當(dāng)出現(xiàn)駕駛員開(kāi)車(chē)偏離車(chē)道、車(chē)后有行人、盲區(qū)內(nèi)有其它車(chē)輛等情況時(shí)，汽車(chē)視覺(jué)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，它甚至能幫助駕駛員在泊車(chē)時(shí)不會(huì)撞到其它障礙物。但是迄今為止，由于成本太高，這些系統(tǒng)主要還是安裝在豪華車(chē)內(nèi)。
現(xiàn)在，瑞士CSEM公司宣稱(chēng)已經(jīng)擁有一種技術(shù)，能把汽車(chē)視覺(jué)系統(tǒng)的成本從數(shù)千美元降低到數(shù)百美元。CSEM表示，OEM利用ViSe智能圖像傳感器設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)視覺(jué)系統(tǒng)，便宜到足以成為全球汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配備。
ABI研究公司高級(jí)分析師David Alexander最近剛剛完成了一項(xiàng)有關(guān)汽車(chē)車(chē)道偏離傳感系統(tǒng)的市場(chǎng)研究，他指出：“我們認(rèn)為ViSe圖像芯片有巨大潛力。特別是對(duì)安全應(yīng)用來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)反應(yīng)至關(guān)重要，所以我們通常需要昂貴的、高性能圖像處理器。但如果采用ViSe圖像芯片，我們就可以降低對(duì)處理器的要求，進(jìn)而極大地降低這些系統(tǒng)的價(jià)格?！?
根據(jù)ABI公司的報(bào)告，全球每年的新車(chē)銷(xiāo)售規(guī)模大約在6千萬(wàn)輛，但今年付運(yùn)的配備車(chē)道偏離警告系統(tǒng)的汽車(chē)僅為2.5萬(wàn)輛左右。該公司預(yù)測(cè)，除非此類(lèi)系統(tǒng)的價(jià)格能夠大幅度下降，否則即使在2012年，這個(gè)數(shù)字也只能達(dá)到30萬(wàn)輛左右。
“但是，如果CSEM可以把該系統(tǒng)的成本從2,000美元降低到200美元，那么預(yù)計(jì)配備這種系統(tǒng)的汽車(chē)數(shù)量將增加為原預(yù)測(cè)值的10倍，或者說(shuō)在2012年全球配備車(chē)道偏離系統(tǒng)的新車(chē)數(shù)目將高達(dá)300萬(wàn)輛。”Alexander補(bǔ)充道。
CSEM的部分運(yùn)營(yíng)資金來(lái)自于公共基金，它采取了一種以授權(quán)為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)模式。該中心已把其ViSe實(shí)時(shí)方案的定制版本授權(quán)給了一些OEM廠商，這些OEM主要是向銀行提供用于掃描支票的光學(xué)符號(hào)識(shí)別系統(tǒng)。
現(xiàn)在，CESM已把眾多演示系統(tǒng)組合在一起，這其中還包括一個(gè)帶有應(yīng)用程序代碼的評(píng)估套件，可以用于車(chē)道偏離警告系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、停車(chē)助手、車(chē)內(nèi)乘客數(shù)量監(jiān)測(cè)、行人檢測(cè)和盲點(diǎn)監(jiān)視等。CSEM也提供面向安全應(yīng)用的產(chǎn)品，例如能夠鎖定人的活動(dòng)，而忽略寵物進(jìn)出的入侵檢測(cè)系統(tǒng)，以及工業(yè)機(jī)器視覺(jué)演示。
“這不只是學(xué)術(shù)性研究；ViSe圖像芯片是一款經(jīng)過(guò)八年努力而開(kāi)發(fā)出的產(chǎn)品?！盇BI公司的Alexander表示，“他們已開(kāi)始研制第三代產(chǎn)品，而且在下一代中他們將把所有功能集成在一塊芯片上。”
目前的OEM工具包是一個(gè)雙芯片解決方案，由該公司專(zhuān)有的視覺(jué)傳感器搭配ADI公司并不昂貴的Blackfin DSP。下一步，CSEM計(jì)劃把一個(gè)專(zhuān)有DSP芯片和其圖像芯片集成在一起，提供單芯片解決方案。為了證明即便是其當(dāng)前的產(chǎn)品也已經(jīng)從根本上降低了必須的數(shù)據(jù)速率，從而能夠?qū)⒅悄芟鄼C(jī)應(yīng)用的成本從數(shù)千美元降低到數(shù)百美元，CSEM目前提供一種被稱(chēng)為ViSeLink的無(wú)線評(píng)估套件，其中包括雙芯片方案和一個(gè)藍(lán)牙射頻芯片，二者被置于一個(gè)帶鏡頭的相機(jī)機(jī)殼內(nèi)。
“利用現(xiàn)有的方式構(gòu)建汽車(chē)視覺(jué)系統(tǒng)，用戶(hù)無(wú)法獲得足夠的帶寬，從而無(wú)法通過(guò)無(wú)線鏈接發(fā)送視頻相機(jī)中的數(shù)據(jù)流，以及遠(yuǎn)程截取現(xiàn)場(chǎng)圖片?！盋SEM公司微電子部副總裁Christian Enz指出，“但是使用我們的芯片組，用戶(hù)就可以在當(dāng)?shù)孬@取所有信息，然后通過(guò)數(shù)據(jù)速率非常低的無(wú)線收發(fā)器(如藍(lán)牙)來(lái)發(fā)送結(jié)果?！?
