流媒體全視屏后視鏡的設計

蒙楊超 楊漢飛

摘 要：安全駕駛是人們出行的第一要務，傳統內后視鏡采用光學反射的原理為駕駛員提供車后方視野，但由于車體結構的特點，C柱結構、造型和后排靠枕（物品等）都會帶來一定的視野盲區，以及雨霧天氣，對視野產生影響。本文提出一種流媒體全視屏后視鏡方案可解決車后盲區監測問題，滿足人們日常駕駛觀測車后方路況實時性和清晰度的需求，同時還具備防眩目內后視鏡功用，能夠有效地提升安全駕駛系數。

關鍵詞：流媒體全視屏后視鏡;間接視野;車后盲區;安全駕駛

1 前言

隨著汽車新四化（智能化、網聯化、電動化、共享化）快速發展，汽車造型越來越科技化，溜背C柱開始普及更多車型，而帶來的問題就是駕駛員無法從內后視鏡看清車后盲區，再加上車后坐有乘客或堆滿物品時，更是阻擋駕駛員觀察后方情況。特別是在雨雪天氣等極端環境下，后方道路基本無法捕捉。內后視鏡位于正前擋風玻璃處，駕駛員無法在開車的同時獲取后方道路情況，且內后視鏡會根據駕駛員位置不同，觀看視野會不停調整，通過擺頭觀察有一定的延時性，客觀存在極大的視野盲區。

本文提出的流媒體全視屏后視鏡系統，能夠實時采集、處理車輛正后方道路信息，并通過多幀曝光、三幀合一的算法處理，將高清視頻圖像實時顯示在流媒體顯示屏上，具有實時性、準確性和魯棒性，能夠有效降低車輛正后方的視野盲區。

2 傳統內后視鏡與電子后視鏡的區別

2.1 傳統內后視鏡

內后視鏡主要功能分為兩點：1.觀察車后方情況，識別危險，便于保持安全距離;2.觀察后座乘客，尤其是后排有小孩乘坐的時候，我們不需要扭過頭去[3]。傳統內后視鏡主要有普通平面內后視鏡、手動/電子防眩目內后視鏡。普通平面內后視鏡是由反光鏡片、后殼裝飾蓋、鏡桿三大組件構成;而手動防眩目內后視鏡則換成了楔形鏡片，鏡片的一面是普通透明玻璃（副反射面），另一面有增加反光涂層（主反射面），當在夜晚開車時，可通過撥桿手動調節玻璃鏡面（反射率較低）轉過一定角度，來防止強光直射到眼睛，達到防眩目的功能。電子防眩目主要由反光面（玻璃面和電致變色元件組成）、控制模塊和環境光線前后感應傳感器組成，當光傳感器監測到前后方車輛環境光強度時，產生信號傳遞到控制器，對比前后光線的強度差異后，通過改變電致變色元件的供電電壓來改變其顏色，從而改變內后視鏡反光面的反射率，隨著車輛后部的光線變強，反光面的反射率將減小，這樣反射到駕駛員眼里的光線就減弱了，起到了防眩目的作用[1]，如圖1所示。

法規要求傳統內后視鏡視野應滿足：駕駛員借助內后視野裝置應能在水平路面上看見一段寬度至少為20 000mm的視野區域，其中心平面為汽車縱向基準面，并從駕駛員的眼點后60 000mm處延伸至地平線（見圖2），從法規要求看，傳統內后視鏡在多種用車場景下較難滿足法規要求，因此改善車后方行車視野顯得尤為重要。

2.2 流媒體全視屏后視鏡

流媒體，又叫流式媒體，是實時傳播的媒體，流媒體全視屏后視鏡，是以屏代鏡，通過攝像頭把汽車后方影像投射到顯示屏上，以數字格式播放的后視鏡電子產品，將視點外移至車后攝像頭，避免了車內物體的阻擋，本文將驗證選用分辨率為1280*260的顯示屏和與之匹配的主流100W像素的高清攝像頭是否滿足設計要求。

