车载视觉系统

车载视觉系统（精选8篇）

车载视觉系统 篇1

目前, 现有的机场场面监视设备[1,2]无法完全辐射机场达到实时地监视与控制, 且价格昂贵、维护繁琐。目前国内外的相关研究[3—6]大都是针对机场场面活动的飞机为目标进行识别, 实现对场面飞机进行监视和引导避撞功能。然而随着机场地面服务车辆不断增加, 场面运行车辆逐渐成为机场场面监视的重要对象。就此问题, 根据机场地理信息系统数据库提供机场范围内标记牌的位置信息, 提出了一种通过识别机场滑行道标记牌获取该标记牌在机场场面中的位置, 并结合激光测距仪探测到的该标记牌与当前车辆的相对位置和方位角, 得到当前移动车辆的位置信息的方法, 实现移动车辆精确定位;进而提高现有场面监视系统中移动车辆定位信息的余度。要实现场面移动车辆的精确定位, 首要步骤是成功地识别标记牌。利用安装在车载终端的可见光图像传感器拍摄滑行道旁的标记牌, 通过图像预处理、标记牌字符区域确定和字符分割、识别等步骤实现了标记牌位置信息提取, 为获取车辆精确定位信息做准备。

1 机场标记牌CR确定算法研究

1.1 机场标记牌简介

标记牌系统是根据机场对航空器在地面活动引导和控制的功能要求适当配置[7], 帮助驾驶员识别其所在位置, 向驾驶员指明前往目的地的方向或传达禁止进入某一地区的信息。标记牌分为两大类:强制性指令标记牌和位置标记牌。强制性指令标记牌在航空器或车辆未经塔台许可不得越过的界限处设置, 必须为红底白字。位置标记牌在需要向驾驶员提供其所在位置信息处设置, 标出所在滑行道的编号。单独设置的位置标记牌应增加一个黄色边框, 为黑底黄字, 跑道剩余距离标记牌应为黑底白字, 其它信息标记牌均应为黄底黑字。信息标记牌上箭头的方向应与指示的方向一致或近似。部分标记牌如图1所示。

1.2 标记牌图像预处理

根据民用机场飞行区技术标准[8]要求, 机场标记牌一般会涂反光材料或者安装助航灯光, 导致标记牌的颜色会受不同光照的影响。实验证明, YCbCr颜色空间与RGB、HSV等颜色空间[9]相比, 具有如下优点:在YCb Cr颜色空间中, 色度分量和亮度分量是相互独立的, 能很好地解决光照强度变化对标记牌的影响, 更容易进行分割;YCb Cr颜色空间与RGB颜色空间存在一种线性变换关系, 转换较为简单;更适用于视频编码压缩领域。因此, 首先将输入RGB图像变换到YCb Cr颜色空间[10], 经多次试验分析, 取蓝色色度分量 (Cb通道) 进行标记牌的检测效果较好, 如图2 (a2) ~图2 (d2) 所示。

经颜色模型转换后的图像存在很多噪声干扰, 需要对图像进行预处理。首先将采用线性滤波器对Cb通道图像进行高斯低通滤波处理。对滤波后的图像进行对比度调整, 再进行二值化处理。图像二值化需要一个合适的阈值Th, 在此将使用自适应分割中公认的最优方法———最大间内方差法 (OTSU) 获得。滤波后的二值化图像, 如图2 (a3) ~图2 (d3) 所示。

1.3 标记牌CR预确定

由于标记牌二值化后, 存在很多噪声区域, 这些区域块一般不是标记牌;即便是标记牌, 由于面积太小, 字符也不清晰, 难以用以识别;因此在连通区域标记之前将面积过小的区域去除, 排除过多假目标干扰。该算法的基本流程具体如下:

(1) 删除面积过小区域。首先进行连通区域标记, 然后计算每一个连通区域的面积, 即像素个数;如果面积小于预选阈值, 则将该区域标记为背景。

(2) 填充孔洞。标记牌区域字符内部可能存在孔洞, 不利于区域形状的计算, 因此需要填充。

(3) 闭运算操作。选用一个稍长的线性结构元素进行闭运算, 先膨胀后腐蚀, 先将有效地标记牌区域进行膨胀, 将标记牌整个字符区域填充成连通区域, 再对图像进行腐蚀操作, 将一些较小的连通区域去掉。这样能弥合区域中的小裂缝, 对图像轮廓有平滑作用。

(4) 连通区域标记和形状参数提取。经过上述形态学处理, 形成了一个或多个具有一定面积且连通的区域。将这些区域分别作标记, 并计算各区域面积大小;并将连通域面积按由大到小的顺序排序。

(5) 考虑到背景的图像可能存在不连续性, 以及标记牌的连通性和在所占整个图像的比例, 将标记的连通区域中面积最大的区域裁剪出来, 作为候选区域, 待进一步处理。若在未检测出目标区域, 则返回步骤 (4) , 选取连通域面积排序的下一位作为候选区域, 再依次进行后续操作, 直至检测到目标区域为止。如图3所示为CR预确定效果图。

1.4 标记牌CR准确确定

如图3 CR预确定图像所示, 标记牌所在区域范围缩小, 背景的大部分噪声已被滤除, 但分割出来的候选区域中仍含有非目标区域, 必须进一步缩小检测区域, 实现标记牌区域的精确确定。

滑行道标记牌的宽度、高度、面积以及宽高比会随标记牌上的字符数目变化而改变;图像中标记牌的宽度、高度、面积及宽高比会随图像尺寸、拍摄距离变化而变化, 也会因图像拉伸而改变。因此, 实际处理的图像的尺寸变化范围都比较大, 不同图像中标记牌区域的面积检验变化范围实际上都很难估计。标记牌区域的高度和宽度以及宽高比可以剔除部分区域, 但具体的阈值在不同条件下也是难以统一的。目前, 大多数的车牌和交通标志通常采用标志的宽度、高度、面积及宽高比作为筛选依据, 由于滑行道标记牌牌面的尺寸不确定, 为克服普通标识牌经验值不在固定范围的缺陷, 在此提出了一种新的候选标记牌检验方法。采用CR区域中单个字符连通域的外接矩形面积所占该标记牌面总面积的比值和标记牌字符宽高比作为标记牌筛选的依据, 进行标记牌字符区域的筛选。

将图3所示各图像记为M×N原始图像I, I={I (x, y) |0≤x≤M-1;0≤y≤N-1};图中标记牌字符所在区域记为待检验的候选区域R, R={R (x, y) |x1≤x≤x2, y1≤y≤y2, (x, y) ∈I};记R中单个字符连通区域面积大小为ω0, ω0={ω0 (x, y) | (x, y) ∈R}, ω0高度为h, 宽度为w。标记牌的尺寸大小如图4所示, 可以看出:无论是有两个跑到识别号还是单个跑道的标记牌, 其单个字符的连通区域面积占整个牌面字符区域约20%, 并且单个字符的宽高比约在[0.2, 1]的区域范围。通过多次试验验证了该数值的合理性。故取ω0≈R/5, w/h∈[0.2, 1]。标记牌检验算法如下:

