一文詳細(xì)了解車載攝像頭

當(dāng)前車輛上攝像頭的使用是很普遍的，例如普通的倒車影像、自動(dòng)駕駛、DMS等，下面就來(lái)對(duì)其進(jìn)行梳理一下。

01.攝像頭結(jié)構(gòu)

攝像頭一般由鏡頭(Lens)，圖像傳感器(Image Sensor)，圖像信號(hào)處理器(Image SignalProcessor, ISP)，串行器發(fā)送(Serializer)組成 ，如下圖所示數(shù)據(jù)的傳輸步驟為鏡頭采集到物體的基本信息然后由Image Sensor進(jìn)行一定處理后再交于ISP處理之后串行化傳輸。傳輸方式同樣可分為在同軸電纜或雙絞線上基于LVDS傳輸或者直接通過(guò)以太網(wǎng)傳輸。

02.視角的影響

對(duì)車載攝像頭而言，當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展對(duì)顏色，分辨率和幀率基本能滿足自動(dòng)駕駛軟件的需求。例如AP2.5采用1080P(約2Mpixel)，30fps，作為對(duì)比，小米10攝像頭采用108M pixel，60fps的攝像頭.對(duì)于布置來(lái)說(shuō)，主要是視角對(duì)感知范圍的影響。在攝像頭感光元件大小確定的情況下，焦距越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的視角越窄。但對(duì)應(yīng)的分辨率也能大大提高——即看的清，但看的東西少。

對(duì)于自動(dòng)駕駛而言，不僅需要關(guān)注遠(yuǎn)方的路標(biāo)，紅綠燈，指示牌，車輛等信息做路線規(guī)劃和預(yù)控判斷，還需要觀察距離比較近的是否有行人，岔道口是否有車輛駛?cè)牒褪占囕v旁邊的插隊(duì)車輛，行人，自行車等信息進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控等。當(dāng)前單一攝像頭是無(wú)法做到全視野的信息采集。因此L2級(jí)別以上基本會(huì)配置中程及長(zhǎng)程攝像頭。高檔車輛會(huì)采用3前視攝像頭的配置。

03.視覺(jué)傳感器在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的主要作用

障礙物探測(cè)：使用雙目或者三目測(cè)速和測(cè)距車道線的檢測(cè)：車道線提取道路信息讀?。航?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/1301/" target="_blank">通信號(hào)燈識(shí)別，交通標(biāo)志識(shí)別地圖構(gòu)建與輔助定位其他交通參與者探測(cè)與識(shí)別 - 車輛探測(cè)、行人探測(cè)、動(dòng)物探測(cè)

04.單目攝像頭與雙目攝像頭測(cè)距原理對(duì)比

單目攝像頭測(cè)距原理是先匹配識(shí)別后估算距離：通過(guò)圖像匹配識(shí)別出目標(biāo)類別,預(yù)估目標(biāo)尺寸，隨后根據(jù)圖像大小估算距離。單目系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于成本較低，對(duì)計(jì)算資源的要求不高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是：(1)需要不斷更新和維護(hù)一個(gè)龐大的樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，才能保證系統(tǒng)達(dá)到較高的識(shí)別率;(2)無(wú)法對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)障礙物進(jìn)行判斷;(3)距離并非真正意義上的測(cè)量，準(zhǔn)確度較低。當(dāng)前業(yè)內(nèi)量產(chǎn)做到最好誤差在10-15%左右。

雙目攝像頭測(cè)距原理是雙目三角測(cè)距的原理，對(duì)目標(biāo)物體距離感知是一種絕對(duì)的測(cè)量，而非估算，原理如下圖所示。

雙目系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：

1)成本比單目系統(tǒng)要高，但比激光雷達(dá)等方案相比成本較低;

2)原理上無(wú)需先進(jìn)行識(shí)別再進(jìn)行測(cè)算，而是對(duì)所有障礙物直接進(jìn)行測(cè)量;

3)無(wú)需維護(hù)樣本數(shù)據(jù)庫(kù)。

雙目系統(tǒng)的缺點(diǎn)：1)計(jì)算復(fù)雜度大，大規(guī)模商用難度高;2)對(duì)環(huán)境光照非常敏感，對(duì)算法提出很大的挑戰(zhàn);3)不適用于單調(diào)缺乏紋理的場(chǎng)景。對(duì)于與背景色接近的場(chǎng)景(天空、白墻、沙漠等)可能無(wú)法識(shí)別;4)相機(jī)基線限制了測(cè)量范圍,同時(shí)安裝的精度和光心的尺寸偏差對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大，耐久一致性較難保證。

05.攝像頭數(shù)據(jù)傳輸

已量產(chǎn)的車型中攝像頭數(shù)據(jù)處理分為兩類，一種在攝像頭處集成控制器進(jìn)行特征提取和輸出典型應(yīng)用是Mobileye的EyeQ系列。如EyeQ4設(shè)計(jì)預(yù)留可同時(shí)處理8路攝像頭數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)在EyeQ4中處理，可以提取車道線數(shù)據(jù)，10個(gè)行人和車輛目標(biāo)信息，交通標(biāo)識(shí)，自身車身姿態(tài)，測(cè)距信息(單目算法)。數(shù)據(jù)最后通過(guò)CAN-FD發(fā)送到中央處理器。另外一種是攝像頭輸出原始數(shù)據(jù)典型應(yīng)用有TeslaHW2.5。HW2.5采用雙NvidiaParker SoC加GP106顯卡的計(jì)算單元，能處理12路攝像頭數(shù)據(jù)。攝像頭與視覺(jué)處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸一般有兩種選擇：串行接口和以太網(wǎng)。當(dāng)前普遍采用串行接口。攝像頭數(shù)據(jù)的串行傳輸物理層采用LVDS(Low Voltage Differential Signal)的接口。具有高速率(Gbps級(jí))、低延遲、低功耗的特點(diǎn)。協(xié)議層主要解決方案為TI的FPD-Link、Maxim的GMSL等。目前市場(chǎng)上的傳輸協(xié)議具有專一性，不同供應(yīng)商的產(chǎn)品無(wú)法通用。一般由控制器平臺(tái)決定選擇何種協(xié)議層。如HW2.5采用Nvidia方案所以選擇的是GMSL協(xié)議，而在HW3.0上FSD則選擇了TI的解決方案。LVDS傳輸?shù)脑恚和ㄟ^(guò)精準(zhǔn)的線束阻抗匹配，以小電流的形式得到差分電壓獲得超高速的傳輸速率。(>1.8Gbps@15m，3G@10m)采用同軸電纜可有效地避免車規(guī)級(jí)EMC風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低成本。數(shù)據(jù)傳輸采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向通訊。每個(gè)攝像頭需配置獨(dú)立解碼芯片，控制器端在每個(gè)攝像頭通道的接收端也需配置獨(dú)立的解碼芯片。

原文標(biāo)題：一文了解車載攝像頭

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審核編輯：湯梓紅