汽車電子后視鏡技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

徐林邦　溫金華　丘昌州　趙巍　許聲堂

摘 要：基于電子影像技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，電子后視鏡在汽車上的應(yīng)用逐步成為現(xiàn)實。電子后視鏡的優(yōu)勢在于能夠彌補(bǔ)普通物理后視鏡存在不足，普通物理后視鏡的主要痛點在于駕駛員在駕駛車輛過程中的直接視野、輔助視野存在難以避免的盲區(qū)，而且在雨霧、強(qiáng)光、弱光環(huán)境下物理后視鏡也會出現(xiàn)視野不清晰問題，這近一步增加了行車的危險性；除此之外，由于普通物理后視鏡都是布置在駕駛室左右兩側(cè)，其正面迎風(fēng)面積比較大，因此普通物理后視鏡也是導(dǎo)致行車風(fēng)阻增加的一個重要因素。所以汽車電子后視鏡在汽車上的應(yīng)用呼聲越來越大，近年來汽車電子后視鏡在全球各大型車展上出現(xiàn)的身影越來越頻繁，充分說明此項技術(shù)在未來的應(yīng)用前景非常廣闊。

關(guān)鍵詞：汽車 電子 后視鏡 技術(shù) 結(jié)構(gòu) 開發(fā) 應(yīng)用

1 引言

電子后視鏡近些年出現(xiàn)了里程碑式的發(fā)展，各個國家從標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)上逐漸把電子后視鏡的應(yīng)用及開發(fā)技術(shù)予以法律化。2016年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會汽車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)ECER46第六版發(fā)布，完成CMS （camera-monitor system）擴(kuò)標(biāo)，其中光學(xué)部分測試標(biāo)準(zhǔn)參照ISO 16505：2015，該標(biāo)準(zhǔn)的頒布確認(rèn)了取消車外傳統(tǒng)后視鏡的汽車在歐洲可以合法上路；2017年6月，作為UE/ECE成員國的日本，其 CMS保安基準(zhǔn)（道路車輛安全標(biāo)準(zhǔn)） 采用了ECER46；2018年德國漢諾威車展，博世公司展示了基于攝像頭電子后視鏡mirror cam system的實體，該系統(tǒng)通過攝像頭采集景像圖像并顯示在車內(nèi)兩側(cè)顯示器上，實現(xiàn)了完全取代汽車兩側(cè)的普通物理光學(xué)后視鏡；2019年元月，美國FMCSA授予Stoneridge為期五年豁免權(quán)，這代表著美國正在大力支持電子后視鏡系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域的商業(yè)化推廣和應(yīng)用。國內(nèi)后視鏡法規(guī)《GB 15084-2022 機(jī)動車輛 間接視野裝置性能和安裝要求》已于2022年12月28日正式發(fā)布，用于替代標(biāo)準(zhǔn)《GB 15084-2013 機(jī)動車輛間接視野裝置性能和安裝要求》，新版法規(guī)增加了針對CMS后視鏡的相關(guān)要求，這標(biāo)志著電子后視鏡在國內(nèi)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用有了可行的法律依據(jù)。

2 電子后視鏡系統(tǒng)的構(gòu)成及技術(shù)優(yōu)勢

2.1 電子后視鏡系統(tǒng)的構(gòu)成

電子后視鏡Camera Monitor System，縮寫為CMS，是由高清攝像頭、顯示器、成像處理器、圖像傳感器、控制模塊等零件和處理軟件共同組成的后視鏡系統(tǒng)（如圖1所示），相對于于傳統(tǒng)的布置在駕駛室左右側(cè)的物理后視鏡，電子后視鏡不僅能夠降低整車風(fēng)阻系數(shù)，而且在夜間視野及視角廣度上都比傳統(tǒng)后視鏡有明顯優(yōu)勢。電子后視鏡也通常被業(yè)界稱為具有真正思考能力的后視鏡系統(tǒng)，因為CMS系統(tǒng)不僅能具備傳統(tǒng)后視鏡的基本功能，而且其上還能附加對周圍移動物體的檢測和預(yù)警能力，同時也能實現(xiàn)人機(jī)交互，能夠為用戶行車提供更為舒適的駕駛體驗。

