環(huán)視系統(tǒng)黑屏分析與研究

陳婷 王鑫玥 王科富 楊雙全

【摘? 要】360全景影像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于智能駕駛汽車上，通過車身周圍4個超寬視角的魚眼攝像頭采集車輛周邊實時圖像，經(jīng)過拉伸、剪裁、拼接后形成無縫拼接的鳥瞰視圖，再投影到車載屏幕上，幫助駕駛員在倒車、低速轉(zhuǎn)彎情況下更直觀地觀察車周邊的障礙物，從而減少由于視野盲區(qū)帶來的碰撞、剮蹭。在環(huán)視系統(tǒng)鏈路出現(xiàn)瞬斷、故障等情況時，會出現(xiàn)某路圖像信號缺失情況，從而造成環(huán)視系統(tǒng)黑屏。文章針對環(huán)視系統(tǒng)使用中偶發(fā)畫面丟失導(dǎo)致圖像黑屏問題，提出一套分析與研究方法。此方法經(jīng)驗證可快速、有效地完成黑屏問題排查及分析。

【關(guān)鍵詞】全景影像;環(huán)視攝像頭;智能化;黑屏

中圖分類號：U463.674? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2024 ）05-0037-04

Analysis and Research on Black Screen of Surround Vision System

CHEN Ting，WANG Xinyue，WANG Kefu，YANG Shuangquan

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】The 360 panoramic imaging system is widely used in intelligent driving vehicles. Real time images of the vehicle's surroundings are collected through four ultra wide angle fisheye cameras around the vehicle body. After stretching，cutting，and splicing，a seamless bird's-eye view is formed，which is then projected onto the car screen to help drivers observe obstacles around the vehicle more intuitively during reverse and low-speed turning，thereby reducing collisions and scratches caused by blind spots in the field of view. When there is a sudden interruption or malfunction in the link of the surround view system，there may be a loss of certain image signals，resulting in a black screen in the surround view system. The article proposes a set of analysis and research methods to address the problem of occasional image loss leading to black screen in the use of surround view systems. This method has been proven to be fast and effective in troubleshooting and analyzing black screen issues.

【Key words】panoramic imaging;surrounding camera;intelligence;black screen

作者簡介

陳婷，女，工程師，從事新能源汽車智能駕駛系統(tǒng)研究工作。

1? 前言

近年來，全景環(huán)視系統(tǒng)逐漸成為輔助駕駛系統(tǒng)的研究熱門，在駕駛員低速行駛、轉(zhuǎn)彎、倒車或泊車過程中，全景環(huán)視系統(tǒng)可根據(jù)車身周邊圖像信息，通過車機屏幕輸出實時全景鳥瞰圖像，使用戶可有效感知周邊障礙物，用戶還可根據(jù)需要切換前后左右視角，最大程度上消除駕駛員盲區(qū)，提升駕駛體驗及安全性。汽車視覺盲區(qū)一般可分成4個部分：由于汽車前引擎蓋遮擋視線造成駕駛員視野不佳，無法觀察到的車輛前方盲區(qū);由于汽車后側(cè)車體遮擋，駕駛員無法從外后視鏡與后擋風(fēng)玻璃觀察到的車輛后方盲區(qū);由于汽車左右車門遮擋視線以及外后視鏡限制，駕駛員泊車時無法從兩側(cè)車玻璃與車外后視鏡觀察到的車身兩側(cè)盲區(qū);由于AB柱遮擋造成駕駛員不能從外后視鏡及左右車門玻璃觀察到的左右前方視野盲區(qū)。

全景環(huán)視系統(tǒng)在各種泊車場景（垂直泊車、側(cè)方位泊車、斜方位泊車等）以及狹窄道路（鄉(xiāng)村道路、狹窄橋面、限寬區(qū)域）均能幫助駕駛員看清周邊障礙物，避免車輛發(fā)生剮蹭，同時提高泊車效率。在通過狹窄路面或會車時，全景影像系統(tǒng)可輔助駕駛員看清周邊路況，消除盲區(qū)，提高安全性。

2? 360環(huán)視系統(tǒng)工作原理

360環(huán)視系統(tǒng)主要包括鏡頭、圖像傳感器、編碼器、解碼器、圖像處理器、顯示器等。車機通過LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低壓差分信號）線束連接到360環(huán)視控制器，360環(huán)視控制器與4個攝像頭之間分別通過高清線束連接，進行圖像拼接和信號傳輸。360環(huán)視系統(tǒng)芯片架構(gòu)及信號傳輸鏈路如圖1所示。

