深度剖析360環(huán)視“黑科技”

談到汽車駕駛盲區(qū)解決的問(wèn)題，估計(jì)很多人都會(huì)想到360環(huán)視，事實(shí)上360環(huán)視確實(shí)很好的解決了駕駛盲區(qū)問(wèn)題。

隨著360環(huán)視逐步被市場(chǎng)接受，其背后的相關(guān)技術(shù)也被扒出來(lái)。在網(wǎng)上可以找到各種關(guān)于360環(huán)視的技術(shù)概念、邏輯、原理甚至是算法等。但是很少看到有人把此項(xiàng)“黑科技”的來(lái)龍去脈以及未來(lái)發(fā)展方向說(shuō)說(shuō)清道明。

360環(huán)視所采用的底層技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，稱為醫(yī)學(xué)圖像后處理技術(shù)，并發(fā)展出了一系列成熟、完善的模型、方法。這種技術(shù)被廣泛用于輔助觀察、檢測(cè)和診斷，典型的應(yīng)用場(chǎng)景包含IGSN(圖像引導(dǎo)的手術(shù)導(dǎo)航)、IGRT(圖像引導(dǎo)的放療)、CAD(計(jì)算機(jī)輔助診斷)、VE(虛擬內(nèi)窺鏡)等。

可以這么理解，醫(yī)學(xué)圖像后處理技術(shù)本質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的一個(gè)分支，同時(shí)由于醫(yī)學(xué)上對(duì)圖像處理結(jié)果要求非常嚴(yán)格、應(yīng)用的場(chǎng)景極為復(fù)雜，醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)也推動(dòng)了計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，甚至拓展了計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的覆蓋領(lǐng)域。這就把這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮到了極致。醫(yī)學(xué)上在整個(gè)處理過(guò)程中加入了更多技術(shù)環(huán)節(jié)和微觀操作，使得處理效果十分清晰，處理圖像的像素尺度可以達(dá)到微米甚至納米級(jí)別，還需要對(duì)亞像素級(jí)別的信息進(jìn)行處理。而對(duì)于車載領(lǐng)域，通常厘米級(jí)別的精度就完全可以滿足需求。

目前市場(chǎng)上能夠提供360環(huán)視產(chǎn)品的供應(yīng)商大多數(shù)都使用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，只有個(gè)別供應(yīng)商引入了“醫(yī)學(xué)圖像處理”技術(shù)，我們暫且稱之為“計(jì)算機(jī)流派”和“醫(yī)學(xué)流派”。

無(wú)論是“計(jì)算機(jī)流派”還是“醫(yī)學(xué)流派”，都是采用廣角攝像頭獲取圖像，然后對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理、空間映射、融合三個(gè)層面處理。不同的是 “醫(yī)學(xué)流派”在圖像預(yù)處理中，除了使用常見的鄰域平均等低通濾波“去噪”方法外，還使用了醫(yī)學(xué)圖像中對(duì)成像探測(cè)器量子噪聲進(jìn)行建模估計(jì)的方法，進(jìn)行深度去噪和圖像增強(qiáng)，這就有利于后期處理效果提升。在空間映射處理過(guò)程中，“醫(yī)學(xué)流派”對(duì)特征點(diǎn)的提取更精細(xì)，描述更嚴(yán)謹(jǐn)，引入高階特征量，對(duì)標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行領(lǐng)取定位，并進(jìn)行空間變換矩陣的計(jì)算，對(duì)于空間變換后的圖像，使用樣條函數(shù)進(jìn)行精細(xì)化操作，使得后期融合“空隙”極小化。“醫(yī)學(xué)流派”在融合處理過(guò)程中除了常用的加權(quán)平均法之外，還對(duì)融合區(qū)域色彩特征進(jìn)行采樣，對(duì)融合區(qū)域進(jìn)行偏移量矯正，并將多種方法進(jìn)行交叉融合處理，最終形成一幅完美的拼接圖像。

相比而言，“醫(yī)學(xué)流派”對(duì)圖像處理的層次更深，更精致，這就導(dǎo)致他們?cè)诋a(chǎn)品方面與“計(jì)算機(jī)流派”相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是“靜態(tài)拼接”處理的可視化范圍大小和可視化效果上，另一個(gè)是“動(dòng)態(tài)拼接”處理的可操作性。

所謂“靜態(tài)拼接”處理指的是被拼接物的形體規(guī)則，并且保持不變，多個(gè)攝像頭的取圖點(diǎn)在保持相對(duì)靜止的情況下，持續(xù)獲取圖像進(jìn)行處理。“計(jì)算機(jī)流派”基本上都屬于“靜態(tài)處理”，這就導(dǎo)致他們的產(chǎn)品只能在一體車上安裝。加之在處理過(guò)程中存在“偷工減料”的行為，使得處理結(jié)果的可視化范圍有很大的限制，處理結(jié)果存在瑕疵。因此“計(jì)算機(jī)流派”產(chǎn)品只能用于乘用車，對(duì)于過(guò)長(zhǎng)的商用車和特殊車輛，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)拼接不起來(lái)，可視化界面扭曲，重影等現(xiàn)象。

