汽車(chē)全景環(huán)視影像系統及車(chē)載攝像頭

　　什么是汽車(chē)全景影像系統?

　　車(chē)載攝像頭對實(shí)現ADAS和自動(dòng)駕駛有著(zhù)重要的作用，而應用車(chē)載攝像頭構成的汽車(chē)全景影像系統能夠極大的提高駕駛的安全性和便捷性。全景影像系統中文又可以稱(chēng)為360°全景影像系統，或簡(jiǎn)稱(chēng)MVCS(MulTI-ViewCameraSystem)。全景環(huán)視系統為汽車(chē)駕駛者提供更為直觀(guān)的輔助駕駛圖像信息，能夠快速準確的發(fā)現車(chē)輛附近難以被觀(guān)察到的情況，實(shí)現了精準的駕駛控制，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)視系統通過(guò)在汽車(chē)周?chē)茉O4到8個(gè)廣角高感光攝像頭覆蓋車(chē)輛周邊所有視場(chǎng)范圍，通過(guò)對同一時(shí)刻采集到的汽車(chē)前后左右的圖像，由采集部件轉換成數字信息送至視頻合成、處理部件，經(jīng)過(guò)圖像處理單元畸變還原→視角轉化→圖像拼接→圖像增強后轉換成模擬信號輸出，生成360度的車(chē)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(chē)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(chē)輛。

　　在顯示全景圖的同時(shí)，也可以顯示任何一方的單視圖，并配合標尺線(xiàn)準確地定位障礙物的位臵和距離。ADAS通過(guò)控制車(chē)身攝像頭采集車(chē)輛周邊輔助安全行駛，而全景攝像系統通過(guò)控制車(chē)身攝像頭采集車(chē)輛周邊影響進(jìn)行安全泊車(chē)。兩個(gè)系統獨立運行，貫穿行車(chē)過(guò)程始終。

　　全景系統視角會(huì )根據行車(chē)軌跡而動(dòng)態(tài)移動(dòng)，提供車(chē)輛四周360度的畫(huà)面。通常采用LVDS或快速以太網(wǎng)等高性?xún)r(jià)比型鏈路，部署4到5個(gè)高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)100萬(wàn)像素攝像頭。一般使用視頻壓縮來(lái)減少所需的通信帶寬并降低布線(xiàn)要求(例如，可以使用非屏蔽雙絞線(xiàn)或同軸電纜)。其他系統要求包括一個(gè)多端口LVDS或以太網(wǎng)交換機、一個(gè)電源、一個(gè)用于快速訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器的集成DRAM，以及一個(gè)用于降低系統成本嵌入式閃存。

　　車(chē)載攝像頭的核心技術(shù)壁壘

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

　　夜視功能會(huì )成為汽車(chē)攝像頭核心壁壘之一。據美國國家公路交通安全管理局(NHTS)的統計，雖然夜間行車(chē)在整個(gè)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(xiàn)不良所造成的事故占了70%。因此必須要求汽車(chē)攝像頭具有較強的感光能力，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(lái)夜視功能將成為車(chē)載攝像頭得標配。

　　已投入應用的夜視技術(shù)有三大類(lèi)：微光夜視技術(shù)、被動(dòng)紅外夜視技術(shù)、主動(dòng)紅外夜視技術(shù)。微光利用夜間目標反射的低亮度自然光，將其增強放大到幾十萬(wàn)倍，從而達到適于肉眼夜間進(jìn)行觀(guān)察的圖像。被動(dòng)紅外夜視技術(shù)是通過(guò)接。

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

　　因為相較于被動(dòng)夜視技術(shù)，主動(dòng)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識，行人進(jìn)行探測，因此主動(dòng)夜視技術(shù)更符合車(chē)載領(lǐng)域的應用場(chǎng)景。同時(shí)，由于被動(dòng)紅外夜視系統的核心紅外焦平面成像材料、技術(shù)遭到禁運，因此被動(dòng)紅外夜視技術(shù)成本遠高于主動(dòng)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(dòng)高速對焦、消除激光散斑等技術(shù)問(wèn)題，并且需要具有車(chē)速同步的變焦技術(shù)并手電筒效應，技術(shù)難度較大，因此，夜視功能會(huì )成為汽車(chē)攝像頭核心壁壘之一。

　　車(chē)載攝像頭對自動(dòng)駕駛的重要性

　　ADAS系統解決方案包括攝像頭解決方案、雷達/激光雷達解決方案、傳感器融合。市場(chǎng)發(fā)展初期由于雷達技術(shù)成熟且不受天氣情況影響，雷達/激光雷達解決方案是市場(chǎng)主流。但隨著(zhù)ASIC(專(zhuān)用集成電路)的發(fā)展以及圖像處理算法的提高，同時(shí)由于雷達技術(shù)在辨別金屬障礙物方面準確率較高，但在辨別非金屬障礙物如行人方面卻無(wú)能為力，且無(wú)法準確辨識從側面駛來(lái)的車(chē)輛，而且無(wú)法辨別車(chē)道，碎片或者道路坑槽。

