的四幅圖像進(jìn)一步切割，已達(dá)到完美的反走樣拼接。

5.3圖像拼接技術(shù)

圖像拼接(image mosaic，或者稱圖像配準(zhǔn))是圖像處理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，主要用于匹配取自不同時(shí)間、不同傳感器或不同視點(diǎn)的兩幅或多幅圖像。目前使用的較多的領(lǐng)域?yàn)槎嘁暯堑男l(wèi)星遙感圖像的拼接融合，以及在醫(yī)學(xué)檢測中多種類型的檢測儀器采集的圖像進(jìn)行拼接融合。在三維重構(gòu)系統(tǒng)中則是將兩幅或多幅局部采集的編碼圖像進(jìn)行拼接，使得能夠?qū)⒋蠓秶娜S物體進(jìn)行一次重構(gòu)。