要采用多少车载摄像机解决汽车行驶安全问题?

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据预测，智能交通系统(ITS)市场的发展从2009年开始提速，如图1所示可见，其增长动力主要来自美国、欧洲、日本和包括中国在内的世界其他地区。目前，与视频有关的ITS领域及其占有率如下。
  

先进交通管理系统：41%。
电子计费系统(ETC)：23%。
公共交通管理系统：15%。
商用车运营系统(CVO)：9%。
其他(主要是车辆信息系统)：12%。

本文要探讨的话题是，智能交通系统的发展究竟需要多少车载摄像机呢?这是中国汽车电子系统开发商以及汽车生产厂家关心的问题之一，也是半导体行业关注的问题之一。
　　我们试图通过展示一系列新概念，让你去想象这个市场究竟有多大商机，从而通过汽车电子系统开发商和汽车生产厂家把概念变为产品和解决方案，从汽车行车安全这个角度去寻找新的发展机会。
　　主动安全的概念及其对摄像机的要求
　　图2描述了汽车主动安全和被动安全概念。与视频有关的系统属于主动安全系统，包括：(1) 夜视、盲点监测、后视等系统;(2) 与车道偏离报警、防撞预警、驾驶员瞌睡监测、盲点报警等有关的早期预警系统。


       上述系统对摄像机的要求包括：
　　宽视野(FOV)、窄全景;
高空间分辨率;
可提供彩色视频数据;
低单价;
无电磁辐射;
可针对多种应用进行配置。
除了上述要求之外，汽车应用对摄像机提出的更高要求包括：
　　在极端恶劣的环境条件下要具有15年的生命期;
要经过全面的验证测试;
在生产的过程中要实施严格的质量控制;
要实施过程测量和连续的改进;
零缺陷率。
与此同时，摄像机制造商必须要通过ISO/TS16949标准的认证。
　　车载摄像机的位置及其系统功能
　　如图3所示为车载摄像机的位置及其系统功能的概要图。它分为5大组成部分。

  
　　正视系统：包括夜视、自适应控制、车道偏离报警、碰撞减缓、行人探测等子系统。
　　后视系统：包括后背辅助系统和泊车辅助系统。
内视系统：包括安全气囊张开监测、驾驶员瞌睡监测、人脸识别等系统。
角视系统：包括盲点监测和盲点报警系统。
侧视系统：包括盲点监测、盲点报警以及变道辅助系统。

       从中可见，上述系统每辆车所使用的摄像机至少要有5个。而在大型的公交车上，如图4所示，至少需要的摄像头的数量为4只。这些顶部放置的摄像机不同于目前国内常见的车内监控安全的摄像机。

  
　　从图4(b)可见顶部安置的摄像机的布局及其视图的实例。这个由三洋公司提出的概念采用了一套称为Aircam的环视系统。
　　上述系统的特点之一是所需要的摄像机数量比较多，因此，人们设计出了360度全景摄像机，这种新型的摄像机也有望在车载安全系统中获得应用。
　　360度全景摄像机的应用
　　如图5所示为ImmerVision公司提出的360度全景摄像机的应用概念图。在图5中正面安装的半球可以监测汽车正面半球视野之内的所有场景。一只摄像机就可以取代原先要有至少3只摄像机实现的角监测和正面监测的功能。这套系统的关键技术就是镜头。如图6所示为全景型摄像机镜头的结构图。


       从图6可见，该镜头采用了两片猫眼透镜来构成球形图像传感器。直接利用这个结构来做镜头会导致图像分辨率很低，根本无法使用。ImmerVision公司的贡献在于提出了一套失真控制方法，从而实现了很高的图像分辨率，再利用视频处理技术就可以把球形图像变换为人眼易于解读的平面图像。然而，要指出的是，这种全景摄像机并不具备距离检测功能。

  
　　移动道路测量系统
　　移动道路测量系统主要应用于基础测绘、电子地图测制、电子地图修测、公路GIS与公路路产管理、铁路可视化GIS建库、公安 GIS、空间信息服务等领域。它与行车安全密切相关。
　　移动道路测量系统在多传感器同步集成、海量CCD图像的高速采集、压缩和存储、不间断数据采集、记录自动化、有效融合其他数据、高效的数据处理流程等方面进行了综合集成，适用于交通、铁路、公安、数字城市建设等领域。
　　车载集成移动测量系统在高等级公路、城市道路和机场跑道等路面的破损、车辙变形、平整度等损害中有着广泛的应用，它们配备了可进行快速、无损、自动化的采集与智能分析的多传感器集成与处理系统。该系统以机动车为平台，装备高分辨率线阵图像采集系统、激光线结构光三维测量系统、惯性补偿的激光测距系统、GPS/DMI/GYRO组合定位系统等先进的传感器以及车载计算机、嵌入式集成多传感器同步控制单元等设备，在车辆正常行驶状态下，自动完成道路路面图像、路面形状、平整度及道路几何参数等数据采集与分析。如图7所示。