(1) 对实现标记牌预确定的区域进行边缘检测运算, 提取图像的边缘信息。

(2) 连通区域标记和形状参数提取。将边缘检测区域分别作标记, 计算形状度量 (各矩形区域的长宽和面积) 。

(3) 经过上述方法标记后的连通区域通常不止一个, 根据单个字符连通域的外接矩形面积所占该标记牌面总面积的比值, 以及单个字符的宽高比两项数值比较进行筛选, 将满足w0≈R/5和w/h∈[0.2, 1]条件的区域像素值置为1, 其他区域置为0, 获取到字符所在区域, 从而筛选出标记牌的字符区域 (如图5) 。在筛选出标记牌的字符区域中可能存在轮廓不完整的情况, 如图5 (a1) 所示, 字母“B”内部轮廓不完整。为解决这种缺陷, 将采用掩膜处理进行改善。掩膜的定义是用选定的图像、图形或物体, 对待处理的图像 (全部或局部) 进行遮挡, 用于覆盖特定的图像或物体, 又称作模版。数字图像处理中, 图像掩模主要作用如下:

①提取感兴趣区, 用预先制作好的感兴趣区掩模模板与待处理图像相乘, 得到感兴趣区图像, 在感兴趣区内图像值保持不变, 而背景图像值都置为0;

②屏蔽作用, 用掩模对图像上某些区域进行屏蔽, 使其不参与处理或不参与参数处理的计算, 或仅对屏蔽区作处理或统计;

③结构特征提取, 用相似性变量或图像匹配方法检测和提取图像中与掩模相似的结构特征;

④制作特殊形状的图像。

为构造掩膜模版, 将上一步算法中满足筛选条件的图像进行孔洞填充, 弥补孔洞缝隙, 不封闭孔洞用周边的特征来填充, 从而减少特征的数量, 提高运算效率。再进行形态学开运算和闭运算操作, 平滑图像, 滤除细小斑点, 得到掩膜模版, 如图5 (b1) 和图5 (b2) 所示。将制作的模版与CR预确定后边缘提取的图像进行掩膜处理, 非目标区域被遮挡, 标记牌字符就准确地从背景图象中抽取出来, 如图5 (c1) 和图5 (c2) 所示。

1.5 记牌字符分割

标记牌区域确定之后, 对标记牌上的字符进行分割。将字符一一从标记牌图像中分割出来, 为字符识别做准备。字符分割是字符识别的基础, 能否准确地将字符从标记牌图像中分割出来, 直接影响到字符识别的效果。考虑到工程应用的实时性和精确性, 将采用连通域法进行标记牌字符分割。连通域法的主要思路是首先对各个连通区域进行分析, 获得终始位置, 根据起点和终点坐标以及长宽值得到各连通域的外接矩形区域。这种方法对标记牌的定位精度要求比较低, 受倾斜等外界影响小, 运算速度快, 实时性好, 对于只含字母和数字字符的分割效果十分理想。根据《国际民用航空公约》附件14规定, 滑行道标记牌的字符都是由箭头、大写英文字母和数字组成。这些字符中并未出现汉字, 字符相对简单, 相互独立, 且单个连通, 符合连通区域分割分割特点。

算法具体流程:首先将掩膜处理后的图像进行孔洞填充以便利于区域形状计算;然后进行连通区域标记, 并计算所有连通域的形状度量 (连通域中各矩形区域的长宽、质心和面积) ;分析各连通域, 确定起始和终止位置, 将连通区域中最小外接矩形区域使用蓝色矩形框在原真彩图中标注出, 如图6 (a1) ~图6 (c1) ;再将标注的矩形区域一一剪切出来, 并采用前面章节所讲的预处理方法进行处理, 如图6 (a2) ~图6 (c2) 所示。经过上述步骤处理之后, 标记牌上的单个字符就被成功分割识别出来。

2 机场标记牌识别算法研究

2.1 标记牌字符特征提取

机场滑行道标记牌表面较为光滑, 而且有比较规则的几何轮廓, 其几何特征信息比较明显, 因此选取目标的形状特征进行描述[11]。由于受到成像几何关系的影响, 拍摄得到的标记牌图像一般会产生形变。选择具有仿射不变性的矩[12]特征作为机场目标识别特征提取。

设图像函数f (x, y) ∈I (R2) , D为目标区域, 则目标的 (m+n) 阶中心矩定义为

式 (1) 中:w0、x0和y0是图像重心, 它满足图像平移变换不变性。给定二维空间中的任何一条曲线[x, y], 若[x', y']为仿射变换后的曲线, 则仿射变换为:

仿射不变矩的一般形式是关于upq的多项式除以ur00, 其中r是某一合适的指数。因为高阶仿射不变矩的计算难度比较大, 且数值对噪声敏感, 稳定性较差, 因此采用Jan等[13,14]构造的三阶仿射不变矩, 如下:

2.2 基于支持向量机的识别算法

目前用于模式识别的方法有很多, 多数方法通常基于神经网络[15]。然而, 神经网络有着局部优化、泛化性和收敛性差等固有缺点。支持向量机 (SVM) [16]则克服了这些缺点。研究表明, SVM方法预测的精度很高[17], 且明显优于神经网络预测方法[18]。SVM是基于结构风险最小化和VC维理论的原则, 克服了传统的一些算法的过拟合和维数灾难的问题, 尤其适用于类似本文图像的训练样本数少并且图像本身受光线变化影响的情况。因此, 采用基于SVM的识别方法。

图像的样本库来源是基于自然环境下和实验室环境下模拟移动车辆载机场滑行道行驶场景, 使用可见光图像传感器拍摄具有平移、缩放、旋转、仿射变形下的标识样本集 (正样本) 以及其他一些非标识样本集 (负样本) 。从拍摄视频中截取1 462张图像样本, 其中用于训练的正样本图像为792张, 负样本图像为240张, 用于测试的正样本图像为288张, 负样本为142张, 所有的图像都经过归一化处理, 尺寸为500×590。采用Libsvm分类识别软件包 (Libsvm3.17) 。应用典型的分类情况, 在Libsvm里面可以进行参数的设置, 选择SVM的C-SVC (C-support-vector classification) 类型, 算法采用的是SMO的优化求解, 高斯镜像基核函数 (RBF) K (x, xi) =exp (-γ‖x-xi‖2) 作为核函数, 把训练样本的特征向量数据代入支持向量机分类器, 可得最优分类判别函数, 将测试样本集代入判别函数就可得到识别率。利用Libsvm软件进行字符识别的样本集特征向量数据如表1和表2所示。经多次实验, 训练模型中的参数选用5层cross-validation进行优化选择, 得到RBF函数中的最优化参数值为:惩罚因子best C=2, bestg=0.5。最终得到单个字符分类正确率为96%。

3 实验分析与总结

为实现机场场面移动车辆精确定位, 提出了一种通过CR预确定和准确确定成功实现滑行道标记牌字符分割的识别方法。该算法经验证, 字符识别率可达到96%。此外, 由于本文算法采用了YCb Cr颜色模型和图像预处理技术, 对不同的图象背景具有较强的适应性。在验证过程中, 当拍摄得到的标记牌字符被严重遮挡, 拍摄距离太远或是遇到雨天、大雾天气, 也难以进行识别, 本文算法将失效, 下一步研究应提高算法在恶劣环境下的通用性。

