摘要：在智能駕駛技術(shù)快速發(fā)展的背景下，汽車360°全景影像系統(tǒng)作為關(guān)鍵感知技術(shù)，正深刻改變駕駛體驗(yàn)并提升行車安全性。該系統(tǒng)能在倒車、窄路行駛等輔助駕駛場(chǎng)景中為駕駛員提供精準(zhǔn)的視覺支持，有效降低事故風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)為自動(dòng)泊車、自適應(yīng)巡航等智能駕駛功能提供環(huán)境感知數(shù)據(jù)。探討了汽車360°全景影像系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景及攝像頭布置原則，分析了當(dāng)前技術(shù)局限，并展望了未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，旨在為汽車行業(yè)工程師提供有價(jià)值的參考。
0 引言
汽車行業(yè)正處于從傳統(tǒng)機(jī)械制造向智能出行深度轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，智能化已成為驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革的核心引擎[1]。先進(jìn)的傳感器技術(shù)無(wú)疑是汽車精準(zhǔn)洞察周邊環(huán)境的基石，汽車360°全景影像系統(tǒng)以其卓越的性能，在提升駕駛安全性、改善駕駛體驗(yàn)等方面發(fā)揮了重要作用，已成為汽車智能化技術(shù)架構(gòu)的關(guān)鍵組成部分[2]。
早期，汽車駕駛輔助手段較為單一，像倒車?yán)走_(dá)這類基礎(chǔ)設(shè)備僅能提供有限的距離警示，難以讓駕駛員直觀掌握車輛周邊復(fù)雜的環(huán)境狀況。但隨著道路交通環(huán)境日益復(fù)雜，駕駛員對(duì)全方位感知車輛周邊狀況的需求愈加迫切，汽車360°全景影像系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生了[3]。自誕生以來(lái)，汽車360°全景影像技術(shù)始終處于快速迭代的進(jìn)程中，最初僅應(yīng)用于高端豪華車型，而后逐漸推廣普及至中低端汽車市場(chǎng)，市場(chǎng)普及度不斷提升。當(dāng)前，全球眾多新款車型已將360°全景影像系統(tǒng)列為標(biāo)準(zhǔn)或可選配置，足見其重要性。深入探究汽車360°全景影像系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展，對(duì)加速汽車行業(yè)技術(shù)革新、全面提升道路交通安全水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[4]。
1 應(yīng)用場(chǎng)景
1.1 倒車
在日常駕駛中，倒車入庫(kù)與側(cè)方停車的操作難度較高，對(duì)新手司機(jī)來(lái)說(shuō)尤其具有挑戰(zhàn)性。汽車360°全景影像系統(tǒng)在倒車時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯。當(dāng)駕駛員掛入倒擋時(shí)，該系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，中控顯示屏隨即顯示車輛四周（包括后方、兩側(cè)及部分前方區(qū)域） 的全景影像。影像中通常會(huì)疊加動(dòng)態(tài)倒車輔助線，這些輔助線是基于當(dāng)前方向盤轉(zhuǎn)角、車速等參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算生成的，能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)車輛的倒車軌跡。
1.2 輔助行駛
在狹窄街道或鄉(xiāng)村道路行駛時(shí)，駕駛員往往難以準(zhǔn)確判斷車身兩側(cè)與路邊障礙物、行人的間距，稍有不慎便可能發(fā)生刮擦。此時(shí)，汽車360°全景影像系統(tǒng)可為駕駛員提供鳥瞰視角，清晰地呈現(xiàn)車輛周邊的道路邊界及樹木、石墩等障礙物，以幫助駕駛員精準(zhǔn)判斷車輛位置和行駛軌跡。
1.3 自動(dòng)泊車
自動(dòng)泊車是智能駕駛的重要功能之一。車輛通過(guò)攝像頭采集環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合超聲波雷達(dá)等多傳感器反饋的信息，實(shí)時(shí)計(jì)算最優(yōu)泊車路徑并自動(dòng)完成泊車操作。泊車過(guò)程中，360°全景影像系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測(cè)車輛位移和姿態(tài)變化，并將這些信息實(shí)時(shí)回傳給控制系統(tǒng)，從而保證車輛沿規(guī)劃路徑平穩(wěn)入位。
