要采用多少車載攝像機解決汽車行駛安全問題?

治 永

摘要：隨著中國汽車保有量的增加，交通安全問題日顯突出。本文圍繞如何利用攝像機解決交通安全這一問題而介紹若干解決方案，向中國汽車電子系統(tǒng)開發(fā)商以及汽車生產(chǎn)廠家展示了可視汽車系統(tǒng)發(fā)展的巨大商機。

關(guān)鍵詞：車栽攝像機；行駛安全；電子系統(tǒng)；監(jiān)控

據(jù)預測，智能交通系統(tǒng)(ITS)市場的發(fā)展從2009年開始提速，如圖1所示可見，其增長動力主要來自美國、歐洲、日本和包括中國在內(nèi)的世界其他地區(qū)。目前，與視頻有關(guān)的

ITS領(lǐng)域及其占有率如下。

·先進交通管理系統(tǒng)：41％。

·電子計費系統(tǒng)(ETC)：23％。

·公共交通管理系統(tǒng)：15％。

·商用車運營系統(tǒng)(CVO)：9％。

·其他(主要是車輛信息系統(tǒng))：12％。

本文要探討的話題是，智能交通系統(tǒng)的發(fā)展究竟需要多少車載攝像機呢?這是中國汽車電子系統(tǒng)開發(fā)商以及汽車生產(chǎn)廠家關(guān)心的問題之一，也是半導體行業(yè)關(guān)注的問題之一。

我們試圖通過展示一系列新概念，讓你去想象這個市場究竟有多大商機，從而通過汽車電子系統(tǒng)開發(fā)商和汽車生產(chǎn)廠家把概念變?yōu)楫a(chǎn)品和解決方案，從汽車行車安全這個角度去尋找新的發(fā)展機會。

主動安全的概念及其對攝像機的要求

圖2描述了汽車主動安全和被動安全概念。與視頻有關(guān)的系統(tǒng)屬于主動安全系統(tǒng)，包括：(1)夜視、盲點監(jiān)測、后視等系統(tǒng)；(2)與車道偏離報警、防撞預警、駕駛員瞌睡監(jiān)測、盲點報警等有關(guān)的早期預警系統(tǒng)。

上述系統(tǒng)對攝像機的要求包括：

·寬視野(FOv)、窄全景；

·高空間分辨率；

·可提供彩色視頻數(shù)據(jù)；

·低單價；

·無電磁輻射；

·可針對多種應用進行配置。

除了上述要求之外，汽車應用對攝像機提出的更高要求包括：

·在極端惡劣的環(huán)境條件下要具有15年的生命期；

·要經(jīng)過全面的驗證測試；

·在生產(chǎn)的過程中要實施嚴格的質(zhì)量控制；

·要實施過程測量和連續(xù)的改進；

·零缺陷率。

與此同時，攝像機制造商必須要通過ISO／TS16949標準的認證。

車載黑像機的位置及其系統(tǒng)功能

如圖3所示為車載攝像機的位置及其系統(tǒng)功能的概要圖。它分為5大組成部分。

·正視系統(tǒng)：包括夜視、自適應控制、車道偏離報警、碰撞減緩、行人探測等子系統(tǒng)。

·后視系統(tǒng)：包括后背輔助系統(tǒng)和泊車輔助系統(tǒng)。

·內(nèi)視系統(tǒng)：包括安全氣囊張開監(jiān)測、駕駛員瞌睡監(jiān)測、人臉識別等系統(tǒng)。

·角視系統(tǒng)：包括盲點監(jiān)測和盲點報警系統(tǒng)。

·側(cè)視系統(tǒng)：包括盲點監(jiān)測、盲點報警以及變道輔助系統(tǒng)。

從中可見，上述系統(tǒng)每輛車所使用的攝像機至少要有5個。而在大型的公交車上，如圖4所示，至少需要的攝像頭的數(shù)量為4只。這些頂部放置的攝像機不同于目前國內(nèi)常見的車內(nèi)監(jiān)控安全的攝像機。

