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一文了解車載攝像頭

2021-12-13 10:04:12·  來源：汽車ECU開發(fā)  
　
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、自動駕駛、DMS等，下面就來對其進(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
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、自動駕駛、DMS等，下面就來對其進(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傳輸或者直接通過以太網(wǎng)傳輸。


02.視角的影響
對車載攝像頭而言，當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展對顏色，分辨率和幀率基本能滿足自動駕駛軟件的需求。例如AP2.5采用1080P(約2Mpixel)，30fps，作為對比，小米10攝像頭采用108M pixel，60fps的攝像頭.
對于布置來說，主要是視角對感知范圍的影響。在攝像頭感光元件大小確定的情況下，焦距越長，對應(yīng)的視角越窄。但對應(yīng)的分辨率也能大大提高——即看的清，但看的東西少。
對于自動駕駛而言，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旁邊的插隊車輛，行人，自行車等信息進(jìn)行風(fēng)險預(yù)控等。當(dāng)前單一攝像頭是無法做到全視野的信息采集。因此L2級別以上基本會配置中程及長程攝像頭。高檔車輛會采用3前視攝像頭的配置。

03.視覺傳感器在自動駕駛系統(tǒng)中的主要作用
障礙物探測：使用雙目或者三目測速和測距
車道線的檢測：車道線提取
道路信息讀?。航煌ㄐ盘枱糇R別，交通標(biāo)志識別
地圖構(gòu)建與輔助定位
其他交通參與者探測與識別 - 車輛探測、行人探測、動物探測
04.單目攝像頭與雙目攝像頭測距原理對比
單目攝像頭測距原理是先匹配識別后估算距離：通過圖像匹配識別出目標(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)勢在于成本較低，對計算資源的要求不高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單；
缺點(diǎn)是：
（1）需要不斷更新和維護(hù)一個龐大的樣本數(shù)據(jù)庫，才能保證系統(tǒng)達(dá)到較高的識別率；
（2）無法對非標(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。
雙目攝像頭測距原理是雙目三角測距的原理，對目標(biāo)物體距離感知是一種絕對的測量，而非估算，原理如下圖所示。


雙目系統(tǒng)優(yōu)勢：
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）原理上無需先進(jìn)行識別再進(jìn)行測算，而是對所有障礙物直接進(jìn)行測量；
3）無需維護(hù)樣本數(shù)據(jù)庫。
雙目系統(tǒng)的缺點(diǎn)：
1）計算復(fù)雜度大，大規(guī)模商用難度高；
2）對環(huán)境光照非常敏感，對算法提出很大的挑戰(zhàn)；
3）不適用于單調(diào)缺乏紋理的場景。對于與背景色接近的場景（天空、白墻、沙漠等）可能無法識別;
4）相機(jī)基線限制了測量范圍,同時安裝的精度和光心的尺寸偏差對測量結(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)計預(yù)留可同時處理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個行人和車輛目標(biāo)信息，交通標(biāo)識，自身車身姿態(tài)，測距信息(單目算法)。數(shù)據(jù)最后通過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顯卡的計算單元，能處理12路攝像頭數(shù)據(jù)。攝像頭與視覺處理器之間的數(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）、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。目前市場上的傳輸協(xié)議具有專一性，不同供應(yīng)商的產(chǎn)品無法通用。一般由控制器平臺決定選擇何種協(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^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EMC風(fēng)險，同時降低成本。數(shù)據(jù)傳輸采用點(diǎn)對點(diǎn)雙向通訊。每個攝像頭需配置獨(dú)立解碼芯片，控制器端在每個攝像頭通道的接收端也需配置獨(dú)立的解碼芯片。
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