所謂“動(dòng)態(tài)拼接”處理指的是被拼接物形體會(huì)不規(guī)則，而且時(shí)刻在發(fā)生變化，多個(gè)攝像頭的取圖點(diǎn)在不斷變化的情況下，持續(xù)取獲取圖像進(jìn)行處理。“這種情況在醫(yī)學(xué)圖像處理中極為常見，因?yàn)槿梭w臟器大多柔軟且形狀一直在變化，彈性、形變、動(dòng)態(tài)模型在醫(yī)學(xué)圖像處理中的應(yīng)用比比皆是。這就使得他們的產(chǎn)品能夠在“多廂拖掛式”商用車上安裝。加之在極致的處理過(guò)程，使得他們處理結(jié)果的可視化范圍不受限制。所以“醫(yī)學(xué)流派”的產(chǎn)品多用于各類商用車以及特種車輛。

“醫(yī)學(xué)流派”的“動(dòng)態(tài)處理”究竟是怎么一回事?我們以“鷹駕科技”的拖掛車360環(huán)視產(chǎn)品為例進(jìn)行剖析。

拖掛車由主車(牽引功能)和掛車(承載功能)兩部分構(gòu)成，中間通過(guò)一個(gè) “牽引橋”鏈接在一起。常見的拖掛車有半掛式、全掛式、以及半掛和全掛集連式三種類型。

相對(duì)于其他商用車，拖掛車的除了車身更長(zhǎng)之外，最大的特點(diǎn)是主車和掛車之間的“牽引橋”屬于非剛性鏈接，這就導(dǎo)致在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，車體會(huì)隨著彎道以及移動(dòng)速度不斷發(fā)生變化。通常主車和掛車之間的夾角變化范圍最大可以達(dá)到正負(fù)90°以上，這就使得盲區(qū)范圍更大，分布更復(fù)雜，且盲區(qū)位置和形狀隨著主車和掛車之間的夾角變化而變化。如下圖所示，黃色是牽引車前輪軌跡，對(duì)應(yīng)的橙色部分是掛車軌跡。這個(gè)過(guò)程中橙色區(qū)域就一個(gè)超級(jí)“死亡月牙”，同時(shí)車輛右側(cè)后半部分也處于完全性的盲區(qū)。

開過(guò)拖掛車的駕駛員在駕駛過(guò)程中，通常要利用多種方式對(duì)車外復(fù)雜的盲區(qū)進(jìn)行反復(fù)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)，同時(shí)要估計(jì)掛車的行駛區(qū)域，從而對(duì)牽引車進(jìn)行操控，因此有了“一個(gè)彎道一身汗的說(shuō)法”。

“鷹駕科技”的拖掛車360環(huán)視在原有環(huán)視方案的基礎(chǔ)上，將攝像頭擴(kuò)展至6-8路進(jìn)行分別取像。其中6路用來(lái)對(duì)拖掛車環(huán)視進(jìn)行取像，另外2路安裝在主車和掛車左右兩側(cè)取像，并布置自主研發(fā)的轉(zhuǎn)角傳感器，用來(lái)獲取主車和掛車之間的夾角θ。隨著主車和掛車之間夾角的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)攝像頭負(fù)責(zé)的成像區(qū)域進(jìn)行處理。這種引入動(dòng)態(tài)參數(shù)夾角θ的處理的技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都屬于首創(chuàng)。

布置在牽引車和掛車上的轉(zhuǎn)角傳感器和車輛自身轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，從而避免了因不同車輛連接方式不同導(dǎo)致傳感器無(wú)法使用。另外，該方案拓展性非常強(qiáng)，對(duì)于多級(jí)拖掛車輛，只要在每級(jí)掛車上以同樣的方式布置轉(zhuǎn)角傳感器和攝像頭，則可實(shí)現(xiàn)多級(jí)拖掛車全景系統(tǒng)的拓展。

“鷹駕科技”基于拖掛車全景系統(tǒng)，還實(shí)現(xiàn)了拖掛車軌跡計(jì)算。雖然車輛行駛軌跡計(jì)算在乘用車上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于拖掛車而言，由于其軌跡和多個(gè)因素有關(guān)，其難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)的行駛軌跡線。“鷹駕科技”通過(guò)車身CAN通訊獲得車輛方向盤轉(zhuǎn)角后，采用自主研發(fā)的算法計(jì)算車輛每一個(gè)位置形式軌跡，并在全景視圖中繪制軌跡線。同時(shí)對(duì)軌跡內(nèi)的區(qū)域通過(guò)視頻、雷達(dá)等方式進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，和精準(zhǔn)預(yù)警。在轉(zhuǎn)彎、倒車等若干場(chǎng)景中對(duì)司機(jī)起到重要的輔助作用，大大降低了駕駛員的操控難度。

鷹駕科技的拖掛車360環(huán)視產(chǎn)品不僅完美解決了拖掛車駕駛過(guò)程中的盲區(qū)問(wèn)題，同時(shí)具備了行車軌跡規(guī)劃功能，是商用車駕駛員的福音，更為汽車安全駕駛行業(yè)做出了卓越貢獻(xiàn)。

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