一種流媒體內后視鏡的開發與設計

熊東箭，王 偉，劉士遠，巴 麗，朱文潔

一種流媒體內后視鏡的開發與設計

熊東箭，王 偉，劉士遠，巴 麗，朱文潔

（上汽通用汽車有限公司 武漢分公司，湖北 武漢 430000）

傳統內后視鏡采用光學反射的方式為駕駛員提供后方視野，但是由于車體結構的特點，C 柱和后排靠枕都會帶來極大的視野盲區。文章提出一種流媒體內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。通過對各種型式內后視鏡的結構與功能實現進行分析，為不同檔次定位的車輛內后視鏡選型提供了依據。同時對流媒體內后視鏡的基本結構、工作原理、發展趨勢等進行了研究，為后續流媒體內后視鏡的應用提供依據。

視野盲區；流媒體內后視鏡；自動防眩目；自動駕駛

內后視鏡作為駕駛員觀察車輛后方情況的主要工具之一，承擔著重要的駕駛安全功能實現。隨著汽車越來越智能化、共享化、電動化、網聯化，整車的造型設計也越來越個性化和差異化，逐漸興起的溜背造型設計、亮度越來越高的各類激光大燈以及惡劣的雨雪天氣等，在現實使用過程中也給傳統光學內后視鏡帶來了諸多不利影響。同時，左右外后視鏡的視野也無法覆蓋全部的車后方盲區。為了解決以上痛點，本文設計了一種以低成本方案開發的高清后攝像頭搭配高像素實時成像顯示屏的流媒體內后視鏡，可以改善駕駛員后方視野的范圍和清晰度以及其他不利因素對傳統光學內后視鏡的限制[1-2]。

1 傳統與流媒體內后視鏡的區別

目前，根據鏡面的不同可以將內后視鏡分為普通棱鏡、手動防眩目、自動防眩目及流媒體內后視鏡幾類，除流媒體內后視鏡外，其他內后視鏡的成像原理都是光的反射，被稱為傳統內后視鏡[3]。

1.1 傳統內后視鏡

傳統內后視鏡分為手動防眩目和自動防眩目內后視鏡，手動防眩目和自動防眩目分別是通過楔形鏡片鍍鉻和電致變色材料實現（見圖1）。

圖1 傳統內后視鏡防眩目原理

手動防眩目的楔形鏡片有前后兩個呈一定角度的反射面，主反射面鍍鉻反射率較高，副反射面沒有鍍層反射率低。可以通過手動扳動調節撥鈕調節后視鏡角度，達到防眩目的效果。手動防眩目內后視鏡優點是結構簡單、價格便宜、基本免維護；缺點是鏡片只有兩個反射面，不能適應全工況下的反射需求，并且無法適應緊急情況下的快速切換。

電子防眩目內后視鏡系統由兩個光敏傳感器、控制器以及電致變色材料鏡片組成[4]，兩個光敏傳感器分別布置在后視鏡的前后兩側，接收車前與車后射來的光線，當光線傳感器檢測到汽車后方光照強于前方時，會對電致變色材料施加電壓改變電致變色層的顏色，電壓越高，電致變色層的顏色越深，反射率越低，鏡面反射率可以由70%左右變化到10%左右，當傳感器發現前后光線恢復正常后，變色層又會自動斷電，鏡面反射率恢復正常，可以適應不同工況下的反射率需求。

1.2 流媒體內后視鏡

所謂流媒體，即對多媒體文件邊下載邊播放的流式傳輸方式。流媒體內后視鏡就是通過一枚車輛后置的攝像頭實時地拍攝車輛后方的畫面（見圖2），并通過同軸線纜實現視頻傳輸將其無損、無延遲的在中央內后視鏡顯示屏上呈現出來[5]。其中，顯示屏由透光鏡片、半發射鏡片、薄膜晶體管（Thin Film Transistor, TFT）模組、印制線路板（Printed Circuit Board, PCB）、后蓋、鏡桿和線束等主要部件組成。

LCD（液晶顯示器, Liquid Crystal Display）；ISP（圖像信號處理, Image Signal Processing）；FOV（視場角, Field Of View）；CMS（電子后視鏡, Camera Monitor System）。

1.2.1流媒體內后視鏡的優點

1）由于負責圖像采集的攝像頭布置在車輛外側，不受車內物體遮擋影響，可視角度比傳統內后視鏡的視野范圍大3倍。

2）在夜間行車時，傳統內后視鏡雖然在一定程度上解決了眩目問題，但也大大削弱了成像的亮度，流媒體內后視鏡能夠通過軟件算法使得在夜間行車也能清晰地觀察到后方的車流情況。

