能實(shí)現360度無(wú)死角的最牛安全駕駛汽車(chē)環(huán)視系統設計

一. 項目概述

隨著(zhù)當前國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，越來(lái)越多的家庭擁有汽車(chē)作為代步工具，如何安全便捷地泊好車(chē)成為了眾多駕駛者共同面對的難題。

傳統的泊車(chē)系統主要通過(guò)三種手段使司機能夠看到汽車(chē)后方情況，這些手段分別是倒后鏡、倒車(chē)雷達和倒車(chē)攝像頭。然而，這三種手段都存在車(chē)側面這個(gè)盲區。對于一些較復雜路段，司機只能看到前后方向，而車(chē)體兩側則容易被路邊異物刮傷。

因此，對汽車(chē)360°環(huán)視系統進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)具有很高的前景性和應用性。本項目采用XilinxSpartan 6 FPGA進(jìn)行算法的開(kāi)發(fā)及系統控制。

二.系統功能描述

2.1 系統功能

根據本項目的設計目標，本設計需要完成的功能有：

采集車(chē)的前方后方共四個(gè)攝像機的圖像信息

將四個(gè)攝像機得到的視頻信息通過(guò)視頻處理技術(shù),拼接成一幅360度環(huán)視圖像

360度環(huán)視圖像需要有連貫性, 不能感覺(jué)到有明顯拼接跡象

2.2 時(shí)間性能

根據本項目的設計目標，汽車(chē)環(huán)視系統應該能夠對連續視頻幀圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理， 以保證汽車(chē)駕駛的安全性。

三. 方案設計

3.1 系統工作原理

3.1.1 理論分析

為了達到360°全景的目標，每個(gè)攝像頭必須具有90°以上的視角，因此設計中我們采用了視角達170度的廣角魚(yú)眼鏡頭。

使用中因為鏡頭視角足夠大，不同攝像頭的影像就會(huì )存在部分重疊現象，這樣只要合理配置攝像頭的位置，同時(shí)對重疊部分進(jìn)行合理拼接，就可以從4個(gè)攝像頭的影像恢復出360度視角的環(huán)視影像。

3.1.2 系統整體結構

本系統采用Xilinx Spartan 6 FPGA進(jìn)行系統控制及圖像處理算法的開(kāi)發(fā)，根據系統功能需求和性能要求的分析，可得到其系統框圖如下所示：

系統框圖

由圖可見(jiàn)，本系統主要由3部分組成，分別為攝像頭(4個(gè))，信號處理和顯示等。由攝像頭采集的視頻信號經(jīng)過(guò)采樣后送到信號處理部分進(jìn)行圖像處理和拼接，最后送到VGA液晶顯示器顯示。

3.2 系統方案實(shí)現

3.2.1 系統硬件設計

系統硬件設計如下圖所示：

攝像頭采集圖像信號后送到ADV7184進(jìn)行PAL信號解碼，解碼后的數字信號送到Spartan-6 FPGA進(jìn)行各種圖像處理，完成以后再將RGB信號送到ADV7123進(jìn)行VGA格式視頻輸出。

ADV7184是一款集成式視頻解碼器，能夠自動(dòng)檢測與全球NTSC、PAL和SECAM標準兼容的標準模擬基帶電視信號，并將其轉換為與16位或8位CCIR 601/CCIR 656兼容的4:2:2分量視頻數據。

Spartan – 6是本系統的核心器件，其具有如下特點(diǎn)：

? 專(zhuān)用于低成本設計

? 極低的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)功耗

? 多電壓、多標準 SelectIO? 接口 bank

? 高效率 DSP48A1 Slice

? 高性能算術(shù)與信號處理

? 快速 18 x 18 乘法器和 48 位累加器

? 流水線(xiàn)與級聯(lián)功能

? 用于協(xié)助濾波器應用的預加法器

? 集成存儲器控制器模塊

? 針對以流水線(xiàn)應用而設計的 LUT，具有雙觸發(fā)器

? 具有各種粒度的 Block RAM

? 低噪聲，高靈活度的時(shí)鐘控制

ADV7123是一款高速數模轉換器，內置三個(gè)高速、10位、帶互補輸出的視頻數模轉換器、一個(gè)標準TTL輸入接口以及一個(gè)高阻抗、模擬輸出電流源，用于驅動(dòng)VGA輸出。其具有以下特點(diǎn)：

吞吐量：330 MSPS

三通道、10位數模轉換器

無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)

RS-343A/RS-170兼容輸出

互補輸出

DAC輸出電流范圍：2 mA至26 mA

TTL兼容輸入

3.2.2 系統軟件設計

如圖所示，本環(huán)視系統工作分為8步，其中，YCrCb到RGB制式轉換、圖像去噪、形狀校正、圖像裁切和拼接都由FPGA完成。

在A(yíng)DV7184解碼完畢后輸出YCrCb信號，為了方便后續處理過(guò)程，將其轉換為RGB格式。YCrCb與RGB制的轉換如下：

由于攝像頭(如CCD等)在成像時(shí)或多或少會(huì )引入噪聲，尤其景物亮度不足時(shí)噪聲很明顯，這將影響后續的處理工作。因此，需要對轉換好的信號進(jìn)行去噪。

由于采用魚(yú)眼鏡頭，邊緣處的部位會(huì )發(fā)生變形，因此，要進(jìn)行形狀校正。

在進(jìn)行完前述的幾步處理后，接下來(lái)就可以對圖像進(jìn)行裁切和拼接了。圖像拼接的辦法有很多，這里可以采用先計算出每個(gè)鏡頭需要的形狀，然后按計算結果進(jìn)行裁切和拼接。