基于DaVinciTM的360°全景泊车影像系统的设计与实现-AET-电子技术应用

基于DaVinciTM的360°全景泊车影像系统的设计与实现

2014年电子技术应用第10期

周猛，乔瑞萍，王效鹏，俞璐

西安交通大学电子与信息工程学院，陕西西安710049

摘要： 全景泊车影像系统通过安装在车身前后左右的4个超广角摄像头实时采集车辆四周的影像，经过图像处理器矫正变换和全景拼接后，形成一幅车辆四周的360°全景俯视图，并实时传送到中控台的显示设备上，驾驶员坐在车中即可看到车辆所处的位置以及车辆周围的障碍物，有效减少刮蹭、碰撞、陷落等事故的发生。

关键词： 全景泊车 TMS320DM6437 TVP5158 鱼眼矫正鸟瞰变换

中图分类号： TN911.73
文献标识码： A
文章编号： 0258-7998(2014)10-0020-03

Design and implementation of around view parking system based on DaVinci platform

Zhou Meng，Qiao Ruiping，Wang Xiaopeng，Yu Lu

School of Electronic and Information Engineering，Xi′an Jiaotong University，Xi′an 710049，China

Abstract： Around view parking system is one of the popular automotive safety applications which is on the rise in recent years. The system collects the real-time video around the car by four fish-eye cameras installed in the car′s front, back, left and right. A 360° overlooking panorama image of the vehicle can be formed through the correction transform and panorama mosaic by the image processor, and this image is sent to the center console display device. Drivers can use the system to see car′s accurate position and the obstacles around the car. It makes parking into place or visually through complex road easier and safer, and reduces the probability of accidents effectively. This system uses DaVinci(TM) DSP TMS320DM6437 and 4-channel video decoder TVP5158 as the core of the hardware, and uses fish-eye correction algorithm, bird′s-eye view trsformation algorithm and panorama mosaic technology as the core of the software. The experiment results show that the around view parking system can achieve high-resolution image quality and fluency processing speed.

Key words : around view parking；TMS320DM6437；TVP5158；fish-eye correction；bird′s-eye view trsformation；panorama mosaic

0 引言

360°全景泊车影像系统是近年来兴起的一项热门的汽车安全应用，有效弥补了倒车雷达和倒车影像存在盲区的不足。其基本原理为：在车的前后保险杠和左右后视镜下安装4个超广角鱼眼摄像头，摄像头采集到的视频信号送到视频处理器，视频处理器首先使用鱼眼矫正算法和鸟瞰变换算法把畸变的图像变成俯视的非畸形的视频图像，再使用全景拼接技术把四幅图像进行裁剪拼接，形成汽车周围的360°全景影像^[1]。其原理如图1所示。

1 系统方案与指标

系统主要由三部分组成：水平视角为180°的鱼眼摄像头、主机板卡、7英寸TFT显示屏幕。全景泊车影像系统是安装于汽车上的电子设备，因此其各类接口以及可靠性设计必须符合车载环境的要求。系统的性能指标如表1所示。

2 硬件系统设计与实现

TMS320DM6437是TI公司的32位定点DSP达芬奇技术的处理器，主频最高可达700 MHz，具有32 bit、256 MB寻址空间的DDR2存储器接口和8 bit、64 MB寻址空间的异步存储器接口，片上集成了视频处理子系统VPSS，支持汽车上用于电子设备通信的CAN总线，因此TMS320DM6437非常适合车载视频设备的开发应用^[2]。主机板卡主要由视频采集模块、外围存储模块、视频输出接口、通信接口和电源模块5部分构成，其结构如图2所示。

(1)视频采集模块：视频采集模块将4路180°鱼眼摄像头采集的模拟视频信号通过标准AV接口输入到4路视频编解码芯片TVP5158中，TVP5158芯片对模拟视频信号进行AD采样、滤波、压缩编码，使用该芯片独有的行交叉模式以8位BT.656数据格式输入到TMS320DM6437中。

(2)外围存储模块：板卡使用三星公司的2片K4T51163芯片扩展1 GB容量的DDR2 SDRAM，用于存放运行过程中的数据和程序，使用1片飞索公司的S29GL128P扩展128 MB Flash用于存放固定程序和数据。

(3)视频输出接口：TMS320DM6437通过芯片内部集成的视频处理子系统VPSS将处理后的图像经DA变换形成CVBS的模拟视频信号，然后通过视频滤波放大器OPA361输出到标准AV接口上。

(4)通信接口：板卡通过JTAG接口进行仿真和调试。预留RS232串行接口用于与PC通信。预留CAN总线接口连接汽车的OBD接口，用于高级功能扩展。

(5)电源模块：板卡采用5 V单电源供电，使用4片TI公司的高精度开关稳压电源芯片TPS54310，为各芯片提供所需的+1.1 V、+1.2 V、+1.8 V、+3.3 V电源，其最大输出电流可达3 A^[3]，并使用TPS54310的启动控制功能将板卡上电顺序严格控制为先内核再IO，确保板卡上电时逻辑状态的确定性。

在PCB布线中运用了DDR芯片分组等长走线、数字部分和模拟部分单点共地、电源层不规则分割等抗干扰技术保证了主机板卡运行的可靠性和稳定性。

3 软件构架以及核心算法的实现

本文使用了CCS3.3集成开发环境、DSP/BIOS操作系统和数字视频软件开发包DVSDK来建立系统的软件构架，其主要由图像采集、4路视频分离、鱼眼矫正、鸟瞰变换、全景拼接、图像显示六部分组成，系统的软件组成如图3所示。

(1)图像采集与显示：图像的采集与显示通过DSP/BIOS操作系统在软件后台自动维护一个采集队列和一个显示队列来实现。当板卡上电后，DSP/BIOS自动生成并调用BIOS_init()函数初始化注册的VPFE0、VPBE0、I2C0微型驱动，再调用main()函数对DM6437的功能寄存器进行初始化配置，DSP/BIOS创建视频采集、显示任务线程后调用IDL_loop()函数使DSP进入空闲循环，等待采集中断VDINT0和显示中断VENC。当接收到VDINT0时DSP将从VPFE采集到的一帧放入到采集队列中，当接收到VENC时DSP从显示队列中取出一帧交给VPBE显示，这样视频的采集和显示在后台自动运行，应用程序只需要从采集队列里取出一帧处理后交给显示队列即可。流程图如图4所示。

(2)4路视频分离：TVP5158将4路D1格式的视频帧先分别压缩为cif格式即360×240大小的帧，再将4个cif格式帧采用行交叉的模式复合成720×1 052大小的超级帧，并在每一行有效数据的前端插入通道号和行号以标识这一行有效数据的位置，应用程序中通过读取超级帧中每行数据的通道号和行号将有效数据剥离并拼接成4个视频帧^[4]。4路视频分离的示意图如图5所示。