隨著攝像頭系統(tǒng)在車輛中的應用日趨普遍，對改型儀表板錄像機（行車記錄儀）、輔助駕駛、報警攝像頭、倒車攝像頭以及夜視系統(tǒng)的需求也與日俱增。 由于消費者對這些系統(tǒng)的功能需求日益增多，所以各種新型攝像頭技術應運而生。它們既可以單獨使用，也可以和復雜的傳感器融合應用中的標準 CMOS 圖像傳感器一起使用。

同時，因為有眾多參考設計和開發(fā)工具可供您快速上手，所以采用這些新技術來開發(fā)系統(tǒng)變得前所未有的簡單。 下面是我們認為在這一富有挑戰(zhàn)性的應用領域最具前景的部分精選技術和工具。

紅外攝像頭

紅外攝像頭的成像依據(jù)是波長超過可見光的紅外線，也就是說，發(fā)熱的物體看上去較亮，而較冷的區(qū)域將看上去較暗。 這對于機器視覺系統(tǒng)十分有用，因為它可以檢測視場內的人或動物，可能包括在車輛周圍公路上活動的行人、寵物或野生動物。 在增強可見光攝像頭的噪聲數(shù)據(jù)方面，紅外技術尤為有效；但紅外攝像頭也可以作為夜視系統(tǒng)單獨使用，幫助駕駛者在黑暗處行車或倒車進入昏暗車庫時發(fā)現(xiàn)行人或動物。 在車內，紅外攝像頭可以檢測有無寵物或孩童，以免他們被遺忘在高溫車廂內，在基于攝像頭的控制系統(tǒng)中也可用于手勢識別。

多年來市場上出售的紅外攝像頭都采用檢測長波紅外線 (LWIR) 的 CMOS 圖像傳感器形式，但由于所檢測波長較長，導致所能檢測到的物理尺寸有限制，其外型也相對笨重，直到近期，情況才有所改善。 如今的處理技術和小型化技術已經(jīng)能生產(chǎn)出微小型設備，且其價格是傳統(tǒng)熱成像攝像機的十分之一，因此得以廣泛應用于消費類電子產(chǎn)品和車輛成像系統(tǒng)。

圖 1：(a) FLIR Lepton 小型紅外攝像頭。 (b) Lepton 攝像頭模塊框圖。

FLIR Systems 的 Lepton 紅外攝像頭就是順應這一趨勢的完美典范。 最前沿的制造技術能夠作為成像器自身一部分在制造過程中從晶圓級構建出低成本的透鏡，從而減少工藝步驟數(shù)。 晶圓級封裝與單片集成控制電子元件（其中包括 DSP 和 SPI 接口）相結合，可使器件的封裝降至最小——80 x 60 像素的攝像頭，足以小到可以安裝到如今很多手機攝像頭所用的 32 針連接器中。 有三種型號的攝像頭視場設置為 25° 或 50°，可查看范圍更廣的場景或用于更長距離成像。

Lepton 熱成像相機分線板是 FLIR 針對此攝像頭提供的評估板，可以極其快速地評估這些紅外攝像頭模塊，并且它兼容各種基于 ARM 的開發(fā)系統(tǒng)，例如 BeagleBoard 和 Raspberry Pi。

3D 飛行時間攝像頭

針對車載攝像頭推出的另一項技術是飛行時間 (TOF) 3D 圖像感應技術，這一技術的推出歸功于集成度和小型化的發(fā)展。 這些復雜的設備可有效地映射 3D 表面，精度達到毫米級。 激光 LED 發(fā)出調制式紅外光后，傳感器檢測到其反射光。 然后再測量照射光和反射光之間的相移，并據(jù)此計算視場內物體和傳感器之間的距離。 此計算將按每個像素進行，結果將用于產(chǎn)生三維圖像數(shù)據(jù)的點圖。

與其它 3D 成像方法相比，如使用兩個攝像頭產(chǎn)生立體視覺或將結構化光圖案投射到場景上并測量失真方式，TOF 技術在物理緊湊性、響應時間和簡潔性方面更勝一籌。 相對而言，它也不受環(huán)境光條件變化影響。

很容易想象，如何在汽車裝置中使用 TOF 3D 攝像頭，為倒車攝像頭系統(tǒng)提供更為精細的數(shù)據(jù)，以辨別倒車車輛和路上任何障礙物之間的距離。 TOF 3D 成像也可用于自動駕駛應用，以幫助汽車了解場景（因為它有助于分離背景和前景），或在汽車內部用于人臉識別或手勢檢測系統(tǒng)。

