辅助驾驶：汽车环视系统设计，完整硬件平台参考方案
一、项目背景
1.1 研究背景
本项目研究内容是开展汽车环视系统((AVM)技术与产品的研究与开发，通过驾驶员实时实景环视辅助系统，提高汽车行驶及停车时的安全性。主要研究内容包括: AVM产品技术与功能分析；产品规格总体设计；实时数字图像快速处理；图像显示加速；多场景、多视点图像几何处理及其合成拼接成像技术；高性能处理平台设计；车载数字图象质量Qos研究；AVM产品样机设计开发等。
1.2 基于AVM平台采用FPGA算法的优越性
- 采用可编程的FPGA进行设计，便于设计的更新与升级，节约成本。
- 通过使用图像拼接技术，使系统在图像呈现的清晰性、稳定性和可靠性得到有效地保证。
- LCD体积小、质量轻、功耗低，可以用大规模集成电路直接驱动，可以在明亮环境下显示，不含射线伤害。
二、项目方案
2.1、实现功能
1 ）通过处理四组影像，合成为一幅360度的图像制成如同从上方俯瞰车辆一样的影像后显示在显示器上。
2 ）利用FPGA算法，通过使用图像拼接技术对于对预处理后的四幅图像进一步切割，已达到完美的反走样拼接。
2.2方案设计原理
该方案使用AVM硬件平台，系统原理框图如下：
三、硬件设计框图
- Spartan-6承担4幅图像实时处理的任务，对来自每个摄像机的原始图像进行几何坐标变换、反走样、矫正、拼接等处理；
- 4xVideo In:连接4个CMOS数字摄像头，直接物出YUV数字视频信号；
- 1xVideo Out:用于连接车载TFf LCD显示器用于显示360度的全景图象；
- 四组x120-180度广角高分辨率小型数字摄像头(CMOS/CCD) ；
- 7英寸彩色LCD液晶显示屏(分辨率720x480像素)；
- 摄像头辅助声纳系统可以作为选配，能够起到距离测量和声音警示的作用。并可以通讯与系统在相对应的显示区域用颜色警示，配合AVM系统给驾驶员最大的安全保障。
四、辅助泊车
1) 无车区域和停车位置搜索和定位。
2) 自动辅助泊车控制。
辅助泊车系统通过安装在车身上的摄像头，超声波传感器，以及红外传感器，探测停车位置，绘制停车地图，并实时动态规划泊车路径，将汽车指引或者直接操控方向盘驶入停车位置。
3）辅助泊车传感器信息处理和地图绘制。
图1 超声波检测
图2 无车区域检测
图3 停车位置检测
4）停车位置检测
路径规划需要建立建立汽车运动型运行模型，汽车运动学模型一般采用前轮驱动模型。参考路径模型根据泊车方式分为 2 种:
（1) 圆弧模型，一般用于车库泊车；
（2) 五阶曲线模型，一般用于平行泊车。
图4 平行泊车 图5 车库泊车
五、图像拼接合成技术
5.1图像几何处理技术:
通过转换四个视点坐标(眼坐标)到大地坐标的坐标变换，几何校正及进行反走样处理等，产生4幅可以拼接合成的素材。要求主处理芯片能够达到图像算法实时性处理的速度要求。
5.2多视点图像合成技术:
通过处理四组影像，合成为一幅360度的图像制成如同从上方俯瞰车辆一样的影像后显示在显示器上。对于对预处理后的四幅图像进一步切割，已达到完美的反走样拼接。
5.3图像拼接技术
图像拼接(image mosaic，或者称图像配准)是图像处理的一项重要内容，主要用于匹配取自不同时间、不同传感器或不同视点的两幅或多幅图像。目前使用的较多的领域为多视角的卫星遥感图像的拼接融合，以及在医学检测中多种类型的检测仪器采集的图像进行拼接融合。在三维重构系统中则是将两幅或多幅局部采集的编码图像进行拼接，使得能够将大范围的三维物体进行一次重构。
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