一種電子流媒體后視鏡方案關鍵技術及實現

孫德生

摘 要：文章結合在電子流媒體后視鏡開發實踐上的經驗 分析了物理后視鏡的各種弊端 同時也指出了后裝流媒體后視鏡存在的圖像變形嚴重、失真度高、圖像畫面延時過大存在安全隱患的問題 詳細介紹了前裝流媒體后視鏡支持寬動態、高幀率、高分辨率的攝像頭設計和具備電子防眩目功能的內后視鏡主控板硬件系統設計 詳細論述了流媒體后視鏡系統開機及后視攝像頭圖像實時性、電子防眩目功能控制、智能調節后視視頻圖像顯示區域范圍、失效模式控制等關鍵技術 總結了整個前裝流媒體后視鏡的實際設計思路。

關鍵詞：前裝;流媒體后視鏡;電子防眩目;串行解串器;FPD-Link III;失效模式及后果分析

中圖分類號：U463.85+6? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）18-72-04

Abstract： Combined with the experience in the development of the electronic streaming media rearview mirror， this paper analyzes the disadvantages of the physical rearview mirror， and points out that the serious image deformation， high distortion and large image delay of the rear mounted streaming media rearview mirror lead to the potential safety problems. The paper introduces in detail that the front loading streaming media rearview mirror supports the camera with wide dynamic， high frame rate and high resolution design and design of the hardware system of the main board of the interior rearview mirror with electronic anti dazzle function. The key technologies such as the start up of the streaming media rearview mirror system and the real-time image of the rearview camera， the electronic anti dazzle function control， the intelligent adjustment of the display area of the rearview video image， and the FMEA control are discussed in detail. The paper also summarizes the idea of practice design of streaming media rearview mirror.

Keywords： Front loading; Streaming mirror; Electronic anti glare; Serial deserializer; FPD-Link III; FEMA

CLC NO.： U463.85+6? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-72-04

引言

汽車內后視鏡是通過鏡面反射原理來完成成像的 對外界條件的依賴太大 因為車身結構的特點 導致C柱和后座椅的乘客、靠枕都對后方的視野造成干擾[1]。貼膜的條紋、后擋車貼或運動型汽車外部的水平尾翼等物體 遮擋住部分向后的視野 影響駕駛者觀看汽車后方視野 容易造成交通事故。在汽車后裝市場也出現了很多流媒體后視鏡 但是圖像角度很大 圖像變形嚴重 攝像頭Sensor幀率低 圖像的延時達130ms以上。夜間行車時 后方車輛的燈光通過內后視鏡反射易造成駕駛者產生夜盲[2]。車內后視鏡應具有在夜間防止后方車輛的前照燈光線所引起眩目的功能[3]。后裝流媒體后視鏡同樣不具備防眩目功能 種種弊端導致發生交通事故的隱患比較大。

本文提出一種前裝車廠規格的電子流媒體后視鏡技術方案 利用支持寬動態、幀率達到60幀、角度大達水平90度、垂直角度達40度、抗干擾性能強后視攝像頭來撲捉車輛后方的行使動態 通過FPD-Link III傳遞數字圖像到內后視鏡顯示屏LCD上。FPD-Link III 技術是在FPD-Link 技術的基礎上 針對汽車電子應用 增強了信號驅動和抗干擾能力 提高了信號傳輸距離[4]。整個系統圖像延時在60ms內 能應對各種復雜場景和自然環境 鏡頭角度合適 圖像變形小真實感強。這種高實時性和優良的圖像質量為對駕駛安全有著非常重要的作用。

1 方案系統設計

方案提供一種支持寬動態、低時延、抗干擾性強、圖像變形小畫質優良的流媒體后視鏡 大大提高駕駛員的行車安全性。本方案由后視攝像頭、流媒體內后視鏡、FPD-Link III標準傳輸線束組成。流媒體內后視鏡內的控制器對攝像頭傳輸過來的視頻信號做解串并將處理后的視頻傳輸給流媒體內后視鏡顯示屏進行顯示 實現車輛后方路況的實時顯示。由于沒有車尾立柱的阻擋 流媒體后視鏡的視野范圍遠遠超過目前汽車光學車內后視鏡[5]。整個方案設計的元器件均符合AEC-Q100要求、工作溫度、存儲溫度均滿足前裝車廠的要求。

