基于AptinaASX340的倒车影像系统设计与实现

基于AptinaASX340的倒车影像系统设计与实现

佟泊萱

佟泊萱①②TONGBo-xuan；梅炜炜②MEIWei-wei；刘志健①LIUZhi-jian

（①合肥工业大学，合肥230001；②合肥晟泰克汽车电子有限公司，合肥230001）

（①HefeiUniversityofTechnology，Hefei230001，China；②HefeiSOFTECAuto-ElectronicCo.，Ltd.，Hefei230001，China）

摘要：为了避免倒车过程中因视觉盲区可能出现的安全隐患问题[1][2]，文章采用飞思卡尔单片机做主机，Aptina图像传感器ASX340[3]做从机，利用ASX340内部的OVERLAY位图叠加系统，设计了一种能够将倒车过程中实时的车辆尾部的影像，距离障碍物的安全距离，倒车轨迹路径等信息提供驾驶员倒车影像系统[9][10]。使用HYRes3_1、Imatest软件[4]测量了影像图像质量的主要因素。测量结果表明成像质量能够满足目前车厂的要求。

Abstract:Inordertoavoidsafetyhazardsduringtheprocessofreversingcausedbyvisualblindspot,thispaperpresentsareversingvideosystembasedonFreescalemicrocontrollerasthehost,Aptinaimagesensorastheslave.ByusingOVERLAYsystemsinsideASX340,thesystemputstheoverlaybitmapinformationtotheoutputvideodisplayincarDVD,providestheinformationofreal-timecarrearimage,safetydistancetoobstaclesandreversingtrajectorypathtodrivers.UseHYRes3_1,Imatestimagingsoftwaretomeasurethemainfactorinimagequality.Measurementresultsshowthattheimagequalitymeettherequirementsofthecurrentdepot.

关键词：倒车影像系统；图像传感器；OVERLAY；倒车轨迹；Imatest

Keywords:reversingvideosystem；imagesensor；OVERLAY；reversingtrajectorypath；Imatest

中图分类号：U471文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）14-0027-03

引言

随着越来越多的电子信息技术如倒车雷达、倒车影像等系统应用到汽车上，驾驶员可以更轻松地停放自己的车辆。其中，一种能够实时的将车辆尾部的影像，距离障碍物的安全距离，倒车轨迹路径等信息提供驾驶员的系统近年来受到人车厂和驾驶员的高度重视。本文设计了可实现上述功能的倒车影像系统：以飞思卡尔的MCU为主机，接收CAN总线上的倒档信号和计算转角信号，发送指令到传感器进行图像采集。与此同时，传感器自动从FLASH中调取相关辅助线图片，并与采集到的视频一同显示在车载DVD上。

1系统硬件结构

本系统是采用图像传感器的“HOST+FLASH”的框架结构来进行设计的，包含的硬件模块有：图像采集模块、主机控制模块、电源模块。原理框图如图1所示。

当驾驶员挂R挡时，主机控制模块需要接收CAN总线上的转角信号，同时确定转角信号的方向，角度大小，根据相应“规范”转换成对应的图片索引ID，并发送相应的指令到ASX340，实现OVERLAY功能[3]。电源模块用来给系统各模块提供可靠供电，采用高效的DC-DC电源设计方案，考虑到摄像头体积的过小和散热问题，采用多级转换模式。

1.1图像采集模块图像传感器采用Aptina公司专为车载摄像头系统设计的1/4彩色CMOS数字图像SOC芯片ASX340，具有功耗低、性能稳定、低照度下感光性好等特点。其内部集成了ISP系统，能够实现自动曝光，自动白平衡，自动增益，伽马矫正，锐度调节，光学中心矫正等功能。是目前车载摄像头中性能最可靠的图像传感器[3]，驱动电路如图2所示。

ASX340需要的电压是2.8V和1.8V，DAC_POS为图像复合输出端口。当输出为模拟信号时，DOUT_LSB0引脚的电平状态决定了输出的视频格式，低电平时，输出信号为NTSC制式，高电平时，为PAL制式。芯片的SPI接口用于和外部FLASH进行通信，IIC接口用于和MCU进行通信，SADDR为器件ID选择端口。

1.2主机控制模块采用的MCU芯片型号为飞思卡尔的MC9S08DZ16[5]，具有抗干扰能力强，功耗低，价格低等特点。工作温度为-40℃~125℃，属汽车级芯片，其内部集成了各种通信接口，如本系统中使用的IIC总线，CAN总线。其电路图如图3所示。