2 攝像頭布置
汽車360°全景影像系統(tǒng)通常包含1 個(gè)前視攝像頭（圖1a）、2個(gè)側(cè)視攝像頭（圖1b）、1個(gè)后視攝像頭（圖1c）。前視攝像頭通常布置在車輛前保險(xiǎn)杠、前格柵或車標(biāo)的下方，這些位置能確保攝像頭清晰地捕獲車輛前方的畫面，幫助駕駛員及時(shí)發(fā)現(xiàn)前方行人、障礙物及交通標(biāo)志；后視攝像頭通常布置在車牌燈支架、后備廂拉手或后保險(xiǎn)杠的位置，其主要功能是在倒車時(shí)提供后方視野，有效降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)；側(cè)視攝像頭通常布置在左右外后視鏡處，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛側(cè)方盲區(qū)，有效降低變道或泊車過(guò)程中的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。4個(gè)攝像頭協(xié)同工作，360°無(wú)死角監(jiān)控車輛周圍環(huán)境，并無(wú)縫拼接出全景環(huán)視影像。
不同車型的360°全景影像系統(tǒng)攝像頭可能布置在不同的位置，具體布局取決于設(shè)備供應(yīng)商的要求，但通常有一個(gè)參考范圍。
前視攝像頭的布置要求如圖2所示。360°全景影像系統(tǒng)通常設(shè)有仿真包絡(luò)，仿真包絡(luò)的幾何形態(tài)呈輻射狀錐形曲面。圖2a中的1號(hào)線和4號(hào)線為前視攝像頭仿真包絡(luò)的外邊緣線，界定了前視攝像頭的探測(cè)范圍；2號(hào)線表示前視攝像頭的光軸，即中心發(fā)射線；3號(hào)線為前視攝像頭的中心點(diǎn)與車頭最前端的連線，用來(lái)判斷盲區(qū)距離。
下面是前視攝像頭的布置參數(shù)。
（1） 前視攝像頭的離地高度H 通常為600～1 200 mm。由于車身結(jié)構(gòu)差異，運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（sport utility vehicle,SUV） 的前視攝像頭安裝高度一般比轎車更高。
（2） 前視攝像頭光軸與地面的夾角α通常為25°～35°。
（3） 前視攝像頭的盲區(qū)距離L 通?？刂圃凇?00 mm范圍內(nèi)。盲區(qū)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致駕駛員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)行人或障礙物，存在很大的安全隱患。
（4） 前視攝像頭中心點(diǎn)到Y(jié)0面（即車輛中心縱向平面） 的距離D 為0～50 mm。前視攝像頭通常居中布置，允許的最大橫向偏移量為±50 mm。
（5） 前視攝像頭3 m遠(yuǎn)處照射高度Q≥5 000 mm，即1號(hào)線在水平距離3 m處的離地高度不低于5 000 mm。
（6） 前視攝像頭光軸與Y0面的夾角δ 通?？刂圃?°～2°范圍內(nèi)。
（7） 車身占比（即圖2a中β 角與λ 角的比值） 要求在5%～15%范圍內(nèi)。車身占比越大，車身在中控顯示屏中的顯示比例就越高，造成畫面內(nèi)容重點(diǎn)失衡，使得駕駛員的視覺焦點(diǎn)過(guò)度集中于車身而非車輛周邊環(huán)境，從而影響駕駛員對(duì)周邊環(huán)境的判斷。
上述參數(shù)僅用于參考。側(cè)視和后視攝像頭的布置參數(shù)雖與前視攝像頭存在差異，但布置原則基本一致。具體實(shí)施時(shí)需結(jié)合實(shí)車結(jié)構(gòu)及雷達(dá)供應(yīng)商的技術(shù)方案進(jìn)行綜合判定。
布置360°全景影像系統(tǒng)攝像頭時(shí)還需注意如下事項(xiàng)。
（1） 攝像頭的位置不能過(guò)低，否則泥水會(huì)沖濺鏡頭表面，導(dǎo)致鏡頭模糊。
（2） 布置前需檢查攝像頭的密封圈是否完整，避免水汽和灰塵進(jìn)入。
（3） 根據(jù)法規(guī)要求，后牌照板的可視范圍為，以號(hào)牌上邊緣為基準(zhǔn)與水平面成15°仰角的向上延伸平面到號(hào)牌下邊緣水平面之間的區(qū)域。后視攝像頭通常布置在后牌照板附近，因此必須嚴(yán)格校核其布置位置是否侵入后牌照板的上可視范圍。
（4） 依據(jù)最新標(biāo)準(zhǔn)GB 17354—2024《乘用車前后端保護(hù)裝置》的要求，車輛傳感器及攝像頭在低速碰撞實(shí)驗(yàn)后不得脫落或損壞，必須保持結(jié)構(gòu)完整和功能正常。為此，攝像頭在Z 向布置時(shí)需與防撞梁保持安全間距。