车载视觉系统 篇2

一、GPS系统的组成以及工作原理

GPS卫星导航定位系统的组成主要由三个部分组成，即空间部分、地面监控部分以及用户部分。

1.空间部分

这一部分是由GPS卫星网组成。每一颗卫星都不断地向地球发射数字信号，在地球上的任何一个地方、任何时候的用户通过同时接收4颗以上卫星信号都可以得出自己所在的位置、速度和运行等多种情况。车载GPS也是通过接受4颗卫星的信号进行自身定位的。

2.地面监控部分

地面监控部分包括四个监控站、一个主站和注入站。这一部分的主要任务是监测空间卫星的运行情况，通过注入站及时修正卫星参数，从来保证整个系统的正常运行。

3.用户系统

用户部分所述是指GPS接收机。这种接收器虽然外形多种多样，但基本功能都是大同小异的，即能够接收、跟踪、变换和测量空间卫星所发射出的数字信号，并根据导航电文所提供的卫星位置和钟差来修正信息，计算出用户所在的位置。

二、车载GPS系统

车载GPS系统的组成部分要相对复杂一些，由GPS接收天线、GPS接收机、显示处理系统、导航软件和其它应用软件等组成。显示处理系统可以通过数据通讯接口把GPS接收机传出的信号在电脑中进行操作处理并与车载电子地图相结合，显示所在位置与信息。导航软件也就是我们常说的电子地图，即数字地图数据库。其可以将采用卫星影像、航拍、DGPS现场测量调查综合得到的地图地理信息数字化，再将数字化数据，以数字的形式编码，然后把它编译成文件或文件集合，通过格式化后存储起来，供GPS系统数据通讯使用。当然电子地图的更新与实际路况信息的摄取则至关重要，这在下面将着重论述。

三、车载GPS系统常见故障的排除

(一)常见故障概述

常见故障的概括是在数万份的用户回馈信息的基础上总结归纳得出的，一下三项最为突出：首先，地图匹配错误。其次，车载GPS系统不能显示车辆位置或者寻不到目的地。再次，车载GPS系统间歇工作。

(二)车载GPS系统不能显示车辆位置或者寻不到目的地的原因与解决办法

1.在进行首次定位时请尽量使车子在空旷的位置停靠，因为首次启动的.时间要更久一些，初始化的过程不能受到过多的干扰。具体时间则是受到周围环境以及地理、天气等影响。

2.车上装的隔热纸、防爆纸等都会干扰卫星讯号的接收，这时装设外接天线可以很好的加强信号的接受。

3.及时在正规途径更新软件是避免问题的最为重要方法。

4.因为卫星讯号的强弱，行驶道路有时可能会出现定位偏离状况(例如位置出现在另一条道路上)，此现象并不代表系统故障，系统会自动修正正确道路状况。

(三)车载GPS系统间歇工作的原因

1.车载GPS系统线路存在线束将断、接触不良，电源触点生锈。

2.车载主机本身存在故障。

3.GPS接收机故障。

四、地图匹配方法的定位误差修正

车载系统市场“闻”硝烟 篇3

苹果和carplay

如果要用一句话去总结苹果CarPlay的功能，那就是“可以通过一体机的触摸屏去使用iPhone应用”。

CarPlay的操作界面其实就是苹果los7界面，图标都是采用扁平化的设计风格。启动CarPlay之后，用户可以通过苹果最新的Lightning接口（适用于iPhone5/iPhone5s/iPhone5c机型）把iPhone连接至车辆自带的车载娱乐系统当中。换句话说，如果把iPhone拔了，屏幕会恢复到厂家自身的车载娱乐系统界面。

从奔驰和沃尔沃官方宣传视频中可以看到，车主把iPhone连接至CarPIay之后，可通过触屏、旋钮以及语音三种方式控制包括打电话、发短信、播音乐以及及时导航等功能。其中语音控制按钮（也就是启动Siri）可以整合到方向盘的中央控制键上，加上Siri极其精准的理解能力，就使得驾驶员在驾驶的同时能够获得非常友好的多媒体体验，无需转移视线，行车也更安全。

在导航系统方而，CarPlay采用了苹果地图并且实时联网，乘员可以轻松查询到前方路段的交通情况适当进行规避，并且苹果地图还能根据通讯录上信息、电子邮件的内容以及历史行车记录预测目的地。

纵观CarPlay系统，苹果并没有对汽车的中控显示屏做统一的规划设计，汽车厂家在原先白带的车载多媒体系统基础之上整合CarPlay，能够给苹果客户带来学习成本为零的使用体验。

苹果公司表示，目前已经部署CarPlay车载系统的汽车厂‘商一共有法拉利、奔驰和沃尔沃三家，随后还会有丰田、三菱、本田、通用、宝马、现代、标致雪铁龙、铃木、捷豹路、斯巴鲁等加入到CarPlay的行列中来。

苹果谷歌微软 大佬酣战

当外界将目光对准carplay时，苹果的老对手谷歌也闻风而动，拉开了车载市场大佬角逐的帷幕。

据国外媒体报道，谷歌可能不会让苹果独享车载智能系统市场，根据梅赛德斯奔驰的工程师招聘广告，谷歌将推出“谷歌投影模式”（Google ProjectedMode）使Android的大部分功能可以转移到汽车的信息娱乐系统。此前已经传出苹果将和至少三家汽车公司法拉利、奔驰和沃尔沃推出基于iOS的车载系统。

奔驰公司的招聘广告显示，这家德国汽车制造商需要一名软件工程师帮助移植谷歌即将推出的车载系统到自己的品牌汽车中，也就是所谓的“谷歌投影模式”。这种系统被描述为一种“无缝集成”的Android智能仪表装置，使手机的本地通话、短信、导航、多媒体播放功能转移到汽车内。这种装置大概会采用一个更大的显示屏，使用Android的简化版本用户界面。

该招聘广告并没有提及如何将手机和仪表盘进行连接，有线或无线还是两者相混合，但目前大多数制造商主导的版本都使用了蓝牙。但是，广告明确指出车辆的控制系统将能够处理媒体播放、短信、电话和导航功能。这表明这一系统可以完全替代苹果的iOS车载系统。

据推测“谷歌投影模式”与iOS车载系统的差异在于，谷歌的系统将基于智能手机，因此有可能兼容所有支持该标准的车载信息娱乐系统。这样用户在换车后或者临时租用或借用车辆时，就可以很容易将自己的信息转移到新车上。

除了苹果、谷歌之外，微软也开始表现出征战车载市场的迹象。

在2010年，诺基亚推出了一种所谓“终端模式”的车载智能概念。四年以后，随着一个新的名字——M[irrorLink的诞生以及更多的支持，它开始表现出一些推向市场的迹象。不过，诺基亚母公司微软现在才决定在Windows Phone支持这一标准。诺基亚首席设计师约尔格表示，“诺基亚已经对微软做出了承诺。我们正在努力开发，我们致力于将其推向市场。”

MirrorLink最重要的特性就是开源，没有汽车或智能手机制造商仅仅因为他们不喜欢便可以阻止MirrorLink的应用程序。苹果的解决方案可能不会让第三方开发者进入，但是Mi rrorLink却让汽车制造商能够开发自己的应用程序，并通过MirrorLink联盟证明他们汽车的安全性。因此，这将是MirrorLink打开市场的利器，因为它为全世界开发者的创意思维打开大门。

