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单芯片SoC助力实现低成本ADAS高清环视系统解决方案

来源: Renesas
2018-05-03
类别:汽车电子
eye 260
文章创建人 拍明

  作为ADAS系统中非常重要的也是非常基本的一个功能,环视系统被越来越多的应用到了中高端汽车上面。目前市场装配的主要还是标清摄像头系统,但是随着人们对显示质量的要求越来越高,同时也为了满足ADAS整个系统中其它功能的要求,高清环视系统的需求已经提上了日程。

  目前在个别车型上面已装配了高清环视系统,但是考虑到高清传输需要大量的数据以及实时性的要求,所以目前的方案主要还是采取LVDS的方式传输。不过LVDS也有一个明显的缺点,那就是成本问题。相对于标清方案,采用LVDS作为传输介质的高清方案的成本会高出很多,这也是目前很多OEM比较关心的问题。笔者最近通过调查发现目前市场上已经开始提供以太网的方案,并且以太网传输的介质是双绞线,这样整套系统的成本将大大降低。Renesas的R-CAR T2就是为了解决这一问题而专门设计的一款SoC产品。笔者在开发的过程中使用了该产品,本文就相关的一些数据结果与大家做一个分享。

  高清环视系统中通常至少需要4个摄像头,这4个摄像头传到中央显示单元的时间要一致并且足够短,从而保证实时性的要求。R-CAR T2提供了内置硬件的H.264编码单元,这样摄像头采集到的图像可以直接通过硬件的方式进行压缩。压缩后的数据再通过以太网传给中央显示单元。下面是笔者在使用过程中的一些实验数据结果。

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  笔者的方案中采用了4个高清数字摄像头。摄像头采集到数据之后,首先进行数据压缩,这一步非常重要,如果采用软件的算法进行压缩,通常光软件算法就需要耗费几十毫秒的时间,而如果是硬件实现H.264的压缩算法的话,这个时间几乎就可以忽略不计了。笔者使用的是摄像头模组进行的开发,也就是把摄像头和R-CAR T2集成到一起。这里高清摄像头的分辨率为1280x960,帧率为30fps。这样从采集图像一直到数据从Ethernet AVB发送出去只需要不到1ms的时间。当我们车辆行驶在100km/h的情况下,1ms的延时车辆刚刚向前行驶了不到2.8cm,在实际情况下这个距离几乎可以忽略不计。

  100000米/3600000毫秒=0.02778米

  除了延时之外,压缩之后的画质效果是另一个关键问题。有些压缩方法虽然可以使压缩后的数据量变得更小,但往往是以损害解压后的画质为代价的。之前笔者测试过采用MJEPG的方式,解压后的很多画面已经模糊了,尤其是对很多标识上的文字的影响更明显,严重的甚至已经完全无法辨识。采用H.264的方式之后的效果则大大改善,在实际的测试中对标志标线的都比较清楚,能够还原采集到的原始图像。

  如前所述,高清环视的应用必然是一个趋势。笔者的整个系统通过评估可以达到与LVDS传输几乎一样的应用效果。由于R-CAR T2提供了硬件的压缩方案,这样就大大缩短了整个系统的传输延时。前面提到了只考虑硬件图像压缩大概在1ms以内完成,目前笔者的系统中图像从采集到拼接显示到中央TFT屏上面可以在10ms之内完成。而10ms的延时对于人眼的反应来讲是完全可以忽略的。希望我的经验能对各位从事相关开发的“攻城狮”们能有所帮助。

  高级驾驶辅助系统 是利用安装在车上的各式各样传感器,在汽车行驶过程中随时来感应周围的环境,收集数据,进行静态、动态物体的辨识、侦测与追踪,并结合导航仪地图数据,进行系统的运算与分析,从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险,有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。 近年来ADAS市场增长迅速,原来这类系统局限于高端市场,而现在正在进入中端市场,与此同时,许多低技术应用在入门级乘用车领域更加常见,经过改进的新型传感器技术也在为系统布署创造新的机会与策略。

