對(duì)汽車(chē)后視鏡的攝像頭替代方案分析

宋奕岑

摘 要：傳統(tǒng)后視鏡為駕駛員提供了側(cè)方的視野，但自身由于物理特性有許多不足，嚴(yán)重時(shí)會(huì)成為威脅行車(chē)安全的因素。攝像頭替代呼之欲出，然而依舊有許多技術(shù)上的瓶頸。不僅僅是政策，同時(shí)還有消費(fèi)者的觀念，對(duì)新技術(shù)的到來(lái)產(chǎn)生阻礙。不僅僅需要研究人員攻克技術(shù)，更需要自身接受不曾間斷汽車(chē)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)后視鏡；熱成像技術(shù)；技術(shù)瓶頸；科技與生活

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.016

1 應(yīng)用攝像頭替代后視鏡的實(shí)例

2014年日產(chǎn)在日內(nèi)瓦車(chē)展上發(fā)布了其智能內(nèi)后視鏡。這款智能內(nèi)后視鏡內(nèi)置液晶顯示器板，在必要的時(shí)候，車(chē)尾部的一顆130萬(wàn)像素的攝像頭可以將車(chē)尾的畫(huà)面?zhèn)魉偷胶笠曠R的顯示面板上，顯現(xiàn)畫(huà)面的顯示。

2014年漢諾威國(guó)際商用車(chē)車(chē)展上，奔馳在其概念卡車(chē)上，用攝像頭取代了外后視鏡。以其獨(dú)特的外觀吸引了觀眾的眼球。

作為未來(lái)的汽車(chē)品牌的特斯拉，在其Model X的首次亮相時(shí)，也取消了外后視鏡，使用微型攝像頭進(jìn)行代替（上市時(shí)由于違反美國(guó)相關(guān)現(xiàn)行法規(guī)，改回傳統(tǒng)后視鏡）。

新上市的車(chē)如寶馬i8用三個(gè)攝像頭取代內(nèi)外后視鏡、凱迪拉克CT6采用的“流媒體影像后視鏡”（可切換為傳統(tǒng)后視鏡）。

這一切都在提醒著人們，不久后的汽車(chē)將會(huì)發(fā)生小小的改變。

2 傳統(tǒng)后視鏡面臨的問(wèn)題

從后視鏡誕生之日起，后視鏡就成為駕駛員的第三只眼，幫助駕駛員在不回頭的情況下觀察車(chē)輛左右后方，其作用不言而喻。但是，在提供其作用的同時(shí)，它也具有不小的問(wèn)題。

如：

（1）傳統(tǒng)后視鏡設(shè)計(jì)會(huì)使車(chē)輛迎風(fēng)面積增大，導(dǎo)致汽車(chē)高速行駛時(shí)空氣阻力變大。（2）使汽車(chē)的橫向尺寸變大，不利于狹窄道路的會(huì)車(chē)。（3）由于鏡面面積和調(diào)整角度的限制，視野不開(kāi)闊。（4）夜間行車(chē)在候車(chē)開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈時(shí)，后視鏡不僅不能提供視野，更會(huì)使駕駛者產(chǎn)生眩暈的感受。

基于以上的問(wèn)題，工程師們萌生了使用攝像頭+顯示屏替代后視鏡的想法。高像素?cái)z像頭取代鏡面玻璃，通過(guò)影像合成技術(shù)，在車(chē)內(nèi)顯示清晰準(zhǔn)確的實(shí)況景象。

3 攝像頭替代方案的瓶頸

（1）光照不足條件下的成像問(wèn)題。現(xiàn)有的成像技術(shù)足夠使攝像頭在亮度適宜的工作條件下可靠工作，但行車(chē)遇到夜晚，隧道等光照條件差的情況是不可避免的。夜間成像已經(jīng)很難保證成像質(zhì)量，大多數(shù)攝像頭會(huì)呈現(xiàn)較多的噪點(diǎn)，更不用說(shuō)汽車(chē)自身振動(dòng)等惡劣的工作條件，簡(jiǎn)直雪上加霜。

（2）光線頻繁變化對(duì)攝像頭影響。在光線急劇變化的瞬間，光學(xué)元件將會(huì)需要調(diào)整曝光度等成像參數(shù)，顯示屏?xí)缤褂孟鄼C(jī)突然對(duì)著太陽(yáng)，產(chǎn)生“延遲”感，這一時(shí)間段的圖像將缺損，會(huì)對(duì)駕駛安全產(chǎn)生極大地威脅。

除此之外，實(shí)際行駛中，擁堵時(shí)汽車(chē)信號(hào)燈在較長(zhǎng)時(shí)間都會(huì)閃爍，光學(xué)元件將會(huì)陷入開(kāi)始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)完成，環(huán)境變化，再次調(diào)節(jié)的循環(huán)中。此時(shí)成像效果堪憂(yōu)。