1.1 攝像頭硬件系統

本方案中的攝像頭部分Sensor采用OmniVision的OX02 A10 sensor 該sensor支持60幀圖像輸出 支持寬動態 動態范圍達110dB 解決太陽直射或進橋洞太亮或太暗成像問題。同時攝像頭具有LED Flicker Reduc?tion防眩光夜視功能 即使在夜間也能看見人和物體[6]。6玻鏡頭加濾光片 輸出MIPI信號給ISP。ISP采用OmniVision的OV491對圖像做深度處理 然后通過MIPI輸出到串行器。串行器采用的是美信的MAX9295A 通過同軸傳輸 走FPD-Link III標準連線。

1.2 流媒體內后視鏡

流媒體內后視鏡部分由主控制器MCU、視頻解串器、視頻信號處理芯片、顯示驅動、顯示屏、光Sensor、CAN、電子防眩目鏡等組成。其中通過利用CAN 總線將后視鏡與雷達、攝像頭等進行有效連接 即可實現各種信號與車載智能后視鏡信息顯示屏的交互傳輸和清晰顯示[7]。比如車輛倒車信號、車速信號的傳遞以及一些重要設置的人機交互。系統結構如圖2所示：

如圖2所示 攝像頭信號通過FPD-Link III標準連線進入系統 系統通過解串器解串 解串器使用的是美信解串器MAX9296A 輸出MIPI信號到支持驅動LVDS屏的點屏芯片 選用的是瑞薩RAA278842? RAA278842再傳遞給LVDS顯示屏 整個系統控制核心采用NXP的MCU 型號為S9KEAZ64AMLH。系統用了兩顆光sensor 采用的intelsil的isl76683 采集前后光sensor的環境光的亮度。系統設計了唯一一個按鍵用于系統開關機、切換流媒體后視鏡是處于采用流媒體顯示模式還是物理后視鏡顯示模式 定義為模式鍵。整個內后視鏡重量約為580g 符合3C認證。

1.3 FPD-Link III標準傳輸線束

FPD-Link III標準傳輸線束用于連接攝像頭和內后視鏡 采用走LVDS信號的同軸電纜傳輸。攝像頭甩出一根70cm長的尾線 內后視鏡同樣甩出一根20cm長的尾線 中間線束布在車身上再對連兩個尾線。前裝車廠對視頻信號的傳說線束有非常高的性能規格要求來保障連接的穩定性和可靠性。中間連接的端子連接器都有嚴格的要求 比如要求防水等級IP67、阻抗、線束拉拔力、傳輸LVDS信號 目前車廠主要使用連接器廠家有安費諾和羅森伯格的 本方案中采用的安費諾的連接器 線束材質為RG174 雙層屏蔽線 長度為9米 線束拉拔力大于10kg。

2 方案軟件系統關鍵技術

流媒體內后視鏡軟件系統主要運行在主控制器MCU里 MCU負責了外圍設備數據的采集、控制、調度 主要有系統開機及視頻實時性控制、電子防眩目功能控制、調節后視圖像顯示范圍、失效模式控制等。

2.1 系統開機及視頻實時性

流媒體后視鏡從車輛點火上電到顯示圖像總時間小于1秒 約850ms。上電后 內后視鏡的主控制器MCU首先配置外圍供電、初始化解串器、視頻顯示驅動、控制LCD背光、讀取CAN信息等。由于汽車點火初始時間150ms內電壓不平穩 起伏比較大 因此MCU需要待電壓平穩一些再給外圍供電 比如給攝像頭供電 否則容易造成攝像頭花屏或顯示異常。攝像頭上電后ISP負責配置好Sensor ISP按照系統給的配置要求處理輸出圖像數據 攝像頭完成穩定圖像輸出的時間是650ms以內。由此可以看出主要耗時在等待攝像頭的穩定信號 在等待的過程中系統完成其他外圍器件的初始化 打通顯示通道 給攝像頭供電700ms時點亮LCD背光 圖像就顯示在了LCD屏幕上。整個耗時在850ms左右 滿足前裝車廠要求的1秒內。

