基于嵌入式系統(tǒng)的流媒體后視系統(tǒng)設(shè)計

李 濤，莊云龍，孫 燦，張 磊

（北京汽車研究總院電子電器與空調(diào)部，北京 101300）

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，人們對安全駕駛提出了更高的要求。傳統(tǒng)車輛通過內(nèi)外后視鏡利用鏡面反射原理將車輛側(cè)后方的道路信息傳遞給駕駛員。由于左、右外后視鏡分別位于車身兩側(cè)，駕駛員無法同時獲取兩側(cè)道路情況，通過擺頭觀察有一點的延遲性；同時，因為車身結(jié)構(gòu)的特點，導(dǎo)致C柱和后座椅的乘客、靠枕都對后方的視野造成干擾，客觀存在極大的視野盲區(qū)，在車輛變道和后方車輛突然加速超車時，駕駛員往往反應(yīng)不及，造成操作不當(dāng)，是事故發(fā)生的一個重要因素。

本文提出的基于嵌入式系統(tǒng)的流媒體后視系統(tǒng)，能夠同時采集、處理車輛側(cè)后方道路信息，并通過算法處理，將高清視頻圖像實時顯示在流媒體內(nèi)后視鏡上，具有實時性、準(zhǔn)確性和魯棒性，能夠有效降低車輛側(cè)后方的視野盲區(qū)。同時，考慮到駕駛員駕駛習(xí)慣不同，在后視鏡圖像顯示算法處理時，設(shè)計多種顯示模式，進(jìn)一步提高駕駛安全系數(shù)。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計的目的在于提供一種3路流媒體后視系統(tǒng)，可以實時采集、顯示車輛側(cè)后方路況并反映給駕駛員，進(jìn)而規(guī)避盲區(qū)帶來的安全隱患。

本系統(tǒng)由流媒體控制器、3個高速高清攝像頭和流媒體內(nèi)后視鏡構(gòu)成。3個攝像頭獲取的高清視頻信息通過同軸電纜傳輸給所述控制器?？刂破鲗σ曨l信息進(jìn)行圖像處理并將處理后的視頻傳輸給流媒體內(nèi)后視鏡進(jìn)行顯示，實現(xiàn)車輛側(cè)后方路況的實時顯示。整套系統(tǒng)通過CAN總線與車輛控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，完成信號傳遞和人機(jī)交互。系統(tǒng)方案設(shè)計如圖1所示。

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的流媒體控制器采用Ambralla A9AQ圖像處理芯片，該芯片擁有高速處理能力，并且能夠同時處理4路高清視頻圖像，是本系統(tǒng)的核心處理單元。流媒體控制器主要負(fù)責(zé)視頻圖像的編解碼、IO驅(qū)動、圖像處理及傳輸?shù)?，其結(jié)構(gòu)架構(gòu)如圖2所示。流媒體內(nèi)后視鏡采用TFT異形屏，通過LVDS與控制器進(jìn)行視頻傳輸，能夠真實清晰地顯示車輛周圍路況。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1 中1是流媒體后視系統(tǒng)的圖像采集系統(tǒng)，為了保證3個攝像頭能夠覆蓋更多的視角，左右2個攝像頭分別布置在外后視鏡上。后攝像頭需要綜合考慮視角范圍、便于清潔等特點，因此把后攝像頭安裝在車輛的后風(fēng)擋玻璃內(nèi)側(cè)。以61°的攝像頭為例，3個攝像頭可以獲取如圖3所示的視野范圍。

圖3中，1和2部分總和為3路流媒體系統(tǒng)的視野范圍，2和3為普通后視鏡的視野范圍。從圖中可以明顯看出，3路流媒體系統(tǒng)的視野范圍相比傳統(tǒng)的后視鏡范圍擴(kuò)大了至少3倍。

