車載高清全景環(huán)視系統(tǒng)量產(chǎn)化方案研究

王家才

(深圳市豪恩汽車電子裝備股份有限公司,廣東深圳 518110)

1 車載全景環(huán)視系統(tǒng)傳統(tǒng)用途

(1)削除泊車場景盲區(qū):泊車時輸出實時全景鳥瞰圖視頻,用戶還可以切換前后左右不同的視圖角度,圖像更直觀,消除車身周圍盲區(qū),不管側(cè)方位泊車、垂直泊車、斜車位泊車都能看清車身周圍障礙物,提高停車效率,有效防止停車時刮蹭,減少車主顧慮和麻煩。(2)狹窄道路的輔助駕駛:狹窄道路會車、狹窄城中村道路、狹窄橋梁、狹窄鄉(xiāng)村小道、道路上有坑洼或障礙物等,全景環(huán)視系統(tǒng)可以看清車輛周圍的障礙物及評估車輛周圍障礙間的距離。(3)消除轉(zhuǎn)彎時的盲點,提高安全性。攝像頭位于駕駛員前方,因此可以提前看到路況,尤其是在車轉(zhuǎn)彎時,還可以看到左右后視鏡的死角,加大環(huán)視系統(tǒng)的應(yīng)用場景。(4)ADAS智能高清全景環(huán)視系統(tǒng):通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類探測識別,全景控制器在泊車過程中可以識別雪糕桶、地鎖、輪阻器、禁停標(biāo)志等靜止障礙物,以及行人、自行車、車輛移動障礙物,還可以探測障礙物距離,并且融合超聲波距離,以可視化圖案或聲音實時提醒預(yù)警駕駛員,評估潛在碰撞風(fēng)險,并可實現(xiàn)車輛自動緊急制動,進(jìn)一步降低碰撞風(fēng)險,讓車輛更安全。

2 車載全景環(huán)視系統(tǒng)功能描述

2.1 車載攝像頭功能說明

攝像頭主要包括鏡頭、圖像傳感器、ISP信號處理器、串行器、電源共五部分,圖1所示。(1)鏡頭。(2)CMOS圖像傳感器:通過鏡頭聚焦到CMOS傳感器感光陣列,將模擬光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號數(shù)據(jù),同時還集成AEC自動曝光量控制、AGC自動增益控制、AWB自動白平衡處理、黑電平控制、伽瑪校正等。車載CMOS傳感器主要以中國豪恩科技OmniVision、日本索尼Sony、美國安森美Onsemi。(3)ISP圖像信號處理器:接收CMOS圖像傳感器的輸出原始數(shù)據(jù),進(jìn)行顏色轉(zhuǎn)換、噪聲抑制、陰影校正、變形處理、色調(diào)調(diào)整、圖像邊緣增強(qiáng)等。(4)串行器:接收CMOS圖像傳感器圖像數(shù)據(jù),將并行圖像數(shù)據(jù)編碼后轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù),輸出到同軸線束。(5)POC(Power Over Coax)是視頻信號和電源疊加共享一條同軸線纜。ECU控制器輸出的攝像頭電源,經(jīng)過POC濾波處理后,降壓產(chǎn)生多路電源給CMOS圖像傳感器、ISP圖像信號處理器和串行器供電。

圖1 車載攝像頭功能框圖Fig.1 Function block diagram of car camera

2.2 車載全景控制器功能說明

車載全景控制器采用高度集成雙處理器方案(單片機(jī)+SOC),減小硬件開發(fā)難度,有利于產(chǎn)品小型化,降低成本。車載全景控制器功能框圖2 所示:

