一. 項(xiàng)目概述

隨著當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，越來(lái)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(duì)的難題。

傳統(tǒng)的泊車系統(tǒng)主要通過三種手段使司機(jī)能夠看到汽車后方情況，這些手段分別是倒后鏡、倒車?yán)走_(dá)和倒車攝像頭。然而，這三種手段都存在車側(cè)面這個(gè)盲區(qū)。對(duì)于一些較復(fù)雜路段，司機(jī)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(duì)汽車360°環(huán)視系統(tǒng)進(jìn)行研究和開發(fā)具有很高的前景性和應(yīng)用性。本項(xiàng)目采用XilinxSpartan 6 FPGA進(jìn)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(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)，本設(shè)計(jì)需要完成的功能有：

采集車的前方后方共四個(gè)攝像機(jī)的圖像信息

將四個(gè)攝像機(jī)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(shí)間性能

根據(jù)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)，汽車環(huán)視系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)B續(xù)視頻幀圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理， 以保證汽車駕駛的安全性。

三. 方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)工作原理

3.1.1 理論分析

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

使用中因?yàn)殓R頭視角足夠大，不同攝像頭的影像就會(huì)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(shí)對(duì)重疊部分進(jìn)行合理拼接，就可以從4個(gè)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(jìn)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(gè))，信號(hào)處理和顯示等。由攝像頭采集的視頻信號(hào)經(jīng)過采樣后送到信號(hào)處理部分進(jìn)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(shí)現(xiàn)

3.2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如下圖所示：

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

ADV7184是一款集成式視頻解碼器，能夠自動(dòng)檢測(cè)與全球NTSC、PAL和SECAM標(biāo)準(zhǔn)兼容的標(biāo)準(zhǔn)模擬基帶電視信號(hào)，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(diǎn)：

? 專用于低成本設(shè)計(jì)

? 極低的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)功耗

? 多電壓、多標(biāo)準(zhǔn) SelectIO? 接口 bank

? 高效率 DSP48A1 Slice

? 高性能算術(shù)與信號(hào)處理

? 快速 18 x 18 乘法器和 48 位累加器

? 流水線與級(jí)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(chǔ)器控制器模塊

? 針對(duì)以流水線應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(shí)鐘控制

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

吞吐量：330 MSPS

三通道、10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器

無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)

RS-343A/RS-170兼容輸出

互補(bǔ)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(jì)

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(hào)，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(shí)或多或少會(huì)引入噪聲，尤其景物亮度不足時(shí)噪聲很明顯，這將影響后續(xù)的處理工作。因此，需要對(duì)轉(zhuǎn)換好的信號(hào)進(jìn)行去噪。

由于采用魚眼鏡頭，邊緣處的部位會(huì)發(fā)生變形，因此，要進(jìn)行形狀校正。

在進(jìn)行完前述的幾步處理后，接下來(lái)就可以對(duì)圖像進(jìn)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(jì)算出每個(gè)鏡頭需要的形狀，然后按計(jì)算結(jié)果進(jìn)行裁切和拼接。