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環景顯示系統打造汽車擴增實境體驗

上網時間: 2015年06月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:SoC  ADAS  LVDS  視訊採集 

Simon Oudin,瑞薩電子全球ADAS解決方案部門資深行銷工程師

環景顯示系統是停車輔助系統的重要組成部份,未來將會成為汽車的一項標準配備。隨著人們對於駕乘體驗以及方案可擴展性等要求越來越高,一開始由亞洲汽車製造商推動而興起的利基型環景顯示系統,如今已經成為主流汽車廠商提供的選配功能。

汽車環景顯示系統

環景顯示系統的作用在於即時顯示汽車周圍環境的全貌。這種以2D視角從空中360度成像的方式可提供鳥瞰圖或俯視圖。透過多支攝影機的影像校正,可將擷取影像無縫地銜接在一起。同時透過對不同攝影機的亮度和色彩進行調整,使合成的環景影像看上去更加協調。

不過,在停車的過程中,光是顯示這樣的影像並不足以協助駕駛人。為了更有效地進行控制,可在顯示2D視圖或車後方視圖時為駕駛人顯示更多的資訊。另一種輔助策略是顯示汽車周遭環境的3D視圖來加強駕駛人對距離的理解。目標是利用安裝在汽車四周的2D相機來產生當時汽車周邊的3D環景影像和3D的汽車影像,為駕駛人提供參考。影像必須真實反映出汽車與附近物體(行人、車輛和建築)的距離。3D球面視圖應隨著汽車的運動動態地變化。汽車模型必須融合在周遭景象中,完整反映出汽車模型上的光照或反射光線。

這一類應用推動了汽車嵌入式平台中3D繪圖和電腦視覺的性能提升。例如瑞薩(Renesas)支援環景顯示的R-Car SoC系列即針對此類應用開發。其第二代R-Car並支援多種應用,如外部裝置連接、娛樂擴展和先進駕駛輔助(ADAS),具備卓越的性能和最佳化功耗,以及可降低客戶開發工作量的通用API。

實現身歷其境的3D體驗

像R-Car H2這一類的環景顯示SoC專為整合駕駛艙解決方案與3D環景應用而設計。在此應用中,首先需要考慮3D繪圖引擎的性能要求,特別著重在兩個方面:2D攝影機影像紋理在3D球面視圖的映射以及汽車3D成像。成像場景中的多邊形數量取決於3D球面視圖的變換和汽車模型的渲染效果。繪圖引擎必須能在短時間內處理大量的多邊形運算,從而使渲染效果更佳。

此外,由於此應用可針對同一場景使用不同的著色器程式,因此繪圖引擎必須具有功能強大的著色器引擎。這些性能要求較高GPU頻率,以實現高速資料處理。這些應用方面的性能要求推動瑞薩將高性能的3D繪圖引擎整合在R-Car H2中。事實上,該產品的3D繪圖引擎提供了與iPad Air 中3D繪圖引擎相當的性能。

邁向增強實境之路

以3D感知場景有助於更易於瞭解內容,這可透過兩種技術來實現:一是人類立體視覺,不過它的缺點是使相機成本和整合工作量增加一倍。另一種是創造汽車的‘運動恢復結構’(SfM),從而提供一段時間內的立體視覺。例如瑞薩R-Car系列等環景顯示系統採用了視覺專用硬體加速器,可支援四支攝影機的即時作業演算法,同時滿足對高性能和低功耗的要求。

SfM演算法可產生顯示汽車和周遭物體運動的流程向量清單。下一步關鍵任務在於從流程向量中計算本體運動與進行匹配,從而計算出汽車的自主運動。從基礎矩陣中,可根據環境中的動態和靜態物體為流程向量進行分類。靜態物體流程向量可直接提供物體的距離(與移動距離成反比)。


圖1:SfM演算法在R-Car H2中的建置。SfM演算法執行於採用R-Car H2的攝影機 (上圖)。基於SfM處理結果的環境3D模型(下圖)。

圖1(上)顯示執於於R-Car H2的實例。圓圈代表靜態特徵點,是結構計算的結果。每一個顏色對應一串物體,這些物體隨後反饋至模型變換。這些資料可用於即時調整如圖1(下)所示的環境3D模型。最後,利用繪圖引擎產生的3D球面與3D模型映射,創造出逼真的汽車環境影像。

(下一頁繼續:基於乙太網路的彈性化策略)


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