什么是汽車全景影像系統(tǒng)?

　　車載攝像頭對(duì)實(shí)現(xiàn)ADAS和自動(dòng)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的駕駛控制，尤其是對(duì)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(guò)在汽車周圍架設(shè)4到8個(gè)廣角高感光攝像頭覆蓋車輛周邊所有視場(chǎng)范圍，通過(guò)對(duì)同一時(shí)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(guò)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(hào)輸出，生成360度的車身俯視圖，最后在中控臺(tái)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(duì)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(shí)，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(guò)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(guò)控制車身攝像頭采集車輛周邊影響進(jìn)行安全泊車。兩個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，貫穿行車過(guò)程始終。

　　全景系統(tǒng)視角會(huì)根據(jù)行車軌跡而動(dòng)態(tài)移動(dòng)，提供車輛四周360度的畫(huà)面。通常采用LVDS或快速以太網(wǎng)等高性價(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?cái)z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(gè)多端口LVDS或以太網(wǎng)交換機(jī)、一個(gè)電源、一個(gè)用于快速訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的集成DRAM，以及一個(gè)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(wú)論是全景影像系統(tǒng)還是ADAS無(wú)疑都將給駕駛者帶來(lái)更好的體驗(yàn)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(lái)目前的核心技術(shù)壁壘。

　　夜視功能會(huì)成為汽車攝像頭核心壁壘之一。據(jù)美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTS)的統(tǒng)計(jì)，雖然夜間行車在整個(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(lái)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(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(biāo)反射的低亮度自然光，將其增強(qiáng)放大到幾十萬(wàn)倍，從而達(dá)到適于肉眼夜間進(jìn)行觀察的圖像。被動(dòng)紅外夜視技術(shù)是通過(guò)接。

　　收探測(cè)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(dòng)紅外技術(shù)不需要額外光源，且探測(cè)距離最遠(yuǎn)，準(zhǔn)確性高但成像也最為模糊，畫(huà)面辨識(shí)度低。主動(dòng)紅外技術(shù)又稱為近紅外夜視技術(shù)，通過(guò)紅外探照燈發(fā)射不可見(jiàn)光照射目標(biāo)，并利用反射的光線成像，可視距離適中，成像清晰。

　　因?yàn)橄噍^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(shí)別對(duì)夜間道路標(biāo)識(shí)，行人進(jìn)行探測(cè)，因此主動(dòng)夜視技術(shù)更符合車載領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，由于被動(dòng)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(dòng)紅外夜視技術(shù)成本遠(yuǎn)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(duì)焦、消除激光散斑等技術(shù)問(wèn)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(huì)成為汽車攝像頭核心壁壘之一。

　　車載攝像頭對(duì)自動(dòng)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(chǎng)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(chǎng)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(shí)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(wú)能為力，且無(wú)法準(zhǔn)確辨識(shí)從側(cè)面駛來(lái)的車輛，而且無(wú)法辨別車道，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(biāo)識(shí)，行人等信息，也可以通過(guò)算法計(jì)算行人與車輛的行動(dòng)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(duì)圖像識(shí)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(chǔ)(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(chǔ)和3G無(wú)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，這些電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后通過(guò)數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)紻SP存儲(chǔ)器，完成圖像壓縮、編碼的同時(shí)把數(shù)據(jù)流送到硬盤或其他存儲(chǔ)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(dòng)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(shí)別技術(shù))，貫穿車輛行駛到泊車全過(guò)程，因此對(duì)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(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(duì)技術(shù)和工藝又會(huì)有什么要求?針對(duì)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(diǎn)：

　　首先，主動(dòng)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(chǎng)合，系統(tǒng)必須能記錄關(guān)鍵駕駛狀況、評(píng)估這種狀況并實(shí)時(shí)啟動(dòng)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(gè)晶體管主動(dòng)控制和讀出的，這就顯著加速了影像采集過(guò)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(shì)。CCD傳感器通常提供模擬TSC/PAL信號(hào)，也許必須采用額外的AD轉(zhuǎn)換器對(duì)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(wú)論哪種方式，讓采用CCD的照相機(jī)提供數(shù)字影像信號(hào)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(hào)，主動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)內(nèi)的各組成部份可直接、無(wú)延遲地處理這些信號(hào)。

　　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(shí)，CMOS傳感器不會(huì)產(chǎn)生使用CCD時(shí)會(huì)出現(xiàn)的Smear噪聲。這將會(huì)減少因操作失誤所導(dǎo)致的調(diào)整時(shí)間。

　　汽車攝像頭模組有何特點(diǎn)?

　　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(duì)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(shí)間較長(zhǎng)、所處環(huán)境往往震動(dòng)較大且一旦失效將會(huì)對(duì)用戶生命安全造成致命威脅，因此對(duì)于模組和封裝等要求嚴(yán)格。汽車攝像頭測(cè)試需要在水中浸泡數(shù)天，以及1000小時(shí)以上的溫度測(cè)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(dú)特規(guī)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(duì)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(gè)特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)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(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(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(dòng)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(shí)斷電時(shí)可靠工作。

　　由于車載攝像頭對(duì)于穩(wěn)定性以及規(guī)格的特殊要求，因此對(duì)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(chǎng)的周期要比其他種類攝像頭長(zhǎng)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。