（3）長(zhǎng)時(shí)間可靠成像。替代傳統(tǒng)后視鏡的攝像頭，只要汽車(chē)開(kāi)始工作，就在時(shí)刻運(yùn)行，工作時(shí)間長(zhǎng)，而且高速行駛時(shí)仍需要進(jìn)行使用。這樣對(duì)攝像頭的各方面要求更高，在高像素、無(wú)畸變、寬動(dòng)態(tài)、低照度、高幀率、高可靠性都帶來(lái)更高的挑戰(zhàn)。

（4）更高的運(yùn)算能力及存儲(chǔ)器需求。搭配越來(lái)越多的高清車(chē)用攝影機(jī)會(huì)帶來(lái)許多的新的應(yīng)用和豐富的影像資料，這也代表處理器需要更高的運(yùn)算能力及存儲(chǔ)器， 這將對(duì)現(xiàn)有的處理器進(jìn)行較大的硬件改造，并高度優(yōu)化內(nèi)部算法。

（5）成本和兼容性問(wèn)題。后視攝像頭取代傳統(tǒng)的后視鏡最大的挑戰(zhàn)是使用成本和可靠性。隨著攝像頭傳感器分辨率的增加，攝像頭數(shù)據(jù)的傳輸成本增加，而且高清視頻傳輸技術(shù)所需線纜和連接器類(lèi)型都相對(duì)昂貴。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是目前市場(chǎng)上有多種高清視頻傳輸數(shù)字串行標(biāo)準(zhǔn)，而且它們并不兼容。

（6）政策原因。美國(guó)政府要求汽車(chē)的左側(cè)和右側(cè)必須安裝反射鏡。根據(jù)美國(guó)法律，不能因?yàn)橛谢谝曨l的系統(tǒng)而去除反射鏡。因此，要安裝取代兩側(cè)后視鏡的顯示屏和攝像頭，汽車(chē)仍然要按照法律要求安裝反射玻璃鏡，這會(huì)讓安裝攝像頭顯得沒(méi)有太大意義。

4 針對(duì)外界光照不適宜的一種改進(jìn)思路

攝像頭成像良好的關(guān)鍵之一是光照情況，在外界光線不良時(shí)。如光照過(guò)強(qiáng)（后方車(chē)輛開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈），外界光線過(guò)暗（夜間行駛），光線閃爍（旁側(cè)車(chē)輛信號(hào)燈閃爍）。

均會(huì)導(dǎo)致成像質(zhì)量變差。主流的解決方式有兩種：一種是通過(guò)改變攝像頭參數(shù)，如光圈，來(lái)調(diào)節(jié)；另一種則依靠處理器對(duì)圖像進(jìn)行處理，使顯示屏呈現(xiàn)出適宜的畫(huà)面。然而兩種方式均對(duì)控制和運(yùn)算速度提出了較高要求。

現(xiàn)提出一種基于紅外線成像的技術(shù)，用以解決光線不良時(shí)的成像問(wèn)題。

在攝像頭上安裝紅外燈輻射“照明”，產(chǎn)生人眼看不見(jiàn)而普通攝像機(jī)能捕捉到的紅外光，通過(guò)黑白攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)拍攝。此種方式可以消除可見(jiàn)光對(duì)成像的影響，且目前相關(guān)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了可以大規(guī)模使用的程度。

5 對(duì)攝像頭替代方案的看法

汽車(chē)，之所以成為我們今天看到的這樣，是因?yàn)槿辗e月累，工程師賦予它的改變。汽車(chē)這一改變世界的機(jī)器，也在以極高的速度改變著自己。當(dāng)我們適應(yīng)了寬大的后視鏡后，的確會(huì)對(duì)攝像頭替代產(chǎn)生抵觸與不信任。但是，科技的前行會(huì)逐漸改變我們的觀念。

當(dāng)后方來(lái)車(chē)開(kāi)啟遠(yuǎn)光，后視鏡從第三只眼變成干擾源，是選擇忍受還是折斷它，換成一個(gè)可以處理好亮度的顯示屏；當(dāng)交通環(huán)境復(fù)雜時(shí)，是選擇左右挪動(dòng)身體，確認(rèn)盲區(qū)的安全，還是選擇安上廣角攝像頭，獲得寬廣的視野。是選擇讓先進(jìn)的觀念引領(lǐng)科技的進(jìn)步，還是選擇讓技術(shù)的落后阻礙生活的前行。這些選擇，比起前文所提到的瓶頸才是更加關(guān)鍵的問(wèn)題。

作為一名始終相信科技讓生活更美好的理科生，我相信工程師會(huì)排除萬(wàn)難，讓一些東西轟然倒塌，重建起高樓大廈。這其中就包含后視鏡的攝像頭替代方案。期待在不久的將來(lái)，看到攝像頭代替后視鏡，讓最前沿的技術(shù)通過(guò)汽車(chē)，進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)。

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