攝像頭主要包括鏡頭、圖像傳感器、ISP圖像信號處理器、編碼器4部分 。

1）鏡頭負(fù)責(zé)聚焦光線，將視野中的物體投射到成像介質(zhì)表面，根據(jù)成像效果的要求不同，可以要求多層光學(xué)鏡片。濾光片可以將人眼看不到的光波段進行濾除，只留下人眼視野范圍內(nèi)的實際景物的可見光波段[1]。

2）圖像傳感器為成像介質(zhì)，將鏡頭投射到表面的圖像（光信號）轉(zhuǎn)化為電信號，主要分為CCD和CMOS。

3）ISP接收CMOS圖像傳感器的輸出原始數(shù)據(jù)并完成輸入圖像視頻源RAW格式的前處理，將其轉(zhuǎn)換成YCbCr等格式，并進行顏色轉(zhuǎn)換、噪聲抑制、陰影校正、變形處理、色調(diào)調(diào)整、圖像邊緣增強等，優(yōu)化圖像品質(zhì)。目前已量產(chǎn)的某些攝像頭圖像傳感器集成了部分ISP功能，或是攝像頭模組未集成ISP功能，主要由全景影像控制器進行圖像處理[2]。

4）編碼器接收圖像數(shù)據(jù)，并將并行圖像數(shù)據(jù)編碼后轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，輸出至高清線束進行傳輸，可用于傳輸YUV、RGB等多種圖像數(shù)據(jù)種類。

全景控制器主要包括解碼器、SOC、編碼器3部分。解碼器接收攝像頭輸入的視頻數(shù)據(jù)，并將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。SOC高清圖像處理器對解碼器傳過來的視頻數(shù)據(jù)進行校正、剪裁、圖像處理、拼接，經(jīng)過編解串后，投影到車機顯示屏上。編碼器將SOC處理后的視頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，輸出至車機顯示屏，經(jīng)過解串后投影至屏幕顯示。

360環(huán)視影像作為用戶泊車、低速行駛、低速變道的安全輔助系統(tǒng)，可實時、流暢地提供車輛周邊的高清影像，這些應(yīng)用同時也對360環(huán)視系統(tǒng)穩(wěn)定性提出了更高要求，要求環(huán)視圖像無黑屏、卡滯、延時等故障，環(huán)視鏈路的某一個環(huán)節(jié)不良均可能造成環(huán)視圖像不良，影響行車安全。

3? 360環(huán)視影像黑屏故障分析

在360環(huán)視系統(tǒng)故障中，黑屏為最常見的故障現(xiàn)象。在排查黑屏問題時，通常需要從整個系統(tǒng)鏈路著手，鏈路中一旦有環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致黑屏現(xiàn)象。環(huán)視系統(tǒng)黑屏現(xiàn)象如圖2所示。

3.1? 視頻鏈路問題分析

3.1.1? 故障環(huán)節(jié)

以美信編解串芯片為例，對360環(huán)視系統(tǒng)鏈路中可能出故障的環(huán)節(jié)進行拆分，如圖3所示。

1）全景控制器與車機娛樂系統(tǒng)之間的傳輸信號問題。全景控制器輸出的是經(jīng)處理拼接后的圖像，再將圖像投影至顯示器進行顯示。嘗試斷掉某一正常路，如傳輸?shù)膶?yīng)畫面黑屏，則可排除問題。

2）控制器編碼器與SOC之間通信問題。編碼器接收控制器SOC拼接之后的圖像，車機應(yīng)有實時的圖像顯示，如車機正常顯示實時圖像，則可排除問題。

3）AVM的SOC軟件判斷邏輯問題。需檢查上電配置、巡檢邏輯、自恢復(fù)機制運作是否正常。從Log讀取分析，鏈路正常時，360影像可正常工作，制造短暫鏈路斷開再重新連接工況，鏈路恢復(fù)后，360影像可自動恢復(fù)正常工作，則可排除問題。

4）控制器SOC和解碼器之間的通信有問題。查看是否可正常讀取寄存器狀態(tài)，在鏈路正常時數(shù)值正確無報錯，在鏈路斷開時，對應(yīng)寄存器標(biāo)志位數(shù)值可正確反映當(dāng)前故障，則可排除問題。

