汽車(chē)車(chē)載3D技術(shù)應(yīng)用助力實(shí)現(xiàn)安全駕駛

3D并不是什么新技術(shù)，在消費(fèi)電子領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，但在汽車(chē)應(yīng)用中卻處于起步階段，仍需要相關(guān)技術(shù)和解決方案有所突破。以汽車(chē)安全駕駛應(yīng)用為例，在駕駛過(guò)程中，人的視線死角是難以消除的，如果能夠?qū)ζ?chē)4個(gè)方向的高分辨率攝影機(jī)影像進(jìn)行3D合成，以讓駕駛員根據(jù)不同駕駛情景自由改變視角，得到更廣闊的駕駛視線，就可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)路況，大大降低各種交通事故的發(fā)生。采用高分辨率攝像機(jī)的駕駛輔助功能全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)就是這樣的解決方案，有助于實(shí)現(xiàn)安全駕駛。

3D及其在汽車(chē)中的應(yīng)用

3D基于人對(duì)空間和物體的認(rèn)知，是有深度、全視角的。3D可使人們獲得更直觀和互動(dòng)的體驗(yàn)。生成3D圖像需要復(fù)雜精尖的圖像顯示控制器(GraphicDisplay Controller，GDC)，而它又需要一個(gè)幾何單元和結(jié)構(gòu)處理單元。將這些元素整合到一個(gè)圖像引擎中可提供最佳性能，如圖1所示。

圖1：圖像顯示控制器(GDC)框圖

目前，許多最好的圖像控制器對(duì)2D和3D圖像都能駕馭。但在許多情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者并沒(méi)有充分利用已有的3D功能，而這一功能可以給終端用戶帶來(lái)許多益處。例如，駕駛者想要了解泄氣的車(chē)胎或不亮的車(chē)燈情況，應(yīng)用2D技術(shù)就需要數(shù)百兆字節(jié)的預(yù)置2D圖像。

而利用3D技術(shù)，所有這些及更多要求只需不到一兆字節(jié)的圖像和幾何數(shù)據(jù)就可輕松解決。作為該技術(shù)的領(lǐng)先者，在嵌入式圖像市場(chǎng)有十多年經(jīng)驗(yàn)的富士通設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)并幫助客戶集成領(lǐng)先的2D和3D圖像顯示控制器。

圖2：利用3D圖像，單一物體可以旋轉(zhuǎn)至任何角度，縮放至任意大小，突出任意部位

通過(guò)使用圖像芯片的幾何引擎，這一模型現(xiàn)在可以任何方式進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模擬、從任何角度進(jìn)行位置擺放。只要擁有3D模型(多邊形網(wǎng)格和紋理繪圖)，無(wú)需提供任何其它數(shù)據(jù)，就能全方位地展示3D模型。通過(guò)沿著3D模型的三個(gè)軸進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)換，可以獲得無(wú)限量的圖像數(shù)據(jù)。正如之前指出的，無(wú)需昂貴的閃存或系統(tǒng)存儲(chǔ)器，就可呈現(xiàn)車(chē)胎數(shù)據(jù)、故障的車(chē)燈和車(chē)門(mén)狀況等任意數(shù)量的信息和提示。

選擇合適的GDC

為了達(dá)到最佳的顯示效果和圖像流暢性，選擇正確而且合適的繪圖顯示控制器就變得尤為重要了。

從3D著色到影像變形，目前GDC的功能通過(guò)各式各樣的應(yīng)用呈現(xiàn)在使用者的眼前。高檔圖像顯示控制器可塑造出讓消費(fèi)者目眩神迷的影像，其他等級(jí)的GDC能明確而簡(jiǎn)單地顯示資訊，讓使用者一目了然看到自己想要的信息。GDC可根據(jù)其性價(jià)比分成下列三類(lèi)：低檔為QVGA熒幕，預(yù)先著色的圖形，可包括影像輸入功能;中檔為WVGA熒幕，以2D動(dòng)態(tài)繪圖為主，也可支持3D，有影像輸入功能;高檔為SXGA或更高解析度的熒幕，動(dòng)態(tài)3D繪圖，多重影像輸入。

實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中完美圖像功能的第一步，是針對(duì)應(yīng)用目標(biāo)選擇一款適合的GDC，并以合理的價(jià)位獲得所需功能。值得注意的是，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是成本相對(duì)敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于系統(tǒng)研發(fā)業(yè)者而言，最重要的工作就是降低零組件(BOM)成本。就低檔到中檔GDC而言，研發(fā)者可采用系統(tǒng)單芯片(SoC)繪圖控制器來(lái)滿足要求，但由于內(nèi)部VRAM存儲(chǔ)器容量有限，加上各項(xiàng)系統(tǒng)瓶頸(如總線速度)的限制，這些GDC支持的圖像功能、彈性、像素填充率、以及熒幕尺寸都比較有限。

當(dāng)注重效能，而成本因素不那么重要時(shí)，這類(lèi)應(yīng)用可采用多芯片架構(gòu)的高檔GDC，依賴(lài)外部車(chē)用微控制器來(lái)管理CAN傳輸操作、電源以及步進(jìn)電機(jī)控制器等周邊元件。此外，由于這些GDC沒(méi)有內(nèi)建VRAM與程序閃存，可利用外部VRAM支持高效能操作，未來(lái)，運(yùn)用內(nèi)建式VRAM可進(jìn)一步降低高檔車(chē)用GDC的成本。

用GDC開(kāi)發(fā)全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)

汽車(chē)全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)采用了最新的GDCMB86R11/MB86R12。MB86R11/MB86R12中配置了ARMCortexTM-A9 CPU，在單一芯片中集成了對(duì)應(yīng)OpenGLES2.0的圖形引擎和各種外設(shè)接口。通過(guò)對(duì)4路輸入影像進(jìn)行3D圖像處理，可繪制出高品質(zhì)的駕駛場(chǎng)景圖，同時(shí)有助于開(kāi)發(fā)者實(shí)現(xiàn)未來(lái)更雄心勃勃和復(fù)雜的3D應(yīng)用。富士通半導(dǎo)體全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)現(xiàn)有的軟硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3：軟硬件結(jié)構(gòu)

我們來(lái)看看利用上述GDC實(shí)現(xiàn)的全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)是對(duì)汽車(chē)4個(gè)方向上安裝的攝影頭影像進(jìn)行3D合成的技術(shù)。作為駕駛員的視覺(jué)輔助，汽車(chē)上配備了 4個(gè)攝影頭影像的合成系統(tǒng)，如圖4所示，但是，以往的技術(shù)只能做2D圖像合成，因而只能進(jìn)行特定視角的顯示;將攝影投影像投影到2D平面上，只能表現(xiàn)從上方觀看的俯視圖，有時(shí)難以分辨周?chē)能?chē)輛和行人。而全方位立體監(jiān)視技術(shù)能將來(lái)自4個(gè)攝影頭的影像合成到3D模型上，從而可從任意視角顯示全方位場(chǎng)景;它可將影像投影在立體曲面上，任意變換觀看角度，完整表現(xiàn)出希望看到的場(chǎng)景，從而提高了可辨識(shí)性。