能實現(xiàn)360度無死角的最牛安全駕駛汽車環(huán)視系統(tǒng)設(shè)計

一. 項目概述

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

傳統(tǒng)的泊車系統(tǒng)主要通過三種手段使司機能夠看到汽車后方情況，這些手段分別是倒后鏡、倒車雷達和倒車攝像頭。然而，這三種手段都存在車側(cè)面這個盲區(qū)。對于一些較復(fù)雜路段，司機只能看到前后方向，而車體兩側(cè)則容易被路邊異物刮傷。

因此，對汽車360°環(huán)視系統(tǒng)進行研究和開發(fā)具有很高的前景性和應(yīng)用性。本項目采用XilinxSpartan 6 FPGA進行算法的開發(fā)及系統(tǒng)控制。

二.系統(tǒng)功能描述

2.1 系統(tǒng)功能

根據(jù)本項目的設(shè)計目標，本設(shè)計需要完成的功能有：

采集車的前方后方共四個攝像機的圖像信息

將四個攝像機得到的視頻信息通過視頻處理技術(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, 不能感覺到有明顯拼接跡象

2.2 時間性能

根據(jù)本項目的設(shè)計目標，汽車環(huán)視系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)B續(xù)視頻幀圖像進行實時處理， 以保證汽車駕駛的安全性。

三. 方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)工作原理

3.1.1 理論分析

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

使用中因為鏡頭視角足夠大，不同攝像頭的影像就會存在部分重疊現(xiàn)象，這樣只要合理配置攝像頭的位置，同時對重疊部分進行合理拼接，就可以從4個攝像頭的影像恢復(fù)出360度視角的環(huán)視影像。

3.1.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用Xilinx Spartan 6 FPGA進行系統(tǒng)控制及圖像處理算法的開發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)功能需求和性能要求的分析，可得到其系統(tǒng)框圖如下所示：

系統(tǒng)框圖

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

3.2 系統(tǒng)方案實現(xiàn)

3.2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計如下圖所示：

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

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

Spartan – 6是本系統(tǒng)的核心器件，其具有如下特點：

? 專用于低成本設(shè)計

? 極低的靜態(tài)與動態(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

? 流水線與級聯(lián)功能

? 用于協(xié)助濾波器應(yīng)用的預(yù)加法器

? 集成存儲器控制器模塊

? 針對以流水線應(yīng)用而設(shè)計的 LUT，具有雙觸發(fā)器

? 具有各種粒度的 Block RAM

? 低噪聲，高靈活度的時鐘控制

ADV7123是一款高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置三個高速、10位、帶互補輸出的視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一個標準TTL輸入接口以及一個高阻抗、模擬輸出電流源，用于驅(qū)動VGA輸出。其具有以下特點：

吞吐量：330 MSPS

三通道、10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器

無雜散動態(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(tǒng)軟件設(shè)計

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

在ADV7184解碼完畢后輸出YCrCb信號，為了方便后續(xù)處理過程，將其轉(zhuǎn)換為RGB格式。YCrCb與RGB制的轉(zhuǎn)換如下：

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

由于采用魚眼鏡頭，邊緣處的部位會發(fā)生變形，因此，要進行形狀校正。

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