從圖4(b)可見頂部安置的攝像機的布局及其視圖的實例。這個由三洋公司提出的概念采用了一套稱為Aircam的環(huán)視系統(tǒng)。

上述系統(tǒng)的特點之一是所需要的攝像機數(shù)量比較多，因此，人們設計出了360度全景攝像機，這種新型的攝像機也有望在車載安全系統(tǒng)中獲得應用。

360度全景攝像機的應用

如圖5所示為ImmerVision公司提出的360度全景攝像機的應用概念圖。在圖5中正面安裝的半球可以監(jiān)測汽車正面半球視野之內(nèi)的所有場景。一只攝像機就可以取代原先要有至少3只攝像機實現(xiàn)的角監(jiān)測和正面監(jiān)測的功能。這套系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)就是鏡頭。如圖6所示為全景型攝像機鏡頭的結(jié)構(gòu)圖。

從圖6可見，該鏡頭采用了兩片貓眼透鏡來構(gòu)成球形圖像傳感器。直接利用這個結(jié)構(gòu)來做鏡頭會導致圖像分辨率很低，根本無法使用。ImmerVision公司的貢獻在于提出了一套失真控制方法，從而實現(xiàn)了很高的圖像分辨率，再利用視頻處理技術(shù)就可以把球形圖像變換為人眼易于解讀的平面圖像。然而，要指出的是，這種全景攝像機并不具備距離檢測功能。

移動道路測量系統(tǒng)

移動道路測量系統(tǒng)主要應用于基礎測繪、電子地醫(yī)測制、電子地圖修測、公路GIS與公路路產(chǎn)管理、鐵路司視化GIS建庫、公安GIS、空間信息服務等領(lǐng)域。它與行車安全密切相關(guān)。

移動道路測量系統(tǒng)在多傳感器同步集成、海量CCD圖像的高速采集、壓縮和存儲、不間斷數(shù)據(jù)采集、記錄自動化、有效融合其他數(shù)據(jù)、高效的數(shù)據(jù)處理流程等方面進行了綜合集成，適用于交通、鐵路、公安、數(shù)字城市建設等領(lǐng)域。

車載集成移動測量系統(tǒng)在高等級公路、城市道路和機場場跑道等路面的破員、車轍變形、平整度等損害中有著廣泛的應用，它們配備了可進行快速、無損、自動化的采集與智能分忻的多傳感器集成與處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以機動車為平臺，裝備高分辨率線陣圖像采集系統(tǒng)、激光線結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)、慣性補償?shù)募す鉁y距系統(tǒng)、GPS／DMI／GYRO組合定位系統(tǒng)等先進的傳感器以及車載計算機、嵌入式集成多傳感器同步控制單元等設備，在車輛正常行駛狀態(tài)下，自動完成道路路面圖像、路面形狀、平整霞及道路幾何參數(shù)等數(shù)據(jù)采集與分析。如圖7所示。

車載攝像頭需要的高速總線

MOST(面向媒體的系統(tǒng)傳輸總線)技術(shù)目前已經(jīng)被50多種車型采用，由MOST組織來主持標準化與規(guī)格化工作。截至目前，已經(jīng)有15家國際性汽車廠商和70余家主要零配件生產(chǎn)廠商加盟該組織。

目前已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)品化的MOST技術(shù)有MOST25、MOSTS0，第3代MOST 150Mb／s技術(shù)一MOSTI50正在開發(fā)中。150Mb／s可以達到與MOST25塑料光纖同等的傳輸速度，不用增加物理層成本就可以提高通信速度。采用MOST150后，視頻傳輸變得更容易，不僅可以用在休閑娛樂方面，還可以用在車載攝像頭等行車系統(tǒng)上。

MOST在制訂上完全合乎ISO／OSI的7層數(shù)據(jù)通訊協(xié)議參考模型，而在網(wǎng)線連接上MOST采行環(huán)狀拓撲，允許改采星狀(亦稱放射狀)或雙環(huán)狀的連接組態(tài)，每套MOST傳控網(wǎng)絡允許最多達64個裝置(節(jié)點)建立連接。