　　攝像頭的視覺(jué)處理技術(shù)可以更好地辨別道路上的標識，行人等信息，也可以通過(guò)算法計算行人與車(chē)輛的行動(dòng)軌跡，相較雷達技術(shù)成本更低，功能更為全面，準確性也較高?；跀z像頭成像的技術(shù)漸漸被主流廠(chǎng)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(chē)聯(lián)網(wǎng)架構自下而上依次是感知層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層，分別擔任信息采集、傳輸和處理功能。視頻采集存儲(感知層)作為車(chē)聯(lián)網(wǎng)的底層架構，主要技術(shù)有車(chē)載DVR和車(chē)載IPCamera。車(chē)載DVR俗稱(chēng)車(chē)載錄像機，是基于數字化視頻壓縮存儲和3G無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，內臵GPS，汽車(chē)黑匣子，CANbus總線(xiàn)，G-SENSOR等技術(shù)的應用。

　　而車(chē)載IPCamera基于數字信號處理技術(shù)(DSP)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，CMOS圖像傳感器把場(chǎng)景的光信號轉變?yōu)殡娦盘?，這些電信號轉換為數字信號后通過(guò)數據接口傳輸到DSP存儲器，完成圖像壓縮、編碼的同時(shí)把數據流送到硬盤(pán)或其他存儲設備中保存。在距離、擴展能力和成本上與傳統的模擬系統和DVR相比有所不同。

　　車(chē)載攝像頭具有廣泛的應用空間，按照應用領(lǐng)域可分為行車(chē)輔助(行車(chē)記錄儀、ADAS與主動(dòng)安全系統)、駐車(chē)輔助(全車(chē)環(huán)視)與車(chē)內人員監控(人臉識別技術(shù))，貫穿車(chē)輛行駛到泊車(chē)全過(guò)程，因此對攝像頭工作時(shí)間與溫度有較高的要求。按照安裝位臵又可分為前視、后視、側視以及車(chē)內監控4部分。

　　車(chē)載攝像頭為什么選CMOS技術(shù)?

　　既然汽車(chē)攝像頭那么重要，其對技術(shù)和工藝又會(huì )有什么要求?針對車(chē)載應用，汽車(chē)攝像頭與手機攝像頭一樣，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(diǎn)：

　　首先，主動(dòng)駕駛輔助系統所用傳感器應具有的首要特性是：速度快。特別是在高速行駛場(chǎng)合，系統必須能記錄關(guān)鍵駕駛狀況、評估這種狀況并實(shí)時(shí)啟動(dòng)相應措施。本質(zhì)上，CMOS是種更快的影像采集技術(shù)—CMOS傳感器內的單元通常是由3個(gè)晶體管主動(dòng)控制和讀出的，這就顯著(zhù)加速了影像采集過(guò)程。目前，基于CMOS的高性能相機能達到約5，000幀/秒的水平。

　　其次，CMOS傳感器還具有數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轉換器對其進(jìn)行轉換、或是CCD傳感器要與帶數字影像輸出的逐行掃描方法一起工作。無(wú)論哪種方式，讓采用CCD的照相機提供數字影像信號都顯著(zhù)增加了系統復雜性;而CMOS傳感器可直接提供LVDS或數字輸出信號，主動(dòng)駕駛輔助系統內的各組成部份可直接、無(wú)延遲地處理這些信號。

　　而且，為了達到這樣的目標，車(chē)載攝像頭廠(chǎng)家就必須考慮使用成本較低的CMOS傳感器。并且，在有強光射入時(shí)，CMOS傳感器不會(huì )產(chǎn)生使用CCD時(shí)會(huì )出現的Smear噪聲。這將會(huì )減少因操作失誤所導致的調整時(shí)間。

　　汽車(chē)攝像頭模組有何特點(diǎn)?

　　除了根據汽車(chē)應用需求采用COMS技術(shù)，汽車(chē)攝像頭模組在工藝和封裝上也有其他的要求。相較手機攝像頭，車(chē)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(chē)攝像頭連續工作時(shí)間較長(cháng)、所處環(huán)境往往震動(dòng)較大且一旦失效將會(huì )對用戶(hù)生命安全造成致命威脅，因此對于模組和封裝等要求嚴格。汽車(chē)攝像頭測試需要在水中浸泡數天，以及1000小時(shí)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。并且汽車(chē)攝像頭需要具備夜視功能以保證夜間可以正常使用。

　　車(chē)載攝像頭模塊的獨特規格主要有四點(diǎn)

　　(1)能夠抑制低照度攝影時(shí)的噪聲，特別是對車(chē)輛后方與側面進(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(chē)載攝像頭模塊的另外一個(gè)特點(diǎn)是水平視角擴大為25°——135°。手機中攝像頭模塊的水平視角大多為55°左右。要實(shí)現廣角以及影像周邊部位的高解析度，至少使用5個(gè)左右的鏡頭。

　　(3)車(chē)載攝像頭模塊的機身是用鋁合金壓鑄而成的，材料費較高。車(chē)載攝頭模塊不使用樹(shù)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(gè)理由：散熱性好;將機身做為接地層可抑制電磁干擾;形狀的熱穩定性好。

　　(4)車(chē)載攝像頭模組機械強度和耐高溫性是其中決定性的標準。這些模塊將采用特殊封裝，使相機兼具所需的強韌性和抗滲透。因用于主動(dòng)駕駛輔助系統的攝像頭是關(guān)乎行車(chē)安全的組件，它們還必須能在供電系統暫時(shí)斷電時(shí)可靠工作。

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