基于視覺傳感的全景泊車輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

魏瑩晨　甘泉　張平改

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車電子正朝著多元化、安全化、舒適化的方向發(fā)展。本文設(shè)計(jì)一種基于視覺傳感的全景泊車輔助系統(tǒng)，以便將車身周圍全景圖像提供給行車駕駛員，使其能夠更為直觀地把握汽車周邊情況，實(shí)現(xiàn)輔助駕駛，從而提高行車的安全性。

【關(guān)鍵詞】視覺傳感；全景泊車；輔助駕駛

0 引言

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)動車逐漸走入家庭。目前，據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，我國機(jī)動車保有量達(dá)到9200萬。越來越多的機(jī)動車出現(xiàn)在道路上、街道內(nèi)、停車場里，導(dǎo)致道路交通日益擁堵，這給駕駛員也帶來了諸多不便，道路安全隱患也呈逐漸上漲的趨勢[1-2]。據(jù)交通管理部門和國家統(tǒng)計(jì)部門的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中國每年大約有八萬人死于交通事故，道路交通傷害已成為世界10歲至18歲青少年死亡的最重要原因之一[3]。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)司機(jī)倒車或停車時(shí)，發(fā)生事故的概率占道路交通事故的比例較大。造成這一事故的原因有很多，其主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先，駕駛者在車內(nèi)的視覺盲區(qū)；其次，惡劣天氣對駕駛員視野的影響；最后，駕駛員的駕駛技術(shù)。其中視覺不暢最容易造成事故，引起人員傷亡和相關(guān)財(cái)產(chǎn)損失。2010日9月7日，江蘇新沂一名三歲半的男孩在一輛奧迪轎車后面玩游戲，由于視覺盲區(qū)，駕駛員在車上并沒有意識到，導(dǎo)致汽車發(fā)動后直接從男孩身上的碾壓過去，男孩當(dāng)場死亡。因此，全景泊車輔助系統(tǒng)的開發(fā)，不僅可以解決駕駛員的后顧之憂，安全駕駛，從而減少不必要的損失和人員傷亡。

所謂的全景泊車輔助系統(tǒng)，是指能夠?yàn)轳{駛員實(shí)時(shí)顯示車輛周圍視頻圖像，可保證駕駛員實(shí)時(shí)掌握車輛周圍的最新情況，包括可能存在的障礙物以及來往行人，擴(kuò)大駕駛員的視野。本文為了消除汽車啟動、行使或停車過程中的盲區(qū)，從軟、硬件兩個(gè)方面對全景可視化輔助泊車系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

為了更好的展示全景泊車輔助系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案，可將整個(gè)系統(tǒng)分成電源模塊、主電路模塊、采集模塊、LCD顯示屏模塊4個(gè)部分，如圖1所示。其中視覺部分主要由CMOS攝像頭，圖像處理單元和顯示屏幕構(gòu)成[4]。圖像處理單元中采用數(shù)字信號處理器來完成視頻圖像處理，主要由 ADC、DSP和DAC組成；CMOS視頻傳感器將車身周圍的視頻圖像傳輸給圖像處理單元；系統(tǒng)的顯示部分由駕駛室中的一塊LCD顯示屏組成，將系統(tǒng)處理后的全景視頻圖像提供給駕駛員。

整套的多源汽車全景顯示系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)硬件包括個(gè)人電腦、圖像采集設(shè)備和4個(gè)攝像頭，如圖2所示。

其中，4個(gè)攝像頭是用來采集仿真模型四周的圖像，以提供給圖像采集設(shè)備進(jìn)行信息的存儲，如圖2（a）箭頭所指位置，圖像采集設(shè)備是用來獲取圖像信息，以解決提供給個(gè)人電腦進(jìn)行圖像的處理，個(gè)人電腦是本次實(shí)車模型仿真實(shí)驗(yàn)的核心部分，相對于該系統(tǒng)的CUP結(jié)構(gòu)，主要用來圖像信息的處理與輸出，在后期的研究中，需將中央處理器獨(dú)立出去，從而形成一臺正真意義上的多源汽車全景系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程如圖3所示，首先對系統(tǒng)的參數(shù)初始化，設(shè)置前后左右4個(gè)攝像頭水平方位和垂直方位等參數(shù)，以保證最大重復(fù)區(qū)，便于后期的圖像拼接處理；然后進(jìn)入圖像預(yù)處理模塊，將獲取車身周圍的圖像分成兩組，并采用圖像逆投影變換方法將車前和車后透視圖轉(zhuǎn)換成鳥瞰俯視效果圖；并在相鄰攝像頭覆蓋的公共區(qū)域內(nèi)采用SIFT方法尋找特征點(diǎn)，在待拼接圖像中確定拼接點(diǎn)的位置，以實(shí)現(xiàn)圖像的無縫連接，并在此基礎(chǔ)上，采用基于分層模型的圖像融合方法，對原始圖像進(jìn)行劃分成塊以選擇同一位置像素較為清晰的區(qū)域，利用加權(quán)平均法對其邊緣進(jìn)行融合，當(dāng)所計(jì)算區(qū)域的值相近時(shí)，則對該區(qū)域進(jìn)行子模塊的劃分，重復(fù)上述融合方法，最終得到融合后的效果圖；待汽車周圍的圖像拼接、融合完成后，生成全景圖像拼接映射表保存，同時(shí)，為保證駕駛員的最佳視覺效果，駕駛員可以根據(jù)周圍的亮度來選擇是否全景圖像增強(qiáng)處理圖像和輸出增強(qiáng)處理的全景圖像的全景圖像。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文采用Matlab的GUI進(jìn)行圖像界面的設(shè)計(jì)，將鏡頭所采集的圖像顯示在所設(shè)計(jì)的界面上，并通過圖像拼接技術(shù)、圖像融合技術(shù)將四幅圖像進(jìn)行合成，以形成一幅汽車四周模擬的全景圖像，提供給駕駛?cè)藛T，方便其駕駛行車。在登陸系統(tǒng)后，點(diǎn)擊“圖像采集”按鈕進(jìn)行汽車四周圖像的采集，如圖4所示[5]。

然后，點(diǎn)擊“現(xiàn)有技術(shù)”按鈕與“所提方法”按鈕進(jìn)行全景泊車輔助系統(tǒng)圖像處理，結(jié)果如下：

從圖5可以看出，本文設(shè)計(jì)得全景圖融合效果較好，圖像的連續(xù)性較強(qiáng)，較好滿足了人們的視覺要求。

4 總結(jié)

本文主要介紹了全景可視化輔助停車系統(tǒng)的應(yīng)用背景、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和功能，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了全景視覺輔助停車系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程，最后，實(shí)驗(yàn)生成全景圖像以驗(yàn)證全景可視化輔助停車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Kai-Che Liu， Hurng-Sheng Wu. Automatic Distortion Correction of Endoscopic Image Captured With Wide-Angle Zoom Lens[J].IEEE Transactions on Biomedical Engineering，2013，60（9）：2603-2612.

[2]吳永祺.基于全景視覺的汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D].華南理工大學(xué)，2014.

[3]張平改，魏利勝，周圣文.基于圖像融合的泊車輔助系統(tǒng)研究[J].安徽工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，30（5）：58-62.

[4]趙凱.全景可視化輔助泊車系統(tǒng)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2011.

[5]魏利勝，張平改.基于分層模型的圖像快速融合方法研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)， 2016，28（6）：1372-1379.