傳統(tǒng)的視頻相機(jī)方案，是通過(guò)硬連線把高帶寬的原始視頻數(shù)據(jù)發(fā)送給高性能的圖像處理芯片，然后通過(guò)運(yùn)行算法來(lái)比較圖像數(shù)據(jù)流的連續(xù)幀，從而發(fā)現(xiàn)差異，進(jìn)而勾勒輪廓線并識(shí)別物體。ViSe芯片在內(nèi)部電路中進(jìn)行所有圍繞芯片中每個(gè)像素的圖像處理，然后把算法結(jié)果發(fā)送給一個(gè)便宜的應(yīng)用處理器(如Blackfin)。
“對(duì)OEM們來(lái)說(shuō)，該芯片的出現(xiàn)大大降低了視覺(jué)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)難度。對(duì)于車(chē)道偏離警告系統(tǒng)等汽車(chē)電子應(yīng)用而言，所有的硬圖像處理都是由圖像芯片完成的。”Alexander表示，“Infiniti公司在幾年之前就已經(jīng)擁有了一款車(chē)道偏離系統(tǒng)，但它使用了CMOS視頻相機(jī)向一款昂貴的圖像處理器芯片(他們不得不自行開(kāi)發(fā))傳輸數(shù)據(jù)流，該系統(tǒng)售價(jià)高達(dá)2,000美元左右。而CSEM的芯片可以把成本降到200美元以下。我們相信，如果實(shí)時(shí)視覺(jué)系統(tǒng)的成本能降到100美元以下，那么其將成為汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置?！?
今天的汽車(chē)制造商還有另一種可選方案，即采用CMOS視頻相機(jī)與Mobileye公司一款專(zhuān)用圖像處理器相組合。BMW公司就采納了這種系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中需要使用一根硬連線把相機(jī)連接到Mobileye處理器。
與CSEM走相似路線，把圖像處理與視覺(jué)傳感器集成到同一芯片上的還有Canesta公司和International Electronics & Engineering S.A.公司(簡(jiǎn)稱(chēng)IEE)，二者已經(jīng)分別贏得了本田公司和大眾汽車(chē)公司的設(shè)計(jì)合同。但是，由于需要把完成位距計(jì)算(用于創(chuàng)建現(xiàn)場(chǎng)3D模型)所需要的一些額外電路集成到其圖像陣列中，這兩家公司的芯片都犧牲了圖像分辨率。
在自適應(yīng)車(chē)速控制(ACC)等三維應(yīng)用中，系統(tǒng)需要知道本車(chē)與前車(chē)之間的距離，這種情況下CSEM提供一種可以計(jì)算間距的ViSe版本。與Canesta公司和IEE公司的視覺(jué)傳感器非常相似，該版本在逐像素基礎(chǔ)上采用渡越時(shí)間(TOF)算法。
芯片內(nèi)部
ViSe圖像芯片圍繞每個(gè)像素配置了多個(gè)比較器和門(mén)控電路，完成鄰近像素間差異的本地模擬計(jì)算。該圖像陣列還帶有一些逐像素積分器，用于跟蹤不同時(shí)間的差異變化。因而，在積分器連續(xù)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)變化的同時(shí)，芯片還可以針對(duì)每個(gè)像素自動(dòng)計(jì)算出像素間的差異。因?yàn)椴町愋畔?duì)亮度變化相對(duì)不敏感，當(dāng)環(huán)境光線改變時(shí)，ViSe芯片的輸出不會(huì)改變。
“通過(guò)本地化提取像素間的差異信息——包括幅度和方位，可以獲得各方位的差異變化，我們?cè)趫D像芯片上完成了大部分的像素級(jí)圖像處理任務(wù)。另外，我們追蹤不同時(shí)間的差異變化?！盋SEM傳感信息處理部負(fù)責(zé)人Edoardo Franzi說(shuō)，“差異信息對(duì)亮度的變化不敏感，如汽車(chē)在樹(shù)蔭下使過(guò)或進(jìn)入一個(gè)隧道。
雖然在芯片中這些計(jì)算是并行完成的，但圖像信息的讀出順序卻按照重要程度排列，而不是采用盲目的光柵掃描方式。配對(duì)的DSP通過(guò)發(fā)送一個(gè)差異度閾值，向圖像芯片發(fā)出查詢(xún)信息；接著，圖像芯片僅讀出差異度超過(guò)閾值的像素；隨后，DSP逐漸降低閾值，圖像處理器按照逐漸降低的差異度讀出像素位置，直到應(yīng)用程序完成必要識(shí)別。到這個(gè)時(shí)候，整個(gè)過(guò)程重新開(kāi)始。
“我們的目標(biāo)是：提取完成任務(wù)所需的最小信息量。我們不像視頻相機(jī)那樣逐行掃描圖像陣列，而只發(fā)送發(fā)生變化的像素信息。”Franzi說(shuō)，“另外，我們首先輸出的是變化最大的那些像素——這是最重要的信息；然后，根據(jù)差異程度遞減的順序繼續(xù)工作。這樣的話(huà)，當(dāng)應(yīng)用程序找到自己所需要的東西后，就可以停止通訊。”
例如，對(duì)于車(chē)道偏離應(yīng)用，當(dāng)DSP找到標(biāo)明車(chē)道的高差異像素之后，就重置閾值，讓現(xiàn)場(chǎng)的其它圖像部分變成空白。該系統(tǒng)不把時(shí)間浪費(fèi)在讀出對(duì)于確定車(chē)道標(biāo)志線沒(méi)有幫助的低差異像素上。
CSEM表示，對(duì)于所輸出的差異度信息，ViSe芯片可提供100dB的動(dòng)態(tài)范圍和30dB的分辨率。
（轉(zhuǎn)載）
