Visione panoramica a 360°

AUTOMOTIVE –

Fujitsu ha elaborato un metodo di proiezione 3D che offre una visione panoramica nelle applicazioni auto motive, migliorando la visibilità degli oggetti che si trovano nelle vicinanze dell’auto.

La tecnologia ha il potenziale per aumentare la sicurezza di guida assistendo il conducente nelle situazioni in cui la visibilità è insufficiente, ad esempio nelle operazioni di parcheggio, quando percorre strade strette o svolta in prossimità di incroci a visibilità limitata.Negli ultimi  anni sono stati fatti notevoli passi avanti nei sistemi elettronici che migliorano la sicurezza di guida. Oggi quasi ogni auto può essere dotata di un sistema di assistenza al parcheggio basato sugli ultrasuoni o su telecamere. Questi sistemi normalmente utilizzano 1 o 2 telecamere. Il conducente seleziona la sorgente che riproduce la visuale più adatta e trasferisce l'immagine alla head unit. Questi sistemi servono soprattutto per eseguire manovre di parcheggio. L'assistenza è garantita anche fondendo il percorso calcolato nell'immagine della telecamera. Altri sistemi sono dotati di due telecamere installate nel paraurti anteriore che riescono a vedere ai lati di un incrocio a T molto prima del conducente. Solitamente il conducente vede i dati della telecamera sul display centrale. I moderni sistemi invece possono comprendere 4 telecamere che consentono al conducente di avere una visuale dall'alto dell'area intorno al veicolo. Queste innovazioni tecniche forniscono al conducente informazioni aggiuntive e sono complementari al consueto 'sguardo dietro le spalle'. L'unico limite è dato dal fatto che le singole telecamere possono fornire una sola prospettiva, per cui le informazioni in più si riferiscono a una sola visuale alla volta. La speciale tecnologia di Fujitsu combina tutte le funzioni immagine in un unico sistema continuo che consente di combinare la proiezione delle immagini di ogni singola telecamera creando una visione “panoramica” unica.

I sistemi moderni con vista dall'alto
Quasi tutti i sistemi presenti sul mercato sintetizzano le immagini video riprese dalle quattro telecamere installate sul veicolo e forniscono al conducente una vista dall'alto del mezzo e dell'area circostante. Solitamente le telecamere sono installate nei paraurti anteriore e posteriore e negli specchietti laterali destro e sinistro. Un requisito essenziale è che le immagini si sovrappongano, il che comporta l'uso di obiettivi speciali con un angolo di apertura maggiore di 180°. Con obiettivi di questo tipo, però, più gli oggetti sono lontano dal veicolo, più le loro forme sembrano distorte e sfocate  quando le immagini vengono proiettate su una superficie piatta (tipo di proiezione normalmente utilizzata). Questo si verifica perché l'area coperta dal sensore della telecamera si allarga mano a mano che la distanza dal veicolo aumenta. Di conseguenza è possibile visualizzare solo un'area relativamente piccola (ca. 2-3 metri intorno al veicolo). Quindi per evitare che il conducente debba guardare direttamente fuori dal veicolo, occorre visualizzare un'immagine con vista posteriore. L'uso di altre telecamere e prospettive ha comportato un effetto negativo per il conducente che impiega più tempo a selezionare la visuale desiderata e a capire le immagini presentate.

Visuale panoramica in 3D
Fujitsu ha sviluppato una tecnologia per la visione panoramica che rappresenta una novità per i sistemi di assistenza visiva e consente di risolvere i problemi descritti. Le immagini riprese dalle 4 telecamere hanno la stessa prospettiva, ma vengono combinate in modo da creare una visuale “a volo d'uccello”. Le immagini delle telecamere vengono acquisite, combinate ed elaborate ininterrottamente e proiettate su una superficie curva 3D virtuale. Un'ulteriore conversione permette di avere la vista da varie angolazioni usando la tecnologia della proiezione virtuale 3D. Con questo metodo speciale la distorsione è decisamente bassa e l'aspetto delle immagini è molto diverso da quello offerto dai sistemi convenzionali. In questo modo il conducente riesce a riconoscere più facilmente gli ostacoli intorno al veicolo. 

