重卡駕駛員視野盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)介紹

張正軒，黃娜，陳潤(rùn)龍，張龍崗

重卡駕駛員視野盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)介紹

張正軒，黃娜，陳潤(rùn)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(qū)監(jiān)控和報(bào)警已經(jīng)成為車輛的常規(guī)配置，特別是在重型卡車上。部分地區(qū)已出臺(tái)相應(yīng)的法規(guī)對(duì)重型卡車的盲區(qū)監(jiān)控提出了要求。文章主要介紹重卡盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、器件選型、盲區(qū)監(jiān)控校核方法以及圖像處理的關(guān)鍵技術(shù)。

重卡；盲區(qū)監(jiān)控

前言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，我國(guó)重型卡車保有量越來(lái)越多，由于重型卡車盲區(qū)較多，所以極易造成交通事故，且一旦與重型卡車發(fā)生交通事故，造成的后果極其嚴(yán)重。

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

1 系統(tǒng)解決方案

通過(guò)多個(gè)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(guò)程中可主動(dòng)通過(guò)顯示系統(tǒng)屏幕了解車輛外圍的周邊環(huán)境，通過(guò)超聲波雷達(dá)探測(cè)左右側(cè)及后方盲區(qū)內(nèi)是否有行人和障礙物，如有危險(xiǎn)則通過(guò)聲音或圖像閃爍提醒駕駛員，使駕駛員可被動(dòng)了解到車輛盲區(qū)內(nèi)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(cè)及右側(cè)攝像頭、倒車攝像頭分別進(jìn)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(fù)雜，車速較低，故主要通過(guò)側(cè)方的超聲波雷達(dá)進(jìn)行左右側(cè)盲區(qū)監(jiān)控報(bào)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(guò)毫米波雷達(dá)進(jìn)行超車、變道等情況下的盲區(qū)監(jiān)控報(bào)警。

2 主要器件選型

2.1 攝像頭

行業(yè)中攝像頭分為高清版和普通版，普通版采用CVBS模擬信號(hào)進(jìn)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(yán)格的圖像傳輸兩端芯片匹配，因此一般盲區(qū)監(jiān)控選用AHD高清傳輸模式。

按視野區(qū)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(yīng)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(yú)眼，圖像效果也如同魚(yú)眼看到的效果，故行業(yè)中也稱為魚(yú)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(shù)量的攝像頭是無(wú)法滿足全景成像需求的，如圖2。如果布置的攝像頭數(shù)量過(guò)多，又會(huì)給車輛布置及圖像拼接處理造成很大難度，且故障點(diǎn)增多，故平角攝像頭方案不適應(yīng)重型卡車。必須采用廣角鏡頭才可匹配重卡監(jiān)控需求[1]。

圖2 普通攝像頭盲區(qū)覆蓋圖

2.2 毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)目前在車輛上主要應(yīng)用于ACC（自適應(yīng)巡航）、BLS（盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)）功能，其主要特點(diǎn)是自然環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可以穿透大霧、霧霾、塵土較大等，因此在車輛上的應(yīng)用比較廣泛。一般用于前方車輛探測(cè)的毫米波雷達(dá)采用76GHz發(fā)射頻率，探測(cè)距離可以達(dá)到200米。用于后方或側(cè)方探測(cè)的毫米波雷達(dá)一般采用24GHz，其探測(cè)距離可以達(dá)到80米。對(duì)于重型卡車的超車變道報(bào)警功能，選擇24GHz毫米波雷達(dá)即可滿足要求。

2.3 超聲波雷達(dá)

超聲波雷達(dá)探測(cè)角度較大，但探測(cè)距離較近，一般可探測(cè)5m范圍，其主要應(yīng)用在汽車的倒車監(jiān)控以及側(cè)方盲區(qū)監(jiān)控功能。超聲波雷達(dá)分為40KHz、48KHz、58KHz，頻率越高，其探測(cè)的靈敏度也會(huì)越高。對(duì)于重卡盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，一般選用58KHz，探測(cè)距離可達(dá)到4-5米，水平檢測(cè)角度70°，垂直檢測(cè)角度30°。

3 視野盲區(qū)成像效果分析

在3D軟件中（本文以Catia V5R19為例）建立整車數(shù)據(jù)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(qū)監(jiān)控區(qū)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(diǎn)是否均在合理的廣角角度范圍之內(nèi)，以保證圖像還原后，主要區(qū)域圖像的清晰程度。