流媒體全視屏后視鏡（digital rearview mirror）是由顯示屏（數字液晶屏）、控制器和高清攝像頭組成的影像式行車安全輔助系統，采集到的圖像通過同軸線纜實現視頻傳輸，并最終顯示到顯示屏上，如圖3所示。其中顯示屏由透光鏡片、半發射鏡片、TFT模組、PCB板、后蓋、鏡桿和線束等主要部件組成[2]。高清攝像頭采集車后10米外延伸到無限遠的圖像，并通過LVDS傳輸給控制器，控制器對圖像信息進行預處理并將處理后的圖像最終傳輸給顯示屏顯示，整套系統也可通過CAN總線與車輛控制系統進行通信，實現倒車監控和自動亮度調節等功能。流媒體控制器主要負責視頻圖像的編解碼、IO驅動、圖像處理及傳輸等。

1、流媒體全視屏后視鏡系統的優點：

（1）可視角度比傳統內后視鏡的視野范圍大3倍，直接將車內環境砍掉，車輛尾部的攝像頭通過廣角鏡頭技術能夠輕松覆蓋后方幾條車道，車后方和側后方的環境一目了然，安全系數倍增，如圖4所示。

（2）在雨霧天氣中，傳統內后視鏡受后檔風玻璃表面灰塵和雨水影響，而流媒體全視屏后視鏡可避開這一缺陷，通過高清攝像頭采集圖像并清晰的顯示車后路況。

（3）流媒體全視屏后視鏡具有前后感光片，能感知前后亮度并進行對比，自動調整屏幕亮度。

（4）流媒體攝像頭鏡頭視角比常規的倒車攝像頭鏡頭視角更寬更廣，且顯示屏顯示區域可實現調節。

（5）顯示屏由半透半反鏡片和TFT模組構成，其透光率和反射率更好，a.當顯示屏熄屏時，鏡片反射率>40%，可作為普通光學內后視鏡使用;b.當流媒體正常工作時，鏡片通過率>80%，抗反光能力更好。

（6）高速性能數字傳輸線能傳輸雙向的控制信號、供電及視頻信號，保證顯示的清晰度。

2、流媒體全視屏后視鏡系統的缺點：

（1）TFT異形屏零件成本過高。

（2）攝像頭長期暴露在車外，受陽光雨水沖刷，圖像顯示耐久性會有影響。

3 設計要求

3.1 硬件部分

1、位置選擇

（1）流媒體全視屏后視鏡的設計應遵循人機工程要求，顯示屏總成位置與傳統內后視鏡位置盡量保持一致，不能阻擋駕駛員的駕車視野，如圖5所示;顯示屏總成的最低面要高于駕駛員水平視線至少10mm以上，整車Y方向上居中布置，一般布置在前擋風玻璃中間處，靠近頂襯;與周邊零件（遮陽板、前頂燈等）至少保持5mm以上安全裝配距離。

（2）攝像頭可布置位置大致分為三類：a.放置于翼子板高位剎車燈處，此位置較高，基本能滿足攝像頭視場角采集影像的范圍;b.安放于車子后雨刮擺臂裝飾板附近，由于每臺車的車高不一樣，如果位置低于1.5米，需要進行理論和實車校核才能確定是否滿足要求;c.位于車輛牌照燈處，此處與倒車攝像頭位置處于同一水平線上，但鏡頭朝向不同，容易受尾門及拍照燈阻擋，一般不建議放于此處，因為很多小型車輛牌照位置過低，攝像頭無法采集到高位圖像，當后面出現大車時，視野被嚴重阻擋，看不清后方路況，如圖6所示。綜上所述，放于翼子板高位剎車燈處滿足大部分車型設計要求。本文為了驗證低于1.5米的情況，因此攝像頭安放于后雨刮飾板處。

（3）攝像頭位置校核標準：若離地高度低于1.5米，攝像頭需垂直傾角向下2°，當能看到車后部20米寬可見區域時，可見區域靠近車尾距離若為10米（此時車后盲區距離8.8米），即可滿足設計要求，如圖6所示：

