黃 肖，揭琳鋒，涂東明，張 瑞，錢春貴

（揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)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(tǒng)、獨立的運行空間，可以由用戶自行安裝軟件、游戲、導(dǎo)航等第三方服務(wù)商提供的程序，并可以通過基于IEEE 802.11b 標準的無線局域網(wǎng)（Wireless Fidelity，Wi-Fi）或者移動通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入，同時可以提供行車記錄、全球定位系統(tǒng)（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(yōu)秀的操作系統(tǒng)、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(dǎo)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(nèi)后視鏡來觀察車外的狀態(tài)，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(chǎn)生危險[1-3]。通過設(shè)計車載后視鏡智能判距系統(tǒng)，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(guān)信息，使得車輛行駛更加安全可靠。因此，本文設(shè)計了一套車載后視鏡智能判距系統(tǒng)，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(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

本文設(shè)計的車載后視鏡智能判距系統(tǒng)包括攝像頭組件、STM32 主控制板處理核心和后視鏡顯示調(diào)節(jié)裝置這三大部分。STM32 主控制板根據(jù)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(shù)據(jù)，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(tǒng)總體結(jié)構(gòu)簡圖

3 車載后視鏡智能判距系統(tǒng)的硬件設(shè)計

該系統(tǒng)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(tǒng)所用攝像頭外觀

該系統(tǒng)采用STM32F407VET6 作為主控板，采集CCD 數(shù)據(jù)，提取移動物體的特征數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)存儲在32 GB 的安全數(shù)碼（Secure Digital，SD）卡中。此外主控制系統(tǒng)還可以根據(jù)手動調(diào)節(jié)開關(guān)，采用后視鏡調(diào)節(jié)電機對后視鏡進行角度調(diào)節(jié)，從而獲得最佳的視距，見圖3。

圖3 主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)模塊、程序仿真與調(diào)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(zhuǎn)為5 V，然后由ASM1117 芯片轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)傳輸通過16 位并行接口進行，極大地提升了數(shù)據(jù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)與一般的薄膜晶體管（Thin Film Transistor，TFT）彩屏的控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)模塊。后視鏡電機調(diào)節(jié)模塊采用橋式控制電路實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、成本低、便于維修，在汽車電機控制系統(tǒng)中較為常見。圖5 為后視鏡電機調(diào)節(jié)模塊。

圖4 CCD 攝像頭模塊

圖5 后視鏡電機調(diào)節(jié)模塊

5）程序仿真與調(diào)試模塊。程序仿真與調(diào)試模塊采用的是ST 原廠生產(chǎn)的ST-link 設(shè)計模塊，技術(shù)較為成熟，有利于產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

4 車載后視鏡智能判距系統(tǒng)的軟件設(shè)計

第57 頁圖6 為系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)初始化后，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可在后視鏡位置校正、CCD 圖像傳感器數(shù)據(jù)采集和分析、后視鏡顯示等狀態(tài)間切換。其中按鍵識別、電機動作執(zhí)行、顯示等均采用模塊化設(shè)計，便于后期調(diào)試。

5 車載后視鏡智能判距系統(tǒng)的實車測試實驗

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

5.1 靜態(tài)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(tǒng)固定距離識別，實驗數(shù)據(jù)見第57 頁表1。

圖6 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

車載后視鏡智能判距系統(tǒng)固定距離識別的靜態(tài)測試實驗過程中，距離的測試誤差率在20%以內(nèi)，由于障礙車輛處于靜止狀態(tài)，車載后視鏡智能判距系統(tǒng)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(shù)據(jù)

5.2 動態(tài)測試實驗

動態(tài)測試實驗過程中，后視鏡搭載車載后視鏡智能判距系統(tǒng)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(yīng)巡航控制功能，不僅便于設(shè)置測試實驗距離參數(shù)，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(tǒng)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(nèi)，實驗數(shù)據(jù)見圖7，數(shù)據(jù)基本滿足行駛及變道要求。

圖7 動態(tài)距離識別顯示實驗數(shù)據(jù)

綜上所述，本文以智能后視鏡系統(tǒng)為研究對象，設(shè)計了車載后視鏡智能判距系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32F407 為核心控制器，搭載了高精度攝像頭圖像傳感器、調(diào)節(jié)裝置以及后視鏡成像系統(tǒng)，實現(xiàn)了識別車輛后方障礙物與本車距離等功能，并設(shè)計實車測試實驗驗證了該系統(tǒng)的可靠性。在后續(xù)工作中，該系統(tǒng)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(yōu)化和提升。