治 永

摘要：隨著中國汽車保有量的增加，交通安全問題日顯突出。本文圍繞如何利用攝像機(jī)解決交通安全這一問題而介紹若干解決方案，向中國汽車電子系統(tǒng)開發(fā)商以及汽車生產(chǎn)廠家展示了可視汽車系統(tǒng)發(fā)展的巨大商機(jī)。

關(guān)鍵詞：車栽攝像機(jī)；行駛安全；電子系統(tǒng)；監(jiān)控

據(jù)預(yù)測，智能交通系統(tǒng)(ITS)市場的發(fā)展從2009年開始提速，如圖1所示可見，其增長動力主要來自美國、歐洲、日本和包括中國在內(nèi)的世界其他地區(qū)。目前，與視頻有關(guān)的

ITS領(lǐng)域及其占有率如下。

·先進(jìn)交通管理系統(tǒng)：41％。

·電子計費(fèi)系統(tǒng)(ETC)：23％。

·公共交通管理系統(tǒng)：15％。

·商用車運(yùn)營系統(tǒng)(CVO)：9％。

·其他(主要是車輛信息系統(tǒng))：12％。

本文要探討的話題是，智能交通系統(tǒng)的發(fā)展究竟需要多少車載攝像機(jī)呢?這是中國汽車電子系統(tǒng)開發(fā)商以及汽車生產(chǎn)廠家關(guān)心的問題之一，也是半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)注的問題之一。

我們試圖通過展示一系列新概念，讓你去想象這個市場究竟有多大商機(jī)，從而通過汽車電子系統(tǒng)開發(fā)商和汽車生產(chǎn)廠家把概念變?yōu)楫a(chǎn)品和解決方案，從汽車行車安全這個角度去尋找新的發(fā)展機(jī)會。

主動安全的概念及其對攝像機(jī)的要求

圖2描述了汽車主動安全和被動安全概念。與視頻有關(guān)的系統(tǒng)屬于主動安全系統(tǒng)，包括：(1)夜視、盲點(diǎn)監(jiān)測、后視等系統(tǒng)；(2)與車道偏離報警、防撞預(yù)警、駕駛員瞌睡監(jiān)測、盲點(diǎn)報警等有關(guān)的早期預(yù)警系統(tǒng)。

上述系統(tǒng)對攝像機(jī)的要求包括：

·寬視野(FOv)、窄全景；

·高空間分辨率；

·可提供彩色視頻數(shù)據(jù)；

·低單價；

·無電磁輻射；

·可針對多種應(yīng)用進(jìn)行配置。

除了上述要求之外，汽車應(yīng)用對攝像機(jī)提出的更高要求包括：

·在極端惡劣的環(huán)境條件下要具有15年的生命期；

·要經(jīng)過全面的驗證測試；

·在生產(chǎn)的過程中要實(shí)施嚴(yán)格的質(zhì)量控制；

·要實(shí)施過程測量和連續(xù)的改進(jìn)；

·零缺陷率。

與此同時，攝像機(jī)制造商必須要通過ISO／TS16949標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。

車載黑像機(jī)的位置及其系統(tǒng)功能

如圖3所示為車載攝像機(jī)的位置及其系統(tǒng)功能的概要圖。它分為5大組成部分。

·正視系統(tǒng)：包括夜視、自適應(yīng)控制、車道偏離報警、碰撞減緩、行人探測等子系統(tǒng)。

·后視系統(tǒng)：包括后背輔助系統(tǒng)和泊車輔助系統(tǒng)。

·內(nèi)視系統(tǒng)：包括安全氣囊張開監(jiān)測、駕駛員瞌睡監(jiān)測、人臉識別等系統(tǒng)。

·角視系統(tǒng)：包括盲點(diǎn)監(jiān)測和盲點(diǎn)報警系統(tǒng)。

·側(cè)視系統(tǒng)：包括盲點(diǎn)監(jiān)測、盲點(diǎn)報警以及變道輔助系統(tǒng)。

從中可見，上述系統(tǒng)每輛車所使用的攝像機(jī)至少要有5個。而在大型的公交車上，如圖4所示，至少需要的攝像頭的數(shù)量為4只。這些頂部放置的攝像機(jī)不同于目前國內(nèi)常見的車內(nèi)監(jiān)控安全的攝像機(jī)。