以右側(cè)攝像頭為例校核視野覆蓋及成像效果確認(rèn)。首先根據(jù)初步的可行位置將右側(cè)攝像頭布置到位，沿?cái)z像頭中心與車輛最前端做直線并延伸至地面，延長(zhǎng)線與車輛之間的距離即為圖像盲區(qū)，如果盲區(qū)過(guò)大，需將攝像頭安裝位置外移直至盲區(qū)距離滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)確定線束布置的可行性。其次，按圖3進(jìn)行右側(cè)攝像頭顯示效果確認(rèn)，按照一般車道線寬度，這里取車輛外側(cè)大概4米位置處的特征點(diǎn)，點(diǎn)1、點(diǎn)2為典型的右側(cè)A柱盲區(qū)，點(diǎn)3、點(diǎn)4為右側(cè)盲區(qū)，點(diǎn)7、點(diǎn)8為右后方盲區(qū)，點(diǎn)2處前方攝像頭負(fù)責(zé)區(qū)域，點(diǎn)5、點(diǎn)6、點(diǎn)8處于后方攝像頭顯示的主要區(qū)域，所以不用關(guān)注，點(diǎn)1及點(diǎn)7分別為右側(cè)圖像與前方、后方拼接特征點(diǎn)。

圖3 右側(cè)盲區(qū)特征點(diǎn)布局圖

圖4 右側(cè)圖像效果

點(diǎn)3、點(diǎn)4位于120°以內(nèi)，點(diǎn)1位于135°以內(nèi)，點(diǎn)8位于150°以內(nèi)，所有的盲區(qū)特征點(diǎn)以及拼接特征點(diǎn)均位于150°以內(nèi)，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(lái)的特征點(diǎn)相對(duì)于空間中的實(shí)際點(diǎn)在位置上發(fā)生了旋轉(zhuǎn)或偏移，如果圖像中的點(diǎn)相對(duì)空間中實(shí)際點(diǎn)的位置為等比例的偏移與旋轉(zhuǎn)則稱為線性幾何畸變。同樣的，如果為非等比例偏移和旋轉(zhuǎn)，則為非線性幾何畸變。將產(chǎn)生畸變的圖像還原為物理空間中的實(shí)際顯示效果，稱為畸變還原，目前一般均采用棋盤格標(biāo)定技術(shù)進(jìn)行校正畸變[2]，其校正的過(guò)程就是圖像變換的過(guò)程，通過(guò)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)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(duì)位置，需將圖像中的SIFT特征向量提取出來(lái)并根據(jù)特征進(jìn)行匹配。

圖像拼接：拼接算法使用漸入漸出加權(quán)平均法對(duì)圖像進(jìn)行融合，從而實(shí)現(xiàn)360°全景拼接圖像平滑過(guò)渡[3]。

5 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

5.1 行車模式

系統(tǒng)上電后，通過(guò)多媒體顯示360°全景圖像，便于駕駛員在行車前對(duì)周邊進(jìn)行檢查，當(dāng)車輛后方或側(cè)方5米內(nèi)有行人或其他障礙物存在時(shí)，通過(guò)多媒體相應(yīng)側(cè)放大圖像中的閃爍符號(hào)以及揚(yáng)聲器的聲音提醒駕駛員危險(xiǎn)存在。行車過(guò)程中，通過(guò)左右側(cè)及前方攝像頭的拼接圖像放大顯示行駛過(guò)程中主要關(guān)注的區(qū)域。

5.2 倒車模式

倒車模式受倒檔信號(hào)的控制，倒車過(guò)程中，通過(guò)左右側(cè)及后方攝像頭的拼接圖像放大顯示倒車過(guò)程中關(guān)注的后方區(qū)域，同時(shí)通過(guò)側(cè)方雷達(dá)和倒車?yán)走_(dá)提醒駕駛員潛在危險(xiǎn)的存在。

5.3 轉(zhuǎn)彎模式

當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，如右轉(zhuǎn)彎，系統(tǒng)接收到組合開(kāi)關(guān)的右轉(zhuǎn)向信號(hào)，通過(guò)右側(cè)攝像頭放大顯示右側(cè)盲區(qū)內(nèi)的狀況，以消除重卡右轉(zhuǎn)彎時(shí)的內(nèi)輪差盲區(qū)，同時(shí)通過(guò)側(cè)方雷達(dá)提醒駕駛員是否有潛在危險(xiǎn)。

5.4 高速模式

當(dāng)車輛行駛速度大于40km/h時(shí)，毫米波雷達(dá)進(jìn)入工作狀態(tài)，當(dāng)后方有車輛進(jìn)行超車或駕駛員進(jìn)行主動(dòng)超車時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)相應(yīng)側(cè)A柱上的光信號(hào)對(duì)駕駛員進(jìn)行提醒，引起駕駛員的注意。

重卡360°全景圖像監(jiān)控及雷達(dá)輔助報(bào)警使駕駛員全方位的了解到車輛周圍的情況，當(dāng)即將有危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，毫米波或超聲波的報(bào)警聲音信號(hào)使駕駛員能夠提前采取措施進(jìn)行規(guī)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(qū)監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué), 2017.

[2] 崔漢國(guó),陳軍,王大宇.魚(yú)眼圖像校正及拼接的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程, 2007, 33(10): 190-192.

[3] 眭昊天,多視點(diǎn)全景圖像輔助泊車系統(tǒng)研究[D].蘇州:蘇州大學(xué), 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

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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