前裝車廠對視頻的實時性要求在60ms之內 視頻圖像的延時主要由攝像頭從采集到輸出圖像、傳輸控制、屏幕顯示延時組成。攝像頭sensor是支持60幀的 因此sensor端的延時約17ms ISP性能強大、處理速度快 處理的時間在3ms左右 攝像頭部分大概的延時有20ms 在中間傳輸上都的LVDS高速信號 串行器和解串器部分延時小于1ms 再經過視頻點屏處理芯片延時小于1ms 最后到達LCD LCD刷新是30幀的 因此顯示延遲約33ms。整個視頻的延時約56ms 滿足要求前裝車廠的要求。

2.2 電子防眩目

流媒體后視鏡設計了兩種顯示模式 一種是流媒體顯示模式 另外一種是物理后視鏡顯示模式 這兩種模式的切換是通過模式鍵來切換的。當流媒體后視鏡處于物理后視鏡顯示模式時 設計上增加了電子防眩目鏡片。電子防眩目后視鏡原理是當強光照在后視鏡上時 鏡上的傳感器把光信號傳送給控制器 經過信號處理 控制電路會使鏡面變色 以吸收強光 削減強光的反射[8]。

采用了流媒體內后視鏡前后兩個光感傳感器 實時采集環境光的亮度值給到主控制器MCU MCU通過比較兩個光感采集的亮度的差值做參考來調節電子防眩目鏡片的供電電壓來達到調節反射率。比如后光感的值比前光感的值大很多 說明后方有大燈照耀 這時候需要調低鏡面反射率。實現眩目自主預防 減少因駕駛員反應不及時而導致的眩目事故發生的風險 有效地降低了眩目事故發生的幾率[9]。

2.3 調節后視圖像顯示范圍

流媒體內后視鏡顯示屏的分辨率是1920x384的 攝像頭過來的圖像分辨率也是1920x384 像素點一一對應 圖像不會拉伸扭曲。系統默認采用攝像頭輸出的圖像視角為水平角度為90度 垂直角度為20度。由于攝像頭安裝角度的差異以及駕駛員的個人習慣 需要支持可調節攝像頭顯示圖像的垂直角度范圍調節。

本系統主控制器MCU可以接受來自原廠CAN協議 在原廠上可以通過方控鍵來設置 同時也可以支持基于CAN協議在原廠中控主機上來設置圖像的垂直角度范圍。兩種不同顯示效果如圖3、圖4。

從上圖可以看出 圖4明顯視角更靠下一點。視角根據駕駛者的偏好自己設置。但是在倒車的時候 流媒體內后視鏡通過CAN接收到倒車信號會自動將后視圖像的視角調節到最低 看到攝像頭能看到的最近的范圍 倒車結束后再自動調節回設置的視角范圍。

2.4 失效模式控制

失效模式及后果分析是一種系統化的可靠性定性分析[10]。流媒體后視鏡在設計上考慮了一些失效模式 比如由于攝像頭損壞了或傳輸線束受損導致圖像傳輸失敗。系統開機后檢測不到視頻信號輸入時屏幕顯示為藍色和無信號提示圖標 如圖5所示 3s中進入普通鏡片模式 但是顯示提示圖標仍然存在 如圖6所示。

通過按模式鍵可以切換到普通物理鏡面模式關閉屏幕顯示。當再次切換模式時 提示圖標再次出現 實際上屏幕是亮的 只不過圖像是黑色的 在白天反射率值不小于40% 夜間反射率不小于4%[11]。如果是傳輸線束異常 系統通過串行器和解串器也可以偵測出 并在顯示屏上給出異常提示。

3 結束語

本文通過在前裝流媒體后視鏡方案的實際開發工作經驗的基礎上 總結了流媒體后視鏡的攝像頭和內后視鏡的硬件系統結構原理 詳細介紹了軟件系統核心功能的設計和實現細節 充分論證了前裝流媒體后視鏡圖像的高實時性、可靠性、穩定性 為駕駛員提供安全駕駛輔助。

參考文獻

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