基于DSP的全景视觉泊车辅助系统研究

摘要

随着国民经济水平的不断提高，城镇居民的机动车拥有量飞速增加，使得驾驶员泊车行为日趋困难。车辆盲区是构成安全泊车的最大障碍。据统计30％的事故是由于尾部盲区所造成的。本文研究设计了基于DSP的全景视觉泊车辅助系统，通过采集安装在车身四周的摄像机实时视频，经过DSP嵌入式平台处理输出车身四周360度全景俯视鸟瞰图像。驾驶者通过观察无盲区的周围环境信息进行泊车，对于提高泊车安全性具有积极的意义。
　　本文首先阐述了系统的架构设计，选择了4路摄像机部署的合理位置，充分利用DM642处理器的片上集成硬件资源，对多级存储结构与视频编解码器进行了配置。对于多路视频的实时采集与显示，本文基于DSP/BIOS操作系统设计了系统的底层硬件驱动和上层应用程序，成功构建了全景视觉泊车系统。
　　在分析摄像机成像原理的基础上，本文建立了鱼眼摄像机的成像模型，给出了场景到图像的变换关系。有别于常规的针孔模型，本文采用了径向对称模型。由于鱼眼镜头引入了严重的图像畸变，本文深入研究了鱼眼图像的畸变类型并给出了校正模型，其中除法模型是本文进行算法改进的基础。作为摄像机参数获取的必要前提，本文研究了张正友标定算法与通用标定算法。结合本文使用的鱼眼摄像机特点，选择通用标定算法进行标定摄像机，达到了较高的精度。
　　在获取多路视频并进行校正的基础上，本文通过空间变换将车身四周的多路图像统一到虚拟鸟瞰坐标系下，生成符合界面设计的周边环境俯视图。作为全景视图效果构建过程中的关键步骤，本文分析了多源图像拼接技术，考虑到DM642资源限制的因素，选择对车身四周的多源图像进行手动配准，根据实际情况对重合区域进行融合和亮度均衡。实验表明本文的拼接与融合方法达到了较好的效果。
　　本文采用基于DM642嵌入式平台实现全景视觉泊车系统，并针对硬件平台进行了软硬件优化。综合上述关键技术和算法，在优化改进畸变校正算法之后，DM642通过查表法与双通道缓冲任务调度，综合运用C6000平台的编程技术实现了算法优化和性能提升。现场开展的全景视觉泊车实验表明，本文设计和实现的全景视觉泊车辅助系统拥有很好的实时性，能够为驾驶者提供清晰无盲区的周边场景鸟瞰视图，为驾驶者在狭窄拥挤的区域实现安全泊车提供了有效的辅助手段。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景、目的与意义

1．2 全景视觉泊车辅助系统概述

1．2．1 鱼眼摄像机标定及校正算法

1．2．2 虚拟视点变换

1．2．3 基于DSP的嵌入式系统

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 主要研究内容及章节结构

第2章 全景视觉泊车系统的架构设计

2．1 全景视觉泊车辅助系统

2．1．1 系统架构设计

2．1．2 摄像机部署位置的选择

2．1．3 核心处理单元DSP

2．1．4 CCS集成开发环境

2．1．5 PC端调试软件

2．2 全景视觉泊车辅助系统硬件设计

2．2．1 C6000系列数字信号处理器

2．2．2 EDMA及多级存储器结构

2．2．3 视频编解码

2．3 系统软件架构

2．3．1 多路视频实时采集与显示

2．3．2 系统软件算法流程

2．4 本章小结

第3章 摄像机模型及畸变校正算法研究

3．1 鱼眼摄像机成像原理

3．1．1 镜头光学系统

3．1．2 图像传感器

3．2 摄像机模型分析

3．2．1 常用坐标系及其关系分析

3．2．2 线性针孔摄像机模型

3．2．3 鱼眼摄像机径向对称模型

3．3 鱼眼镜头畸变校正模型

3．3．1 鱼眼镜头畸变类型

3．3．2 多项式校正模型

3．3．3 除法校正模型

3．4 鱼眼摄像机标定算法分析

3．4．1 张正友标定算法

3．4．2 通用标定算法

3．5 本章小结

第4章 多摄像机全景泊车视图生成

4．1 空间变换

4．1．1 基本变换

4．1．2 级联变换

4．2 鸟瞰图像生成

4．2．1 显示界面设计

4．2．2 俯视图生成

4．3 多源图像拼接

4．3．1 多源图像配准技术

4．3．2 多源图像融合算法

4．3．3 多源图像亮度均衡算法

4．4 图像插值

4．4．1 图像空像素形成原理

4．4．2 图像插值算法

4．5 本章小结

第5章 基于DM642处理器的算法改进与优化

5．1 基于DM642软件架构优化

5．1．1 DM642硬件资源限制与利用

5．1．2 坐标映射表

5．1．3 双通道缓冲任务软件优化

5．2 校正算法改进与优化

5．3 全景视觉泊车辅助系统实验

5．3．1 鱼眼摄像机标定

5．3．2 PC软件参数优化

5．3．3 实车测试与效果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文和专利

作者简介