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深度剖析360环视“黑科技”

2019年04月23日    出处:搜车网    类型:厂商供稿    作者:搜车网编辑

    谈到汽车驾驶盲区解决的问题,估计很多人都会想到360环视,事实上360环视确实很好的解决了驾驶盲区问题。
    随着360环视逐步被市场接受,其背后的相关技术也被扒出来。在网上可以找到各种关于360环视的技术概念、逻辑、原理甚至是算法等。但是很少看到有人把此项“黑科技”的来龙去脉以及未来发展方向说说清道明。
    360环视所采用的底层技术是计算机图像处理技术,此项技术已经在医学影像领域得到了广泛的应用,称为医学图像后处理技术,并发展出了一系列成熟、完善的模型、方法。这种技术被广泛用于辅助观察、检测和诊断,典型的应用场景包含IGSN(图像引导的手术导航)、IGRT(图像引导的放疗)、CAD(计算机辅助诊断)、VE(虚拟内窥镜)等。
    可以这么理解,医学图像后处理技术本质上就是计算机图像处理技术的一个分支,同时由于医学上对图像处理结果要求非常严格、应用的场景极为复杂,医学图像处理技术也推动了计算机图像处理技术的发展,甚至拓展了计算机图像处理技术的覆盖领域。这就把这项技术的应用发挥到了极致。医学上在整个处理过程中加入了更多技术环节和微观操作,使得处理效果十分清晰,处理图像的像素尺度可以达到微米甚至纳米级别,还需要对亚像素级别的信息进行处理。而对于车载领域,通常厘米级别的精度就完全可以满足需求。
    目前市场上能够提供360环视产品的供应商大多数都使用计算机图像处理技术,只有个别供应商引入了“医学图像处理”技术,我们暂且称之为“计算机流派”和“医学流派”。
    无论是“计算机流派”还是“医学流派”,都是采用广角摄像头获取图像,然后对图像进行预处理、空间映射、融合三个层面处理。不同的是 “医学流派”在图像预处理中,除了使用常见的邻域平均等低通滤波“去噪”方法外,还使用了医学图像中对成像探测器量子噪声进行建模估计的方法,进行深度去噪和图像增强,这就有利于后期处理效果提升。在空间映射处理过程中,“医学流派”对特征点的提取更精细,描述更严谨,引入高阶特征量,对标定点进行领取定位,并进行空间变换矩阵的计算,对于空间变换后的图像,使用样条函数进行精细化操作,使得后期融合“空隙”极小化。“医学流派”在融合处理过程中除了常用的加权平均法之外,还对融合区域色彩特征进行采样,对融合区域进行偏移量矫正,并将多种方法进行交叉融合处理,最终形成一幅完美的拼接图像。
    相比而言,“医学流派”对图像处理的层次更深,更精致,这就导致他们在产品方面与“计算机流派”相比,具有明显的优势。主要体现在两个方面,一个是“静态拼接”处理的可视化范围大小和可视化效果上,另一个是“动态拼接”处理的可操作性。
    所谓“静态拼接”处理指的是被拼接物的形体规则,并且保持不变,多个摄像头的取图点在保持相对静止的情况下,持续获取图像进行处理。“计算机流派”基本上都属于“静态处理”,这就导致他们的产品只能在一体车上安装。加之在处理过程中存在“偷工减料”的行为,使得处理结果的可视化范围有很大的限制,处理结果存在瑕疵。因此“计算机流派”产品只能用于乘用车,对于过长的商用车和特殊车辆,经常会出现拼接不起来,可视化界面扭曲,重影等现象。
    所谓“动态拼接”处理指的是被拼接物形体会不规则,而且时刻在发生变化,多个摄像头的取图点在不断变化的情况下,持续取获取图像进行处理。“这种情况在医学图像处理中极为常见,因为人体脏器大多柔软且形状一直在变化,弹性、形变、动态模型在医学图像处理中的应用比比皆是。这就使得他们的产品能够在“多厢拖挂式”商用车上安装。加之在极致的处理过程,使得他们处理结果的可视化范围不受限制。所以“医学流派”的产品多用于各类商用车以及特种车辆。
    “医学流派”的“动态处理”究竟是怎么一回事?我们以“鹰驾科技”的拖挂车360环视产品为例进行剖析。
    拖挂车由主车(牵引功能)和挂车(承载功能)两部分构成,中间通过一个 “牵引桥”链接在一起。常见的拖挂车有半挂式、全挂式、以及半挂和全挂集连式三种类型。
 
 
    相对于其他商用车,拖挂车的除了车身更长之外,最大的特点是主车和挂车之间的“牵引桥”属于非刚性链接,这就导致在转弯的时候,车体会随着弯道以及移动速度不断发生变化。通常主车和挂车之间的夹角变化范围最大可以达到正负90°以上,这就使得盲区范围更大,分布更复杂,且盲区位置和形状随着主车和挂车之间的夹角变化而变化。如下图所示,黄色是牵引车前轮轨迹,对应的橙色部分是挂车轨迹。这个过程中橙色区域就一个超级“死亡月牙”,同时车辆右侧后半部分也处于完全性的盲区。
 
 
 
 
    开过拖挂车的驾驶员在驾驶过程中,通常要利用多种方式对车外复杂的盲区进行反复的动态观测,同时要估计挂车的行驶区域,从而对牵引车进行操控,因此有了“一个弯道一身汗的说法”。
    “鹰驾科技”的拖挂车360环视在原有环视方案的基础上,将摄像头扩展至6-8路进行分别取像。其中6路用来对拖挂车环视进行取像,另外2路安装在主车和挂车左右两侧取像,并布置自主研发的转角传感器,用来获取主车和挂车之间的夹角θ。随着主车和挂车之间夹角的变化,动态调整每个摄像头负责的成像区域进行处理。这种引入动态参数夹角θ的处理的技术在国内外都属于首创。
    布置在牵引车和挂车上的转角传感器和车辆自身转轴结构无关,从而避免了因不同车辆连接方式不同导致传感器无法使用。另外,该方案拓展性非常强,对于多级拖挂车辆,只要在每级挂车上以同样的方式布置转角传感器和摄像头,则可实现多级拖挂车全景系统的拓展。
    “鹰驾科技”基于拖挂车全景系统,还实现了拖挂车轨迹计算。虽然车辆行驶轨迹计算在乘用车上已经实现,但对于拖挂车而言,由于其轨迹和多个因素有关,其难度要远远大于常规的行驶轨迹线。“鹰驾科技”通过车身CAN通讯获得车辆方向盘转角后,采用自主研发的算法计算车辆每一个位置形式轨迹,并在全景视图中绘制轨迹线。同时对轨迹内的区域通过视频、雷达等方式进行重点检测,和精准预警。在转弯、倒车等若干场景中对司机起到重要的辅助作用,大大降低了驾驶员的操控难度。
 
 
    鹰驾科技的拖挂车360环视产品不仅完美解决了拖挂车驾驶过程中的盲区问题,同时具备了行车轨迹规划功能,是商用车驾驶员的福音,更为汽车安全驾驶行业做出了卓越贡献。

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