車載后視鏡智能判距系統設計

黃 肖，揭琳鋒，涂東明，張 瑞，錢春貴

（揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225127）

1 智能后視鏡的研究背景

智能后視鏡通常是指智能化汽車后視鏡，具有獨立的操作系統、獨立的運行空間，可以由用戶自行安裝軟件、游戲、導航等第三方服務商提供的程序，并可以通過基于IEEE 802.11b 標準的無線局域網（Wireless Fidelity，Wi-Fi）或者移動通信網絡來實現無線網絡接入，同時可以提供行車記錄、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）定位、電子測速提醒、倒車可視、實時在線影音娛樂等功能。

智能后視鏡具有優秀的操作系統、可自由安裝各類軟件、觸屏式操作感這三大特性，在駕駛汽車時能夠提供語音控制、導航、超速提醒、行車記錄和實時在線視聽等安全和娛樂功能。但是目前市面上的智能后視鏡對于后方來車或者障礙物的距離的檢測功能還不多見。

在車輛駕駛過程中，司機通過左右后視鏡和車內后視鏡來觀察車外的狀態，從而進行變道或超車。尤其對于新手來說，通過后視鏡來判斷與后方來車或人的距離比較困難，很多時候甚至產生危險[1-3]。通過設計車載后視鏡智能判距系統，可以更加精準、及時地向駕駛者告知道路情況以及車輛自身行駛狀況等相關信息，使得車輛行駛更加安全可靠。因此，本文設計了一套車載后視鏡智能判距系統，希望能輔助駕駛員判斷與后方車輛的距離，從而保證安全駕駛。

2 車載后視鏡智能判距系統總體結構及工作原理

本文設計的車載后視鏡智能判距系統包括攝像頭組件、STM32 主控制板處理核心和后視鏡顯示調節裝置這三大部分。STM32 主控制板根據電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）圖像傳感器采集到的車輛后方移動物體信息進行分析處理，提取移動物體的特征數據，實時計算與自身的距離，然后送至后視鏡顯示屏（鏡面）進行顯示[4-5]，見圖1。

圖1 車載后視鏡智能判距系統總體結構簡圖

3 車載后視鏡智能判距系統的硬件設計

該系統所用攝像頭是在大眾高爾夫原廠高清夜視CCD 圖像傳感器上改動而成的，見圖2。該型攝像頭具有大廣角、高精度的特性，并具有夜視功能，適合車輛使用。

圖2 車載后視鏡智能判距系統所用攝像頭外觀

該系統采用STM32F407VET6 作為主控板，采集CCD 數據，提取移動物體的特征數據，計算移動物體與本車輛距離，然后在顯示屏上顯示，同時將數據存儲在32 GB 的安全數碼（Secure Digital，SD）卡中。此外主控制系統還可以根據手動調節開關，采用后視鏡調節電機對后視鏡進行角度調節，從而獲得最佳的視距，見圖3。

圖3 主控制系統結構圖

主控制系統硬件部分主要包括：電源模塊、攝像頭模塊（圖像傳感器）、后視鏡顯示模塊、后視鏡電機調節模塊、程序仿真與調試模塊、SD 儲存模塊等。

1）電源模塊。電源模塊由車載12 V 蓄電池供電，由7805 芯片轉為5 V，然后由ASM1117 芯片轉為3.3 V 給各模塊供電。

2）攝像頭模塊。攝像頭部分通過I2C 總線與主控制板連接，控制命令傳達與數據傳輸通過16 位并行接口進行，極大地提升了數據傳輸速率。圖4 為CCD 攝像頭模塊。

3）后視鏡顯示模塊。其中，后視鏡顯示屏的控制系統結構與一般的薄膜晶體管（Thin Film Transistor，TFT）彩屏的控制系統一樣，其外觀為TFT 工廠定制，以便與汽車后視鏡框相匹配。

4）后視鏡電機調節模塊。后視鏡電機調節模塊采用橋式控制電路實現電機的正反轉，其結構簡單、可靠性好、成本低、便于維修，在汽車電機控制系統中較為常見。圖5 為后視鏡電機調節模塊。

圖4 CCD 攝像頭模塊

圖5 后視鏡電機調節模塊

5）程序仿真與調試模塊。程序仿真與調試模塊采用的是ST 原廠生產的ST-link 設計模塊，技術較為成熟，有利于產品的穩定性。

4 車載后視鏡智能判距系統的軟件設計

第57 頁圖6 為系統軟件結構圖。系統初始化后，根據系統狀態可在后視鏡位置校正、CCD 圖像傳感器數據采集和分析、后視鏡顯示等狀態間切換。其中按鍵識別、電機動作執行、顯示等均采用模塊化設計，便于后期調試。

5 車載后視鏡智能判距系統的實車測試實驗

本文設計的車載后視鏡智能判距系統進行了實車測試實驗，分為靜態測試實驗和動態測試實驗兩部分。

5.1 靜態測試實驗

在晴好天氣條件下，對測試實驗車輛右后后視鏡進行改造。

實驗過程中，測試實驗車輛與后方障礙車輛按照一定間距進行車載后視鏡智能判距系統固定距離識別，實驗數據見第57 頁表1。

圖6 系統軟件結構圖

車載后視鏡智能判距系統固定距離識別的靜態測試實驗過程中，距離的測試誤差率在20%以內，由于障礙車輛處于靜止狀態，車載后視鏡智能判距系統可以清晰地捕捉障礙車輛畫面進行分析計算，測試誤差率較低。

表1 固定距離識別實驗數據

5.2 動態測試實驗

動態測試實驗過程中，后視鏡搭載車載后視鏡智能判距系統的測試實驗車輛靜止，后方障礙車輛從25 m 處到2 m 處距離以40 km/h 速度向測試實驗車輛靠近，障礙車輛開啟了自適應巡航控制功能，不僅便于設置測試實驗距離參數，同時還可以保證車輛之間的安全距離。

實驗過程中，車載后視鏡智能判距系統可以在后視鏡中實時顯示后方障礙車輛與本車的距離。障礙車輛移動過程中，最大誤差為4.9 m，最小誤差為0.6 m，測試誤差率控制在20%以內，實驗數據見圖7，數據基本滿足行駛及變道要求。

圖7 動態距離識別顯示實驗數據

綜上所述，本文以智能后視鏡系統為研究對象，設計了車載后視鏡智能判距系統。該系統以STM32F407 為核心控制器，搭載了高精度攝像頭圖像傳感器、調節裝置以及后視鏡成像系統，實現了識別車輛后方障礙物與本車距離等功能，并設計實車測試實驗驗證了該系統的可靠性。在后續工作中，該系統還需要對障礙物識別的有效距離、使用工況及硬件可靠性等方面進行優化和提升。