圖3 3路攝像頭視角范圍

2 軟件功能設(shè)計

由于駕駛員個人習(xí)慣不同，對于后視鏡上的顯示圖像的適應(yīng)也存在差異，因此需要對流媒體內(nèi)后視鏡上的顯示圖像進(jìn)行多種模式設(shè)計，包括拼接顯示模式、1+2分屏顯示模式、單后視顯示模式。駕駛員可根據(jù)個人喜好，通過人機(jī)交互界面選擇適合的顯示模式。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時，控制器根據(jù)總線上的轉(zhuǎn)向信號，自動將上述3種顯示模式切換到轉(zhuǎn)向模式。本系統(tǒng)軟件設(shè)計流程如圖4所示。

2.1 拼接顯示模式

拼接顯示模式，是指控制器將3路圖像進(jìn)行平面拼接，使最終顯示在內(nèi)后視鏡上的圖像是一個有效距離范圍外的整體。要想實現(xiàn)這種處理，首先要對3個攝像頭采集的圖像進(jìn)行標(biāo)定，使3個攝像頭的圖像投影到同一個水平面。該水平面離車身越近，拼接后的圖像失真程度越高；距離太遠(yuǎn)，會導(dǎo)致拼接后的車身占比過大，有效圖像偏小，影響駕駛體驗。拼接顯示模式如圖5所示。

圖4 軟件設(shè)計流程

圖5 拼接顯示模式

投影到同一水平面再進(jìn)行圖像拼接，必然會導(dǎo)致左右兩側(cè)圖像有一定的拉伸，從而導(dǎo)致車輛在轉(zhuǎn)彎過程中，近距離的圖像拼接會出現(xiàn)錯位的現(xiàn)象。同時，在后方車輛穿過拼接區(qū)域時，會出現(xiàn)輕微的比例失真。因此，拼接顯示模式最佳的行駛環(huán)境是高速公路、快速路等路況。

2.2 分屏顯示模式

分屏顯示模式，是指控制器將3路圖像分別顯示到內(nèi)后視鏡指定的顯示區(qū)域。根據(jù)后視鏡的外形特征，可分割成多種顯示外觀，設(shè)計的兩種分割模式如圖6所示。該顯示模式相比其他兩種顯示模式，擁有最大的視野范圍。但由于視角的放大，會導(dǎo)致側(cè)后方圖像在屏幕上出現(xiàn)重復(fù)，因此對于駕駛員的使用習(xí)慣來說，需要一個適應(yīng)過程。這種模式適合在中低速、比較擁堵的城市行車。

圖6 分屏顯示模式

2.3 單后視顯示模式

對于習(xí)慣常規(guī)后視鏡的駕駛員，可以通過人機(jī)交互選擇單后視顯示模式。此時，流媒體后視鏡僅顯示后視圖像。相比拼接模式和分屏模式，單后視顯示模式只能顯示圖3中4所示的視野景象，在視野范圍外的車況則需要駕駛員通過外后視鏡來進(jìn)行觀測。

2.4 轉(zhuǎn)向模式

當(dāng)駕駛員進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作時，轉(zhuǎn)向指示燈亮，此時控制器在接收到CAN總線上的轉(zhuǎn)向信號時，將顯示模式切換到轉(zhuǎn)向模式。轉(zhuǎn)向模式如圖7所示，此時，內(nèi)后視鏡被分割為2個區(qū)域，分別是轉(zhuǎn)向側(cè)圖像和后側(cè)圖像。這種模式下，轉(zhuǎn)向側(cè)圖像的視角范圍更大，盲區(qū)更小，能夠更好地輔助轉(zhuǎn)向安全。

圖7 轉(zhuǎn)向模式

3 結(jié)論

基于Ambralla A9AQ芯片為核心的流媒體后視鏡系統(tǒng)能夠處理、顯示高于55fps的720P高清視頻圖像，能夠滿足車輛在高速行駛時的實時性要求。根據(jù)數(shù)據(jù)和路試對比，本文介紹的流媒體后視鏡系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的內(nèi)后視鏡具有更寬的視野范圍，在低照度、暴雨等不良環(huán)境中能夠獲取更好的圖像效果。同時，流媒體后視鏡系統(tǒng)多顯示模式軟件設(shè)計，在駕駛體驗上也能滿足不同駕駛員的習(xí)慣要求，在輔助駕駛方面，具有一定的安全意義。