Una tecnica alternativa per il rilevamento degli ostacoli

CAR INFOTAINMENT –

Un sistema di proiezione 3D sviluppato da Fujitsu per migliorare la visione panoramica consente di scegliere tra vari punti di vista intorno al veicolo.

I dispositivi di sicurezza dei veicoli sono nettamente migliorati negli ultimi anni. Tra gli optional figurano spesso sistemi di assistenza al parcheggio che utilizzano ultrasuoni o telecamere. Di solito questi sistemi, dotati di una o due telecamere, sono collegati alla head unit e fungono soprattutto da semplice ausilio per il parcheggio. Il tratto di retromarcia è proiettato sull’immagine della telecamera e indica la direzione di movimento. Altri sistemi dotati di due telecamere nel paraurti anteriore possono anche mostrare ostacoli nascosti sul display centrale. Il livello di espansione successivo prevede quattro telecamere parallele che forniscono una visuale “a volo d’uccello” dell’ambiente che circonda il veicolo. Questi sistemi sono semplicemente un ‘qualcosa in più’ rispetto al consueto sguardo dietro le spalle e sono progettati per affrontare solo una determinata situazione di guida. Il sistema sviluppato da Fujitsu, invece, consente di utilizzare le singole funzioni in varie combinazioni e di visualizzare, a seconda della situazione, tutte le funzioni della telecamera in un sistema integrato.

Visione panoramica “a volo d’uccello”
Nei sistemi a telecamera con visione panoramica l’immagine generale viene creata sulla base di quattro immagini singole. In genere le telecamere sono installate nei paraurti anteriore e posteriore e negli specchietti laterali. Le informazioni provenienti da queste immagini singole possono essere visualizzate sotto forma di visuale “a volo d’uccello”. Dato che ogni telecamera ha un campo visivo maggiore di 180°, le singole immagini si sovrappongono e possono essere fuse in un’unica immagine. L’immagine composta può diventare tridimensionale con trasformazione della proiezione usando una matrice omografica o, in alternativa, un’ulteriore elaborazione della proiezione. Con entrambi i metodi vengono usate superfici piane per la proiezione. L’ambiente che circonda l’auto può essere facilmente visualizzato grazie a questi metodi di elaborazione delle immagini, ma le zone più lontane appaiono distorte e sfocate, a seconda della distanza. Questo problema è dovuto al piano di proiezione piatto selezionato. Gli oggetti più lontani appaiono su una zona più grande del sensore della telecamera e risultano sfocati. Inoltre, non potendo modificare il punto di vista, la visualizzazione dell’ambiente che circonda il veicolo è limitata a 2-3 metri. Anche usando la visuale da sopra per fare retromarcia, serve comunque l’immagine della telecamera posteriore corretta. Questo va visualizzato contemporaneamente con la visuale “a volo d’uccello”. Con tante immagini singole sul display è molto difficile capire che rapporto hanno tra loro e quale sia la situazione reale. Per questo gli attuali sistemi offrono al conducente un aiuto limitato.

Proiezione ambientale 3D
con un sistema dotato di più telecamere

Fujitsu ha creato una nuova tecnica che va ad aggiungersi alle tecnologie di proiezione esistenti. Con la proiezione 3D dell’ambiente le singole immagini vengono proiettate su un oggetto curvo tridimensionale. Il numero e la posizione delle telecamere rispecchiano l’attuale sistema con visuale “a volo d’uccello”. Questo metodo consente di selezionare una vista panoramica da vari punti di vista e di modificare gradualmente il campo visivo. Questo tipo di visualizzazione, per la quale occorrono diverse fasi, è basata sul calcolo dell’oggetto curvo per la proiezione che è costituito da un modello a griglia formato da tanti poligoni. Successivamente con la griglia si calcolano le coordinate della texture e si applicano le texture delle immagini. A questo punto è possibile generare in tempo reale singoli punti di vista in modo semplice e flessibile mediante ricalcolo. Con questo metodo anche gli oggetti che si trovano a una certa distanza dal veicolo risultano visibili, con conseguente eliminazione dei punti ciechi. Lo sviluppo può essere suddiviso in diverse fasi. Prima si misurano i parametri dell’obiettivo e si determinano le posizioni relative delle immagini delle telecamere. Quindi, con uno speciale software, si generano l’oggetto in proiezione 3D e il modello a poligoni. La fase di sviluppo successiva, e finale, consiste nel determinare la proiezione dell’immagine sulla griglia calcolata. Il codice di programma viene caricato nel sistema target che riproduce continuamente l’immagine insieme al modello dell’auto. La sfida più grande è stata trovare la forma ideale di proiezione e trasferirla nel sistema in tempo reale del veicolo.