苹果、谷歌、微软的车载系统之战才初露端倪，随着硝烟味越来越浓，战况也将更加激烈。

变革，从车载系统开始

车载系统是智能汽车中枢系统的重要设备，也是连接汽车与移动互联网的关键环节。车载系统可助车联网实现提取数据、分析数据的目的，最终使汽车具备自我诊断和自我修正的分析智能，让应用变得更有预见性和前瞻性。

车联网概念的提出，使得汽车成为物联网的感知节点，为实现更加丰富的车联网应用提供有力支持。未来，当救护车、救火车等应急救援车辆行驶时，道路交通信号灯能及时调整提供快速通道，沿途其他车辆同时接到避让信息；通往目的地的路上，汽车能根据路面交通状况适时变换路径，寻找快捷通畅的线路。

据机构预测，全球车联网市场复合增速将达到25%左右，2017年具有车联网功能的新车销售量将足目前的7倍。届时，硬件提供商、内容和服务提供商等产业链上的一系列公司都将从中获益。

近年来，美国、欧洲、日本等工业发达国家投入大量的人力和物力进行智能交通系统的研究，特别是在引起大众关注的车联网领域。而在中国，车联网项目己被列为国家重大专项（第三专项）中的重要项目，首期资金投入达百亿。

从另一方面来说，车联网的推广，将在智能交通领域掀起轩然大波。

目前，智能交通正处在一个攸关未来的抉择点。早期的智能交通主要是围绕高速公路而展开的，其中最主要的一项就是建立了全面的高速公路收费系统，对全国的高速公路收费进行信息化管理。目前交通问题的重点和主要的压力来自于城市道路拥堵。在道路建设跟不上汽车增长的情况下，解决拥堵问题，主要靠对车辆进行管理和调配。新加坡就把管理的重点转移到热点区域，对进入热点区域的车辆都实行收费，调节热点区域的车流量。

未来，智能交通的发展将向以热点区域为主、以车为对象的管理模式转变。因此，车联网领域的推进已是当下智能交通迫切之急。

正因为车载系统之于车联网、甚至于整个智能汽车市场的重要性，IT大佬的这场车上博弈，无疑被视为“智能汽车”或者“智能交通”大战的开端。

另一方面，对汽车制造商们来说，汽车控制权绝不能放手，但要生产出符合客户需求的车载系统无异于闭门造车。随着智能手机和移动互联网革命的推进，汽车制造商们逐渐发现了用户驾驶数据的宝贵价值。他们希望开始与科技公司合作，了解他们是如何开发出用户体验出色的产品，掌握新时代的产品开发理念。

车载视觉系统 篇4

目前摄像机标定的方法有很多, 大致可分为传统标定法、自标定方法和基于主动视觉的标定法。文献[1]提出的两步法 (two-stage method) 使用直接线性变换 (DLT) 来计算出大部分参数, 而剩余的参数通过非线性搜索来得到。文献[2]给出了一种适合应用的一种新的、灵活的方法, 这种方法虽然也是使用针孔模型, 但是它的具体标定是在自标定与传统标定之间。文献[3]提出了一种针对可变焦距摄像机的自标定方法, 该方法需要预标定, 先确定出5个内参数的互相关模型, 从而将焦距变化时的自标定过程简化到只需计算一个内参数。文献[4]针对双目视觉, 提出一种基于投影直线相交和改进Open CV1.0标定算法相结合的双目立体视觉标定算法。文献[5]针对双目立体视觉的工业检测精度和实时性要求, 采用LENZ畸变模型建立基于面阵CCD的双目成像几何模型, 分析了成像模型的内外参数及针孔模型的局限性, 提出改进的双目立体视觉系统摄像机两步标定方法。文献[6]提出的基于两组三正交运动的线性方法后, 杨长江, 李华, 等提出了改进的方案, 分别基于4组平面正交以及5组平面正交运动, 利用图像中的极点信息来线性标定摄像机参数。

摄像机标定是从二维图像获取高精度三维信息的前提, 其标定精度和可靠程度将直接影响到测量结果的精度, 尽管目前摄像机的标定方法很多, 但这些研究都是基于摄像机光轴中心线垂直于景物面的双目摄像机的标定[7], 而对于车载摄像机的标定很少有文献研究。在现有的摄像机标定方法的基础上展开研究, 提出了针对车载摄像机进行标定的新方法。

1 车载摄像机标定原理

立体视觉是指能够对目标三维卡迪尔空间内位置进行测量的视觉系统, 立体视觉可分为:双目视觉[8]、多目视觉、结构光视觉系统, 现采用双目视觉系统进行对障碍的定位测量。

目前国内外研究的双目视觉系统大多是基于摄像机的光轴中心线垂直于景物面的情况, 如图1所示, 其中点O1、O2分别为左右摄像机光轴中心线与景物面的交点;O1'、O2'分别为左右摄像机的光心;A1、B1、C1、D1组成右摄像机拍摄到的景物面, A2、B2、C2、D2组成左摄像机拍摄到的景物面。从图1中可以看出, 景物面以摄像机光轴中心线与景物面的交点 (O1、O2) 成中心对称。

而车载双目视觉系统如图2所示, 从图中可以看出景物面并不以摄像机光轴中心线与景物面的交点 (O1、O2) 为中心对称, 这是与图1中摄像机光轴中心线垂直于景物面的不同之处, 也是载摄像机标定的难点所在。

经过分析比较以上2种摄像机光轴中心线与景物面之间的几何关系, 针对车载摄像机的标定, 提出了以标定点在图像上均匀分布成网格状进行标定, 利用网格插值建立图像坐标和实际坐标之间的映射关系, 即车载摄像机的标定模型。

2 车载摄像机标定模型

在双目视觉系统下, 以黑色棋子作为地面标定点, 地面标定点的图像坐标系以图像左上角为原点, 水平方向为U, 垂直方向为V, 图像坐标以pixel为单位。在左右摄像机视野公共区域下, 对左右摄像机进行标定, 由于采用linear双线性插值法, 因此地面标定点以在图像坐标系上均匀分布放置于地面上, 用来建立地面标定点图像坐标的网格, 如图3和图4所示。

从图3和图4可以看出, 地面标定点在图像上均匀分布成正方形的网格状, 因此可以用网格插值法, 对地面场景中任意一个景物点进行网格插值, 插出该点的实际坐标。

具体建立车载摄像机标定模型步骤如下。

(1) 首先找到地面景物点的图像坐标所在地面标定点的图像坐标网格位置。实验的地面标定点的图像坐标组成矩阵形的网格, 而网格的节点为m×n。假如地面标定点在图像上的4个区域点的图像坐标为 (umin, vmin) 、 (umax, vmin) 、 (umin, vmax) 、 (umax, vmax) , 地面标定点图像坐标点建的网格分布的区域则为umin≤u≤umax, vmin≤v≤vmax, 若地面景物点的图像坐标为 (u, v) , 则该点落在标定点的图像坐标形成网格的位置为

(2) 由于每个地面标定点的图像坐标都对应一个实际坐标, 因此根据地面景物点图像坐标所在网格的位置, 对地面景物点周围4个标定点的实际坐标进行双线性插值, 可插出该地面景物点的实际坐标。若地面标定点的图像坐标对应的实际坐标形成的网格分布区域为xmin≤x≤xmax, ymin≤y≤ymax, 则地面景物点的实际坐标 (xi, yj) 可表示为