3）為獲得更大視野，傳統內后視鏡會采用球面鏡，難免會帶來成像畸變，使駕駛員錯誤地估計路面情況，而優質的流媒體內后視鏡能做到圖像邊緣無畸變，真實還原路況。

1.2.2流媒體內后視鏡的缺點

由于集成了電子元器件，成本激增；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。

2 設計方案

據2021年J.D.Power研究顯示，流媒體內后視鏡成為汽車上最受歡迎的科技配置。與此同時，上汽通用售后部門的統計顯示，在2021年的售后加裝的零件種類中，流媒體內后視鏡占比高達60%（見圖3）。由此可見，流媒體內后視鏡在未來汽車市場中有巨大的發展潛力，但目前流媒體內后視鏡尚處于初步發展階段，成本較高。本文意在提出一種低成本的流媒體內后視鏡技術方案，使得顯示屏總成性能達到顯示均勻性≥80%，持續使用溫度控制≤70 ℃、亮度≥1 800 cd/m2，實時傳輸的系統延遲控制在60 ms以內，給予駕駛員良好的使用體驗。

圖3 2021年售后加裝扇形圖

流媒體內后視鏡[6]主要由顯示模塊、結構部件、硬件設施及軟件系統組成，如圖4所示。

2.1 顯示模塊

由于流媒體內后視鏡需要在電子防眩目模式和流媒體模式之間來回切換，因此，顯示模塊由EC（Electrochromic）鏡片、LCD顯示屏、集成電路板等構成。

在面對夜間的復雜燈光干擾情況下，防眩目功能是重要的行為安全保障功能[7]。本方案中鏡片部分選用雙層玻璃的EC鏡片，透過率達到40%～45%。透過率直接影響到了最終產品的顯示亮度指標，EC鏡片比傳統的鍍鉻鏡片透過率提高了三倍。與此同時，當強光照射在后視鏡sensor上時，主控制器微控制單元（Micro-Controller Unit, MCU）將會控制電路調節EC鏡片的電壓來調節光反射率，實現防眩目功能，減少因后方燈光的炫目風險而發生交通事故，有效提高車輛行駛安全。顯示屏有垂直入光和側方入光可供選擇，由于側方入光需要更寬的邊框。因此，本方案選用垂直入光方式，顯示均勻性達到83%，而側方入光均勻性為76%，不僅邊框更窄（上7 mm；下4.2 mm；左右4.5 mm），同時也減少了PCB數量，降低了零件成本。

2.2 結構部件

結構上，流媒體內后視鏡由鏡頭、緊固部件、數據傳輸部件和裝飾部件組成。顯示屏在鏡片后方，自然光射向鏡頭后，會先通過EC鏡片，通常會有20%的光線被鏡片吸收，45%的光線經鏡面反射，只剩下35%的光線能夠由LCD屏幕反射并穿透EC鏡片讓駕駛員看見，而屏幕顯示亮度要求透過鏡片后至少應大于1 600 cd/m2。因此，在選擇屏幕的時候最小亮度應該達到4 500 cd/m2，而本方案所選用的垂直入光技術的顯示屏組件最終可視亮度達到了1 800 cd/m2，顯示均勻性達到88%。緊固部件能夠將各個部件組合起來，包括緊固螺栓，粘連膠以及與前風擋連接的基座等。數據傳輸通過攝像頭、傳感器、串行器、驅動芯片及線束組成。前后外殼、防撞墊片以及裝飾罩蓋能使產品更加美觀。光線利用率如圖5所示。

圖5 光線利用率

2.3 硬件設施

硬件方面，流媒體內后視鏡部分由MCU主控制器、視頻解串器、環境傳感器、視頻信號處理芯片、顯示驅動、顯示屏、光sensor、控制器局域網（Controller Area Network, CAN）總線、電子防眩目鏡等組成（見圖6）。攝像頭通常布置在高位剎車燈、后雨刮擺臂裝飾板附近、車輛牌照燈等位置。然后通過CAN總線將后視鏡與攝像頭直接連接在一起，即可實現各種信號的交互傳輸和清晰顯示。

圖6 硬件結構圖

為了保障圖像傳輸的穩定性、高速性，圖像分辨率選用1 920×384進行傳輸，要求最大帶寬為76 MHz，基于帶寬需預留30%左右余量本方案選用了FPD-Link Ⅲ通信協議的TI934串行器[8]，帶寬可以達到100Mhz@12bit mode。同時，出于驅動能力考量，選型TP6806來驅動顯示屏，接口能力可達BT656 input 2×LVDS output。攝像頭部分sensor采用OmniVision的OX02A10 sensor，支持60幀圖像輸出，動態范圍達110 dB，避免了太亮或太暗環境下的成像問題。同時，攝像頭還具有夜視功能，即使在夜間也能看清路況及周邊環境。

