深度剖析360環(huán)視“黑科技”

談到汽車駕駛盲區(qū)解決的問題，估計很多人都會想到360環(huán)視，事實上360環(huán)視確實很好的解決了駕駛盲區(qū)問題。

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

360環(huán)視所采用的底層技術是計算機圖像處理技術，此項技術已經在醫(yī)學影像領域得到了廣泛的應用，稱為醫(yī)學圖像后處理技術，并發(fā)展出了一系列成熟、完善的模型、方法。這種技術被廣泛用于輔助觀察、檢測和診斷，典型的應用場景包含IGSN(圖像引導的手術導航)、IGRT(圖像引導的放療)、CAD(計算機輔助診斷)、VE(虛擬內窺鏡)等。

可以這么理解，醫(yī)學圖像后處理技術本質上就是計算機圖像處理技術的一個分支，同時由于醫(yī)學上對圖像處理結果要求非常嚴格、應用的場景極為復雜，醫(yī)學圖像處理技術也推動了計算機圖像處理技術的發(fā)展，甚至拓展了計算機圖像處理技術的覆蓋領域。這就把這項技術的應用發(fā)揮到了極致。醫(yī)學上在整個處理過程中加入了更多技術環(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到微米甚至納米級別，還需要對亞像素級別的信息進行處理。而對于車載領域，通常厘米級別的精度就完全可以滿足需求。

目前市場上能夠提供360環(huán)視產品的供應商大多數(shù)都使用計算機圖像處理技術，只有個別供應商引入了“醫(yī)學圖像處理”技術，我們暫且稱之為“計算機流派”和“醫(yī)學流派”。

無論是“計算機流派”還是“醫(yī)學流派”，都是采用廣角攝像頭獲取圖像，然后對圖像進行預處理、空間映射、融合三個層面處理。不同的是 “醫(yī)學流派”在圖像預處理中，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)學圖像中對成像探測器量子噪聲進行建模估計的方法，進行深度去噪和圖像增強，這就有利于后期處理效果提升。在空間映射處理過程中，“醫(yī)學流派”對特征點的提取更精細，描述更嚴謹，引入高階特征量，對標定點進行領取定位，并進行空間變換矩陣的計算，對于空間變換后的圖像，使用樣條函數(shù)進行精細化操作，使得后期融合“空隙”極小化。“醫(yī)學流派”在融合處理過程中除了常用的加權平均法之外，還對融合區(qū)域色彩特征進行采樣，對融合區(qū)域進行偏移量矯正，并將多種方法進行交叉融合處理，最終形成一幅完美的拼接圖像。

相比而言，“醫(yī)學流派”對圖像處理的層次更深，更精致，這就導致他們在產品方面與“計算機流派”相比，具有明顯的優(yōu)勢。主要體現(xiàn)在兩個方面，一個是“靜態(tài)拼接”處理的可視化范圍大小和可視化效果上，另一個是“動態(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，多個攝像頭的取圖點在保持相對靜止的情況下，持續(xù)獲取圖像進行處理。“計算機流派”基本上都屬于“靜態(tài)處理”，這就導致他們的產品只能在一體車上安裝。加之在處理過程中存在“偷工減料”的行為，使得處理結果的可視化范圍有很大的限制，處理結果存在瑕疵。因此“計算機流派”產品只能用于乘用車，對于過長的商用車和特殊車輛，經常會出現(xiàn)拼接不起來，可視化界面扭曲，重影等現(xiàn)象。

所謂“動態(tài)拼接”處理指的是被拼接物形體會不規(guī)則，而且時刻在發(fā)生變化，多個攝像頭的取圖點在不斷變化的情況下，持續(xù)取獲取圖像進行處理。“這種情況在醫(yī)學圖像處理中極為常見，因為人體臟器大多柔軟且形狀一直在變化，彈性、形變、動態(tài)模型在醫(yī)學圖像處理中的應用比比皆是。這就使得他們的產品能夠在“多廂拖掛式”商用車上安裝。加之在極致的處理過程，使得他們處理結果的可視化范圍不受限制。所以“醫(yī)學流派”的產品多用于各類商用車以及特種車輛。

“醫(yī)學流派”的“動態(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)視產品為例進行剖析。

拖掛車由主車(牽引功能)和掛車(承載功能)兩部分構成，中間通過一個 “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。

相對于其他商用車，拖掛車的除了車身更長之外，最大的特點是主車和掛車之間的“牽引橋”屬于非剛性鏈接，這就導致在轉彎的時候，車體會隨著彎道以及移動速度不斷發(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到正負90°以上，這就使得盲區(qū)范圍更大，分布更復雜，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，對應的橙色部分是掛車軌跡。這個過程中橙色區(qū)域就一個超級“死亡月牙”，同時車輛右側后半部分也處于完全性的盲區(qū)。

開過拖掛車的駕駛員在駕駛過程中，通常要利用多種方式對車外復雜的盲區(qū)進行反復的動態(tài)觀測，同時要估計掛車的行駛區(qū)域，從而對牽引車進行操控，因此有了“一個彎道一身汗的說法”。

“鷹駕科技”的拖掛車360環(huán)視在原有環(huán)視方案的基礎上，將攝像頭擴展至6-8路進行分別取像。其中6路用來對拖掛車環(huán)視進行取像，另外2路安裝在主車和掛車左右兩側取像，并布置自主研發(fā)的轉角傳感器，用來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，動態(tài)調整每個攝像頭負責的成像區(qū)域進行處理。這種引入動態(tài)參數(shù)夾角θ的處理的技術在國內外都屬于首創(chuàng)。

布置在牽引車和掛車上的轉角傳感器和車輛自身轉軸結構無關，從而避免了因不同車輛連接方式不同導致傳感器無法使用。另外，該方案拓展性非常強，對于多級拖掛車輛，只要在每級掛車上以同樣的方式布置轉角傳感器和攝像頭，則可實現(xiàn)多級拖掛車全景系統(tǒng)的拓展。

“鷹駕科技”基于拖掛車全景系統(tǒng)，還實現(xiàn)了拖掛車軌跡計算。雖然車輛行駛軌跡計算在乘用車上已經實現(xiàn)，但對于拖掛車而言，由于其軌跡和多個因素有關，其難度要遠遠大于常規(guī)的行駛軌跡線。“鷹駕科技”通過車身CAN通訊獲得車輛方向盤轉角后，采用自主研發(fā)的算法計算車輛每一個位置形式軌跡，并在全景視圖中繪制軌跡線。同時對軌跡內的區(qū)域通過視頻、雷達等方式進行重點檢測，和精準預警。在轉彎、倒車等若干場景中對司機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)視產品不僅完美解決了拖掛車駕駛過程中的盲區(qū)問題，同時具備了行車軌跡規(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。

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