  
　　车载摄像头需要的高速总线
　　MOST(面向媒体的系统传输总线)技术目前已经被50多种车型采用，由MOST组织来主持标准化与规格化工作。截至目前，已经有15家国际性汽车厂商和70余家主要零配件生产厂商加盟该组织。

      目前已经实现产品化的MOST技术有MOST25、MOST50，第3代MOST 150Mb/s技术—MOST150正在开发中。150Mb/s可以达到与MOST25塑料光纤同等的传输速度，不用增加物理层成本就可以提高通信速度。采用MOST150后，视频传输变得更容易，不仅可以用在休闲娱乐方面，还可以用在车载摄像头等行车系统上。
　　MOST在制订上完全合乎ISO/OSI的7层数据通讯协议参考模型，而在网线连接上MOST采行环状拓扑，允许改采星状(亦称放射状)或双环状的连接组态，每套MOST传控网络允许最多达64个装置(节点)建立连接。
　　目前，在MOST的应用中，美国车种仅占9%，欧洲车种占比达58%，亚太车系则占比大约为33%。
　　配套芯片组的开发提速
　　为了推进MOST标准的应用，半导体厂家也作出了积极的努力。
　　1.ADI公司的汽车远程信息处理平台的核心芯片：ADSP-BF534和ADSP-BF539处理器。它们提供对汽车CAN和MOST网络的连通性。在视频娱乐领域，单片Blackfin处理器可连接到MOST网络，提取并解码音频和视频比特流，在汽车后座呈现高质量的电影画面。
　　2.意法半导体(ST)的集成式MOST网络电源管理解决方案L5961。L5961电源管理芯片与SMSC网络处理器组成的芯片组可以充当任何一个MOST网络节点的组成模块。
　　3.Firecomms公司推出业界首款基于高速谐振腔LED的MOST光纤收发器(FOT)：FCM110R发送器和FCM110D接收器，两者均符合POF光接口的MOST 1.1物理层规范。而安捷伦科技有限公司推出了工作温度范围在-40℃到+95℃、用于汽车MOST网络中的光纤发射器和接收器。Melexis也推出了150Mb/s光纤MOST收发器。
　　ALPS公司开发了FLTM1G1系列车用短距离光通信MOST连接器，它在与光缆之间的光耦合系统上采用了非球面透镜，利用独有的光学模拟技术、流动解析技术、高精度成形技术来同时实现了出色的成形效果和光学性能，而且该非球面透镜具有良好的光耦合效率并很难发生光纤错位，所以能够达到稳定的光学特性。
　　4.SMSC推出I/O端口扩展器和MOST网络DTCP协处理器OS85650，它具有多种接口，强大的路由引擎和DTCP协处理器，用于各种音频和视频领域，如：磁头单元、汽车后座娱乐、放大器、电视调谐器和视频显示器。
　　笔者分析认为，随着MOST支撑器件开发的展开，基于塑料光纤(POF)的MOST网络必将给车载摄像机的应用开辟巨大的空间。
　　总结
　　根据全球各交通和警察部门的统计，2008年全世界交通事故死亡人数为50万人。其中，中国交通事故死亡人数为10.4万人，而印度、美国、俄罗斯均在其后。2008年，中国共发生道路交通事故265204起，造成73484人死亡、304919人受伤，直接财产损失10.1亿元。与此同时，中国2009年10月中国宣布，第1000万辆车下线，汽车保有量已经突破1亿7千万辆。
　　如果以每台汽车至少安装1~2台半球摄像机来计算，市场规模有望达到上几亿台、数千亿元人民币。因此，如何利用车载摄像机降低交通事故数，减少人员伤亡，控制直接财产损失，是中国汽车电子行业不容无视的重大研究课题和商机，本文通过概要介绍若干系统，为中国汽车电子行业抛砖引玉。值得一提的是，开发针对汽车安全的车载摄像机系统需要汽车电子与汽车生产厂家开展密切合作，从摄像头、视频数据采集、视频传输、实时监视和播放平台等多个方面进行研究，才有利于车厂最终使其产品化。