汽車全景環(huán)視影像系統(tǒng)及車載攝像頭

　　什么是汽車全景影像系統(tǒng)?

　　車載攝像頭對實現(xiàn)ADAS和自動駕駛有著重要的作用，而應(yīng)用車載攝像頭構(gòu)成的汽車全景影像系統(tǒng)能夠極大的提高駕駛的安全性和便捷性。全景影像系統(tǒng)中文又可以稱為360°全景影像系統(tǒng)，或簡稱MVCS(MulTI-ViewCameraSystem)。全景環(huán)視系統(tǒng)為汽車駕駛者提供更為直觀的輔助駕駛圖像信息，能夠快速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)車輛附近難以被觀察到的情況，實現(xiàn)了精準(zhǔn)的駕駛控制，尤其是對駕駛新手，可以提高駕駛安全性和減少不必要的刮碰。

　　全景環(huán)視系統(tǒng)通過在汽車周圍架設(shè)4到8個廣角高感光攝像頭覆蓋車輛周邊所有視場范圍，通過對同一時刻采集到的汽車前后左右的圖像，由采集部件轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息送至視頻合成、處理部件，經(jīng)過圖像處理單元畸變還原→視角轉(zhuǎn)化→圖像拼接→圖像增強(qiáng)后轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，生成360度的車身俯視圖，最后在中控臺的屏幕上顯示，讓駕駛員清楚查看車輛周邊是否存在障礙物并了解障礙物的相對方位與距離，幫助駕駛員輕松停泊車輛。

　　在顯示全景圖的同時，也可以顯示任何一方的單視圖，并配合標(biāo)尺線準(zhǔn)確地定位障礙物的位臵和距離。ADAS通過控制車身攝像頭采集車輛周邊輔助安全行駛，而全景攝像系統(tǒng)通過控制車身攝像頭采集車輛周邊影響進(jìn)行安全泊車。兩個系統(tǒng)獨立運(yùn)行，貫穿行車過程始終。

　　全景系統(tǒng)視角會根據(jù)行車軌跡而動態(tài)移動，提供車輛四周360度的畫面。通常采用LVDS或快速以太網(wǎng)等高性價比型鏈路，部署4到5個高動態(tài)范圍(HDR)100萬像素攝像頭。一般使用視頻壓縮來減少所需的通信帶寬并降低布線要求(例如，可以使用非屏蔽雙絞線或同軸電纜)。其他系統(tǒng)要求包括一個多端口LVDS或以太網(wǎng)交換機(jī)、一個電源、一個用于快速訪問外部存儲器的集成DRAM，以及一個用于降低系統(tǒng)成本嵌入式閃存。

　　車載攝像頭的核心技術(shù)壁壘

　　無論是全景影像系統(tǒng)還是ADAS無疑都將給駕駛者帶來更好的體驗并提升汽車的安全性，全景影像系統(tǒng)在圖像拼接、視頻處理等仍然面臨挑戰(zhàn)，我們最后還在這里回歸到基礎(chǔ)的車載攝像頭來目前的核心技術(shù)壁壘。

　　夜視功能會成為汽車攝像頭核心壁壘之一。據(jù)美國國家公路交通安全管理局(NHTS)的統(tǒng)計，雖然夜間行車在整個公路交通中只占四分之一，發(fā)生的事故卻占了一半。而夜間視線不良所造成的事故占了70%。因此必須要求汽車攝像頭具有較強(qiáng)的感光能力，使得全天都可正常工作，即近紅外的寬光譜范圍(從400nm——1100nm)，未來夜視功能將成為車載攝像頭得標(biāo)配。

　　已投入應(yīng)用的夜視技術(shù)有三大類：微光夜視技術(shù)、被動紅外夜視技術(shù)、主動紅外夜視技術(shù)。微光利用夜間目標(biāo)反射的低亮度自然光，將其增強(qiáng)放大到幾十萬倍，從而達(dá)到適于肉眼夜間進(jìn)行觀察的圖像。被動紅外夜視技術(shù)是通過接。

