基于驾驶辅助的汽车A柱盲区影像显示系统研究

2021-08-05张进，常江，杨赛

汽车实用技术 2021年14期

张进，常江，杨赛

（广州汽车集团汽车工程研究院，广东广州 511434）

前言

随着科技的发展，人们对汽车的安全性和舒适性要求越来越高。A柱是风窗玻璃与前车门之间的连接柱，在承载车顶重量的同时，还要保证汽车在受撞击或侧翻的情况下，不挤压乘客的生存空间[1]。目前国内外汽车主机厂为保证A柱强度及安全性，采用的高强度材料均不透明，使得驾驶员前侧视线受到严重的影响，产生视觉盲区，带来安全隐患，同时，驾驶员为观察行车环境，通常需前倾侧身减少A柱带来的视野盲区，驾驶舒适性也受到影响。所以，A柱视野盲区问题急需解决。

1 A柱盲区消除现状分析

针对消除A柱盲区消除问题的研究，目前主要有以下几种方法：

（1）将 A柱遮挡视线区域挖空，填充高强度透明材料（如树脂等），减少遮挡面积，令视野盲区尽量减少。此种方式盲区仍部分存在，还会导致A柱的整体强度下降，带来新的安全隐患。

（2）尹雪龙等人[2]提出采用安装在汽车上的多个摄像头，拍摄汽车周围360°无死角图像，将采集到的图像传输给图像处理控制器，进而在车内显示屏显示盲区画面。但是此种方式驾驶员难以直观地看到行车环境，对真实场景与屏幕之间的切换，也会使驾驶员分神。

（3）冯振强等人[3]提出在汽车外安装摄像头，实时拍摄盲区画面，通过投影，投射到车内A柱表面。

（4）廖术娟等人[4]提出了“电子透明”的概念，其方法大致与“投影”方法类似，只是显示方式不同。屏幕不能完全与A柱贴合，造成视觉差，投影效果容易受到光线的影响，效果一般。

（5）盲点信息系统，采用了车速感应器、雷达及摄像头等装置对车辆两侧进行探测，但无法直观看到A柱的视野盲区，且雾霾、大雾、大雨等天气对摄像头和雷达影响较大。

A柱盲区带来的安全隐患不容忽视，针对这一问题，在前人研究的基础上，本文提出了一种基于驾驶辅助的汽车A柱盲区影像显示系统，结合ADAS辅助驾驶系统、驾驶员监控系统（DMS）、高速摄像头模组、OLED柔性屏幕等，完全消除A柱视野盲区，极大地提高了驾驶安全性和舒适性。

2 基于驾驶辅助理念（ADAS）的A柱盲区影像显示系统

汽车高级驾驶辅助技术（ADAS）是在汽车智能化不断提高、汽车安全问题越来越被关注的基础上发展起来的，旨在车辆行驶过程中对即将发生的事故进行预警，降低碰撞风险，从而避免交通事故的发生，提高行车安全性。汽车高级驾驶辅助技术所包含的种类很多，随着当今信息技术的飞速发展，高级辅助驾驶系统ADAS功能更加丰富，也越来越人性化，汽车内各种辅助驾驶的应用，如倒车影像、360度环视技术、自动泊车功能、平行显示系统HUD、车道监视、车道保持、碰撞避免或碰撞系统等等技术，已经应用在各种车型中，人们的驾乘体验再次升级到新的高度[5-6]。

目前汽车ADAS技术中的“车道偏离预警、碰撞预警、变道辅助”等ADAS功能的用户提示方式比较集中在中控大屏、仪表上显示警示灯，播放提示讯号等区域，用户低头看仪表或大屏存在安全风险。针对此问题，文章提出了一种新的思路，将A柱盲区影像显示与ADAS技术结合起来，借助ADAS的优势，实时显示行车过程中A柱盲区信息，又对即将出现的可能发生的危险情况进行预警提示，如行人、车辆、障碍物等进行识别提醒，提高驾驶员行车过程中的安全性。

