岳 亮

(重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331)

責(zé)任編輯:任健男

車載終端既是汽車用戶的智能終端設(shè)備，也是車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)的前端設(shè)備，一般安裝在車輛的前端靠近方向盤的位置，車載終端設(shè)備通常由車載視頻服務(wù)器、LCD觸摸屏、外接攝像機、通話手柄、汽車防盜器等各種外接設(shè)備組成。車載終端作為車載標(biāo)準(zhǔn)配置常見于一些汽車，車載終端功能也根據(jù)不同需求略有不同，一般的車載終端包括導(dǎo)航儀、CD播放、收音機等。隨著近年來視頻技術(shù)的發(fā)展，視頻終端得到市場的廣泛認可，比如可視倒車，利用后視視頻設(shè)備獲取倒車圖像，方便倒車;比如視頻監(jiān)測，遠程監(jiān)測車內(nèi)情況。

智能交通成為近年來的研究熱點，而汽車輔助駕駛作為智能交通系統(tǒng)車載終端部分，具有一定的研究價值，汽車輔助駕駛能夠幫助司機更好地行車，提高行駛安全性，在智能交通系統(tǒng)概念中，安全輔助駕駛的內(nèi)容不但很多，而且也很復(fù)雜。僅以保持車間距系統(tǒng)為例，這套系統(tǒng)需要配置車輛前方超聲測距系統(tǒng)頭端。比如，車輛偏移行駛線較遠則給予警示，車距超過警戒距離則自動剎車等，這些在很大程度上降低了安全事故的發(fā)生概率［1］。

車載輔助駕駛離不開視頻技術(shù)，尤其是計算機視覺，行駛線和車距的測量都需要該技術(shù)的支持。車距測量有多種技術(shù)可以實現(xiàn)雷達測距、激光測距、超聲波測距、視覺測距。雷達測距分辨力好，但容易產(chǎn)生電磁干擾;激光測距對人類有安全隱患，且易受環(huán)境的影響;超聲波測距范圍較近且易受環(huán)境干擾，而視覺技術(shù)則很好地平衡了其他三種測量技術(shù)的測量準(zhǔn)確度及環(huán)境抗干擾能力［2］。

現(xiàn)在車載攝像頭已非常普遍，車載信息終端從攝像頭安裝在車外和車內(nèi)兩種情況考慮。輔助駕駛主要對最小安全車距預(yù)警進行了深入研究，有利于防撞安全預(yù)警系統(tǒng)的實用化和產(chǎn)品化，對于提高車輛的主動安全性，降低交通事故發(fā)生有重要作用。

1 車載終端視頻功能解析

車載視頻功能主要包括車內(nèi)視頻監(jiān)控、輔助駕駛、倒車后視、視頻娛樂等部分。主要模塊圖如圖1所示，其中車內(nèi)視頻監(jiān)控、輔助駕駛及倒車后視都與智能交通的發(fā)展有著一定的聯(lián)系，車內(nèi)視頻監(jiān)控更好地保證車內(nèi)安全，監(jiān)測司機的工作狀態(tài)，而輔助駕駛則直接提高了車輛行駛的安全，可視倒車系統(tǒng)提高了車載終端的智能化水平，是智能交通發(fā)展的產(chǎn)物。

1.1 車內(nèi)視頻監(jiān)控

遠程車內(nèi)視頻遠程監(jiān)控在某些特定環(huán)境下是非常有必要的，特別是長途客車、公交車及校車，這些車輛乘載人員較多，有的行程較遠，安全性有待提高。

圖1 車載視頻模塊結(jié)構(gòu)圖

車輛的視頻監(jiān)控平臺，綜合使用了GIS地理信息系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、公共3G數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、視頻壓縮存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)、流媒體分發(fā)技術(shù)，徹底解決了客運車輛管理的兩大頑癥——票務(wù)流失和影響行車安全的五超(超速、超員、超時駕駛、超線路、超范圍)。螞蟻線子系統(tǒng)可以直觀地顯示每條線路的車輛在該條路線的運行情況、線路兩端的排班情況，例如小型的運管ERP系統(tǒng)，可以輕松地管理系統(tǒng)內(nèi)全部車輛的生產(chǎn)經(jīng)營。