（5） 攝像頭的布置位置需與排氣管等高溫部件保持安全間距，以避免熱輻射導(dǎo)致攝像頭性能衰減或壽命縮短。
3 面臨的挑戰(zhàn)
（1） 汽車360°全景影像系統(tǒng)的圖像畫質(zhì)與攝像頭的硬件性能緊密相關(guān)。目前，市面上汽車360°全景影像系統(tǒng)攝像頭的主流分辨率通常不超過(guò)1080p （1920 pixel×1080 pixel）。而在復(fù)雜工況下（如遠(yuǎn)距離微小障礙物識(shí)別、低照度環(huán)境細(xì)節(jié)解析），低分辨率的圖像難以提供清晰、翔實(shí)的信息。
（2） 汽車360°全景影像系統(tǒng)對(duì)光線敏感，且在特殊環(huán)境下成像效果不佳。復(fù)雜多變的道路環(huán)境及差異顯著的光照條件讓360°全景影像系統(tǒng)的成像質(zhì)量面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。當(dāng)遭遇強(qiáng)光干擾（如正午陽(yáng)光直射或?qū)ο蜍囕v遠(yuǎn)光燈照射） 時(shí)，攝像頭極易出現(xiàn)光學(xué)眩光現(xiàn)象，致使圖像局部區(qū)域過(guò)曝，大量細(xì)節(jié)信息丟失，嚴(yán)重影響駕駛員對(duì)周邊環(huán)境的感知。在逆光條件下，車輛前方或側(cè)面的物體常因光線不足而難以清晰辨識(shí)，其輪廓和位置也難以準(zhǔn)確判斷。在夜晚、隧道等低光照環(huán)境下，攝像頭需提高感光度以獲取周圍環(huán)境的圖像，但這會(huì)不可避免地產(chǎn)生大量噪點(diǎn)，顯著降低圖像清晰度。
4 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
汽車360°全景影像系統(tǒng)未來(lái)將朝著高分辨率方向發(fā)展。隨著芯片制造技術(shù)和光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高分辨率攝像頭將大規(guī)模應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。例如，部分高端車型已開始嘗試搭載4K 超高清全景攝像頭。相比于傳統(tǒng)的1080p攝像頭，4K攝像頭能提供更豐富的細(xì)節(jié)信息，在遠(yuǎn)距離識(shí)別、復(fù)雜場(chǎng)景監(jiān)測(cè)等方面表現(xiàn)更出色。高分辨率攝像頭能更清晰地捕捉車輛周圍物體的輪廓、紋理和標(biāo)識(shí)，幫助駕駛員更準(zhǔn)確地判斷距離與位置關(guān)系，為輔助駕駛和智能駕駛功能提供更精準(zhǔn)的環(huán)境感知數(shù)據(jù)。
先進(jìn)的圖像處理器是提升汽車360°全景影像系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。未來(lái)，汽車將搭載具有更強(qiáng)算力和更高效算法的圖像處理器，這些新型處理器能快速處理多個(gè)高分辨率攝像頭傳輸?shù)暮Ａ繄D像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更快速、更準(zhǔn)確的圖像拼接、畸變校正和多源融合。例如，基于人工智能技術(shù)的圖像處理器能利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和優(yōu)化，自動(dòng)識(shí)別并增強(qiáng)關(guān)鍵信息，抑制噪點(diǎn)和干擾，在不同光線條件下生成清晰、高質(zhì)量的全景圖像。
5 總結(jié)
汽車360°全景影像系統(tǒng)最初只是用于解決倒車難題的輔助工具，而今已發(fā)展成為輔助駕駛和智能駕駛技術(shù)的關(guān)鍵組成部分。然而，該系統(tǒng)因受硬件條件制約，在圖像畫質(zhì)及復(fù)雜光線環(huán)境適應(yīng)性等方面仍有欠缺。未來(lái)，可通過(guò)搭載高分辨率攝像頭及采用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)來(lái)提升360°全景影像系統(tǒng)的圖像畫質(zhì)和處理效率。
本文主要研究了360°全景影像系統(tǒng)攝像頭的布置原則。對(duì)于攝像頭的位置需結(jié)合具體車型特征及攝像頭性能進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，文中提及的參數(shù)僅供參考。期望本文能為汽車行業(yè)工程師提供有價(jià)值的參考。
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