1.3CAN收发器接口电路TJAl040收发器提供了CAN控制器与物理总线之间的接口以及对CAN总线的差动发送和接收功能，如图4所示。

2软件设计

2.1轨迹线功能实现基础

ASX340图像传感器支持“OVERLAY”功能，其原理结构图为图5所示。

DMA/CPU先将预存在FLASH[7]中的原始图像数据调取出来，存储到内部五个缓存中的任意一个中，图像数据的显示是按层显示的，有四个动态显示层，能够实现多达4幅图像的同时叠加[6]。因此用户可以通过给FLASH加载预呈现帧来实现动态场景。

ASX340支持一种高电平命令控制-主命令接口[8]，主机对ASX340通过IIC总线接口控制overlay功能，为了支持主命令同步，ASX340子系统支持一个带“门铃”的主命令寄存器，“门铃”用来中断嵌入式微处理器，这样能够做到发布主机命令后，系统固件能够立即执行。

2.2轨迹线功能程序设计轨迹线功能主要用于实时显示当前倒车状态的运行轨迹，当驾驶员挂倒挡信号时，主机控制模块首先对系统进行初始化，再获取CAN总线发送过来的转角信号，判断转角信号的方向和大小，将转角信号按相应规范计算得出与该角度对应的、预存在FLASH中的图片索引ID，再写相应的指令到图像传感器ASX340，ASX340会自动将对应的图片从FLASH中读出，通过OVERLAY功能，和视频信号进行混合，输出到DVD显示屏上。其软件流程图如图6所示（以右转为例）。

3成像质量评测

目前车载摄像头行业没有统一的标准，基本通过目视的“直接观察”来评定成像质量。为此在设计本系统时，通过测试对比市场上多家摄像头产品，制定了如下标准。该标准已得到国内某些自主品牌车厂的认可。该标准中部分内容见表1。

3.1分辨率测试摄像头的分辨率是指摄像头解析图像的能力，本系统采用业界最具权威的ISO12233标准卡和解像力检测软件HYRes3_1，HYRes3_1是CIPA日本相机工业协会制订的检测标准。测试结果如图7所示。结果为359线对，满足要求。

3.2色彩还原测试该测试主要评定摄像是否能将所拍摄物体的颜色进行真实的再现。本系统在6500K标准光源条件下，通过GretagMacbethColorcheck和Imatest来进行测量[4]。测量结果如图8所示。

图8中CIELAB的a*b*平面上可显示出颜色误差（测量值和理想值之间的差别）。正方形是理想值；圆圈是测量值。饱和度与单个颜色的色度有关，而单个颜色的色度与测试值与理想值之间的距离相关。距离越大，颜色误差越大。

从图8框中区域可得出，饱和度（saturation）为103.9%；?驻C平均值为8.44；?驻E平均值为11。结果满足要求。

3.3白平衡测试白平衡的基本概念是“不管在任何光源下，都能将白色物体还原为白色”白平衡测试要在D65光源，TL84光源、A光源三种光源条件下进行。本文只列举D65光源下，通过GretagMacbethColorcheck和Imatest来进行测量的结果。如图9所示。

图9中HSVSaturation(S)中各值均小于0.2，满足要求。

3.4信噪比测试本系统在6500K标准光源条件下，通过GretagMacbethColorcheck和Imatest来进行测量。测量结果如图10所示。

图10中矩形框区域的数值大于35dB。满足要求。

4总结

文章介绍了基于AptinaASX340的倒车影像系统的设计方法，图像质量的评测方法和标准。该系统利用AptinaASX340本身自带的OVERLAY功能，使得系统设计简单，可靠性高，降低了设计成本。该系统已成功应用于多款自主品牌车型，其最终效果图如图11所示。

参考文献：

[1]陈烁华,冯桑.倒车辅助系统的技术发展[J].城市车辆，2009：36-38.

[2]操虹，卢荣胜，马程.基于ARM9的多路视频采集系统设计[J].现代显示，2009,100：42-45.

[3]MT9V129Datasheet[EB/OL].2007.www.aptina.com.

[4]ImatestDocumentation[EB/OL].2009.www.imatest.com.

[5]MC9S08DZ16Datasheet[EB/OL].2010.www.freescale.com.

[6]李富红，程永强，王丽辉.基于CMOS图像传感器MT9V136的OSD设计[J].[2010-07-19].中国科技论文在线，http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201007-341.

[7]MT9V126SPIFlashContentsEncodingSpecificationDatasheet[S][EB/OL].2008.www.aptina.com.

[8]ASX340ATHostCommandInterfaceSpecificationDatasheet[S][EB/OL].2011.www.aptina.com.

[9]李富红.高清贝尔图像实时采集系统[D].太原：太原理工大学,2009.

[10]张永亮.智能可是倒车系统设计[D].武汉：武汉科技大学，2008.