5）控制器解碼器/PCB LAYOUT問題。要求回波損耗滿足GMSL等傳輸協(xié)議規(guī)范，可互換控制器查看故障是否復(fù)現(xiàn)。

6）AVM控制器接插件問題。要求卡扣無變形，卡扣尺寸、型號滿足配對要求，正確接插，線束接頭處無斷裂、變形等導(dǎo)致線束受損情況。

7）線束FAKRA接插件問題。測試特性阻抗，滿足50Ω±5Ω;回波損耗，要求滿足美信對鏈路傳輸規(guī)范;線路電阻值，屏蔽層<1.3Ω;護套和接插件卡接牢固，無松動、斷裂等問題。

8）高清線束問題。測試特性阻抗，滿足50Ω±5Ω;回波損耗，要求滿足美信對鏈路傳輸規(guī)范;線路電阻值，屏蔽層<1.3Ω;護套和接插件卡接牢固。接插件尾部100mm固定，折彎角>5D（線徑），無變形。線束布置遠離干擾源。

9）攝像頭接插件問題。插針無變形，卡扣尺寸、型號滿足配對要求，正確接插，線束接頭處無斷裂、變形等導(dǎo)致線束受損情況。可通過開關(guān)門試驗、振動試驗等進行故障復(fù)現(xiàn)驗證。

10）控制器解碼器與攝像頭編碼器信號傳輸問題。滿足不同系統(tǒng)要求，對應(yīng)鏈路滿足GMSL要求。

11）攝像頭編碼器問題/PCB LAYOUT問題?；夭〒p耗，要求滿足美信對鏈路傳輸規(guī)范。

12）攝像頭編碼器與SENSOR/ISP通信問題。要求通過電磁干擾試驗及電性能測試。

3.1.2? 視頻信號傳輸線路要求

1）回波損耗：主要測試鏈路對傳輸信號的反射情況，是檢查線束鏈路是否連接良好的重要手段。360全景系統(tǒng)工作使用的頻段在0～1.2GHz。其中I2C信號在低頻段傳輸（9.6～1000kHz）。同步信號工作頻段在2MHz以內(nèi)。視頻信號在高頻段傳輸（500～800MHz）。根據(jù)美信傳輸要求，鏈路回波損耗技術(shù)要求如下：在372MHz以下，S11需小于 -12dB;在375～750MHz之間，S11需小于-6dB;在大于1GHz區(qū)域，S11需小于-3dB。正常回波損耗示意圖如圖4所示。

如圖5所示，低頻信號傳輸頻段S11大于-12dB，造成低頻通信不暢，編串器與解串器無法正常通信，圖像信號不良，從而造成黑屏現(xiàn)象。

如視頻傳輸線路出現(xiàn)高清線損壞、接插件損壞、接插不良等問題都會造成視頻信號傳輸不良，在設(shè)計布置階段，線束彎折角度過大、受到外力擠壓會容易導(dǎo)致高清線內(nèi)部屏蔽層受損，導(dǎo)致短路、斷路等，故要求折彎角>5D（線徑）。接插件布置過于靠近頻繁活動的零件，在用戶使用過程中容易造成接插件相對運動，導(dǎo)致接插件松動或線束受損，從而引起傳輸回波損耗不達標(biāo)，造成圖像信號傳輸不穩(wěn)定或中斷，故在進行線束布置時，接插件位置應(yīng)避開活動頻繁區(qū)域，并且做好固定。

2）特性阻抗：射頻傳輸線影響無線電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性。環(huán)視攝像頭圖像信號通過同軸線進行傳輸。同軸線的特性阻抗與導(dǎo)體內(nèi)、外徑大小及導(dǎo)體間的介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。同軸電纜的典型特性阻抗為50Ω±5Ω。實車線束正常阻抗如圖6所示，故障車輛特性阻抗如圖7所示。

3）線路電阻值：屏蔽層（G）<1.3Ω。

4）駐波比：可通過觀察各個連接器處的駐波比波形判斷故障點（可參考定位故障點）。

環(huán)視攝像頭與AVM控制器端之間由同軸線及若干個FAKRA連接器進行連接，如圖8所示。當(dāng)環(huán)視鏈路正常工作時，線路駐波比示意如圖9所示。

當(dāng)接插件由于松動、退針、斷裂等問題導(dǎo)致線束接插不良時，360環(huán)視鏈路出現(xiàn)瞬斷，造成圖像信號傳輸不良，從而導(dǎo)致黑屏的發(fā)生。這種異常情況可在線束駐波比上觀察到，如圖10所示。