3 实验及结果分析

实验采用USB摄像机, 左右2个摄像机高度为71.5 cm, 两摄像机间距为35.2 cm, 左右摄像机标定时分别采用25个地面标定点。以25个地面标定点的图像坐标为输入, 25个标定点的实际坐标为输出, 对车载摄像机标定模型进行训练。然后对训练好的模型进行测试, 采用10组数据进行测试, 其计算结果见表1, 由于实际位置的坐标x, y是用皮尺直接测量的, 因此测量的结果只能精确到mm。

从表1可以得出实际值与测量值之间没有显著性差异, 本实验测试样本点位置的偏差, 图5和图6为测试样本景物点位置的偏差图, 其中纵轴为偏差 (单位cm) , 横轴为测试样本的编号。从图中可以看出x的最大偏差为0.263 8 cm, 平均偏移了0.101 56 cm。y的最大偏差为0.273 1 cm, 平均偏移了0.108 32 cm。

4 结束语

车载摄像机的标定是视觉测量非常重要的环节, 也是汽车辅助驾驶系统研究的重要方面, 通过对测试样本点的偏差分析可以得出, 该标定方法精度很高, 而且模型简单, 不需要复杂的坐标转换, 可以准确地通过视觉测量出障碍的位置, 适用于对车载摄像头的标定, 为汽车辅助驾驶系统的研究提供了有效的参考方案。

参考文献

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[7] 刘盼, 王金海.基于平行双目立体视觉的测距系统.计算机应用, 2012;32 (S2) :162—164Liu Pan, Wang Jinhai.Distance measurement system based on parallel binocular stereo vision.Journal of Computer Applications, 2012;32 (S2) :162—164

车载信息系统平台发展 篇5

关键词：车载信息平台,FPGA,车载网络

随着现代汽车工业和电子技术的发展, 车辆导航、通信、移动办公、多媒体娱乐、安防辅助驾驶和远程故障诊断等功能电子系统可以通过网络技术联网形成车载信息网络系统。未来的汽车仪表系统向着集成化、智能化、全图形化车载信息系统平台的方向发展。

车载信息系统平台综述

未来的车载信息系统平台将全面超越传统汽车仪表的现有功能, 系统主要功能包括:全图形化数字仪表、GPS导航、车载多媒体影音娱乐、整车状态显示、远程故障诊断、无线通信、网络办公、信息处理、智能交通辅助驾驶等等。未来的车载信息平台是人、车、环境的充分交互, 集电子、通信、网络、嵌入式等技术为一体的高端车载综合信息显示平台。

车载信息平台领域的技术发展

车载信息平台包括多方面技术, 下面仅将其中涉及到的几项关键技术简单介绍如下:

基于嵌入式技术的Telematics系统

Telamatics的技术特征充分表现了现代科技的大融合。它应用5种主要技术:卫星定位技术 (GPS) ;无线接入技术;蜂窝通信技术 (2G/3G) ;专用短程通信的窄带网络技术 (D S R C) ;数字广播和多媒体广播技术 (DMB) 。

Telematics装置通常是一种嵌入式系统, 它在软、硬件系统架构设计上与普通嵌入式系统并没有差异。在PC产业里, 运算平台的选择, 也就是处理器及其相关参考设计的选择, 是相当有限的, 不外乎Intel或是AMD的那几种, 然而嵌入式系统的硬件却需要面对各式各样不同的需求。正确的选型及架构设计必须能符合客户及产品需求, 这是一件相当重要的事情。目前比较流行的一种基于嵌入式技术的Telematics系统设计, 其硬件系统采用了高效、灵活的A R M+F P G A构架, 其中ARM主要完成外部数据采集、整理、分析、存储等功能, FPGA主要用于用户界面的显示。这种硬件架构一个比较典型的应用实例就是赛灵思与微软汽车业务部推出的智能车载信息平台, 它又被称为Microsoft Telematics Platform (微软车载信息处理平台) , 巧妙地通过语音命令结合互联网连接进行通信和控制, 是一种用于集成各种移动设备和通过互联网与无线网络传送信息的集线器。系统。鉴于此, 微软开发了一个真正可以定制和伸缩的汽车标准车载信息处理平台。

该平台整合了一个基于ARM 9的微控制器, 支持32MB闪存/32MB DRAM以上的内存, 并包含集成GPS蓝牙和一个GSM电话模块。外部车辆连接包括一个CAN网络接口以及有保护的模拟和数字I/O, 用于实现LED驱动和按钮输入等功能。该平台的基本架构如图1所示。

微软利用了FPGA技术的灵活性和高集成度能力。该平台使用了一个Spartan3XC3S400 FPGA, 用于实现多个独立的目的, 如GSM电话接口、车辆接口 (CAN控制器和K-线路) 以及复杂的音频信号调节和路由功能 (如图2所示) 。

FPGA提供的高集成度也具有在一个器件内包含多种总线、接口和时钟的优点, 从而使利用EMI的设计容易管理。此外, 减少组件数量和电路板空间将降低生产成本, 实现更高的制造质量, 在任何汽车设计中这些都是重要的因素。

在了解了车辆开发的实质和目前已有的众多不同的车辆接口, 微软有意设计了一个灵活的解决方案, 可允许对后端车辆接口进行快速修改而不影响下层架构和系统性能。例如, 未来将有可能调节FPGA解决方案, 使之能满足带有诸如MOST、IDB-1394或其它数字车辆网络等汽车总线的最终应用的需求。

基于车载网络技术的多媒体信息、娱乐系统

对于购买配有车载网络汽车的用户来说, 最大的受益是能在网络中共享信息。汽车可以通过车载网络, 将视频、音频和数据内容传给乘客, 用户可以通过这种网络, 用互联网或者预订服务访问家用网络上的内容。随着3G时代的到来, 迫切需要建立能够提供这些服务、传输这些内容的多媒体安全信息娱乐系统。

多媒体传输系统的设计方案

媒体和信息网络主要面向远程信息处理、多媒体、导航系统等, 网络协议的传输比特率在250kbit/s~400Mbit/s之间。要实现车载系统中多媒体数据传输的功能, 迫切需要解决以下4个问题。

·这些新的应用要求网络的频带比现有汽车上的网络频带宽一个数量级, 例如, 控制器局域网络 (C A N) 和局域互联网络 (LIN) 。

·视频和音频内容的性质决定了它们在发布内容时, 必须考虑到发布的方式能够为用户所接受。音频延迟或者是在显示屏上出现错误的显示像素, 是人们不能忍受的。

·由于内容是以数字形式向外发布的, 那么, 设计人员必须十分关心如何保证内容的安全。

·因为连接到客户的外设上时, 有可能会不经意地把病毒带进来, 所以必须确保网络的安全, 以防止病毒的入侵。

随着嵌入式产品市场的发展, 随之而来的是系统方面的一些难题, 许多新出现的技术竞相成为主流的解决方案。归纳起来, 共有4种主要的技术。

·CAN技术。CAN技术是目前正在使用的一种技术, 而且新版的CAN已经提高了带宽。但这个协议并不支持高质量的服务。

·Firewire接口 (IEEE1394) 。在汽车市场中, 从事消费产品的公司都推崇Firewire接口。

·面向多媒体的系统传输 (MOST) 。用塑料纤维实现这项技术, 重量轻、成本低, 深受供应商的欢迎, 而且在宝马、奔驰和奥迪的一些汽车上已经采用了这项技术。从技术的角度看, 这个协议在设计时从一开始就支持多媒体数据传输的需要, 由总线提供同步通道, 以确保足够的带宽。