3 系统平台实现及其效果

3.1 系统工作原理

本文基于驾驶辅助理念设计了一套A柱盲区影像显示系统，该系统由车外场景采集摄像头、车内驾驶员监控摄像头、车外信号监测雷达、图像处理器和OLED柔性显示屏组成，OLED柔性屏贴合在左右A柱的表面。系统示意图如图1所示，车外摄像头（C1及C2）实时采集车辆左右侧A柱盲区影像信息；车内 DMS摄像头采集驾驶员的头部位置及视线角度信息；车外雷达实时监测路况、周边行人、车辆等信息，与摄像头采集到的图像配合，同步反馈，控制器接收所有采集到的信息进行处理（图1中将ADAS控制器与图像处理控制器集成），经控制器计算后，进行碰撞预警，将驾驶员视野盲区的影像及碰撞预警信息（红色警示框）显示在A柱上的OLED柔性屏幕。A柱盲区影像显示技术结合与驾驶辅助技术 ADAS的“碰撞预警”，通过雷达及摄像头采集信息，实现碰撞预警，大大提高了行车安全性及舒适性。

图1 系统示意图

为了实现以上系统功能，该系统应满足：（1）系统在实际行车环境下，应保证对不同场景及不同天气的可靠性、鲁棒性和实时性；（2）硬件平台的搭建：需对盲区图像进行采集、处理和显示三大功能，确保车内外摄像头实时采集盲区路况信息与驾驶员视线角度和位置信息，处理器及时将有效信息输出，显示屏无卡顿并清晰；（3）系统软件的编程，要保证将实时采集到的图像与雷达信息融合，识别出可能碰撞的物体，并给出相应的提醒信息。

3.2 硬件平台设计

基于方案需求，设计了如下硬件平台，该硬件平台主要由瑞芯微RK3399Pro芯片、12.3英寸柔性屏和RER-USB高速USB摄像头模组组成。

硬件系统组成由图2所示，A柱外侧摄像头（C1、C2)用于采集盲区信息，控制器完成摄像头图像的校正、切割、仿射变换等图像处理任务，A柱显示屏通过OLED成像技术将画面投射到A柱表面，DMS获取驾驶员视线方向，对不同视线位置显示的图像进行修正。

图2 硬件系统组成

（1）瑞芯微RK3399Pro芯片是一款专为人工智能设计的嵌入式主机。集成独立的NPU单元，可提供3TOPS算力；适用于人工智能项目，如人脸识别、机器检测、客流统计、轨迹分析、人证对比等机器视觉场景，也可用于自然语音处理的场景；与A柱盲区影像显示系统要求的实时采集盲区数据并进行图像裁剪处理相嵌合，控制器如图3所示。

图3 RK3399Pro芯片及其参数

（2）12.3英寸OLED柔性屏，柔性屏与传统的屏幕相比，具有良好的柔韧性、更轻薄的体积、较低的功耗、耐揉搓的特性。柔性OLED屏幕可以自发光，实现极佳的图像质量。柔性屏可弯曲折叠且不影响其显示效果，与A柱区域完美贴合，显示因A柱的遮挡形成的视野盲区，达到“透明A柱”的效果。如图4所示，为与A柱造型相同的OLED柔性屏。

图4 与A柱造型相同的OLED屏

（3）为了保证图像质量，选取RER-USBFHD08S-LS29高速摄像头模组进行盲区影像和车内DMS图像采集，支持1 920*1 080p，60帧视频，摄像头分别布置在车外左右侧采集盲区影像，布置在车内实时监控驾驶员头部位置和视线角度。

图5 高速摄像头模组及其参数配置

（4）系统新增毫米波雷达，结合图像采集摄像头将驾驶辅助技术应用到A柱盲区影像显示系统。通过雷达及摄像头采集路况信息进行盲区碰撞预警，避免交通事故的发生。工作原理如图6所示。

图6 信号检测雷达

3.3 实车验证及结论

基于驾驶辅助理念的A柱盲区影像显示系统硬件平台搭建完成之后，搭载到实车上，对其进行实车验证。将车外摄像头对准行人，如图7（a）可以看到A柱上屏幕采集到的人物图像，画质无压缩，行人胸前卡片上的字样，同样显示清晰。图7（b）测试安装在车上的A柱盲区影像实时显示效果如下图，右侧A柱盲区信息显示与外界“无重影”且效果好，解决了A柱显示屏的盲区图像与实际外界景象被“分割”。

图7 盲区影像显示装置

系统通过车外摄像头和毫米波雷达监测路况、行车周边环境、行人及车辆等信息，将行人、车辆、障碍物等进行实时识别，在A柱贴合的柔性屏幕上，同步使用红色警示框将其框选，进行危险提示，实现盲区碰撞预警，进一步确保行车安全性，如图8所示，在实际行车情况下，透明A柱在结合ADAS信息后，将出现在左侧A柱盲区中的行人，用高亮红色警示框选中，提醒驾驶员，避免因视野盲区导致的惨剧。随着系统的不断完善，日后在A柱上还能显示更多的随车信息。