目前，在MOST的應用中，美國車種僅占9％，歐洲車種占比達58％，亞太車系則占比大約為33％。

配套芯片組的開發(fā)提速

為了推進MOST標準的應用，半導體廠家也作出了積極的努力。

1ADI公司的汽車遠程信息處理平臺的核心芯片：ADSP-BF534和ADSP-BF539處理器。它們提供對汽車CAN和MOST網(wǎng)絡的連通性。在視頻娛樂領(lǐng)域，單片Blackfin處理器可連接到MOST網(wǎng)絡，提取并解碼音頻和視頻比特流，在汽車后座呈現(xiàn)高質(zhì)量的

電影畫面。

2意法半導體(ST)的集成式MOST網(wǎng)絡電源管理解決方案L5961。L5961電源管理芯片與SMSC網(wǎng)絡處理器組成的芯片組可以充當任何一個MOST網(wǎng)絡節(jié)點的組成模塊。

3Firecomms公司推出業(yè)界首款基于高速諧振腔LED的MosT光纖收發(fā)器(FOT)：FCM110R發(fā)送器和FCM110D接收器，兩者均符合POF光接口的MOST 1.1物理層規(guī)范。而安捷倫科技有限公司推出了工作溫度范圍在-40℃到+95℃、用于汽車MOST網(wǎng)絡中的光纖發(fā)射器和接收器。Melexis也推出了150Mb／s光纖MOST收發(fā)器。

ALPS公司開發(fā)了FLTM1G1系列車用短距離光通信MOST連接器，它在與光纜之間的光耦合系統(tǒng)上采用了非球面透鏡，利用獨有的光學模擬技術(shù)、流動解析技術(shù)、高精度成形技術(shù)來同時實現(xiàn)了出色的成形效果和光學性能，而且該非球面透鏡具有良好的光耦合效率并很難發(fā)生光纖錯位。所以能夠達到穩(wěn)定的光學特性。

4SMSC推出I／O端口擴展器和MOST網(wǎng)絡DTCP協(xié)處理器OS85650，它具有多種接口。強大的路由引擎和DTCP協(xié)處理器，用于各種音頻和視頻領(lǐng)域，如：磁頭單元、汽車后座娛樂、放大器、電視調(diào)諧器和視頻顯示器。

筆者分析認為。隨著MOST支撐器件開發(fā)的展開，基于塑料光纖(POF)的MOST網(wǎng)絡必將給車載攝像機的應用開辟巨大的空間。

總結(jié)

根據(jù)全球各交通和警察部門的統(tǒng)計，2008年全世界交通事故死亡人數(shù)為50萬人。其中，中國交通事故死亡人數(shù)為10.4萬人，而印度、美國、俄羅斯均在其后。2008年，中國共發(fā)生道路交通事故265204起，造成73484人死亡、304919人受傷，直接財產(chǎn)損失10.1億元。與此同時，中國2009年10月中國宣布，第1000萬輛車下線，汽車保有量已經(jīng)突破1億7千萬輛。

如果以每臺汽車至少安裝1—2臺半球攝像機來計算，市場規(guī)模有望達到上幾億臺、數(shù)千億元人民幣。因此，如何利用車載攝像機降低交通事故數(shù)，減少人員傷亡，控制直接財產(chǎn)損失，是中國汽車電子行業(yè)不容無視的重大研究課題和商機，本文通過概要介紹若干系統(tǒng)，為中國汽車電子行業(yè)拋磚引玉。值得一提的是，開發(fā)針對汽車安全的車載攝像機系統(tǒng)需要汽車電子與汽車生產(chǎn)廠家開展密切合作，從攝像頭、視頻數(shù)據(jù)采集、視頻傳輸、實時監(jiān)視和播放平臺等多個方面進行研究，才有利于車廠最終使其產(chǎn)品化。