·无线技术。由于众多原因, 汽车市场在采用新标准方面进展缓慢。尽管超宽频带技术 (UWB) 简化了安装和维修, 在价格方面还有优势, 而且在技术上它似乎更适合于噪声环境下的短距离高速数据传输, 但是由于缺乏一个明确的单一标准, 整机制造商不愿使用它, 也阻碍了它的推广。多个标准存在的时间越长, 安装MOST技术的数量就会越大。

在过去10年中, 为促进远程信息处理和车载多媒体系统的应用, 汽车行业制定了许多规范, IDB (Intelligent Data Bus) 是其中一个重要内容。它首次确定了汽车行业用于信息、通信和娱乐系统的接口标准。目前SAE已将各种IDB设备分为三类:低速设备 (IDB-C) 、高速设备 (IDB-M) 和无线通信设备

(IDB-Wireless) 。

IDB-C发展较快, 估计今后数年可在一些车辆中配置。由于它结合了CAN技术, 而目前许多汽车生产商已将CAN网络产品应用于多种车载平台, 因此IDB-C引起了汽车生产厂商的极大关注。IDB-C目前已成为SAE J2366标准。

IDB-M包括D2B、MOST (Media Oriented System Transport) 、IDB1394等传输速率较高的标准和协议, 其中D2B已在M ercedes1999S型轿车中得到应用。D2B技术于20世纪80年代后期由Philips、Sony、Matsushita等公司共同开发, 1992年, 被Honda、Alpine公司应用于汽车的多媒体控制系统中。D2B技术使汽车变成了一个流动的多媒体工具。但是D2B的速度还是太慢, 因而在1998年, Audi、BMW等公司又联合开发了MOST协议, 它是专门用于汽车工业的多媒体光纤网络标准, 速率可达50Mbit/s。BMW目前在业界率先采用了MOST协议, Daimler Chrysler等欧洲汽车制造商也计划采用该协议。

目前的IDB-Wireless主要是指“蓝牙”技术。

MOST网络的构建

MOST网络技术使得汽车制造商和供应商能够简便地在车内增加一系列多媒体设备, 进一步增强模块化功能。MOST网络的性能取决于光纤发射器和接收器 (用于传送数据, 以运行信息娱乐系统) 能否在各种温度下正常运行。

MOST光纤网络为在车内的娱乐和信息设备之间进行音频、视频、数据和控制信息的交换提供了基础设施, 而不再需要体积庞大的铜缆布线。MOST是支持车内信息娱乐系统的骨干技术。采用MOST网络技术的汽车在2001年首次问世, 如今, 已在23种车型中安装了超过1000万个节点。

要连接到MOST网络上, 一般需要通过智能网络接口控制器 (i NIC) , i NIC实现了PHY功能和MAC的大部分功能。车载信息平台系统是通过一个三引脚的串行总线——媒体本地总线 (Media LB) , 连接到i NIC上 (见图3) 。Media LB能够支持所有的MOST网络数据类型。

这个网络必须包含有连接点, 这样, 最终用户可以通过连接不包含在汽车之内、要单独购买的设备。最可能出现的情况是不只有一个专用网络。一个“可信的”网络将支持汽车出厂之前已经装上去的设备。用户可以通过第二个“不可信的”网络联接到用户设备上。我们可以通过一个网关来实现两个领域间的访问控制功能。

汽车远程故障诊断系统

目前, 在汽车工业发达的国家, 车载信息平台和导航服务项目已经逐渐成为标准配置。与此同时, 汽车制造商正规划着信息服务的下一个发展阶段:使每辆汽车能够通过Internet与特约汽车维修厂进行数据通讯。在不久的将来, 汽车制造商通过Internet或移动电话可以告知汽车驾驶员, 他所拥有汽车的下一次检测日期;当汽车“抛锚”时, 不管该车是处于什么地方, 他都能够获得在线快速服务, 并通过移动网络, 让特约汽车维修厂能够随时知道他的汽车的运行和技术状况。

·汽车远程故障诊断系统的结构

图4为汽车远程故障诊断系统的结构示意图。其工作过程为:用户通过车载信息平台对汽车上的控制模块进行数据采集和状态监测后向远程诊断服务中心发出远程诊断请求;服务中心经权限检验后, 对用户请求做出响应, 启动相应功能模块, 开始诊断工作, 并借助网络与用户进行实时的信息交互传递。

·车载信息平台的远程诊断功能

车载信息平台的工作过程是:用户通过键盘向车载信息平台发出进行远程诊断的指令, 嵌入式处理器通过与车内其它功能模块的进行通信, 获得车内各系统的工作状态, 将这些数据存储在存储器中;然后再通过无线传输模块向远程故障诊断服务中心的请求诊断服务, 请求得到允许后, 车载信息平台将存储在存储器中的车辆工作状态数据和故障代码信息发送到远端的诊断服务器;诊断服务器收到数据后进行诊断分析, 将诊断结果返回, 车载信息平台将接收到的诊断结果进行显示, 从而达到诊断的目的。

·车载信息平台与远程故障诊断中心的通信

要实现远程诊断, 必须要有远程通信技术的支持才有实现的可能。由于汽车的位置是不确定的, 所以不可能通过有线的方式联接到Internet, 这样要进行远距离数据传输就需要依靠无线通信。常用的无线通信实现方式有:

·利用现有的通信网络 (GSM/GPRS、CDMA移动网等) 和相应的无线通信产品;

·通过无线收发设备, 如无线Modem、无线网桥等专门的无线局域网;

·利用收发集成芯片在监测站端实现电路板级与监控中心的无线通信。

参考文献

[1]向怀坤.车载导航系统关键技术研究[D].北京工业大学博士学位论文

[2]刘允才.共建导航信息平台发展动态导航[J].国际智能交通, 2004 (11) :p34

[3]王笑京.我国智能交通的发展现状与未来[J].中国计算机用户, 2002 (03)

[4]李建等.基于MC45的车载语音导航终端的硬件设计[J].汽车电子世界, 2005 (1)

[5]韩刚等.车载导航系统中顾及道路转向限制的弧段Dijkstra算法[J].测绘学报, 2002

[6]张欲奕等.车载导航仪中路径规划算法及其实现[J].计算机自动测量与控制, 2001

车载乘客信息系统研究 篇6

地铁车载乘客信息系统主要由列车广播系统(PA)、乘客信息显示系统(PIDS)、列车视频监控系统(TVSS)三个系统构成。控制中心可通过地铁车载乘客信息系统实现对列车广播、显示信息播放、车厢内监控等的控制。

2 各系统功能

列车广播系统主要功能是实现列车自动广播、司机对客室广播、司机与司机对讲、司机与乘客紧急对讲、控制中心对列车广播等功能。

列车广播系统由广播设备、应急对讲装置等组成,能够为乘客提供各种音频通讯功能,各种通讯模式的优先级可依据运营的需求对软件进行灵活设置。

乘客信息显示系统主要功能是实现列车运营信息自动显示、视频信息自动播放及在紧急情况下发布紧急信息并协助指导乘客有序疏散。

列车乘客信息显示系统(PIDS)是通过在列车客室内安装的LCD彩色图文显示器和LED车站地图显示屏,提供给乘客乘车时高质量的视频信息和必要的旅行换乘信息,包括路线信息、站点信息、运营服务信息、广告信息等。既可通过无线传输网络设备接收信息,经车载LCD控制器解码后,在本列车的所有LCD显示屏上实时播放,也可通过本地播放,使旅客能够在乘坐地铁时了解旅途信息。

