一种基于2组摄像头的车载全景环视系统设计
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摘要：针对车载全景环视系统中摄像头安装数量多、运维成本高等情况，本文提出一种基于2组广角摄像头进行数据采集的拼接方案。该方案通过数据处理、畸变校正、拼接融合等步骤，最终为驾驶员提供车载全景环视效果。
关键词：车载环视;视频拼接;畸变校正
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）02-0154-02
0 引言
图像作为一种载体，能够直观清晰地传递信息[1]。随着多媒体的应用和智能生活的提出，单一简洁的图像拼接俨然不能满足日益增长的发展需求，多个同步的视频拼接已然成为一种研究趋势。一组图像通过“视觉暂留”原理能够形成一个视频，因此在视频拼接过程中可以借鉴图像拼接的核心思想[2]。现有的图像拼接技术，关键在于不同图像之间重叠区域的检测、配准与融合，当前的主流亦是采取基于特征的方法来实现[3]。
常见的车载全景环视系统，主要由四至八组摄像头环绕车身构成，这种系统成本较高、安装不便且维护繁琐[4-5]。本文仅利用前后两组广角摄像头采集到的数据，通过拼接融合等步骤，最终实现基于车载环境的全景视频展示。
1 方案设计
本文在市面现有系统摄像头安装方式上简化，只保留前后两个摄像头，现有系统与本文采用的摄像头安装示意图如图1所示。
由于前后摄像头安装位置距离较远，导致它们同时刻的数据无法重合。前后摄像头同时可见区域如图2所示。
显然，当前可见区域的范围不满足全景环视系统的要求。为了实现环视目的，需要将不可見区域通过某种方式成为可见。以汽车行驶过程为例，不难发现，汽车在A时刻的部分可见区域在B时刻是不可见的，在B时刻的部分可见区域在A时刻是不可见的。透过这样有趣的现象转换思路，利用延长时间的方式，将A时刻与B时刻的可见区域相结合，对未重合部分进行填补。延时填补示意图如图3所示。
传统的图像拼接流程包括输入、处理、拼接和输出等步骤，本文的方案在此基础上进行适当调整。在输入步骤中，需要将视频抽帧，使其转换成为便于处理的图像。由于普通摄像头视角在40-90°范围内，在本文提出的安装盲区较大的情况下，不利于信息获取。因此，本文选取视角在120°-180°、范围更大的广角摄像头，需要注意的是，在其使用过程中，不可避免地会产生“桶形畸变”，就需要在处理步骤中进行校正。同时，为了获得环视效果，还需要对校正后的图像进行透视变换等操作。本文的系统整体方案设计如图4所示。
其中，在拼接步骤中，首先需要对图像进行配准，可供选择的方法多种多样，最常采用的是基于特征的检测方式，主要步骤包括特征提取、筛选、描述、匹配等;主要算法有SIFT、SURF、ORB等。然后再对配准好的图像，通过直接拼接、加权拼接、多分辨率拼接等比较常见的方式进行融合。最后在输出步骤中，利用“视觉暂存”原理，将图像输出为视频。
2 结语
通过本文提出的基于2组摄像头的车载环视系统设计方案，在一定条件下，不仅能够实现全景环视拼接效果，还可以有效地降低安装成本、简化运维步骤，具有较高的实际工程意义，易于发展推广。
参考文献
[1] 杨思燕，贺国旗，刘如意.基于SIFT算法的大场景视频拼接算法及优化[J].计算机科学，46（07）：286-291.
[2] 吴健，兰时勇，黄飞虎.一种多路快速视频拼接系统设计与实现[J].计算机工程，2014，40（02）：208-211.
[3] 陶菁，李毅.基于SIFT特征点的机场场面视频的实时拼接[J].现代计算机（专业版），2018（02）：57-62.
[4] 周芳，杨鸣，王益平.基于车载多视角的鱼眼图像拼接算法[J].数据通信，2017（05）：29-34.
[5] Jingjing Z，Donghai Z，Lizhi H，et al.Parallax Image Stitching Algorithm Based on Feature Blocking[J].Computer Engineering，2018，44（05）：220-226.
A Design of the Vehicle-surrounding Panorama System Based on Two Sets of Cameras
HU Ze，XIE Xin-rui
（School of Electrical Information， Southwest Petroleum University， Chengdu Sichuan 610500）
Abstract：In view of the large number of cameras installed and the high cost of operation and maintenance in the vehicle-surrounding panoramic system， this paper proposes a stitching scheme based on two groups of wide-angle cameras for data collection. Through data processing， distortion correction， stitching and fusion， and other steps， the vehicle-surrounding panoramic look effect is finally provided for the drivers.
Key words：vehicle-surrounding; video stitching; distortion correction
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