全方位立體監視系統 VEU HMI GDC 3D

結合廣角鏡頭/圖形控制器　立體監視系統效能更犀利

2014-09-08

謝京樺

隨著科學技術和經濟改革的快速發展，汽車已經成為人們日常生活中不可缺少的交通工具之一。每年發生的交通事故中，汽車擦撞的頻率也隨著汽車數量的增加而升高。駕駛過程中，人的視線死角是難以避免的，但若能準確地預測路況，將能夠大幅降低車禍事故的發生。

針對以上的問題，相關廠商陸續推出各種因應方案，例如富士通半導體(Fujitsu Semiconductor)推出全方位立體監視系統，在汽車四個方位上安裝高解析度攝影機，進行影像三維(3D)合成，可讓駕駛人根據不同的駕駛情景自由改變視角，以得到更廣闊的駕駛視線，提升駕駛安全。

全方位場景顯示　提高可辨識性

全方位立體監視系統是在汽車四個方位上安裝的攝影機，進行影像3D合成。汽車上搭載四個攝影機影像合成系統，可作為駕駛人的視覺輔助，過去的技術只能做到二維(2D)圖像合成，進行特定視角的顯示。而全方位立體監視技術，能將來自四個攝影機的影像合成到3D模型上，從任意視角顯示全方位場景(圖1)。

圖1　四個攝影機的影像技術

以往的系統將攝影機影像投影到2D平面上，只能顯示從上方觀看的俯視圖，有時難以分辨周圍的車輛和行人。而全方位立體監視系統，則是將影像投影在立體曲面上，可以任意變換觀看角度且完整地顯示出希望看到的場景，提高可辨識性。

消除視線死角　行駛更有保障

全方位立體監視系統利用汽車四個方位上所安裝的高解析度廣角鏡頭，提供更廣的視角，支援各種駕駛場景。停車時可幫助駕駛人消除視線死角，在駕駛過程中也能夠透過更廣角的影像，提供障礙物資訊給駕駛人。

相信此監視系統普及後，將能大幅降低交通事故發生的機率。目前此監視系統仍在積極推廣中。當此監視系統普遍應用於汽車領域時，也將是汽車駕駛發生巨大變革的時候，隨著技術的發展，也許有一天開車就會像玩遊戲一樣地輕鬆且安全。

提供VEU圖像補正　影像品質更優

車體上所安裝的攝影機採用低電壓差動訊號(LVDS)傳輸規格的高解析數位成像設備，搭載180度廣角鏡頭，可支援解析度高達1,280×800的影像。此種高解析度數位攝影機能用於全方位立體監視系統，提供比以往模擬攝影機更高畫質的影像，相較於模擬攝影機，其清晰度大幅提升。

在影像立體投影的基礎上，全方位立體監視系統能透過能見度增強系統(Visibility Enhancement Unit, VEU)對來自攝影機的影像，進行圖像補正。VEU具有放大縮小、提高解析度、突出輪廓以及色彩處理功能，能對攝影機影像進行補正。透過這些功能可減少放大後影像上明顯的鋸齒問題，提高逆光所致陰影部分的可視性，在各種條件下有效提高畫質並拓展駕駛人的視野。

完整開發平台　設計更臻完善

全方位立體監視系統(圖2)採用最新的圖像顯示控制器(Graphic Display Controller)，其搭載安謀國際(ARM)Cortex TM-A9中央處理器(CPU)，在單一晶片中整合對應OpenGL ES 2.0的圖形引擎和各種周邊介面。透過對四路輸入影像進行3D影像處理，可繪製出高品質的駕駛場景圖。

圖2　全方位立體監視系統軟硬體架構

授權工具方便製作

另外，半導商還提供全方位立體監視器的應用開發環境，包括支援全方位立體影像合成的授權工具，以及實現全方位立體影像顯示和控制的中介軟體。與客戶共同開發的全方位立體監視系統軟體，是由客戶開發的應用程式和廠商提供的授權工具組成。

透過全方位立體監視系統的授權工具，可設計車輛模型、3D投影面模型、全方位物件的圖像和圖像模式。透過對使用者自有素材的組合，可製作用途更廣的全方位立體監視系統應用影像和程式。

中介軟體支援度廣

半導體商所提供的全方位立體監視系統的中介軟體庫函數依據OpenGL ES 2.0標準，可應用於描繪高品質和高畫質人機介面(Human Machine Interface, HMI)的3D圖形。作業系統(OS)支援ET-Kernel，搭載VEU、圖像顯示控制器及評估板的各種驅動程式。

程式庫鉅細靡遺

在程式庫方面，半導體廠則提供以下幾項主要的功能。

‧	視圖模式下的描繪與顯示
	可以描繪和顯示以視圖模式單元設定的物件。另外，除了描繪對象外，還能畫輔助線。物件形式有全方位立體影像，還有單反相機圖片、點陣圖數據資料和按鍵開關切換的數據資料。
‧	物件管理
	基於應用程式的輸入訊息，對當前視圖模式下所顯示的物件、或使用者指定視圖模式下的物件進行管理。
‧	視角變更
	透過視角參數變更，可實現顯示畫面中全方位立體物件的任意視角變更。
‧	畫面模式切換
	該系統提供畫面模式切換功能，透過畫面模式的ID設定即可簡單地完成畫面模式切換。此外，畫面模式切換時可指定切換動畫的開啟和關閉。切換動畫是特定區域內的動畫繪製功能，該功能當畫面模式切換時，針對畫面模式內的全方位立體物件，其切換起點至終點的視角參數差分進行OVL運算，從而流暢地進行全方位立體物件的切換。
‧	校正
	車身上安裝的攝影機實際位置和角度與系統庫中的初始設定值是有偏差的，如果不進行校正，在顯示全方位立體物件時，可能會得到與預期不符的影像。該功能可根據與系統庫初始值的偏差計算結果，針對物件數據資料進行變換和校正。