一種基于2組攝像頭的車載全景環視系統設計

胡澤 謝心蕊

摘要：針對車載全景環視系統中攝像頭安裝數量多、運維成本高等情況，本文提出一種基于2組廣角攝像頭進行數據采集的拼接方案。該方案通過數據處理、畸變校正、拼接融合等步驟，最終為駕駛員提供車載全景環視效果。

關鍵詞：車載環視;視頻拼接;畸變校正

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）02-0154-02

0 引言

圖像作為一種載體，能夠直觀清晰地傳遞信息[1]。隨著多媒體的應用和智能生活的提出，單一簡潔的圖像拼接儼然不能滿足日益增長的發展需求，多個同步的視頻拼接已然成為一種研究趨勢。一組圖像通過“視覺暫留”原理能夠形成一個視頻，因此在視頻拼接過程中可以借鑒圖像拼接的核心思想[2]。現有的圖像拼接技術，關鍵在于不同圖像之間重疊區域的檢測、配準與融合，當前的主流亦是采取基于特征的方法來實現[3]。

常見的車載全景環視系統，主要由四至八組攝像頭環繞車身構成，這種系統成本較高、安裝不便且維護繁瑣[4-5]。本文僅利用前后兩組廣角攝像頭采集到的數據，通過拼接融合等步驟，最終實現基于車載環境的全景視頻展示。

1 方案設計

本文在市面現有系統攝像頭安裝方式上簡化，只保留前后兩個攝像頭，現有系統與本文采用的攝像頭安裝示意圖如圖1所示。

由于前后攝像頭安裝位置距離較遠，導致它們同時刻的數據無法重合。前后攝像頭同時可見區域如圖2所示。

顯然，當前可見區域的范圍不滿足全景環視系統的要求。為了實現環視目的，需要將不可見區域通過某種方式成為可見。以汽車行駛過程為例，不難發現，汽車在A時刻的部分可見區域在B時刻是不可見的，在B時刻的部分可見區域在A時刻是不可見的。透過這樣有趣的現象轉換思路，利用延長時間的方式，將A時刻與B時刻的可見區域相結合，對未重合部分進行填補。延時填補示意圖如圖3所示。

傳統的圖像拼接流程包括輸入、處理、拼接和輸出等步驟，本文的方案在此基礎上進行適當調整。在輸入步驟中，需要將視頻抽幀，使其轉換成為便于處理的圖像。由于普通攝像頭視角在40-90°范圍內，在本文提出的安裝盲區較大的情況下，不利于信息獲取。因此，本文選取視角在120°-180°、范圍更大的廣角攝像頭，需要注意的是，在其使用過程中，不可避免地會產生“桶形畸變”，就需要在處理步驟中進行校正。同時，為了獲得環視效果，還需要對校正后的圖像進行透視變換等操作。本文的系統整體方案設計如圖4所示。

其中，在拼接步驟中，首先需要對圖像進行配準，可供選擇的方法多種多樣，最常采用的是基于特征的檢測方式，主要步驟包括特征提取、篩選、描述、匹配等;主要算法有SIFT、SURF、ORB等。然后再對配準好的圖像，通過直接拼接、加權拼接、多分辨率拼接等比較常見的方式進行融合。最后在輸出步驟中，利用“視覺暫存”原理，將圖像輸出為視頻。

2 結語

通過本文提出的基于2組攝像頭的車載環視系統設計方案，在一定條件下，不僅能夠實現全景環視拼接效果，還可以有效地降低安裝成本、簡化運維步驟，具有較高的實際工程意義，易于發展推廣。

參考文獻

[1] 楊思燕，賀國旗，劉如意.基于SIFT算法的大場景視頻拼接算法及優化[J].計算機科學，46（07）：286-291.

[2] 吳健，蘭時勇，黃飛虎.一種多路快速視頻拼接系統設計與實現[J].計算機工程，2014，40（02）：208-211.

[3] 陶菁，李毅.基于SIFT特征點的機場場面視頻的實時拼接[J].現代計算機（專業版），2018（02）：57-62.

[4] 周芳，楊鳴，王益平.基于車載多視角的魚眼圖像拼接算法[J].數據通信，2017（05）：29-34.

[5] Jingjing Z，Donghai Z，Lizhi H，et al.Parallax Image Stitching Algorithm Based on Feature Blocking[J].Computer Engineering，2018，44（05）：220-226.

A Design of? the Vehicle-surrounding Panorama System Based on Two Sets of? Cameras

HU Ze，XIE Xin-rui

（School of? Electrical Information， Southwest Petroleum University， Chengdu? Sichuan? 610500）

Abstract：In view of the large number of cameras installed and the high cost of operation and maintenance in the vehicle-surrounding panoramic system， this paper proposes a stitching scheme based on two groups of wide-angle cameras for data collection. Through data processing， distortion correction， stitching and fusion， and other steps， the vehicle-surrounding panoramic look effect is finally provided for the drivers.

Key words：vehicle-surrounding; video stitching; distortion correction