圖2 車載全景控制器功能框圖Fig.2 Function block diagram of vehicle panoramic controller

(1)視頻輸入解串器:接收4個環(huán)視攝像頭輸入視頻數(shù)據(jù),將攝像頭串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù),通過并行圖像接口或MIPI接口將視頻數(shù)據(jù)傳輸給SOC全景處理器。(2)SOC高清全景處理器:SOC并行圖像接口或MIPI接口接收4合1解串器視頻數(shù)據(jù)后,視頻數(shù)據(jù)分成兩路:一路視頻數(shù)據(jù)用于可視化顯示:主要完成變形校正、視圖投影變換、視圖切換、圖像拼接、用戶界面處理、完成圖像增強(qiáng)處理;另外一路數(shù)據(jù)用于移動障礙物和靜止障礙物分類識別;最后將障礙物分類識別的結(jié)果疊加到第一路圖像增強(qiáng)后視頻流,最后將視頻流傳輸?shù)街锌貙?dǎo)航實時顯示。(3)視頻輸出串行器:接收SOC處理的并行視頻數(shù)據(jù)流,轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù),輸出到中控導(dǎo)航顯示。(4)單片機(jī):MCU主要完成車身通信,接收用戶視圖切換、轉(zhuǎn)向、檔位操作、外部開關(guān)控制激活/關(guān)閉控制等命令,并將命令轉(zhuǎn)發(fā)到SOC處理器,并根據(jù)SOC處理器分析處理結(jié)果,通過蜂鳴器和LED聲光信息提醒用戶,系統(tǒng)低功耗電源管理等。(5)EMMC存儲器:存放操作系統(tǒng)啟動程序、內(nèi)核程序、文件系統(tǒng)、用戶界面數(shù)據(jù)、環(huán)視標(biāo)定數(shù)據(jù),不同的客戶要求有差異,EMMC ROM容量也差異。不同的客戶功能要求,EMMC存儲器容量也有很大差異,由于消費(fèi)類手機(jī)引領(lǐng)市場需求,EMMC ROM廠商不再生產(chǎn)容量較小的EMMC存儲器。(6)DDR RAM隨機(jī)存儲器:雙倍率隨機(jī)訪問存儲器, 讀寫速度很快,電源關(guān)閉時RAM不能保留數(shù)據(jù),通常作為操作系統(tǒng)或其他正在運(yùn)行中的程序的臨時數(shù)據(jù)存儲媒介。系統(tǒng)啟動時,SOC處理器加載EMMC ROM中存儲的數(shù)據(jù)到DDR RAM中運(yùn)行。不同的客戶功能要求,DDR3 RAM容量也有些差異,一般容量需求從256兆字節(jié)至1000兆字節(jié)。(7)CAN總線通信收發(fā)器:接收車身信號和用戶操作命令,車身轉(zhuǎn)向燈信號控制車載全景左右視圖自動切換,前進(jìn)/倒退檔位信號控制車載全景前后視圖的自動切換,方向盤角度數(shù)據(jù)控制前后動態(tài)車輔助線。(8)電源管理:按視頻輸入解串器、MCU、SOC處理器、視頻輸出串行器、輸出多路電源。

3 傳統(tǒng)車載全景環(huán)視系統(tǒng)方案

近幾年中國高端芯片的崛起,國外從芯片設(shè)計、制造等多個領(lǐng)域開始阻擊中國高端芯片領(lǐng)域,2021年車載芯片嚴(yán)重缺貨,國內(nèi)汽車零部件公司逐步開始尋找替代方案,整車廠也要求零部件公司提供國內(nèi)全景關(guān)鍵芯片替代方案,全景關(guān)鍵芯片國產(chǎn)化比例逐步提高。本文聚焦介紹當(dāng)前一些主流車廠已量產(chǎn)的高清全景方案,并側(cè)重介紹一些國產(chǎn)化全景方案。傳統(tǒng)國際和國內(nèi)全景芯片供應(yīng)商包括:恩智蒲、瑞薩、德州儀器、安霸、全志科技等。傳統(tǒng)高清全景方案關(guān)鍵參數(shù)對比見表1。

表1 傳統(tǒng)高清全景方案關(guān)鍵參數(shù)對比Tab.1 Comparison of key parameters of traditional HD panoramic schemes

4 ADAS智能全景環(huán)視系統(tǒng)方案

傳統(tǒng)全景只能提供車身周圍的實時視頻圖像,自從2018年中國新車評價規(guī)程(C-NCAP)將ADAS(行人自動緊急制動系統(tǒng)(AEB VRU_Ped)和二輪車自動緊急制動系統(tǒng)(AEB VRU_TW))納入評分體系,同時i-VISTA中國智能汽車指數(shù)測評規(guī)程正式發(fā)布,i-VISTA智能汽車指數(shù)是中國汽研針對智能行車、智能泊車、智能安全、智能交互、智能能效五大汽車智能化板塊的第三方測試評價,進(jìn)一步激發(fā)ADAS智能全景環(huán)視系統(tǒng)的需求。ADAS智能全景環(huán)視系統(tǒng)還可以融合超聲波傳感器、高清環(huán)視攝像頭感知功能,可應(yīng)用于車位線識別車位泊車、靜止障礙物分類識別、移動障礙物分類識別、倒車后方碰撞提醒、倒車緊急制動、防止油門誤踩、開門提醒等領(lǐng)域,ADAS全景越來越智能化,超聲波傳感器和高清環(huán)視攝像數(shù)據(jù)融合可以實時測量障礙物距離,評估潛在的碰撞風(fēng)險,實現(xiàn)車輛的主動控制,增強(qiáng)車輛安全性,進(jìn)一步提高產(chǎn)品競爭力,本文聚焦于量產(chǎn)ADAS全景。ADAS智能全景方案關(guān)鍵參數(shù)對比表2所示:

表2 ADAS 智能全景方案關(guān)鍵參數(shù)對比Tab.2 Comparison of key parameters of ADAS intelligent panoramic scheme

5 結(jié)論

車廠基于市場客戶需求,對于車載高清全景提出越來越多更人性化的需求,車載零部件公司也充分挖掘車載高清全景潛在的功能,車載高清全景也越來越得到車主認(rèn)可,車載全景的裝車率也越來越高。目前因傳統(tǒng)全景環(huán)視系統(tǒng)具有成本優(yōu)勢,裝車比例較高;隨著汽車消費(fèi)升級和汽車安全性的需求,以及ADAS智能全景環(huán)視芯片成本較低,ADAS智能全景環(huán)視會逐漸普及。