從圖4(b)可見頂部安置的攝像機(jī)的布局及其視圖的實(shí)例。這個由三洋公司提出的概念采用了一套稱為Aircam的環(huán)視系統(tǒng)。

上述系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是所需要的攝像機(jī)數(shù)量比較多，因此，人們設(shè)計出了360度全景攝像機(jī)，這種新型的攝像機(jī)也有望在車載安全系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。

360度全景攝像機(jī)的應(yīng)用

如圖5所示為ImmerVision公司提出的360度全景攝像機(jī)的應(yīng)用概念圖。在圖5中正面安裝的半球可以監(jiān)測汽車正面半球視野之內(nèi)的所有場景。一只攝像機(jī)就可以取代原先要有至少3只攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)的角監(jiān)測和正面監(jiān)測的功能。這套系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)就是鏡頭。如圖6所示為全景型攝像機(jī)鏡頭的結(jié)構(gòu)圖。

從圖6可見，該鏡頭采用了兩片貓眼透鏡來構(gòu)成球形圖像傳感器。直接利用這個結(jié)構(gòu)來做鏡頭會導(dǎo)致圖像分辨率很低，根本無法使用。ImmerVision公司的貢獻(xiàn)在于提出了一套失真控制方法，從而實(shí)現(xiàn)了很高的圖像分辨率，再利用視頻處理技術(shù)就可以把球形圖像變換為人眼易于解讀的平面圖像。然而，要指出的是，這種全景攝像機(jī)并不具備距離檢測功能。

移動道路測量系統(tǒng)

移動道路測量系統(tǒng)主要應(yīng)用于基礎(chǔ)測繪、電子地醫(yī)測制、電子地圖修測、公路GIS與公路路產(chǎn)管理、鐵路司視化GIS建庫、公安GIS、空間信息服務(wù)等領(lǐng)域。它與行車安全密切相關(guān)。

移動道路測量系統(tǒng)在多傳感器同步集成、海量CCD圖像的高速采集、壓縮和存儲、不間斷數(shù)據(jù)采集、記錄自動化、有效融合其他數(shù)據(jù)、高效的數(shù)據(jù)處理流程等方面進(jìn)行了綜合集成，適用于交通、鐵路、公安、數(shù)字城市建設(shè)等領(lǐng)域。

車載集成移動測量系統(tǒng)在高等級公路、城市道路和機(jī)場場跑道等路面的破員、車轍變形、平整度等損害中有著廣泛的應(yīng)用，它們配備了可進(jìn)行快速、無損、自動化的采集與智能分忻的多傳感器集成與處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以機(jī)動車為平臺，裝備高分辨率線陣圖像采集系統(tǒng)、激光線結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)、慣性補(bǔ)償?shù)募す鉁y距系統(tǒng)、GPS／DMI／GYRO組合定位系統(tǒng)等先進(jìn)的傳感器以及車載計算機(jī)、嵌入式集成多傳感器同步控制單元等設(shè)備，在車輛正常行駛狀態(tài)下，自動完成道路路面圖像、路面形狀、平整霞及道路幾何參數(shù)等數(shù)據(jù)采集與分析。如圖7所示。

車載攝像頭需要的高速總線

MOST(面向媒體的系統(tǒng)傳輸總線)技術(shù)目前已經(jīng)被50多種車型采用，由MOST組織來主持標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)格化工作。截至目前，已經(jīng)有15家國際性汽車廠商和70余家主要零配件生產(chǎn)廠商加盟該組織。

目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的MOST技術(shù)有MOST25、MOSTS0，第3代MOST 150Mb／s技術(shù)一MOSTI50正在開發(fā)中。150Mb／s可以達(dá)到與MOST25塑料光纖同等的傳輸速度，不用增加物理層成本就可以提高通信速度。采用MOST150后，視頻傳輸變得更容易，不僅可以用在休閑娛樂方面，還可以用在車載攝像頭等行車系統(tǒng)上。

MOST在制訂上完全合乎ISO／OSI的7層數(shù)據(jù)通訊協(xié)議參考模型，而在網(wǎng)線連接上MOST采行環(huán)狀拓?fù)?，允許改采星狀(亦稱放射狀)或雙環(huán)狀的連接組態(tài)，每套MOST傳控網(wǎng)絡(luò)允許最多達(dá)64個裝置(節(jié)點(diǎn))建立連接。

