重卡駕駛員視野盲區監控系統介紹

張正軒，黃娜，陳潤龍，張龍崗

重卡駕駛員視野盲區監控系統介紹

張正軒，黃娜，陳潤龍，張龍崗

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

盲區監控和報警已經成為車輛的常規配置，特別是在重型卡車上。部分地區已出臺相應的法規對重型卡車的盲區監控提出了要求。文章主要介紹重卡盲區監控系統的設計、器件選型、盲區監控校核方法以及圖像處理的關鍵技術。

重卡；盲區監控

前言

隨著國內經濟建設的快速發展，我國重型卡車保有量越來越多，由于重型卡車盲區較多，所以極易造成交通事故，且一旦與重型卡車發生交通事故，造成的后果極其嚴重。

重型卡車盲區是指車輛靜止或行車過程中，由于車輛高度及長度尺寸較大，導致駕駛員視野受到遮擋所形成的區域，如果盲區內有其他車輛、行人或障礙物體存在時，視野受限的駕駛員無法做出正確的判斷和選擇操作，從而釀成嚴重事故。因此，消除重型卡車盲區是解決此類故障的最行之有效的方法。

1 系統解決方案

通過多個攝像頭的圖像采集并拼接成360°全景圖像，駕駛員在操作車輛過程中可主動通過顯示系統屏幕了解車輛外圍的周邊環境，通過超聲波雷達探測左右側及后方盲區內是否有行人和障礙物，如有危險則通過聲音或圖像閃爍提醒駕駛員，使駕駛員可被動了解到車輛盲區內的情況，從而提高行車安全性。

為了得到全景圖像，基于重卡車輛大小，布置前部攝像頭、左側及右側攝像頭、倒車攝像頭分別進行圖像采集。由于自卸車、城建渣土車行駛主要在工地，其路況復雜，車速較低，故主要通過側方的超聲波雷達進行左右側盲區監控報警，而牽引車主要行駛路況為高速公路，行駛車速較高，故主要通過毫米波雷達進行超車、變道等情況下的盲區監控報警。

2 主要器件選型

2.1 攝像頭

行業中攝像頭分為高清版和普通版，普通版采用CVBS模擬信號進行傳輸，顯示效果較差。高清攝像頭采用AHD或LVDS傳輸方式。由于LVDS需要嚴格的圖像傳輸兩端芯片匹配，因此一般盲區監控選用AHD高清傳輸模式。

按視野區分可分為普通攝像頭和廣角攝像頭。普通攝像頭鏡頭端面一般為平面，視野角度小于90度；廣角攝像頭：廣角攝像頭也稱全景鏡頭。工程應用上一般將視角范圍大于120度的攝像頭稱為廣角鏡頭，焦距一般為16mm或更短，如圖1。由于其鏡頭外部的前鏡片為拋物線形狀且前部突出，外形酷似魚眼，圖像效果也如同魚眼看到的效果，故行業中也稱為魚眼鏡頭。

圖1 廣角攝像頭

從上述可知，由于一般的平角攝像頭其圖像采集范圍一般只有90度，因此，在重型卡車上，少數量的攝像頭是無法滿足全景成像需求的，如圖2。如果布置的攝像頭數量過多，又會給車輛布置及圖像拼接處理造成很大難度，且故障點增多，故平角攝像頭方案不適應重型卡車。必須采用廣角鏡頭才可匹配重卡監控需求[1]。

圖2 普通攝像頭盲區覆蓋圖

2.2 毫米波雷達

毫米波雷達目前在車輛上主要應用于ACC（自適應巡航）、BLS（盲點監測）功能，其主要特點是自然環境適應能力強，可以穿透大霧、霧霾、塵土較大等，因此在車輛上的應用比較廣泛。一般用于前方車輛探測的毫米波雷達采用76GHz發射頻率，探測距離可以達到200米。用于后方或側方探測的毫米波雷達一般采用24GHz，其探測距離可以達到80米。對于重型卡車的超車變道報警功能，選擇24GHz毫米波雷達即可滿足要求。

2.3 超聲波雷達

超聲波雷達探測角度較大，但探測距離較近，一般可探測5m范圍，其主要應用在汽車的倒車監控以及側方盲區監控功能。超聲波雷達分為40KHz、48KHz、58KHz，頻率越高，其探測的靈敏度也會越高。對于重卡盲區監控系統，一般選用58KHz，探測距離可達到4-5米，水平檢測角度70°，垂直檢測角度30°。

3 視野盲區成像效果分析

在3D軟件中（本文以Catia V5R19為例）建立整車數據模型：（1）確定攝像頭的安裝位置和線束布置走向的可行性；（2）確定廣角攝像頭圖像滿足盲區監控區域的需求，并不能有其他零部件遮擋攝像頭的視野；（3）確定主要成像特征點是否均在合理的廣角角度范圍之內，以保證圖像還原后，主要區域圖像的清晰程度。