3.2? 常見360環(huán)視黑屏故障類型

3.2.1? 永久性黑屏

1）攝像頭故障。環(huán)視攝像頭內(nèi)部芯片因電力損壞、芯片虛焊、進水等問題引起環(huán)視攝像頭永久性無視頻信號輸出，導(dǎo)致360環(huán)視影像黑屏。

2）線束故障。線束接插護套松脫、同軸線束屏蔽層損壞、線束斷裂、接插件未接插到位和接插件電腐蝕等，造成編串器和解串器無法正常通信，高清視頻信號無法傳輸，從而導(dǎo)致環(huán)視攝像頭無圖像輸出。若線束在布置時，彎折角度過大、接插件位置布置在頻繁活動區(qū)域，會導(dǎo)致高清線束被反復(fù)彎折、拉扯，引起屏蔽層損壞，接插件因線束拉扯反復(fù)轉(zhuǎn)動，造成損壞。在接插件選型階段，需滿足接插件型號匹配，并通過相關(guān)的接插件實驗，避免因接插件內(nèi)部進入腐蝕性液體或氣體導(dǎo)致出現(xiàn)電位差和中心針被腐蝕。如圖11所示。

3）控制器端故障?？刂破鲀?nèi)部芯片損壞、虛焊、軟件刷新失敗引起環(huán)視影像無法輸出，導(dǎo)致360環(huán)視影像黑屏故障。

3.2.2? 間歇性故障

1）控制器與環(huán)視攝像頭配置失敗。當(dāng)配置失敗時，控制器與環(huán)視攝像頭無法通信，造成環(huán)視影像黑屏。待系統(tǒng)重新上電，重新配置成功后，控制器與環(huán)視攝像頭可正常通信，輸出視頻流。在控制器軟件中可加入上電配置恢復(fù)工作邏輯，即當(dāng)配置不成功時，控制器將對攝像頭進行循環(huán)配置，當(dāng)循環(huán)3次后仍無法配置成功，則控制器輸出此路圖像為黑屏，同時監(jiān)測是否有視頻信號，如有視頻信號則重新配置攝像頭。此邏輯可大大減少由于系統(tǒng)配置失敗帶來的間歇性黑屏故障。

2）線束瞬斷。接插件接插不良、線束裝配扭曲、反復(fù)彎折等問題導(dǎo)致線束傳輸瞬斷，間歇性黑屏故障發(fā)生。

4? 結(jié)論

隨著360環(huán)視影像越來越得到用戶的認(rèn)可，裝車率也逐漸增高，對360環(huán)視系統(tǒng)的穩(wěn)定性也提出了更高要求。在由環(huán)視攝像頭、高清線束、360控制器組成的360環(huán)視系統(tǒng)鏈路中，一旦其中某個環(huán)節(jié)出了問題，將會導(dǎo)致黑屏現(xiàn)象。針對此問題，需要從整車布置階段開始嚴(yán)格把關(guān)，應(yīng)遵循線束布置規(guī)范，需注意接插件選型匹配、線束布置、線束轉(zhuǎn)彎角控制、線束及接插件固定等問題，如存在運動處接插件，應(yīng)做好固定。對于360控制器，應(yīng)做好配置邏輯、巡檢邏輯、故障自恢復(fù)邏輯，在應(yīng)對瞬斷問題時能及時恢復(fù)圖像。對于攝像頭傳感器，應(yīng)能穩(wěn)定輸出圖像信號。本文提供了一種360環(huán)視系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計及故障分析方法，針對360環(huán)視系統(tǒng)黑屏、卡滯、瞬斷等，提出了一些問題排查思路，可幫助快速定位問題根源，對產(chǎn)品開發(fā)及售后維修人員有很大的借鑒價值。

參考文獻：

[1] 程增木. 自動駕駛之“眼”——車載攝像頭技術(shù)的現(xiàn)在與未來（上）[J]. 汽車維修與保養(yǎng)，2022（8）：43-46.

[2] 王家才. 車載高清全景環(huán)視系統(tǒng)量產(chǎn)化方案研究[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2021，39（9）：86-88，91.

[3] 楊漢飛. 車載360高清環(huán)視系統(tǒng)故障分析模型[J]. 時代汽車，2022（11）：13-15.

（編輯? 楊凱麟）

收稿日期：2023-08-22