车载高清全景环视系统量产化方案研究

王家才

(深圳市豪恩汽车电子装备股份有限公司,广东深圳 518110)

1 车载全景环视系统传统用途

(1)削除泊车场景盲区:泊车时输出实时全景鸟瞰图视频,用户还可以切换前后左右不同的视图角度,图像更直观,消除车身周围盲区,不管侧方位泊车、垂直泊车、斜车位泊车都能看清车身周围障碍物,提高停车效率,有效防止停车时刮蹭,减少车主顾虑和麻烦。(2)狭窄道路的辅助驾驶:狭窄道路会车、狭窄城中村道路、狭窄桥梁、狭窄乡村小道、道路上有坑洼或障碍物等,全景环视系统可以看清车辆周围的障碍物及评估车辆周围障碍间的距离。(3)消除转弯时的盲点,提高安全性。摄像头位于驾驶员前方,因此可以提前看到路况,尤其是在车转弯时,还可以看到左右后视镜的死角,加大环视系统的应用场景。(4)ADAS智能高清全景环视系统:通过神经网络分类探测识别,全景控制器在泊车过程中可以识别雪糕桶、地锁、轮阻器、禁停标志等静止障碍物,以及行人、自行车、车辆移动障碍物,还可以探测障碍物距离,并且融合超声波距离,以可视化图案或声音实时提醒预警驾驶员,评估潜在碰撞风险,并可实现车辆自动紧急制动,进一步降低碰撞风险,让车辆更安全。

2 车载全景环视系统功能描述

2.1 车载摄像头功能说明

摄像头主要包括镜头、图像传感器、ISP信号处理器、串行器、电源共五部分,图1所示。(1)镜头。(2)CMOS图像传感器:通过镜头聚焦到CMOS传感器感光阵列,将模拟光信号转换为数字电信号数据,同时还集成AEC自动曝光量控制、AGC自动增益控制、AWB自动白平衡处理、黑电平控制、伽玛校正等。车载CMOS传感器主要以中国豪恩科技OmniVision、日本索尼Sony、美国安森美Onsemi。(3)ISP图像信号处理器:接收CMOS图像传感器的输出原始数据,进行颜色转换、噪声抑制、阴影校正、变形处理、色调调整、图像边缘增强等。(4)串行器:接收CMOS图像传感器图像数据,将并行图像数据编码后转换为串行数据,输出到同轴线束。(5)POC(Power Over Coax)是视频信号和电源叠加共享一条同轴线缆。ECU控制器输出的摄像头电源,经过POC滤波处理后,降压产生多路电源给CMOS图像传感器、ISP图像信号处理器和串行器供电。

图1 车载摄像头功能框图Fig.1 Function block diagram of car camera

2.2 车载全景控制器功能说明

车载全景控制器采用高度集成双处理器方案(单片机+SOC),减小硬件开发难度,有利于产品小型化,降低成本。车载全景控制器功能框图2 所示:

图2 车载全景控制器功能框图Fig.2 Function block diagram of vehicle panoramic controller

(1)视频输入解串器:接收4个环视摄像头输入视频数据,将摄像头串行数据转换为并行数据,通过并行图像接口或MIPI接口将视频数据传输给SOC全景处理器。(2)SOC高清全景处理器:SOC并行图像接口或MIPI接口接收4合1解串器视频数据后,视频数据分成两路:一路视频数据用于可视化显示:主要完成变形校正、视图投影变换、视图切换、图像拼接、用户界面处理、完成图像增强处理;另外一路数据用于移动障碍物和静止障碍物分类识别;最后将障碍物分类识别的结果叠加到第一路图像增强后视频流,最后将视频流传输到中控导航实时显示。(3)视频输出串行器:接收SOC处理的并行视频数据流,转换成串行数据,输出到中控导航显示。(4)单片机:MCU主要完成车身通信,接收用户视图切换、转向、档位操作、外部开关控制激活/关闭控制等命令,并将命令转发到SOC处理器,并根据SOC处理器分析处理结果,通过蜂鸣器和LED声光信息提醒用户,系统低功耗电源管理等。(5)EMMC存储器:存放操作系统启动程序、内核程序、文件系统、用户界面数据、环视标定数据,不同的客户要求有差异,EMMC ROM容量也差异。不同的客户功能要求,EMMC存储器容量也有很大差异,由于消费类手机引领市场需求,EMMC ROM厂商不再生产容量较小的EMMC存储器。(6)DDR RAM随机存储器:双倍率随机访问存储器, 读写速度很快,电源关闭时RAM不能保留数据,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。系统启动时,SOC处理器加载EMMC ROM中存储的数据到DDR RAM中运行。不同的客户功能要求,DDR3 RAM容量也有些差异,一般容量需求从256兆字节至1000兆字节。(7)CAN总线通信收发器:接收车身信号和用户操作命令,车身转向灯信号控制车载全景左右视图自动切换,前进/倒退档位信号控制车载全景前后视图的自动切换,方向盘角度数据控制前后动态车辅助线。(8)电源管理:按视频输入解串器、MCU、SOC处理器、视频输出串行器、输出多路电源。

3 传统车载全景环视系统方案

近几年中国高端芯片的崛起,国外从芯片设计、制造等多个领域开始阻击中国高端芯片领域,2021年车载芯片严重缺货,国内汽车零部件公司逐步开始寻找替代方案,整车厂也要求零部件公司提供国内全景关键芯片替代方案,全景关键芯片国产化比例逐步提高。本文聚焦介绍当前一些主流车厂已量产的高清全景方案,并侧重介绍一些国产化全景方案。传统国际和国内全景芯片供应商包括:恩智蒲、瑞萨、德州仪器、安霸、全志科技等。传统高清全景方案关键参数对比见表1。

表1 传统高清全景方案关键参数对比Tab.1 Comparison of key parameters of traditional HD panoramic schemes

4 ADAS智能全景环视系统方案

传统全景只能提供车身周围的实时视频图像,自从2018年中国新车评价规程(C-NCAP)将ADAS(行人自动紧急制动系统(AEB VRU_Ped)和二轮车自动紧急制动系统(AEB VRU_TW))纳入评分体系,同时i-VISTA中国智能汽车指数测评规程正式发布,i-VISTA智能汽车指数是中国汽研针对智能行车、智能泊车、智能安全、智能交互、智能能效五大汽车智能化板块的第三方测试评价,进一步激发ADAS智能全景环视系统的需求。ADAS智能全景环视系统还可以融合超声波传感器、高清环视摄像头感知功能,可应用于车位线识别车位泊车、静止障碍物分类识别、移动障碍物分类识别、倒车后方碰撞提醒、倒车紧急制动、防止油门误踩、开门提醒等领域,ADAS全景越来越智能化,超声波传感器和高清环视摄像数据融合可以实时测量障碍物距离,评估潜在的碰撞风险,实现车辆的主动控制,增强车辆安全性,进一步提高产品竞争力,本文聚焦于量产ADAS全景。ADAS智能全景方案关键参数对比表2所示:

表2 ADAS 智能全景方案关键参数对比Tab.2 Comparison of key parameters of ADAS intelligent panoramic scheme

5 结论

车厂基于市场客户需求,对于车载高清全景提出越来越多更人性化的需求,车载零部件公司也充分挖掘车载高清全景潜在的功能,车载高清全景也越来越得到车主认可,车载全景的装车率也越来越高。目前因传统全景环视系统具有成本优势,装车比例较高;随着汽车消费升级和汽车安全性的需求,以及ADAS智能全景环视芯片成本较低,ADAS智能全景环视会逐渐普及。