列车视频监控系统主要功能为实现司机实时监视车厢内乘客情况、控制中心实时监视车厢内乘客情况、存储车厢内监视视频内容以供后续查询及紧急情况下让控制中心能及时监控到车厢内的状况并做出准确的应急处理措施。

列车视频监视系统(CCTV)通过安装在客室车厢顶部的摄像头和安装在司机室顶部摄像头,可以监控乘客在客室内的活动情况和记录司机室驾驶员的操作过程,并使司机能够通过安装在司机室中触摸式显示屏实时监视或录像回播客室内乘客的活动情况,或通过系统预留的以太网接口与车地无线传输网络对接上传视频图像到控制中心,使位于控制中心的调度管理人员能实时监视查看或录像回播列车中的视频图像信息。

3 车载系统间关联

车载乘客信息系统中的三个系统自成一体,通过列车车载交换机和车载总线实现各自功能,但某些具体功能则需要多个系统相互配合。为了使乘客能够有更好乘坐感受,数字语音报站广播与乘客信息显示系统(LED显示屏、LCD显示器)显示的列车运行信息要保持同步。

广播系统与乘客信息系统建立接口。为了实现同步报站,需要在广播系统同信息显示系统之间设计一条通讯连接,对两个系统的接口进行统一设计。当车载广播系统在到站触发进行数字语音报站时,广播系统将报站触发信号以及到站信息代码通过已定义好的接口发给乘客信息显示系统(LED显示屏、LCD显示器),收到触发和到站信息后,乘客信息显示系统将已储存在自身数据库中对应的到站信息提取出来并显示在LED、LCD显示器上。这样保证了信息的同步统一下发,既减少了出错的可能,同时也提高了乘客的乘坐舒适度。

广播系统与视频监控系统建立接口。为了应对紧急突发情况,在列车的每节车厢内设计了紧急报警装置,目的是在发生紧急情况时,乘客可以通过触发紧急报警装置来向司机报警并进行沟通。在与司机沟通时,司机往往是看不到客室内发生的情况的,手动触发监控画面也不能立刻定位到,无法对报警的真实性、严重程度作出快速判断,因此,就需要将客室内的监控视频实时调用给司机,使司机能够第一时间就能了解到客室内发生的事情,更好更及时地处理问题。在广播系统和视频监控系统之间设计一条通讯连接,统一设计接口。当有乘客触发了报警装置后,由广播系统将带有客室信息的触发信号通过已定义好的接口发给视频监控系统,视频监控系统对触发信息进行判断后,立即将视频切换到所报警客室的画面上。当有多个客室报警装置被触发时,则在司机室的视频查看屏幕上通过多分屏来显示,需要单独放大查看时,由司机点选具体画面即可放大,满足紧急事件处理的及时性要求。

4 列车总线系统

为实现车载PIS系统的各项功能,在车内搭建了一套完整的网络来承载所有信息的互联互通和及时传输,通过对网络方案进行比较,最终三个子系统采用总线形式来进行连接,其中包括列车广播音频总线、列车对讲音频总线、列车通信总线、列车以太网通信线。

广播音频总线:用于列车广播音频信号,如话筒音频信号、MP3数字报站音频信号、Radio无线音频信号等广播音频信号车辆间的传输。

对讲音频总线:用于司机室与司机室之间对讲音频信号、司机室与客室之间紧急报警音频信号的传输,实现列车对讲及紧急对讲功能。

以太网总线:用于列车CCTV视频监控图像视频流的数据传输,实现乘客信息LCD的显示和客室状态监视功能。

列车通信总线:用于列车通信信号控制,总线发送所有功能数据,包括广播、对讲、LED信息显示等信息;同时,它还收集PIS系统设备的状态,并通过与列车控制和管理系统(TCMS)的接口将相关信息报告发给TCMS。

5 结语

综上所述,车载乘客信息系统是一套依托有线或无线网络,采用独特的音、视频资讯播放技术、远程网络集中控制技术、先进的数字编解码和传输技术,软、硬件相结合的系统,以前瞻性、拓展性、先进性、实用性为设计思路,采用集中控制、统一管理的方式,将音、视频信号、图片和字幕等多媒体信息通过网络平台传输到显示终端以高质量的信号播放显示。可实现全系统联网、统一管理全系统所有的信息播放显示终端。系统采用网络化管理,信息实时更新、多媒体播放、分布式传播,充分实现了资讯发布、业务推广、品牌宣传、娱乐体验、广告运营等应用价值,成为现代社会IT技术与信息发布完美结合的全新运营平台。

参考文献

[1]魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术[M].北京:电子工业出版社,2004.

[2]深圳市地铁有限公司.深圳地铁一期工程建设与管理实践[M].深圳:人民交通出版社,2007.

[3]欧阳东.数字安防监控系统设计及安装图集[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

车载信息娱乐系统设计研究 篇7

1 Android简介

Android是一种基于linux的自由及开放源代码操作系统, 主要使用于移动设备, 如智能手机和平板电脑, 由Google公司和开放手机联盟领导及开发[1]。

车载产品, 要求稳定, 快速反应, OEM要求完全的系统掌控力, 而Android是开源的系统, 即使是官方发布, 也不能保证系统足够稳定。而Android系统的吸引力确实强大, 虽然原生Android并不适用车载电子, 但花些功夫, 经过深度定制开发的Android, 即保留了其优点, 由可以满足车载电子的特性要求。因此Android重新走进了OEM的视线。

博泰2015年CES上带来的一款全新的基于安卓系统专门针对车机深度开发而来的i Voka OS车载操作系统, 其兼具了手机与车机操作系统的优点于一身。2015年3月就将正式推向消费市场, 同时覆盖前装和后装领域, 最早4月就将在新款的上汽和吉利等车型上看到OEM量产车上市。[2]这一信息也充分说明Android平台在车载领域的应用还是大有前景。

2 Android系统的IVI系统架构

基于Android的平台, 可以更好地进行模块化设计, 模块设计的优点在于可以任意组合, 对于缩短产品开发周期有很大优势, 而由本文介绍基于Android的IVI系统具有以下基本功能模块: (1) 传统车载功能, 收音机, CD, USB; (2) APP下载; (3) 3G/4G通信模块/wifi模块。

除以上功能模块外, 还可以增加VR语音识别功能块, 本地导航模块等功能。对于传统功能块, 保留现有设计方式:FM AM Tuner, 集成AMP设计, 而对于APP下载, 可以设计成开放式的, 也可以设计成OEM厂家定制式;开放式的设计就如同一个智能手机装到了汽车上, 其优点是允许用户自由安装APP市场上的APP, 和用户使用智能手机的习惯很接近, 更容易被消费者接受, 缺点如果允许用户自动下载, 对于硬件可存储空间要求就比较高, 至少要达到和手机类似的16G空间, 才能有较好的用户体验。而OEM定制式, 用户使用的APP就需要OEM提供, 而APP开发和维护成本就需要由用户买单。而通信模块也是这个架构的核心, 是实现联网下载的关键环节, 没有这个模块, 这个系统和原来的封闭式的IVI系统就没有差别;通信方式选择上, 可以选择内置3G/4G通信模块的方式, 也可以通过内置wifi模块, 利用智能手的wifi热点, 通过智能手机实现通信功能。