無線視頻車載監(jiān)控在指揮調(diào)度城鄉(xiāng)公共交通領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。無線視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)將發(fā)揮反應(yīng)靈活的特點，通過無線實時視頻將現(xiàn)場情況及時傳回指揮中心，便于遠程指揮和調(diào)度，極大地縮短反應(yīng)時間，增強應(yīng)急指揮能力。同時，由于3G視頻的遠程存儲和智能圖像截取功能，結(jié)合GPS的區(qū)域圍欄功能、開門報警截取錄像功能，可以清晰地記錄客運車輛的乘車人員數(shù)量，解決困擾客運系統(tǒng)多年的票務(wù)流失問題。3G車載視頻監(jiān)控正是解決上述矛盾的最佳解決方案［3］。圖2是中國聯(lián)通為北京公交集團部分公交車開發(fā)配備的車載監(jiān)控。

圖2 公交車內(nèi)及車外視頻監(jiān)控圖

另外，疲勞駕駛是交通事故的一個很重要原因，特別是長途客車駕駛，通過在車輛內(nèi)部前端安裝攝像頭，對駕駛員的眼球進行實時監(jiān)測，清醒情況下，人的眼球是在快讀轉(zhuǎn)動的，如果在一段時間內(nèi)，駕駛?cè)说难矍蛱幱陟o止?fàn)顟B(tài)，即可判斷為疲勞駕駛，可以發(fā)出警示，這是基于計算機視覺的車載視頻監(jiān)控高級應(yīng)用［4］。

1.2 輔助駕駛

輔助駕駛是計算機視覺技術(shù)、模式識別技術(shù)和自動控制技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物，通過模式識別技術(shù)與計算機視覺技術(shù)對車輛行駛環(huán)境進行識別判斷，然后利用自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對車輛的控制［5］。

一般在車輛前端安裝攝像頭，對前進方向的圖像采集處理，通過模式識別等算法，若在鬧市行駛，判斷前方物體，聯(lián)合雙目視覺測距，得到物體的距離;如果是在道路上行駛，可以判斷是否偏離車道。圖3是安全車距輔助駕駛的流程簡圖。

圖3 安全車距控制流程簡圖

該頭端對車載終端的輸出參數(shù)為本車車頭與前方物體的相對距離，信息車載終端內(nèi)設(shè)安全標(biāo)志位。車載終端內(nèi)通過計算當(dāng)前車速、前方車速與前方間距是否恰當(dāng)，并可以簡單地采用兩個系數(shù)，以概括任意車速下的警戒距離和安全剎車距離。當(dāng)計算警戒距離大于測距頭端的輸出時，該安全標(biāo)志位被置有效，此時車載終端觸發(fā)語音指令告警。當(dāng)計算安全剎車距離大于測距頭端的輸出時，車載終端立即接管車輛剎車控制，直接啟動車輛ABS剎車系統(tǒng)實施車輛緊急制動。

利用計算機視覺測距具有較高的精度，并且能夠利用采集圖像中的大量信息，實現(xiàn)車道狀態(tài)識別、行駛車輛識別、交通信號標(biāo)志識別等輔助駕駛功能。

1.3 可視倒車

通過在車輛后端安裝攝像頭，倒車時可實時看到車后景象，并通過圖像算法實現(xiàn)倒車軌跡規(guī)劃，避免不必要的相撞［6］，如圖4 所示。

在倒車視頻上清晰看到車后環(huán)境，而且還有輔助白色虛線，用于司機操作方向盤時保證不觸碰到左右車輛，方便快捷，特別適用于地下車庫，在光線較暗且車輛停放密集的地方，采用可視倒車在很大程度上提高了倒車的便捷性。

圖4 可視倒車系統(tǒng)界面圖

1.4 視頻娛樂

車載視頻娛樂系統(tǒng)已成為整車差異化的一個關(guān)鍵點，大多數(shù)情況下作為車載設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)配置而存在。大部分車輛的視頻娛樂系統(tǒng)只限于本地視頻服務(wù)，將存儲的視頻文件或者CD放入車載系統(tǒng)中，利用播放器播放資源，隨著遠程通信技術(shù)的發(fā)展，一些新的技術(shù)也不斷運用到車載視頻娛樂系統(tǒng)中，比如數(shù)字無線電廣播、環(huán)繞音效、高清視頻播放等，地鐵數(shù)字電視和公交車載電視便是最好的例子，而基于普通家用車輛的遠程視頻播放還具有廣闊的發(fā)展空間。