2、結構設計

（1）顯示屏總成結構設計大致分為兩種：a.單鏡桿結構，與普通內后視鏡設計類似，鏡桿通過螺栓與車身頂蓋鈑金進行固定，顯示屏通過圓形球頭座進行自由轉動，鏡桿壁厚一般做到至少3.5mm以上，中間為鏤空，方便線束通過，隱藏性較好。b.顯示屏與ADAS或其它功能模塊集成在前擋風玻璃上，組成模塊化盒子，鏡桿與盒子一起粘貼到前檔玻璃上，如圖7所示。

顯示屏主要部件為TFT模組、半反半透玻璃蓋板、圖像處理器等，一般選擇長度為寬度1.6倍的異形屏作為顯示部分，同時尺寸大小還要根據車內空間進行合適的選擇，本文選用的顯示屏尺寸大小為8.6英寸。

（2）攝像頭的選擇：目前攝像頭主要分為30W、50W、100W、200W等像素的攝像頭，30W～50W為標清攝像頭，100W～200W為高清攝像頭;本文根據顯示屏分辨率選擇100W左右像素的高清攝像頭進行匹配。

3、仿真分析

（1）支撐顯示屏的組件為鏡桿結構，此為鋁合金鑄造而成，強度必須滿足CAE仿真要求，不然會出現晃動或者固定點斷裂的情況，嚴重的會影響行車安全，應力點主要集中在螺栓連接處，因此螺栓扭力值及布置位置將直接影響到斷裂情況的發生，仿真分析結果如圖8所示。

仿真分析結果表明：在標準<165Mpa應力下，緊固點在X、Y、Z三個方向上滿足強度要求，因此本文采用的單螺栓，位置居中設計滿足要求，其中增加定位銷是為了便于裝配。

3.2 軟件架構設計

由于駕駛員個人習慣不同，對于顯示屏上的圖像觀看角度/亮度要求也存在差異，因此需要對流媒體全視屏后視鏡上的顯示圖像進行多種模式設計，包括亮度調節模式、角度調節模式等，駕駛員可根據個人喜好，通過人機交互界面選擇適合的顯示模式，軟件架構如圖9所示。

4 實車校核

實車校核為開發過程中最重要的一步，主要檢測顯示圖像清晰度等功能，本系統選用的控制器芯片擁有高速處理能力，延時率小于55ms，可同時采集遠近景圖像，消除虛化的效果，動態HDR（120DB）更好;實車校核結果如圖10所示。

通過實車結果可以看出，本文安裝在后擋風玻璃底部處的攝像頭（離地1.1m）滿足駕駛員觀察后方路況要求，白天/夜晚顯示效果也很清晰，滿足設計要求。

5 結論

本文主要探究了當今主流的流媒體全視屏后視鏡設計規范，基于8.6寸異性TFT模組顯示屏、半反半透鏡片、高清攝像頭和高傳輸同軸線等主要元器件，最終呈現出低延時、高動態、高幀率的清晰圖像供駕駛員觀看后方路況，能夠滿足車輛在高速行駛過程中實時性、穩定性和魯棒性的要求。對比傳統內后視鏡，流媒體全視屏后視鏡有很大進步空間，例如TFT模組改成規則形狀、傳輸方式采用同樣清晰卻成本更低的AVT，鏡桿采用高強度的塑料材質等，相信未來流媒體全視屏后視鏡將結合行車記錄儀、360環視攝像頭技術、電子外后視鏡等技術完成又一次創新，并將呈現更多豐富的“黑科技”色彩。

參考文獻：

[1]王明軍，劉波;汽車后視鏡新技術探究及典型故障模式分析[J]，汽車設計研究，2019.

[2]李濤，莊云龍等;基于嵌入式系統的流媒體后視系統設計[J]，汽車電器，2019.

[3]王炳飛，李超帥等;汽車內后視鏡的工作原理與選型分析，測試與試驗，2018.