出現(xiàn)駕駛員開車偏離車道、車后有行人、盲區(qū)內(nèi)有其它車輛等情況時，汽車視覺系統(tǒng)就會發(fā)出警報，它甚至能幫助駕駛員在泊車時不會撞到其它障礙物。但是迄今為止，由于成本太高，這些系統(tǒng)主要還是安裝在豪華車內(nèi)。
現(xiàn)在，瑞士CSEM公司宣稱已經(jīng)擁有一種技術(shù)，能把汽車視覺系統(tǒng)的成本從數(shù)千美元降低到數(shù)百美元。CSEM表示，OEM利用ViSe智能圖像傳感器設(shè)計的實(shí)時視覺系統(tǒng)，便宜到足以成為全球汽車的標(biāo)準(zhǔn)配備。
ABI研究公司高級分析師David Alexander最近剛剛完成了一項(xiàng)有關(guān)汽車車道偏離傳感系統(tǒng)的市場研究，他指出：“我們認(rèn)為ViSe圖像芯片有巨大潛力。特別是對安全應(yīng)用來說，實(shí)時反應(yīng)至關(guān)重要，所以我們通常需要昂貴的、高性能圖像處理器。但如果采用ViSe圖像芯片，我們就可以降低對處理器的要求，進(jìn)而極大地降低這些系統(tǒng)的價格?！?
根據(jù)ABI公司的報告，全球每年的新車銷售規(guī)模大約在6千萬輛，但今年付運(yùn)的配備車道偏離警告系統(tǒng)的汽車僅為2.5萬輛左右。該公司預(yù)測，除非此類系統(tǒng)的價格能夠大幅度下降，否則即使在2012年，這個數(shù)字也只能達(dá)到30萬輛左右。
“但是，如果CSEM可以把該系統(tǒng)的成本從2,000美元降低到200美元，那么預(yù)計配備這種系統(tǒng)的汽車數(shù)量將增加為原預(yù)測值的10倍，或者說在2012年全球配備車道偏離系統(tǒng)的新車數(shù)目將高達(dá)300萬輛。”Alexander補(bǔ)充道。
CSEM的部分運(yùn)營資金來自于公共基金，它采取了一種以授權(quán)為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)模式。該中心已把其ViSe實(shí)時方案的定制版本授權(quán)給了一些OEM廠商，這些OEM主要是向銀行提供用于掃描支票的光學(xué)符號識別系統(tǒng)。
現(xiàn)在，CESM已把眾多演示系統(tǒng)組合在一起，這其中還包括一個帶有應(yīng)用程序代碼的評估套件，可以用于車道偏離警告系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、停車助手、車內(nèi)乘客數(shù)量監(jiān)測、行人檢測和盲點(diǎn)監(jiān)視等。CSEM也提供面向安全應(yīng)用的產(chǎn)品，例如能夠鎖定人的活動，而忽略寵物進(jìn)出的入侵檢測系統(tǒng)，以及工業(yè)機(jī)器視覺演示。
“這不只是學(xué)術(shù)性研究；ViSe圖像芯片是一款經(jīng)過八年努力而開發(fā)出的產(chǎn)品?！盇BI公司的Alexander表示，“他們已開始研制第三代產(chǎn)品，而且在下一代中他們將把所有功能集成在一塊芯片上?！?
目前的OEM工具包是一個雙芯片解決方案，由該公司專有的視覺傳感器搭配ADI公司并不昂貴的Blackfin DSP。下一步，CSEM計劃把一個專有DSP芯片和其圖像芯片集成在一起，提供單芯片解決方案。為了證明即便是其當(dāng)前的產(chǎn)品也已經(jīng)從根本上降低了必須的數(shù)據(jù)速率，從而能夠?qū)⒅悄芟鄼C(jī)應(yīng)用的成本從數(shù)千美元降低到數(shù)百美元，CSEM目前提供一種被稱為ViSeLink的無線評估套件，其中包括雙芯片方案和一個藍(lán)牙射頻芯片，二者被置于一個帶鏡頭的相機(jī)機(jī)殼內(nèi)。
“利用現(xiàn)有的方式構(gòu)建汽車視覺系統(tǒng)，用戶無法獲得足夠的帶寬，從而無法通過無線鏈接發(fā)送視頻相機(jī)中的數(shù)據(jù)流，以及遠(yuǎn)程截取現(xiàn)場圖片?！盋SEM公司微電子部副總裁Christian Enz指出，“但是使用我們的芯片組，用戶就可以在當(dāng)?shù)孬@取所有信息，然后通過數(shù)據(jù)速率非常低的無線收發(fā)器(如藍(lán)牙)來發(fā)送結(jié)果?！?