Più sicurezza con una visuale regolabile
Il punto di vista flessibile consente al conducente di vedere l’ambiente che circonda l’auto da prospettive diverse. Ad esempio, può scegliere la visuale “a volo d’uccello” o una visuale da un punto qualsiasi del veicolo. Nella prima versione, il punto di vista può essere spostato su coordinate predefinite del modello a griglia 3D. Il passaggio da una punto di vista all’altro è interpolato. Durante questo processo tutta l’immagine viene ricalcolata continuamente, dando un’impressione di movimento. Questa transizione in tempo reale favorisce l’orientamento. Usando anche il modello dell’auto è più facile valutare prospettive e proporzioni. Oltre al calcolo del modello a griglia, alla compensazione della distorsione dell’obiettivo e alla relativa combinazione continua delle immagini, una delle più grandi sfide del progetto consisteva nel ridurre al minimo i tempi di latenza. Questo è l’unico modo per individuare immediatamente zone pericolose o ostacoli, il che significa che il sistema garantisce un netto miglioramento in termini di sicurezza.

La prima generazione già in produzione
Il sistema di produzione disponibile nel mercato giapponese è stato creato in Giappone dal Gruppo Fujitsu. In questo sistema quattro telecamere Ntsc sono integrate negli specchietti anteriori, posteriori e nei due specchietti esterni. I flussi di immagini vengono sincronizzati nel multiplexer Fpga. Le quattro immagini singole vengono combinate in un’unica immagine, per cui ogni quadrante contiene le informazioni provenienti da una telecamera. Il flusso di dati così generato viene letto in una delle interfacce di acquisizione video di un processore applicativo della famiglia Jade (MB86R01). Il flusso video viene proiettato sul modello a poligoni tridimensionale mediante il motore grafico 2D/3D integrato. I dati geometrici e strutturali dei modelli di auto possono essere facilmente inseriti nell’applicazione dalla memoria flash. Il rendering è stato specificato in OpenGL e, come il sistema target, opererà su normali Pc. Con la continua introduzione di dispositivi mobili nuovi, aumentano le aspettative verso una grafica di qualità elevata nei veicoli, il che comporta l’inserimento di display più grandi con risoluzioni maggiori nella strumentazione della console centrale. Le informazioni possono essere fornite in questo modo, con infinite possibilità di presentare quelle prioritarie in base alle condizioni di guida. Allo stesso tempo si presentano nuovi problemi in termini di scalabilità, tipi di componenti e tool di sviluppo necessari. Fujitsu Semiconductor affronta questi problemi presentando una soluzione scalabile che fornisce, oltre ai tool di sviluppo adatti, l’hardware e il software. Con la seconda generazione di processori applicativi Emerald MB86R11, questa gamma di SoC offre funzioni più potenti e avanzate. Un core Arm Cortex-A9 è usato, insieme a un motore Smid Arm-neon, come kernel di calcolo. Per l’interfaccia di memoria sono supportate memorie Sdram Ddr2-800 e Ddr3-1066, oltre a memorie flash Nand, Nor e Nand gestite. L’unità grafica 2D è progettata per supportare operazioni di rotazione veloce, masking, scaling e copia e visualizzare cover flow, testi e pointer. Gli shader (vertex e fragment) possono essere programmati nell’unità grafica 3D, supportati dal linguaggio OpenGL ES 2.0. Questa architettura ibrida impedisce che l’unità grafica 3D venga bloccata da operazioni grafiche semplici. La serie offre fino a tre display indipendenti che supportano risoluzioni specifiche per l’ambiente embedded, tra cui Dual Svga. Frequenze di refresh elevate consentono un adeguato trasferimento dei dati. Il processo multilayer, in cui ogni controller ha a disposizione fino a 8 layer, consente di visualizzare gli elementi grafici secondo un ordine di priorità. Sono inoltre previste interfacce obbligatorie, tra cui MediaLB, Apix e Can. Una caratteristica importante è l’integrazione di quattro interfacce di acquisizione video indipendenti che consentono di elaborare i flussi di dati paralleli senza appesantire le altre risorse del sistema. Grazie al processore di immagini integrato, i segnali delle telecamere vengono sincronizzati e ottimizzati in modo dinamico. Naturalmente ogni costruttore di auto avrà una sua preferenza su dove collocare questa funzionalità all’interno del veicolo. È probabile che, in un futuro non tanto lontano, tutte le classi di auto saranno dotate di sistemi di assistenza dotati di telecamera che contribuiranno a migliorare la sicurezza di guida.

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