2.2 電子后視鏡的技術(shù)優(yōu)勢

傳統(tǒng)物理后視鏡的痛點主要有：因造型和外觀等因素鏡面尺寸不易做的過大，存在視野小而且后視鏡本身也存在遮擋駕駛員直接視野現(xiàn)象；副駕駛乘客和后排乘客容易遮擋駕駛員視線，且低于車窗和前檔玻璃以下的視野屬于盲區(qū)視野；車窗玻璃在集塵和雨霧情況下，透光率降低，間接導(dǎo)致視野不清，在雨霧天氣對行車安全影響較大等等一系列問題。電子后視鏡相對物理后視鏡主要優(yōu)勢在于：（1）視野更加寬廣（如下圖2所示），大幅減少視野盲區(qū)，通過布置在車身四周不同的傳感器和攝像機(jī)，實時對車身四周進(jìn)行全方位拍攝，獲得四周影響，可視范圍是傳統(tǒng)后視鏡約3倍，減少盲區(qū)約10%；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)自動光線補(bǔ)償，通過弱光補(bǔ)償和強(qiáng)光抑制算法，弱化后車光線或者進(jìn)行光線補(bǔ)償，更能看清后車車況，保證行車安全；（3）受外界環(huán)境小，采用結(jié)構(gòu)規(guī)避和電動鏡頭加熱，防雨防霜，結(jié)合內(nèi)置特定算法和顯示屏集成顯示，大大提高了雨雪天氣炫光、光線不足或夜間及隧道行車下能的能見度；（4）有效降低風(fēng)阻和風(fēng)噪，據(jù)分析測量，物理后視鏡占整個車身正迎風(fēng)面積約5.1%左右，CMS正迎風(fēng)面積是物理后視鏡的10%，CMS系統(tǒng)占整個車身正面迎風(fēng)面積的0.51%，理論上電子后視鏡相對物理后視鏡能夠減少4.6%整車風(fēng)阻，對于商用車來說在長途運輸過程中能夠降低整車油耗2%以上。（5）集成人機(jī)互動功能、攝像測距功能、安全預(yù)警功能及視野隨動功能等等，近一步增加行車安全性能。

3 電子后視鏡主要技術(shù)要求

3.1 對攝像機(jī)總成的要求

攝像頭像素至少需要200萬像素以上；成像視角必須兼容CMS和ADAS對側(cè)后方視野的要求；結(jié)構(gòu)功能上按需自帶折疊機(jī)構(gòu) （同時如果布置空間允許，需考慮帶自動內(nèi)收隱藏結(jié)構(gòu)，以提升外觀和檔次）；攝像頭鏡頭務(wù)必帶有加熱除霜功能，而且需要配置夜視增強(qiáng)效果，同時在法規(guī)允許范圍內(nèi)可適當(dāng)集成轉(zhuǎn)向燈或示寬燈功能；同時需要考慮集成環(huán)視魚眼攝像頭，保證360度無死角；更要滿足整車對電器件的電氣、機(jī)械、溫濕度、防護(hù)登記、可靠性的等要求要求；系統(tǒng)壽命需滿足10年20萬公里使用要求。

3.2 對監(jiān)視器總成的要求

一般尺寸要求：6-6.5inch；最低分辨率：1280*720；亮度：≥ 1000cd/m MAX（帶被動調(diào)節(jié)功能）；響應(yīng)：＜30ms，25℃ ，＜55ms，-30℃～25℃ （為避免駕駛室內(nèi)溫度驟變產(chǎn)生水汽在顯示屏上凝結(jié)，需考慮顯示屏內(nèi)加熱功能）；壽命：＞40000h，常溫條件；同時滿足電器件性能要求；布置位置有（1）門板三角窗，（2）儀表臺兩側(cè)，（3）A柱兩側(cè)等等；

3.3 對控制器總成的基本要求

數(shù)量：1個/車 （被域控制器集成）；視頻輸入：2路/個；視頻輸出：4路LVDS/個；總線通訊：CANFD*1；軟件升級：FBL OTA （軟件備份）

3.4 對系統(tǒng)的基本要求

功能上要求采用智能化邏輯設(shè)計，具有多賬戶顯示位置儲存功能，屏幕亮度可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)，盲區(qū)行人障礙物危險報警你提醒，顯示屏顯示模式能夠自適應(yīng)切換，系統(tǒng)失效警告等等；性能要求：滿足法規(guī)對系統(tǒng)性能的要求，優(yōu)化性能，保證系統(tǒng)延時、啟動時間適中。