2.4 軟件系統

流媒體內后視鏡軟件系統主要運行在主控制器里（見圖7）。主控制器待電壓平穩后給外圍供電，避免造成攝像頭花屏或顯示異常。攝像頭采集到的圖像經過處理后就會顯示在屏幕上，由于駕駛員個人習慣不同，對于顯示屏上的圖像觀看角度、亮度等通過人機交互界面根據自己喜好選擇適合的顯示模式[9]，系統會通過圖像處理后再進行顯示直到駕駛員滿意為止。如視野垂直角度提供了7檔可供選擇，視野縮放有92°、75°、60°3個檔位，圖像色溫可以選擇冷色、正常和暖色等。

圖7 軟件運行流程

目前，更高的運算能力、數據處理速度以及環境溫度都對流媒體內后視鏡的散熱功能提出了更高的要求[10]。圖8為本方案的溫度控制邏輯關系，以6 s為一周期，通過實時監測、動態調整，在優先保障流媒體內后視鏡運行穩定性的基礎上優化顯示效果，盡量以安全控制閾值內最高的亮度確保用戶使用的舒適度。為了達到這一目標，本方案開發了全新的散熱鰭，提高厚度和高度的同時，選用成本更低的壓鑄工藝制造，在五金框和導光板之間增加隔熱板切斷了五金框熱量向顯示屏內部傳遞路徑。經驗證在鏡體溫升方面的表現有7.8%的性能提升。

圖8 溫度控制邏輯

3 結論

本文通過后視鏡實際開發的工作經驗，總結了傳統后視鏡及新型流媒體內后視鏡的工作原理和優劣勢，介紹了流媒體內后視鏡的結構部件、顯示模塊、硬件設施及軟件系統。隨著流媒體內后視鏡覆蓋的車型越來越多，流媒體內后視鏡必將向低成本、高感知質量、安全性和科技感等方向發展，可以通過平臺化零件借用、顯示屏模組的集成化設計、國產化關鍵零件等實現正本降低，使用全面屏、更先進的軟硬件提升產品的感知質量和安全性，集成更多的人機互動功能以提升產品的科技感。

[1] 張瑩.增強汽車駕駛員視野的方法及視野發展趨勢[J].汽車實用技術,2015,40(1):146-150.

[2] 王炳飛,李超帥,林森,等.汽車內后視鏡的工作原理與選型分析[J].汽車實用技術,2018,43(14):70-72.

[3] 余凡.汽車電子后視鏡系統設計[D].武漢:武漢理工大學,2012.

[4] 崔利軍.汽車后視鏡技術分析[J].汽車工業研究,2017 (6):56-58.

[5] 王亮,莊瓊倩,陸圣君,等.后視鏡新技術探討[J].汽車實用技術,2018,43(23):87-90.

[6] 李濤,莊云龍,孫燦,等.基于嵌入式系統的流媒體后視系統設計[J].汽車電器,2019(6):40-41,44.

[7] 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].汽車實用技術,2019,44(22):121-122.

[8] 徐曉明,趙清瀟,趙憲臣.采用FPD-Link Ⅲ技術實現數字視頻信號遠傳設計[J].電子設計工程,2016,24 (22):138-141.

[9] 吳世杰.汽車電子后視鏡高動態技術應用及其系統設計[J].機電工程技術,2019,48(12):189-192,232.

[10] 全國汽車標準化技術委員會.機動車輛間接視野裝置性能和安裝要求:GB 15084－2013[S].北京:中國標準出版社,2013.

Development and Design of a Type of Full Display Mirror

XIONG Dongjian, WANG Wei, LIU Shiyuan, BA Li, ZHU Wenjie

( Wuhan Branch, SAIC General Motors Company Limited, Wuhan 430000, China )

Traditional inside rearview mirror uses optical reflection to provide the driver with rear vision. However, due to the characteristics of the body structure, the C-pillar and the rear headrest will bring a great blind spot of vision. In this paper, a full display mirror solution is proposed. It can solve the problem of blind spot monitoring behind the car, and can meet the needs of observe the vehicles behind car in daily driving with clarity, real-time, and anti-glare feature, significantly increase the safety factor. By analyzing the structure and function of various types of interior rearview mirrors, this paper provides a basis for the selection of vehicle interior rearview mirrors with different class of vehicles. At the same time,the basic structure, working principle and trend of full display mirror are studied, which provides a basis for the subsequent application of the streaming media rearview mirror.

Blind spot; Full display mirror; Automatic anti-dazzle; Automatic driving

U463

A

1671-7988(2023)22-34-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.022.007

熊東箭（1992－），男，碩士，工程師，研究方向為汽車新技術、新材料、新工藝，E-mail:15173176693@163.com。