圖 2：(a) TI 針對其 TOF 傳感器的攝像頭開發(fā)工具框圖。 (b) 傳感器板。

市面上供應的 Texas Instruments TOF 傳感器：OPT8241。 此 QVGA 格式傳感器（320 x 240 分辨率）最大幀率為 150 fps，支持高像素調制頻率 (> 50 MHz) 且信噪比提高至 5 倍。 設計與此 IC 搭配使用的是 OPT9221 TOF 控制器，其中包括了可編程定時發(fā)生器，用于控制圖像的光調制、讀出和數(shù)字化序列。 由于定時發(fā)生器可編程，所以可以根據(jù)很多個變量進行優(yōu)化，包括環(huán)境光消除和運動魯棒性，并且它還可用興趣區(qū)域來編程。

TI 針對 TOF 傳感器的攝像頭開發(fā)工具（圖 2）具有 OPT8241 圖像傳感器，外加 OPT9221 TOF 控制器以及一個模擬前端 (VSP5324)。 采用此設置，幀率最高可達 60 fps，視場為 75°（水平）和 60°（垂直）。 它可映射最遠 4 米外的物體，因此最適合提醒駕駛者即將碰到柱子。

人臉識別

最新的攝像頭技術不但價格低廉而且處理器尺寸緊湊，因此已經(jīng)有人開發(fā)出了人臉識別板，例如 Omron B5T HVC（人類視覺元件）。 使用復雜的專有算法，Omron 的識別板可以識別人的臉和手勢，甚至會嘗試猜測所檢測臉部的表情。 識別人是車輛應用方面一項十分有用的功能，可用于檢測駕駛者并將收音機調到他們最喜歡的頻道，或預先加載導航系統(tǒng)，將其設為他們喜歡去的地方。 或在孩子們在車里時告訴娛樂系統(tǒng)并將節(jié)目限于適合全家共賞的內容。 此外，也可用于單純計算乘客數(shù)量并相應調整空調系統(tǒng)。

圖 3：Omron 人臉識別板。

Omron 的算法還可實現(xiàn)像檢測眼睛何時閉上甚至估計凝視方向之類功能，現(xiàn)已廣泛用于數(shù)字攝像頭來辨別對象何時看向攝像頭。 這些功能可用于售后攝像頭系統(tǒng)，檢測駕駛者是否在看路或被車內其他事物分心，也可以在他們快要睡著時發(fā)出警報聲叫醒他們。

Omron 的人臉識別板只有 60 x 40 mm 見方，并且耗電不足 0.25 A。該識別板很容易數(shù)字值來作為參數(shù)，用戶 ID、每只眼睛的眨眼程度、水平和垂直凝視角度、估計年齡等，且可以選擇使用獲取的圖像。 距攝像頭 1.3 米之內效果最佳。

雙儀表板攝像頭

安裝在儀表板和擋風玻璃上的攝像頭可記錄車外情況，在市場上很受歡迎，因為它們通常被用作“黑匣子”來確定事故中的過錯方。 隨著消費者對這些系統(tǒng)的接受度增加，他們將獲得車道偏離或前方碰撞提醒功能，這都得益于圖像處理技術。 因為這些系統(tǒng)越來越復雜，有些使用雙攝像頭實現(xiàn) 3D 立體視覺或物體檢測，或只是單純?yōu)榱双@得前端和后端視野（通過前后窗口）。

圖 4：(a) Lattice 雙輸入?yún)⒖荚O計框圖。 (b) 采用 MachX02 雙圖像傳感器接口板結構的參考設計。

采用雙攝像頭輸入系統(tǒng)的挑戰(zhàn)在于保持圖像質量的同時使成本降低。 雖然有些系統(tǒng)使用兩個攝像頭模塊和兩個圖像處理器，或使用一個較為昂貴的可以處理兩個輸入的處理器，但實際上，大多數(shù)圖像處理器可以支持來自兩個圖像處理器的數(shù)據(jù)，雖然它們一直被設計為只處理一個輸入。Lattice 已提出使用其 MachX02 可編程邏輯器件作為橋接器的適用于雙攝像頭系統(tǒng)的參考設計（圖 4）。 此設計允許兩個攝像頭與一個圖像處理器交互，從而降低零件數(shù)量和成本。 它可以同步、合并串聯(lián)傳感器接口并可將其轉換為 CMOS 并行總線。

此參考設計可以使用 MachX02 雙圖像傳感器接口板、9MT024 傳感器 NanoVesta Headboard 和 HDR-60 開發(fā)工具進行構建。 Lattice 器件能夠解串兩個傳感器接口，然后在 SDRAM 輔助下組合圖像進行幀緩沖。 輸出為組合圖像的并行總線，因此圖像信號處理器可以處理該數(shù)據(jù)流。

隨著行業(yè)在面向自主駕駛車輛的智能攝像頭系統(tǒng)領域不斷取得進步，部分技術已應用于普通轎車。 新的攝像頭技術以及復雜的圖像處理解決方案應用越來越廣，這些創(chuàng)新可用于改型攝像頭系統(tǒng)，增加現(xiàn)有車輛的智能水平，提高舒適性、娛樂性和安全性。