基于鱼眼镜头的车载全景环视系统研究

基于鱼眼镜头的车载全景环视系统研究

发表时间：2019-09-03T16:54:23.430Z 来源：《科学与技术》2019年第07期作者：段军[导读] 现主要探讨摄像头在车辆上可以安装的位置和各种不同情况下的安装条件、安装角度对系统图像的影响以及常规情况下应取的角度的确定。

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摘要：全景系统是通过车辆前后左右四个全景摄像头图像拼接产生周边完整图像的车载设备，四个摄像头的安装位置、安装角度对于系统的图像拼接有着重要影响。尤其是在鱼眼镜头的支持下，车载全景环视系统能够为驾驶员带来更全面的视觉体验，从而带来诸多便利。现主要探讨摄像头在车辆上可以安装的位置和各种不同情况下的安装条件、安装角度对系统图像的影响以及常规情况下应取的角度的确定。关键词：全景系统；图像拼接；全景摄像头；安装角度；安装位置

1鱼眼镜头及车载全景环视系统概述

1.1鱼眼镜头概述

鱼眼镜头相比传统镜头具有更大的视场角。但由于其特殊的光学结构，鱼眼镜头引入了以径向畸变为主的图像畸变，目前各类畸变校正算法的实现，均依赖于鱼眼镜头图像轮廓的确定。提取鱼眼镜头的图像轮廓，主要是指获得圆形区域的圆心坐标及半径。随着图像处理技术的发展，在有限的条件下获得更多图像信息的需求越来越迫切。考虑到安装相机的成本和图像处理算法上的复杂性，在一定范围内，安装摄像机的数量越多，获取的信息越多越好。普通相机的视角一般在30°～40°，而鱼眼镜头可以获得180°左右的图像信息。

1.2车载全景环视系统概述

首先，目前大多数人使用的为360°全景行车系统，但360°全景行车记录仪虽然能够提供全面的图像记录功能可以对障碍物进行识别和检测。该系统能够通过起图像记录等功能，为用户呈现图像等，以便避免障碍物。其次，目前的360全景行车记录仪都只配置了前、后、左、右四个方向的相机。其三，目前汽车对障碍物的检测主要还是需要依靠超声波雷达完成，受到超声波雷达的功能限制，汽车无法使用超声波雷达对障碍物进行准备位置定位和大小识别，也无法实现障碍物的可视化，导致用户不能直观地了解障碍物的大小、位置和类型。比如专利CN205632288U《一种全景倒车影像系统》，其特征在于：包括图像采集模块、系统控制模块、图像显示模块、图像处理电路模块和图像拼接融合电路模块；所述图像采集模块的输出端分别与系统控制模块和图像显示模块的输入端连接；所述系统控制模块的一输出端与图像处理电路模块的输入端连接；所述图像处理电路模块的输出端经图像拼接融合电路模块与系统控制模块连接；所述系统控制模块的另一输出端与图像显示模块连接。

2影响全景图像拼接的结构因素

一般家轿、SUV安装全景系统的车型，其长度在4.5～5m的范围内，加上车辆需要显示的单边范围为2～3m，需要车载摄像头的最大拍摄范围达到7～11m。而车上适合安装摄像头的位置不多，高度一般也不超过1.2m。需要摄像头有比较广阔的取景角度（视场角），只有大广角的鱼眼摄像头能达到，所以全景用的摄像头就只能是鱼眼摄像头。平面拼接的摄像头水平视场角须大于170°，垂直视场角须大于110°；立体拼接要求更高，水平视场角须大于185°，垂直视场角须大于124°，这样拼接出来的图像才比较清晰。全景系统的图像质量取决于摄像头的摄取范围能否达到系统要求，而影响摄像头摄取范围的因素有摄像头的固定位置、高度和摄像头的摆放角度，固定位置和高度决定了图像的取图范围大小，而角度决定了图像能否覆盖需要取的位置，下面分别介绍对这些结构要素的要求。3摄像头的安装位置和高度要求

3.1前视摄像头的安装位置选择

车前部能安装摄像头的位置主要有上格栅、下格栅、前保险杠。出于车的结构完整、强度保持的需要，无论车厂还是4S店，都不允许通过打孔、开缝、切角等破坏车前部结构件的方式进行前视摄像头的安装[1]。所以，在保险杠上安装就不可能了。那就只有在上、下格栅（俗称“中网”和“风网”）上安装才比较合理。前视安装需要符合哪些条件，才能摄取到符合系统要求的图像呢？先说说高度。全景摄像头的分辨率约为30万像素，解像能力是640×480以上，从清晰度角度来说，2m以下都能摄取到足够清晰的图像；如果用百万像素级（1280×720）的高清摄像头，三四米的高度取的图仍能令人满意。车的宽度一般在1.8m左右，加上全景需能反映车身外2～3m距离内的图像，这样前摄就必须能取到周围6～8m范围内比较清晰的图像。

3.2后视摄像头的安装位置选择

后视摄像头的安装条件与前视相似，同样是越高越好，最好安装在中线上。在4S店加装全景系统，后视摄像头的安装要尽量用好已有的结构，后视的位置常选择取代两种车上现成的结构：倒车摄像头和牌照灯。两个位置的高度是一样的，一般都在1m以上的高位。倒车摄像头的位置是首选，这个位置比较靠中线，因为尾箱开箱提手位置的存在，倒车摄像头也不是处于正中，会偏一点[2]。对于自动锁尾箱的车，开锁位置不在正中，处在正中的就是倒车摄像头了。倒车摄像头的固定结构与全景后视摄像头相似，很容易就可以改为后摄，无需做太大改动。

4基于鱼眼镜头的车载全景环视系统设计

在车辆车头保险杠的中部设置前摄像头，在车的左后视镜的最左端设置左摄像头，在车的右后视镜的最右端设置右摄像头，在车的车尾中部设置有后摄像头，在车内部中部设置有车载计算机，车内的仪表板上方和风挡玻璃上设置有显示屏[3]。车身四周的摄像头用于采集车身四周图像，所有摄像头均与车载计算机相连接，车载计算机获取图像后进行图像处理，完成车身四周图像的全景图像合成。车载计算机通过人工智能和图像检测技术对由摄像头合成的全景图进行分析，找到可能危害行车安全的障碍物。车载计算机连接显示屏用于显示合成的全景图像和被计算机检测的障碍物位置，显示屏自带触控功能可完成人机之间的控制交互，方便驾驶员的操控[4]。由于需要实时完成对最少4个摄像头的图像拼接，还需要通过人工智能的方式自动识别车身周围的障碍物，所以对车载计算机的要求比较高。并且由于安装在车上，设备需要小型化。普通的嵌入式设备无法满足需求，本文采用嵌入式人工智能计算平台，例如Nvidia公司的JetsonTX2。JetsonTX2配置是满足了本文要求书中所提到的最低要求，达到这些要求才能完成本文的功能效果。