基于Android的车载信息娱乐系统的架构大致如下:其分为底层驱动、Android API库、Android架构、车载IVI系统架构、应用层、图形用户界面。

行业内的第三方方案设计公司或车载信息娱乐系统的主机开发商都可以根据车厂的定制需求设计可行的方案, 目前TI及freescal多款信息娱乐系统的集成芯片具备较为强大的媒体处理能力, 软件+硬件的匹配设计, 将整套的设计方案优势最大化。

3 Android系统架构的车载信息娱乐系统优势及缺点

3.1 优势

(1) 图形用户界面的处理能力强;利用这一平台可以轻松地将智能手机拥有的一系列功能在车载机上实现, 同时由于目前国内用户对智能手机使用习惯已经适应, 因此用户对这类车载机更容易接受。其另一优势在于它可以允许用户进行更多的个性化设置, 如不同风格的壁纸设定等。 (2) 可实现APP自由下载安装;由于采用了Android平台, 它具备向智能手机一样的功能, 允许用户去自由从Android市场下载和使用APP。这一功能特性使得车载机更接近于智能手机, 也许两者的界限越来越模糊也是车载信息娱乐系统的一个发展趋势。 (3) 免费的市场APP资源及内容, 可实现APP的自由下载安装, 意味着手机拥有的各种各样的APP资源, 车载机也可以利用, 车厂和车载信息娱乐系统开发商都不需要特别的去维护APP, 市场有什么资源, 用户就可以使用什么资源, 相当于可以免费使用市面上各种APP资源。对于大多数的终端用户来说, 由于自己并不需要向自己使用的这些APP资源直接付费, 因此这样的方式也更受欢迎, 更容易被接纳。

3.2 缺点

APP可自由下载安装, 这一点即是其优点, 也有其缺点, 其缺点在于于安全性, 这里的安全性既有开车时的人身安全性方面也有信息的安全性方面。车载信息娱乐系统有他自身的使用场景限制, 车载也就限定了他的使用场景多数是在开车时, 因此车载信息娱乐系统的价值应该在与用户开车时的信息互动及提供娱乐, 开车时的安全性必须要考虑, 如绚丽动感的图形界面的设计可能会吸引司机视线引起事故;而信息安全是指, 在现在这样一个网络时代, 人们的很多生活行为, 如购物, 电话充值, 等全部可以发生在网络上, 而我们这个基于Android开放式平台开发的系统存在被恶意攻击的可能性, 因此这样平台上的信息娱乐系统开发时需要考虑一定的安全措施。如系统与车辆系统独立, 或者禁止用户随意下载安装市场上的第三方APP。

4 结束语

2014, 2015年度汽车行业的关键字莫过于时下最热门的车联网, 物联网概念, 汽车行业正在酝酿着一场变革。从国内的互联网巨头百度, 阿里, 腾讯各自积极构建车联网战略, 再到国际上的APPle推出针对车辆上使用的Carplay技术, Google正在开发测试中的Android Auto都说明了汽车市场的巨大发展潜力和空间;而各大车企等虽然没有IT行业的互联网优势, 但他们也都在积极寻找自己的未来出路, 基于Android系统的车载信息娱乐系统在车联网的大浪潮下要想生存下去还需要有更优化的架构和可扩展性。

Android平台的IVI系统市面上在售的机型已经有很多了, 但大多还没有形成自己的特色或者标签, 针对这一课题文章虽然也没有给出一个具体的解决方案, 但是这一平台的IVI系统的优缺点及未来发展趋势却是值得我们思考的。

参考文献

[1]百度百科.

车载无线数字通信系统设计 篇8

1 系统设计

根据车载无线数字通信系统所要实现的功能, 本设计以STM32F103微处理器作为系统核心, 并且扩充液晶显示器、触摸屏、键盘、无线对讲模块、RDA5820电台模块、GPS模块、GSM模块等接口电路。系统具体实现功能有车载对讲、FM电台、车载电话、短信收发、全球定位。车载通信系统通过液晶触摸屏以及键盘进行简单的人机交互, 键盘或触摸屏用于选择工作模式, 而液晶屏则可以显示车载通信的内容和实时定位的数据信息。整个系统具有功耗低、集成度高、稳定性好等特点。因此, 在硬件的选型上要以高效、稳定、性价比高为出发点。系统组成框图1所示, 车载无线数字通信系统节点硬件结构框图2所示。

2 无线对讲模块

为了提高对讲距离以及可靠性, 本系统采用了深圳市尚瑞思电子有限公司研发的一款无线语音对讲及数传模块S R-F R S-1W350。该模块性价比极高, 内置高性能射频收发芯片BK4811、微控制器及射频功放。BK4811是一个时分双工的FM无线收发器, 工作频率为127MHz~525MHz。该收发器单片集成了高性能的频率综合器、模数转换器、数模转换器, 并具备先进的数字信号处理能力。该模块提供AT指令接口, 通过这些指令可以对模块进行通讯和控制。外控制器STM32F103可以通过标准的异步串行接口 (RS232) 通讯来设置模块工作参数并控制整个模块的收发。

2.1 FM电台模块

本模块选择由RDA Microelectronics公司研发的RDA5820高集成度的立体声FM收发芯片, 不仅完美地完成电台功能, 而且还可以接收FM广播, 集成度高, 低功耗, 尺寸小。该部分采用以STM32F103为核心的控制器, 通过自带的IIC总线, 编程写控制字实现了RDA5820模块的电台功能 (收发模式的选择, 频率的设置等) 。结合外围电路按键以及显示, 信号放大, 音频的输入输出等。组成简易且性能稳定的FM电台系统。

2.2 GSM模块与GPS模块

为了提高GS M模块的品质, 本系统采用了S IMC OM公司SIM900A模块方案。SIM900A模块支持TTL标准的串口通讯标准, 非常方便地使用STM32F103微处理器来控制, 通过串口向模块发送AT指令就可以实现。AT指令包括一般性AT指令、SIM卡相关指令、网络注册指令、语音功能指令、短信操作应用指令、TCP/IP应用指令、ppp拨号指令、MMS指令、FTP&HTTP等指令。

2.3 软件设计

按照本系统的总体设计方案, 软件设计主要分为两大部分:车载通信系统各子模块软件设计和系统总体软件设计。各子模块的软件功能分别是无线对讲、FM电台、车载电话、短信以及实时定位。车载系统的总体软件应该具备车辆行进过程中的即时通信以及实时定位功能。

3 结语

本文从无线数字通信特点出发, 结合工程实际中环境对通信系统硬件电路设计和软件设计的影响, 介绍了一种车载数字通信系统的设计方法。实际测试结果表明:该系统性能稳定、工作可靠、功能强大, 基本可以解决车载通信的问题。

参考文献

[1]王琪, 李茂富, 等.通信原理[M].电子工业出版社, 2011.

[2]宋宇飞, 沈卫康, 宋红梅.数字信号处理[M].清华大学出版社, 2011.

[3]曹雪虹, 张宗橙.信息论与编码[M].清华大学出版社, 2009.

[4]谭浩强.C语言程序设计 (第四版) [M].清华大学出版社, 2012.