目前，在MOST的應(yīng)用中，美國車種僅占9％，歐洲車種占比達(dá)58％，亞太車系則占比大約為33％。

配套芯片組的開發(fā)提速

為了推進(jìn)MOST標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，半導(dǎo)體廠家也作出了積極的努力。

1ADI公司的汽車遠(yuǎn)程信息處理平臺的核心芯片：ADSP-BF534和ADSP-BF539處理器。它們提供對汽車CAN和MOST網(wǎng)絡(luò)的連通性。在視頻娛樂領(lǐng)域，單片Blackfin處理器可連接到MOST網(wǎng)絡(luò)，提取并解碼音頻和視頻比特流，在汽車后座呈現(xiàn)高質(zhì)量的

電影畫面。

2意法半導(dǎo)體(ST)的集成式MOST網(wǎng)絡(luò)電源管理解決方案L5961。L5961電源管理芯片與SMSC網(wǎng)絡(luò)處理器組成的芯片組可以充當(dāng)任何一個MOST網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組成模塊。

3Firecomms公司推出業(yè)界首款基于高速諧振腔LED的MosT光纖收發(fā)器(FOT)：FCM110R發(fā)送器和FCM110D接收器，兩者均符合POF光接口的MOST 1.1物理層規(guī)范。而安捷倫科技有限公司推出了工作溫度范圍在-40℃到+95℃、用于汽車MOST網(wǎng)絡(luò)中的光纖發(fā)射器和接收器。Melexis也推出了150Mb／s光纖MOST收發(fā)器。

ALPS公司開發(fā)了FLTM1G1系列車用短距離光通信MOST連接器，它在與光纜之間的光耦合系統(tǒng)上采用了非球面透鏡，利用獨(dú)有的光學(xué)模擬技術(shù)、流動解析技術(shù)、高精度成形技術(shù)來同時實(shí)現(xiàn)了出色的成形效果和光學(xué)性能，而且該非球面透鏡具有良好的光耦合效率并很難發(fā)生光纖錯位。所以能夠達(dá)到穩(wěn)定的光學(xué)特性。

4SMSC推出I／O端口擴(kuò)展器和MOST網(wǎng)絡(luò)DTCP協(xié)處理器OS85650，它具有多種接口。強(qiáng)大的路由引擎和DTCP協(xié)處理器，用于各種音頻和視頻領(lǐng)域，如：磁頭單元、汽車后座娛樂、放大器、電視調(diào)諧器和視頻顯示器。

筆者分析認(rèn)為。隨著MOST支撐器件開發(fā)的展開，基于塑料光纖(POF)的MOST網(wǎng)絡(luò)必將給車載攝像機(jī)的應(yīng)用開辟巨大的空間。

總結(jié)

根據(jù)全球各交通和警察部門的統(tǒng)計，2008年全世界交通事故死亡人數(shù)為50萬人。其中，中國交通事故死亡人數(shù)為10.4萬人，而印度、美國、俄羅斯均在其后。2008年，中國共發(fā)生道路交通事故265204起，造成73484人死亡、304919人受傷，直接財產(chǎn)損失10.1億元。與此同時，中國2009年10月中國宣布，第1000萬輛車下線，汽車保有量已經(jīng)突破1億7千萬輛。

如果以每臺汽車至少安裝1—2臺半球攝像機(jī)來計算，市場規(guī)模有望達(dá)到上幾億臺、數(shù)千億元人民幣。因此，如何利用車載攝像機(jī)降低交通事故數(shù)，減少人員傷亡，控制直接財產(chǎn)損失，是中國汽車電子行業(yè)不容無視的重大研究課題和商機(jī)，本文通過概要介紹若干系統(tǒng)，為中國汽車電子行業(yè)拋磚引玉。值得一提的是，開發(fā)針對汽車安全的車載攝像機(jī)系統(tǒng)需要汽車電子與汽車生產(chǎn)廠家開展密切合作，從攝像頭、視頻數(shù)據(jù)采集、視頻傳輸、實(shí)時監(jiān)視和播放平臺等多個方面進(jìn)行研究，才有利于車廠最終使其產(chǎn)品化。