  先进驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance System),简称ADAS,是利用安装于车上的各式各样的传感器, 在第一时间收集车内外的环境数据, 进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理, 从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险, 以引起注意和提高安全性的主动安全技术。ADAS 采用的传感器主要有摄像头、雷达、激光和超声波等,可以探测光、热、压力或其它用于监测汽车状态的变量, 通常位于车辆的前后保险杠、侧视镜、驾驶杆内部或者挡风玻璃上。早期的ADAS 技术主要以被动式报警为主,当车辆检测到潜在危险时, 会发出警报提醒驾车者注意异常的车辆或道路情况。对于最新的ADAS 技术来说,主动式干预也很常见。

  高级驾驶员辅助系统 (ADAS)基础型后视摄像头

  后视摄像头系统可以帮助驾驶员发现车后的物体或人员,以便在确保安全的情况下倒车并顺利停车入位。高级系统中部署100万像素的高动态范围(HDR)摄像头,并通过非屏蔽双绞线实现高性价比的高速以太网连接和视频压缩。其他系统要求包括适当的物理层接口和电源。智能后视摄像头可在本地对视频内容进行分析,以实现物体与行人侦测。此外,它们还支持全面的本地图像处理及图形叠加创建。它们能够测量物体距离,并触发制动干预。这种功能可以帮助驾驶员安全倒车,方便他们停入车位。飞思卡尔解决方案具有高集成度和低功耗的特点,支持开发极小规格的摄像头模块。智能后视摄像头与简易型模拟摄像头使用相同的接口,提供了一种极具吸引力的升级换代途径。

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  高级驾驶员辅助系统(ADAS)前视摄像头

  高级驾驶员辅助系统中的摄像头系统可以分析视频内容,以便提供车道偏离警告(LDW)、自动车道保持辅助(LKA)、远光灯/近光灯控制和交通标志识别(TSR)。在前视黑白摄像头中,图像传感器会向配备DSP扩展的双核MCU提供传入视频帧,以进行图像处理。其他系统要求包括提供适当的物理通信接口、电源、可选的DRAM以及可降低系统成本的嵌入式闪存。

  ADAS的传感器

  高级辅助驾驶系统基于不同的传感器技术, 77GHz的雷达传感器目前已经在高端奢华轿车上的主动式巡航控制系统(ACC)上应用多年了。该系统的传感器可以丈量前方车辆的速度以及两车之间的间隔,同时可以监测自身车辆的速度和间隔。目前已经在中级轿车和经济型轿车市场上开始应用的机载激光雷达(Lidar)传感器是远程传感器中比较经济的选择。相比于雷达,这种传感器发射激光脉冲,并能检测从其他物体反射回来的光线。与其他物体之间的间隔可以通过信号延迟的时间来进行计算。。

  短程雷达传感器的工作频率是24GHz,用于监测车辆四周的物体。这种传感器一般安装在车辆的侧面,其信息用于盲点检测(BSD)和并线辅助(LCA)功能,比如在盲点中出现物体或者邻近车道车辆进入盲点时,会向司机提出预警。下一步,其信息能够与导航系统相结合,更好地实现车辆引导。安装在车辆前方或后方的24GHz雷达传感器可以用于预防碰撞发生。

  视频传感器能够监测图像信息,比如侧面物体的大小和外形。视频传感器能够监测其他的道路使用者、交通讯号和路标等情况。传感器发出的信息能够实现车道偏离警告和交通讯号识别功能。

  其他基础设施如交通讯号、转弯或山坡等信息可以通过舆图来获得。超声波传感器用于低速情况,比如停车,同时不需要高探测范围。而且内部数据可以收集起来提供给其他车辆。通过车对车通讯进行数据传递,来监测车流密度。

  另外,通过不同传感器获得的数据可以相互融合,用于增加系统功能或增强现有的功能。比如,雷达、摄像机和机载激光雷达与导航数据的融合对改善车辆性能十分重要。通过将从摄像机和舆图的信息进行结合,就能进步交通讯号识别系统的识别率。探测到的交通讯号再与eHorizon的数据进行对比,eHorizon能够通过提供基于导航数据的道路基础设施具体信息来支持ADAS的功能。计算置信水平就能决定向司机显示哪种交通讯号。融合这些传感器还能获得一种新的功能,即Sensitive Guidance,这是融合了雷达或摄像机系统的导航系统。导航系统的输出与交通情况、雷达或摄像机传感器相适应,比如监测盲点中或其他车道中的车辆。




责任编辑:Davia

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