輔助駕駛：汽車環視系統設計，完整硬件平臺參考方案

一、項目背景

1.1 研究背景

本項目研究內容是開展汽車環視系統((AVM)技術與產品的研究與開發，通過駕駛員實時實景環視輔助系統，提高汽車行駛及停車時的安全性。主要研究內容包括: AVM產品技術與功能分析；產品規格總體設計；實時數字圖像快速處理；圖像顯示加速；多場景、多視點圖像幾何處理及其合成拼接成像技術；高性能處理平臺設計；車載數字圖象質量Qos研究；AVM產品樣機設計開發等。

1.2 基于AVM平臺采用FPGA算法的優越性

1. 采用可編程的FPGA進行設計，便于設計的更新與升級，節約成本。
2. 通過使用圖像拼接技術，使系統在圖像呈現的清晰性、穩定性和可靠性得到有效地保證。
3. LCD體積小、質量輕、功耗低，可以用大規模集成電路直接驅動，可以在明亮環境下顯示，不含射線傷害。

二、項目方案

2.1、實現功能

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對于對預處理后的四幅圖像進一步切割，已達到完美的反走樣拼接。

2.2方案設計原理

該方案使用AVM硬件平臺，系統原理框圖如下：

三、硬件設計框圖

• Spartan-6承擔4幅圖像實時處理的任務，對來自每個攝像機的原始圖像進行幾何坐標變換、反走樣、矯正、拼接等處理；
• 4xVideo In:連接4個CMOS數字攝像頭，直接物出YUV數字視頻信號；
• 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字攝像頭(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。并可以通訊與系統在相對應的顯示區域用顏色警示，配合AVM系統給駕駛員最大的安全保障。

四、輔助泊車

1) 無車區域和停車位置搜索和定位。

2) 自動輔助泊車控制。

輔助泊車系統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，并實時動態規劃泊車路徑，將汽車指引或者直接操控方向盤駛入停車位置。

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 無車區域檢測

圖3 停車位置檢測

4）停車位置檢測

路徑規劃需要建立建立汽車運動型運行模型，汽車運動學模型一般采用前輪驅動模型。參考路徑模型根據泊車方式分為 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

5.1圖像幾何處理技術:

通過轉換四個視點坐標(眼坐標)到大地坐標的坐標變換，幾何校正及進行反走樣處理等，產生4幅可以拼接合成的素材。要求主處理芯片能夠達到圖像算法實時性處理的速度要求。

5.2多視點圖像合成技術:

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。對于對預處理后的四幅圖像進一步切割，已達到完美的反走樣拼接。

5.3圖像拼接技術

圖像拼接(image mosaic，或者稱圖像配準)是圖像處理的一項重要內容，主要用于匹配取自不同時間、不同傳感器或不同視點的兩幅或多幅圖像。目前使用的較多的領域為多視角的衛星遙感圖像的拼接融合，以及在醫學檢測中多種類型的檢測儀器采集的圖像進行拼接融合。在三維重構系統中則是將兩幅或多幅局部采集的編碼圖像進行拼接，使得能夠將大范圍的三維物體進行一次重構。