傳統(tǒng)的視頻相機(jī)方案，是通過硬連線把高帶寬的原始視頻數(shù)據(jù)發(fā)送給高性能的圖像處理芯片，然后通過運(yùn)行算法來比較圖像數(shù)據(jù)流的連續(xù)幀，從而發(fā)現(xiàn)差異，進(jìn)而勾勒輪廓線并識別物體。ViSe芯片在內(nèi)部電路中進(jìn)行所有圍繞芯片中每個像素的圖像處理，然后把算法結(jié)果發(fā)送給一個便宜的應(yīng)用處理器(如Blackfin)。
“對OEM們來說，該芯片的出現(xiàn)大大降低了視覺應(yīng)用的開發(fā)難度。對于車道偏離警告系統(tǒng)等汽車電子應(yīng)用而言，所有的硬圖像處理都是由圖像芯片完成的。”Alexander表示，“Infiniti公司在幾年之前就已經(jīng)擁有了一款車道偏離系統(tǒng)，但它使用了CMOS視頻相機(jī)向一款昂貴的圖像處理器芯片(他們不得不自行開發(fā))傳輸數(shù)據(jù)流，該系統(tǒng)售價高達(dá)2,000美元左右。而CSEM的芯片可以把成本降到200美元以下。我們相信，如果實(shí)時視覺系統(tǒng)的成本能降到100美元以下，那么其將成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置?！?
今天的汽車制造商還有另一種可選方案，即采用CMOS視頻相機(jī)與Mobileye公司一款專用圖像處理器相組合。BMW公司就采納了這種系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中需要使用一根硬連線把相機(jī)連接到Mobileye處理器。
與CSEM走相似路線，把圖像處理與視覺傳感器集成到同一芯片上的還有Canesta公司和International Electronics & Engineering S.A.公司(簡稱IEE)，二者已經(jīng)分別贏得了本田公司和大眾汽車公司的設(shè)計合同。但是，由于需要把完成位距計算(用于創(chuàng)建現(xiàn)場3D模型)所需要的一些額外電路集成到其圖像陣列中，這兩家公司的芯片都犧牲了圖像分辨率。
在自適應(yīng)車速控制(ACC)等三維應(yīng)用中，系統(tǒng)需要知道本車與前車之間的距離，這種情況下CSEM提供一種可以計算間距的ViSe版本。與Canesta公司和IEE公司的視覺傳感器非常相似，該版本在逐像素基礎(chǔ)上采用渡越時間(TOF)算法。
芯片內(nèi)部
ViSe圖像芯片圍繞每個像素配置了多個比較器和門控電路，完成鄰近像素間差異的本地模擬計算。該圖像陣列還帶有一些逐像素積分器，用于跟蹤不同時間的差異變化。因而，在積分器連續(xù)跟蹤現(xiàn)場變化的同時，芯片還可以針對每個像素自動計算出像素間的差異。因?yàn)椴町愋畔α炼茸兓鄬Σ幻舾?，?dāng)環(huán)境光線改變時，ViSe芯片的輸出不會改變。
“通過本地化提取像素間的差異信息——包括幅度和方位，可以獲得各方位的差異變化，我們在圖像芯片上完成了大部分的像素級圖像處理任務(wù)。另外，我們追蹤不同時間的差異變化?！盋SEM傳感信息處理部負(fù)責(zé)人Edoardo Franzi說，“差異信息對亮度的變化不敏感，如汽車在樹蔭下使過或進(jìn)入一個隧道。
雖然在芯片中這些計算是并行完成的，但圖像信息的讀出順序卻按照重要程度排列，而不是采用盲目的光柵掃描方式。配對的DSP通過發(fā)送一個差異度閾值，向圖像芯片發(fā)出查詢信息；接著，圖像芯片僅讀出差異度超過閾值的像素；隨后，DSP逐漸降低閾值，圖像處理器按照逐漸降低的差異度讀出像素位置，直到應(yīng)用程序完成必要識別。到這個時候，整個過程重新開始。
“我們的目標(biāo)是：提取完成任務(wù)所需的最小信息量。我們不像視頻相機(jī)那樣逐行掃描圖像陣列，而只發(fā)送發(fā)生變化的像素信息。”Franzi說，“另外，我們首先輸出的是變化最大的那些像素——這是最重要的信息；然后，根據(jù)差異程度遞減的順序繼續(xù)工作。這樣的話，當(dāng)應(yīng)用程序找到自己所需要的東西后，就可以停止通訊。”
例如，對于車道偏離應(yīng)用，當(dāng)DSP找到標(biāo)明車道的高差異像素之后，就重置閾值，讓現(xiàn)場的其它圖像部分變成空白。該系統(tǒng)不把時間浪費(fèi)在讀出對于確定車道標(biāo)志線沒有幫助的低差異像素上。
CSEM表示，對于所輸出的差異度信息，ViSe芯片可提供100dB的動態(tài)范圍和30dB的分辨率。