以右側攝像頭為例校核視野覆蓋及成像效果確認。首先根據初步的可行位置將右側攝像頭布置到位，沿攝像頭中心與車輛最前端做直線并延伸至地面，延長線與車輛之間的距離即為圖像盲區，如果盲區過大，需將攝像頭安裝位置外移直至盲區距離滿足設計要求，同時確定線束布置的可行性。其次，按圖3進行右側攝像頭顯示效果確認，按照一般車道線寬度，這里取車輛外側大概4米位置處的特征點，點1、點2為典型的右側A柱盲區，點3、點4為右側盲區，點7、點8為右后方盲區，點2處前方攝像頭負責區域，點5、點6、點8處于后方攝像頭顯示的主要區域，所以不用關注，點1及點7分別為右側圖像與前方、后方拼接特征點。

圖3 右側盲區特征點布局圖

圖4 右側圖像效果

點3、點4位于120°以內，點1位于135°以內，點8位于150°以內，所有的盲區特征點以及拼接特征點均位于150°以內，顯示效果清晰。

4 圖像處理

廣角鏡頭直接獲取的圖像中顯示出來的特征點相對于空間中的實際點在位置上發生了旋轉或偏移，如果圖像中的點相對空間中實際點的位置為等比例的偏移與旋轉則稱為線性幾何畸變。同樣的，如果為非等比例偏移和旋轉，則為非線性幾何畸變。將產生畸變的圖像還原為物理空間中的實際顯示效果，稱為畸變還原，目前一般均采用棋盤格標定技術進行校正畸變[2]，其校正的過程就是圖像變換的過程，通過坐標的轉換完成畸變還原。

確定圖像位置：為了確定拼接攝像頭采集圖像的相對位置，需將圖像中的SIFT特征向量提取出來并根據特征進行匹配。

圖像拼接：拼接算法使用漸入漸出加權平均法對圖像進行融合，從而實現360°全景拼接圖像平滑過渡[3]。

5 系統功能實現

5.1 行車模式

系統上電后，通過多媒體顯示360°全景圖像，便于駕駛員在行車前對周邊進行檢查，當車輛后方或側方5米內有行人或其他障礙物存在時，通過多媒體相應側放大圖像中的閃爍符號以及揚聲器的聲音提醒駕駛員危險存在。行車過程中，通過左右側及前方攝像頭的拼接圖像放大顯示行駛過程中主要關注的區域。

5.2 倒車模式

倒車模式受倒檔信號的控制，倒車過程中，通過左右側及后方攝像頭的拼接圖像放大顯示倒車過程中關注的后方區域，同時通過側方雷達和倒車雷達提醒駕駛員潛在危險的存在。

5.3 轉彎模式

當車輛轉彎時，如右轉彎，系統接收到組合開關的右轉向信號，通過右側攝像頭放大顯示右側盲區內的狀況，以消除重卡右轉彎時的內輪差盲區，同時通過側方雷達提醒駕駛員是否有潛在危險。

5.4 高速模式

當車輛行駛速度大于40km/h時，毫米波雷達進入工作狀態，當后方有車輛進行超車或駕駛員進行主動超車時，系統通過相應側A柱上的光信號對駕駛員進行提醒，引起駕駛員的注意。

重卡360°全景圖像監控及雷達輔助報警使駕駛員全方位的了解到車輛周圍的情況，當即將有危險發生時，毫米波或超聲波的報警聲音信號使駕駛員能夠提前采取措施進行規避，提高重型卡車的行車安全。

[1] 張正軒,林廣宇.重卡駕駛員盲區監控系統研究[D].西安:長安大學, 2017.

[2] 崔漢國,陳軍,王大宇.魚眼圖像校正及拼接的研究與實現[J].計算機工程, 2007, 33(10): 190-192.

[3] 眭昊天,多視點全景圖像輔助泊車系統研究[D].蘇州:蘇州大學, 2014.

Introduction of the Diver's Blind Spot Monitoring System of Heavy-duty Truck

Zhang Zhengxuan, Huang Na, Chen Runlong, Zhang Longgang

( Automobile Engineering Research Institute, Shaanxi Heavy Vehicle Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

Blind Spot Monitoring and Warning System has become a common configuration of vehicle, especially on heavy-duty truck. Some districts have released regulation on heavy-duty truck Blind Spot Monitoring System. The main purpose of this article is to introduce system design, main parts chosen and key technology about blind spot covering investigation and imaging dealing.

Heavy-duty Truck; Blind Spot Monitoring System

U471.3

A

1671-7988(2019)18-100-03

U471.3

A

1671-7988(2019)18-100-03

張正軒，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.033