3D技術(shù)在全方位汽車立體監(jiān)視系統(tǒng)中應(yīng)用

3D并不是什么新技術(shù)，在消費電子領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，但在汽車應(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。以汽車安全駕駛應(yīng)用為例，在駕駛過程中，人的視線死角是難以消除的，如果能夠?qū)ζ?個方向的高分辨率攝影機影像進行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，就可以準確預(yù)測路況，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，有助于實現(xiàn)安全駕駛。

電腦的發(fā)明和快速普及，伴隨互聯(lián)網(wǎng)的飛速延伸，迅速地改變和還原了這一切，深刻地改寫著我們的生活方式、消費方式、工作方式和生產(chǎn)方式……基于電腦和互聯(lián)網(wǎng)的三維數(shù)字化技術(shù)，終于使人們對現(xiàn)實三維世界的認識重新回歸到了原始的直觀立體的境界。無論在虛擬的網(wǎng)絡(luò)上還是在現(xiàn)實的生活中，從大到飛機、輪船、汽車、電站、大廈、樓宇、橋梁，小到生活中的每一個小小的工業(yè)產(chǎn)品，到處都能見到電腦制作的數(shù)字化的3D模型、動畫與仿真。這不僅是“2D/平面”到“3D/立體”的優(yōu)美轉(zhuǎn)身！更是2D平面時代到3D數(shù)字化時代的一場深刻革命！

隨著近些年來電腦技術(shù)的快速發(fā)展，3D技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)走過了幾十年的前期摸索階段，技術(shù)的成熟度、完善度、易用性、人性化、經(jīng)濟性等，都已經(jīng)取得了巨大的突破；隨著電腦網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的快速普及，就3D應(yīng)用而言，更是成為了普通大專學(xué)生輕松駕馭的基本電腦工具的，像電腦打字一樣；3D的消費和使用，如通過3D技術(shù)做出來的游戲、電影、大廈、汽車、手機、服裝等等，更已經(jīng)成為了普通大眾工作和生活中的一部分。

3D及其在汽車中的應(yīng)用

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

目前，許多最好的圖像控制器對2D和3D圖像都能駕馭。但在許多情況下，系統(tǒng)設(shè)計者并沒有充分利用已有的3D功能，而這一功能可以給終端用戶帶來許多益處。例如，駕駛者想要了解泄氣的車胎或不亮的車燈情況，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，在嵌入式圖像市場有十多年經(jīng)驗的富士通設(shè)計、開發(fā)并幫助客戶集成領(lǐng)先的2D和3D圖像顯示控制器。

圖1: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)在可以任何方式進行動畫模擬、從任何角度進行位置擺放。只要擁有3D模型（多邊形網(wǎng)格和紋理繪圖），無需提供任何其它數(shù)據(jù)，就能全方位地展示3D模型。通過沿著3D模型的三個軸進行縮放、旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)換，可以獲得無限量的圖像數(shù)據(jù)。正如之前指出的，無需昂貴的閃存或系統(tǒng)存儲器，就可呈現(xiàn)車胎數(shù)據(jù)、故障的車燈和車門狀況等任意數(shù)量的信息和提示。

選擇合適的GDC

為了達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者目眩神迷的影像，其他等級的GDC能明確而簡單地顯示資訊，讓使用者一目了然看到自己想要的信息。GDC可根據(jù)其性價比分成下列三類：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，動態(tài)3D繪圖，多重影像輸入。

實現(xiàn)應(yīng)用中完美圖像功能的第一步，是針對應(yīng)用目標選擇一款適合的GDC,并以合理的價位獲得所需功能。值得注意的是，汽車產(chǎn)業(yè)是成本相對敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，對于系統(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）繪圖控制器來滿足要求，但由于內(nèi)部VRAM存儲器容量有限，加上各項系統(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。

當注重效能，而成本因素不那么重要時，這類應(yīng)用可采用多芯片架構(gòu)的高檔GDC,依賴外部車用微控制器來管理CAN傳輸操作、電源以及步進電機控制器等周邊元件。此外，由于這些GDC沒有內(nèi)建VRAM與程序閃存，可利用外部VRAM支持高效能操作，未來，運用內(nèi)建式VRAM可進一步降低高檔車用GDC的成本。

用GDC開發(fā)全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)

汽車全方位立體監(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應(yīng)OpenGLES2.0的圖形引擎和各種外設(shè)接口。通過對4路輸入影像進行3D圖像處理，可繪制出高品質(zhì)的駕駛場景圖，同時有助于開發(fā)者實現(xiàn)未來更雄心勃勃和復(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2所示。

圖2:軟硬件結(jié)構(gòu)

我們來看看利用上述GDC實現(xiàn)的全方位立體監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)是對汽車4個方向上安裝的攝影頭影像進行3D合成的技術(shù)。作為駕駛員的視覺輔助，汽車上配備了4個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，有時難以分辨周圍的車輛和行人。而全方位立體監(jiān)視技術(shù)能將來自4個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)出希望看到的場景，從而提高了可辨識性。