Un punto di vista diverso
Questo sistema inoltre utilizza la tecnologia dell'interpolazione dei punti di vista che consente di modificare la prospettiva. Una caratteristica interessante è la facilità di transizione della visuale del conducente quando il contenuto del display passa da un'immagine all'altra. Nell'immagine panoramica si può riprodurre anche il modello dell'auto. Grazie alla combinazione tra il modello dell'auto riprodotto e la tecnologia di interpolazione, il conducente non perde l'orientamento e riconosce immediatamente la direzione in cui sta guardando.  La visuale panoramica, combinata con il modello dell'auto, consente di misurare correttamente le proporzioni degli ostacoli intorno alla vettura. La latenza ridotta al minimo rende questo sistema vantaggioso in termini di sicurezza.

Il dispositivo Emerald
Il prodotto della prima serie destinato al mercato giapponese utilizza l'MB86R01 Jade di Fujitsu e un Fpga. Jade è un sistema SoC che integra un processore ARM926EJ-S con il core grafico 2/3D di terza generazione di Fujitsu. Le immagini video, provenienti da quattro telecamere Ntsc, vengono trasferite nell'Fpga con l'obiettivo di combinare i dati in un unico flusso di immagini. Ogni quadrante del flusso di immagini comprende il contenuto di un'immagine di una telecamera. L'immagine combinata viene trasferita nel dispositivo Jade mediante un'unità di acquisizione video. Jade utilizza il suo motore 2/3D interno per elaborare l'immagine della visuale panoramica. In questa fase si applica una correzione della distorsione degli obiettivi. I dati da elaborare, ad esempio i dati geometrici della superficie curva 3D e il modello dell'auto, vengono memorizzati nel sistema. L'applicazione può accedere facilmente a questi dati. Il sistema esistente ha lo svantaggio di aver bisogno dell'Fpga, inoltre le immagini delle telecamere Ntsc sono a bassa risoluzione. Recentemente Fujitsu ha creato l'MB86R11 Emerald-L che risolve questi problemi. Questo chip è già disponibile e, oltre ad avere una potenza di elaborazione maggiore, mette a disposizione un lungo elenco di nuove funzionalità. Il dispositivo SoC integra il core Arm Cortex A9 ad alte prestazioni e un motore Arm-Neon-Simd. I quattro ingressi video del dispositivo Emerald consentono l'elaborazione simultanea di immagini diverse. Questo dispositivo è in grado di supportare fino a quattro funzioni di input, fino a 1280 x 720 pixel.
L'elaborazione delle immagini video è stata migliorata anche con le funzioni di ingrandimento e riduzione per convertire le immagini in movimento dal formato interlacciato a quello progressivo. Grazie a queste caratteristiche è possibile eliminare l'Fpga che era stato utilizzato nella soluzione originale basata su Jade.  In questo modo il dispositivo Emerald ha il potenziale per consentire la creazione di immagini con livelli minimi di rumore. L'Emerald supporta fino a 1 Gbyte di Sdram DDR2-800 e DDR3-1066 e memorie flash Nand, Nor e Nand gestite. Il motore grafico 2D, che supporta operazioni di rotazione, blending, scaling e copia, è progettato per il rendering di cover flow, testo e pointer. Contemporaneamente il core grafico 3D di Fujitsu, che deriva dal famoso controller grafico Ruby MB86298, supporta la programmazione degli shader  (vertex e fragment) basata sulla specifica e linguaggio OpenGL ES 2.0. L'architettura configurabile garantisce un'ottimizzazione delle prestazioni del core 3D perché le operazioni 2D semplici vengono elaborate in parallelo sul motore 2D. La famiglia Emerald ha 3 controller indipendenti per i display. Pertanto un solo dispositivo Emerald può gestire contemporaneamente diversi display con diverse risoluzioni. Per supportare frequenze di refresh elevate su display ad alta risoluzione occorre una velocità di trasferimento dati elevata. Un altro vantaggio è la disponibilità del concetto di multilayer, ogni controller ha a disposizione fino a 8 layer grafici. Questo consente un rendering grafico molto flessibile e con ordine di priorità dei dati presentati all'utente quando si passa da una scena operativa all'altra. L'hardware integrato nella famiglia Emerald comprende anche risorse e protocolli di comunicazione standard Can, MediaLB  ed Ethernet. Esistono due versioni della famiglia Emerald, Emerald-L MB86R11, già disponibile, ed Emerald-P MB86R12, che è praticamente identico ad Emerald-L, ma con altre funzioni automotive, ad esempio l'interfaccia Apix di Inova Semiconductors che è stata appositamente sviluppata per i display grafici a bordo auto.

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