2 雙目視覺安全測距系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件選型

雙目視覺測距系統(tǒng)硬件選擇方面應(yīng)考慮設(shè)備的運行環(huán)境，車載系統(tǒng)運行環(huán)境既要考慮到低功耗要求［7］，又要考慮到電磁兼容問題，本系統(tǒng)選擇2個1 000像素的模擬攝像頭作為雙目視覺視頻采集設(shè)備，根據(jù)需求焊接電路板，具體硬件實物圖如圖5所示。

圖5 雙目攝像頭硬件實物圖

2.2 雙目視覺測距原理

雙目視覺測距利用光學(xué)原理及數(shù)學(xué)計算來實現(xiàn)，具體原理示意圖如圖3所示，將攝像機坐標(biāo)系統(tǒng)和世界坐標(biāo)系統(tǒng)重合，保證像平面與世界坐標(biāo)系統(tǒng)的XY平面也是平行［8］，2個鏡頭中心間的連線稱為系統(tǒng)的基線B，鏡頭所得圖如圖6所示。

圖6 雙目成像示意圖

由圖6可得

由式(1)和式(2)消去x，則可得

可求得被測對象距離雙目攝像機的距離Z為

式中:D=B+x1+x2。

假設(shè)攝像機誤差為e，則

測距精度為

除此以外，還要考慮角度掃描成像，像素按鏡頭的方位角和仰角均勻分布

可借助鏡頭的方位角來表示物象的空間距離

若2個單目系統(tǒng)各自繞中心相向旋轉(zhuǎn)，則空間距離Z可表示為

另外，因為

由式(12)、式(13)、式(14)，消去λ和r后可求得距離Z，公式為

2.3 測量步驟

整個測量步驟如下:

1)安裝放置雙目攝像頭于三腳架上，盡量保證三腳架置于水平面［9］。

2)調(diào)整焦距并進行標(biāo)定，保證清晰度。

3)分別從左右攝像頭拍攝兩幅圖像。拍攝的圖像如圖7所示。

圖7 雙目攝像頭左右視頻圖像

4)將采集的圖像導(dǎo)入程序，定位車牌。

5)分別求出矩形車牌的中心點坐標(biāo)(x1，y1)和(x2，y2)，并代入公式求得車距。

2.4 結(jié)果分析

對圖1所示的車輛在不同方向、不同角度、不同距離進行了距離測量，使用雙目測距公式進行了試驗，所得實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 車距測量結(jié)果圖

從表1可以看出，距離越小，測量誤差也越小，距離變大，測量誤差也隨之變大。范圍在10 m之內(nèi)的測距效果比較好，可以滿足車輛安全測距的要求。這種誤差產(chǎn)生的原因是多方面的，一方面由于采用的雙目攝像頭是普通的模擬攝像頭，精度不高;另外一方面，實驗器材布置過程中，雙目攝像頭的安裝及腳架放置的路面平整度也有誤差，這也是引起測量誤差的原因。

從試驗結(jié)果可得，基于雙目視覺的測距方法適合作為安全車距預(yù)警的方法，因為安全測距一般都在20 m以內(nèi)，用該種方法測量距離20 m距離的誤差在1%左右，完全滿足測距要求。

3 結(jié)語

本文通過對車載終端視頻功能進行研究分析，重點分析了視頻技術(shù)在汽車輔助駕駛安全測距的運用，通過雙目視覺測距方法完成了車距測量，經(jīng)實驗證明，使用該方法測距能夠滿足車輛安全距離的要求，相比雷達測距、超聲波測距和激光測距，優(yōu)勢明顯，而且在一定距離范圍內(nèi)能夠達到高精度標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的實用價值。

后續(xù)研究主要針對整個測距系統(tǒng)優(yōu)化，提高測距精度，保證整個測距系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及借助雙目視覺技術(shù)應(yīng)用于車道狀態(tài)識別和交通信號識別，豐富安全駕駛功能。

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