　　收探測熱源與背景紅外線輻射差進(jìn)行成像，相比于微光以及主動紅外技術(shù)不需要額外光源，且探測距離最遠(yuǎn)，準(zhǔn)確性高但成像也最為模糊，畫面辨識度低。主動紅外技術(shù)又稱為近紅外夜視技術(shù)，通過紅外探照燈發(fā)射不可見光照射目標(biāo)，并利用反射的光線成像，可視距離適中，成像清晰。

　　因為相較于被動夜視技術(shù)，主動夜視技術(shù)成像更為清晰，可以直接利用圖像識別對夜間道路標(biāo)識，行人進(jìn)行探測，因此主動夜視技術(shù)更符合車載領(lǐng)域的應(yīng)用場景。同時，由于被動紅外夜視系統(tǒng)的核心紅外焦平面成像材料、技術(shù)遭到禁運(yùn)，因此被動紅外夜視技術(shù)成本遠(yuǎn)高于主動紅外夜視技術(shù)。

　　核心的激光夜視技術(shù)需要擁有全面的近紅外、中近距離激光夜視成像與處理技術(shù)，解決全天候成像、雙向高速移動高速對焦、消除激光散斑等技術(shù)問題，并且需要具有車速同步的變焦技術(shù)并手電筒效應(yīng)，技術(shù)難度較大，因此，夜視功能會成為汽車攝像頭核心壁壘之一。

　　車載攝像頭對自動駕駛的重要性

　　ADAS系統(tǒng)解決方案包括攝像頭解決方案、雷達(dá)/激光雷達(dá)解決方案、傳感器融合。市場發(fā)展初期由于雷達(dá)技術(shù)成熟且不受天氣情況影響，雷達(dá)/激光雷達(dá)解決方案是市場主流。但隨著ASIC(專用集成電路)的發(fā)展以及圖像處理算法的提高，同時由于雷達(dá)技術(shù)在辨別金屬障礙物方面準(zhǔn)確率較高，但在辨別非金屬障礙物如行人方面卻無能為力，且無法準(zhǔn)確辨識從側(cè)面駛來的車輛，而且無法辨別車道，碎片或者道路坑槽。

　　攝像頭的視覺處理技術(shù)可以更好地辨別道路上的標(biāo)識，行人等信息，也可以通過算法計算行人與車輛的行動軌跡，相較雷達(dá)技術(shù)成本更低，功能更為全面，準(zhǔn)確性也較高?；跀z像頭成像的技術(shù)漸漸被主流廠商接受，考慮到攝像頭的像素對圖像識別技術(shù)的限制以及在霧天和雨天等極端情況下功能降低，以攝像頭為主的傳感器融合將成為主流。

　　車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)自下而上依次是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，分別擔(dān)任信息采集、傳輸和處理功能。視頻采集存儲(感知層)作為車聯(lián)網(wǎng)的底層架構(gòu)，主要技術(shù)有車載DVR和車載IPCamera。車載DVR俗稱車載錄像機(jī)，是基于數(shù)字化視頻壓縮存儲和3G無線傳輸技術(shù)，內(nèi)臵GPS，汽車黑匣子，CANbus總線，G-SENSOR等技術(shù)的應(yīng)用。

　　而車載IPCamera基于數(shù)字信號處理技術(shù)(DSP)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，CMOS圖像傳感器把場景的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，這些電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)紻SP存儲器，完成圖像壓縮、編碼的同時把數(shù)據(jù)流送到硬盤或其他存儲設(shè)備中保存。在距離、擴(kuò)展能力和成本上與傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)和DVR相比有所不同。

　　車載攝像頭具有廣泛的應(yīng)用空間，按照應(yīng)用領(lǐng)域可分為行車輔助(行車記錄儀、ADAS與主動安全系統(tǒng))、駐車輔助(全車環(huán)視)與車內(nèi)人員監(jiān)控(人臉識別技術(shù))，貫穿車輛行駛到泊車全過程，因此對攝像頭工作時間與溫度有較高的要求。按照安裝位臵又可分為前視、后視、側(cè)視以及車內(nèi)監(jiān)控4部分。

　　車載攝像頭為什么選CMOS技術(shù)?