4 電子后視鏡的主要技術(shù)難點

電子后視鏡主要的技術(shù)難點包括以下幾方面：（1）圖像畸變： 攝像頭在廣角端拍攝時，畫面邊緣常向外凸出（觀察畫面邊緣的直線，中間會向外凸出），稱為桶形失真或鼓形失真；用長焦端拍攝時，畫面邊緣往往向內(nèi)凹陷，這就是所謂的枕形失真，為了減少畸變引起的圖像失真，應(yīng)盡量避免使用最廣角端或者最遠(yuǎn)的鏡頭焦距，優(yōu)化光圈，同時優(yōu)化圖像處理算法；（2）寬動態(tài)：即當(dāng)在強(qiáng)光源（日光、燈具或反光等）照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對亮度較低的區(qū)域在圖像中同時存在時，攝像機(jī)輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，針對此問題除了選擇性能上佳的傳感器外，數(shù)據(jù)處理芯片和處理電路也要保證匹配性，同時在圖像處理時進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化；（3）高光抑制通常采取技術(shù)手段有背光補(bǔ)償方式（BLC）、白峰反轉(zhuǎn)（H．L．I）方式、二次曝光擴(kuò)展動態(tài)范圍方式、多級采樣方式、數(shù)字圖象處理算法等；（4）低照度：照度是反映光照強(qiáng)度的一種單位，其物理意義是照射到單位面積上的光通量，代表攝影機(jī)能在多黑的條件下看到可用的影像，通常情況需根據(jù)實際需求設(shè)定不同參數(shù)來大小預(yù)定需求；（5）色彩還原：影響色彩還原的因素除圖像處理芯片性能外，還包括攝影鏡頭的質(zhì)量，光線的色溫等因素，監(jiān)視器上復(fù)現(xiàn)的圖卡色塊的色相角應(yīng)符合如下要求（如圖3所示）：

（a）紅色坐標(biāo)值范圍不應(yīng)超出[0?，44.8?]或[332.2?，360?]；

（b）綠色坐標(biāo)值范圍不應(yīng)超出[96.6?，179.9?]；

（c）藍(lán)色坐標(biāo)值范圍不應(yīng)超出[209.9?，302.2?]；

（d）黃色坐標(biāo)值范圍不應(yīng)超出[44.8?，96.6?]；

（e）各色塊（紅色、綠色、藍(lán)色、黃色）分別到白色的距離應(yīng)不小于0.02。

5 電子后視鏡的性能策劃

電子后視鏡應(yīng)用在實車上，需滿足實車策劃的性能指標(biāo)和功能，這些常用到性能指標(biāo)、功能、邏輯觸發(fā)條件主要包括：（1）車輛（環(huán)路行駛）轉(zhuǎn)彎視野隨動，需要根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角，通過CAN信號值使此時視野圖像發(fā)生變化；（2）車速提示，通過車速CAN信號與臨時調(diào)整視野聯(lián)調(diào)，區(qū)分車輛啟動、轉(zhuǎn)彎打轉(zhuǎn)向燈不出現(xiàn)車道輔助線；（3）車輛啟動亮屏/熄火延時息屏，當(dāng)系統(tǒng)沒有通過遙控、車門啟動時通過車輛啟動狀態(tài)啟動系統(tǒng)亮屏，通過CAN檢測車輛熄火時延時顯示屏息屏；（4）遙控開啟亮屏/遙控鎖車息屏，通過檢測遙控開啟CAN信號啟動系統(tǒng)，檢測遙控關(guān)閉CAN信號關(guān)閉系統(tǒng)；（5）屏幕啟動，通過檢測車輛門鎖打開狀態(tài)CAN信號來啟動系統(tǒng)；（6）系統(tǒng)休眠/斷電，通過檢測車輛的駐車狀態(tài)的CAN信號進(jìn)行系統(tǒng)斷電，車輛不是駐車狀態(tài)系統(tǒng)休眠；（7）車輛變道準(zhǔn)確判斷距離和速度，通過檢測車輛測速大于等于30Km/h時車輛轉(zhuǎn)向狀態(tài)CAN信號在屏幕顯示變道輔助線。低于30Km/h時不顯示（臨界車速待確定）；（8）倒車觀察物體判斷距離，通過檢測測量處于R檔位狀態(tài)CAN信號時，后方視野圖像變大。

6 電子后視鏡的應(yīng)用前景

電子后視鏡在未來無人駕駛、駕駛安全、智能駕駛方面將會扮演越來越重要的角色，同時在降低整車風(fēng)阻、降低室外風(fēng)噪、提升汽車使用的燃油經(jīng)濟(jì)性在未來將會有較大的貢獻(xiàn)，這些新的科技手段與目前中國提出并推動的“碳達(dá)峰”與“碳中和”國家戰(zhàn)略相匹配；國家層面、行業(yè)層面、汽車企業(yè)應(yīng)積極投入人員和精力，加大研發(fā)投入和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)來不遺余力的促進(jìn)電子后視鏡產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。由于目前電子后視鏡無論是研發(fā)投入和開發(fā)成本都耗費較高，投入大，涉及的產(chǎn)業(yè)廣泛，這就需要各個相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈相互積極配合，共同努力來降低系統(tǒng)成本，爭取搶先一步把電子后視鏡的應(yīng)用變成現(xiàn)實。

7 結(jié)語

電子后視鏡具有巨大的市場需求，其視野寬闊、可應(yīng)對惡劣環(huán)境、低風(fēng)阻、低油耗、交互人性化的優(yōu)點推動了CMS在汽車上率先應(yīng)用的發(fā)展方向。

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