基于視覺傳感的全景泊車輔助系統設計

魏瑩晨　甘泉　張平改

【摘 要】隨著科學技術的不斷發展，汽車電子正朝著多元化、安全化、舒適化的方向發展。本文設計一種基于視覺傳感的全景泊車輔助系統，以便將車身周圍全景圖像提供給行車駕駛員，使其能夠更為直觀地把握汽車周邊情況，實現輔助駕駛，從而提高行車的安全性。

【關鍵詞】視覺傳感；全景泊車；輔助駕駛

0 引言

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，我國汽車工業的快速發展，機動車逐漸走入家庭。目前，據相關部門統計，我國機動車保有量達到9200萬。越來越多的機動車出現在道路上、街道內、停車場里，導致道路交通日益擁堵，這給駕駛員也帶來了諸多不便，道路安全隱患也呈逐漸上漲的趨勢[1-2]。據交通管理部門和國家統計部門的相關數據顯示，中國每年大約有八萬人死于交通事故，道路交通傷害已成為世界10歲至18歲青少年死亡的最重要原因之一[3]。

調查發現，當司機倒車或停車時，發生事故的概率占道路交通事故的比例較大。造成這一事故的原因有很多，其主要表現在以下三個方面：首先，駕駛者在車內的視覺盲區；其次，惡劣天氣對駕駛員視野的影響；最后，駕駛員的駕駛技術。其中視覺不暢最容易造成事故，引起人員傷亡和相關財產損失。2010日9月7日，江蘇新沂一名三歲半的男孩在一輛奧迪轎車后面玩游戲，由于視覺盲區，駕駛員在車上并沒有意識到，導致汽車發動后直接從男孩身上的碾壓過去，男孩當場死亡。因此，全景泊車輔助系統的開發，不僅可以解決駕駛員的后顧之憂，安全駕駛，從而減少不必要的損失和人員傷亡。

所謂的全景泊車輔助系統，是指能夠為駕駛員實時顯示車輛周圍視頻圖像，可保證駕駛員實時掌握車輛周圍的最新情況，包括可能存在的障礙物以及來往行人，擴大駕駛員的視野。本文為了消除汽車啟動、行使或停車過程中的盲區，從軟、硬件兩個方面對全景可視化輔助泊車系統進行初步設計。

1 系統硬件電路設計

為了更好的展示全景泊車輔助系統硬件設計方案，可將整個系統分成電源模塊、主電路模塊、采集模塊、LCD顯示屏模塊4個部分，如圖1所示。其中視覺部分主要由CMOS攝像頭，圖像處理單元和顯示屏幕構成[4]。圖像處理單元中采用數字信號處理器來完成視頻圖像處理，主要由 ADC、DSP和DAC組成；CMOS視頻傳感器將車身周圍的視頻圖像傳輸給圖像處理單元；系統的顯示部分由駕駛室中的一塊LCD顯示屏組成，將系統處理后的全景視頻圖像提供給駕駛員。

整套的多源汽車全景顯示系統仿真實驗硬件包括個人電腦、圖像采集設備和4個攝像頭，如圖2所示。

其中，4個攝像頭是用來采集仿真模型四周的圖像，以提供給圖像采集設備進行信息的存儲，如圖2（a）箭頭所指位置，圖像采集設備是用來獲取圖像信息，以解決提供給個人電腦進行圖像的處理，個人電腦是本次實車模型仿真實驗的核心部分，相對于該系統的CUP結構，主要用來圖像信息的處理與輸出，在后期的研究中，需將中央處理器獨立出去，從而形成一臺正真意義上的多源汽車全景系統。

2 系統軟件設計

系統軟件流程如圖3所示，首先對系統的參數初始化，設置前后左右4個攝像頭水平方位和垂直方位等參數，以保證最大重復區，便于后期的圖像拼接處理；然后進入圖像預處理模塊，將獲取車身周圍的圖像分成兩組，并采用圖像逆投影變換方法將車前和車后透視圖轉換成鳥瞰俯視效果圖；并在相鄰攝像頭覆蓋的公共區域內采用SIFT方法尋找特征點，在待拼接圖像中確定拼接點的位置，以實現圖像的無縫連接，并在此基礎上，采用基于分層模型的圖像融合方法，對原始圖像進行劃分成塊以選擇同一位置像素較為清晰的區域，利用加權平均法對其邊緣進行融合，當所計算區域的值相近時，則對該區域進行子模塊的劃分，重復上述融合方法，最終得到融合后的效果圖；待汽車周圍的圖像拼接、融合完成后，生成全景圖像拼接映射表保存，同時，為保證駕駛員的最佳視覺效果，駕駛員可以根據周圍的亮度來選擇是否全景圖像增強處理圖像和輸出增強處理的全景圖像的全景圖像。

3 實驗驗證

本文采用Matlab的GUI進行圖像界面的設計，將鏡頭所采集的圖像顯示在所設計的界面上，并通過圖像拼接技術、圖像融合技術將四幅圖像進行合成，以形成一幅汽車四周模擬的全景圖像，提供給駕駛人員，方便其駕駛行車。在登陸系統后，點擊“圖像采集”按鈕進行汽車四周圖像的采集，如圖4所示[5]。

然后，點擊“現有技術”按鈕與“所提方法”按鈕進行全景泊車輔助系統圖像處理，結果如下：

從圖5可以看出，本文設計得全景圖融合效果較好，圖像的連續性較強，較好滿足了人們的視覺要求。

4 總結

本文主要介紹了全景可視化輔助停車系統的應用背景、系統的設計目標和功能，并進一步設計了全景視覺輔助停車系統硬件結構和軟件流程，最后，實驗生成全景圖像以驗證全景可視化輔助停車系統設計的有效性。

【參考文獻】

[1]Kai-Che Liu， Hurng-Sheng Wu. Automatic Distortion Correction of Endoscopic Image Captured With Wide-Angle Zoom Lens[J].IEEE Transactions on Biomedical Engineering，2013，60（9）：2603-2612.

[2]吳永祺.基于全景視覺的汽車安全駕駛輔助系統的設計研究[D].華南理工大學，2014.

[3]張平改，魏利勝，周圣文.基于圖像融合的泊車輔助系統研究[J].安徽工程大學學報，2015，30（5）：58-62.

[4]趙凱.全景可視化輔助泊車系統研究[D].合肥工業大學，2011.

[5]魏利勝，張平改.基于分層模型的圖像快速融合方法研究[J].系統仿真學報， 2016，28（6）：1372-1379.