　　既然汽車攝像頭那么重要，其對技術(shù)和工藝又會有什么要求?針對車載應(yīng)用，汽車攝像頭與手機(jī)攝像頭一樣，主要是使用CMOS而不是CCD作為光學(xué)傳感器，其主要的原因有三點：

　　首先，主動駕駛輔助系統(tǒng)所用傳感器應(yīng)具有的首要特性是：速度快。特別是在高速行駛場合，系統(tǒng)必須能記錄關(guān)鍵駕駛狀況、評估這種狀況并實時啟動相應(yīng)措施。本質(zhì)上，CMOS是種更快的影像采集技術(shù)—CMOS傳感器內(nèi)的單元通常是由3個晶體管主動控制和讀出的，這就顯著加速了影像采集過程。目前，基于CMOS的高性能相機(jī)能達(dá)到約5，000幀/秒的水平。

　　其次，CMOS傳感器還具有數(shù)字圖像處理方面的優(yōu)勢。CCD傳感器通常提供模擬TSC/PAL信號，也許必須采用額外的AD轉(zhuǎn)換器對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換、或是CCD傳感器要與帶數(shù)字影像輸出的逐行掃描方法一起工作。無論哪種方式，讓采用CCD的照相機(jī)提供數(shù)字影像信號都顯著增加了系統(tǒng)復(fù)雜性;而CMOS傳感器可直接提供LVDS或數(shù)字輸出信號，主動駕駛輔助系統(tǒng)內(nèi)的各組成部份可直接、無延遲地處理這些信號。

　　而且，為了達(dá)到這樣的目標(biāo)，車載攝像頭廠家就必須考慮使用成本較低的CMOS傳感器。并且，在有強(qiáng)光射入時，CMOS傳感器不會產(chǎn)生使用CCD時會出現(xiàn)的Smear噪聲。這將會減少因操作失誤所導(dǎo)致的調(diào)整時間。

　　汽車攝像頭模組有何特點?

　　除了根據(jù)汽車應(yīng)用需求采用COMS技術(shù)，汽車攝像頭模組在工藝和封裝上也有其他的要求。相較手機(jī)攝像頭，車載攝像頭技術(shù)工藝難度更大，主要是其對可靠性的高要求所致。不同于一般的攝像頭，汽車攝像頭連續(xù)工作時間較長、所處環(huán)境往往震動較大且一旦失效將會對用戶生命安全造成致命威脅，因此對于模組和封裝等要求嚴(yán)格。汽車攝像頭測試需要在水中浸泡數(shù)天，以及1000小時以上的溫度測試，還包括從零下40度到零上80度的迅速跳轉(zhuǎn)。并且汽車攝像頭需要具備夜視功能以保證夜間可以正常使用。

　　車載攝像頭模塊的獨特規(guī)格主要有四點

　　(1)能夠抑制低照度攝影時的噪聲，特別是對車輛后方與側(cè)面進(jìn)行攝影的模塊，要求即使是在晚上，也必須能很容易地捕捉到影像。

　　(2)車載攝像頭模塊的另外一個特點是水平視角擴(kuò)大為25°——135°。手機(jī)中攝像頭模塊的水平視角大多為55°左右。要實現(xiàn)廣角以及影像周邊部位的高解析度，至少使用5個左右的鏡頭。

　　(3)車載攝像頭模塊的機(jī)身是用鋁合金壓鑄而成的，材料費(fèi)較高。車載攝頭模塊不使用樹脂而使用鋁合金壓鑄品，是為了保證可靠性，主要包括以下三個理由：散熱性好;將機(jī)身做為接地層可抑制電磁干擾;形狀的熱穩(wěn)定性好。

　　(4)車載攝像頭模組機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性是其中決定性的標(biāo)準(zhǔn)。這些模塊將采用特殊封裝，使相機(jī)兼具所需的強(qiáng)韌性和抗?jié)B透。因用于主動駕駛輔助系統(tǒng)的攝像頭是關(guān)乎行車安全的組件，它們還必須能在供電系統(tǒng)暫時斷電時可靠工作。

　　由于車載攝像頭對于穩(wěn)定性以及規(guī)格的特殊要求，因此對模組和封裝要求較高，除了工藝與技術(shù)門檻較高外，車載攝像頭進(jìn)入前裝市場的周期要比其他種類攝像頭長上許多，從design-win到產(chǎn)生收入至少要一年以上的時間周期。