徐林邦　溫金華　丘昌州　趙巍　許聲堂

摘 要：基于電子影像技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，電子后視鏡在汽車上的應(yīng)用逐步成為現(xiàn)實(shí)。電子后視鏡的優(yōu)勢(shì)在于能夠彌補(bǔ)普通物理后視鏡存在不足，普通物理后視鏡的主要痛點(diǎn)在于駕駛員在駕駛車輛過(guò)程中的直接視野、輔助視野存在難以避免的盲區(qū)，而且在雨霧、強(qiáng)光、弱光環(huán)境下物理后視鏡也會(huì)出現(xiàn)視野不清晰問(wèn)題，這近一步增加了行車的危險(xiǎn)性；除此之外，由于普通物理后視鏡都是布置在駕駛室左右兩側(cè)，其正面迎風(fēng)面積比較大，因此普通物理后視鏡也是導(dǎo)致行車風(fēng)阻增加的一個(gè)重要因素。所以汽車電子后視鏡在汽車上的應(yīng)用呼聲越來(lái)越大，近年來(lái)汽車電子后視鏡在全球各大型車展上出現(xiàn)的身影越來(lái)越頻繁，充分說(shuō)明此項(xiàng)技術(shù)在未來(lái)的應(yīng)用前景非常廣闊。

關(guān)鍵詞：汽車 電子 后視鏡 技術(shù) 結(jié)構(gòu) 開發(fā) 應(yīng)用

1 引言

電子后視鏡近些年出現(xiàn)了里程碑式的發(fā)展，各個(gè)國(guó)家從標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)上逐漸把電子后視鏡的應(yīng)用及開發(fā)技術(shù)予以法律化。2016年聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)汽車標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)ECER46第六版發(fā)布，完成CMS （camera-monitor system）擴(kuò)標(biāo)，其中光學(xué)部分測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照ISO 16505：2015，該標(biāo)準(zhǔn)的頒布確認(rèn)了取消車外傳統(tǒng)后視鏡的汽車在歐洲可以合法上路；2017年6月，作為UE/ECE成員國(guó)的日本，其 CMS保安基準(zhǔn)（道路車輛安全標(biāo)準(zhǔn)） 采用了ECER46；2018年德國(guó)漢諾威車展，博世公司展示了基于攝像頭電子后視鏡mirror cam system的實(shí)體，該系統(tǒng)通過(guò)攝像頭采集景像圖像并顯示在車內(nèi)兩側(cè)顯示器上，實(shí)現(xiàn)了完全取代汽車兩側(cè)的普通物理光學(xué)后視鏡；2019年元月，美國(guó)FMCSA授予Stoneridge為期五年豁免權(quán)，這代表著美國(guó)正在大力支持電子后視鏡系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域的商業(yè)化推廣和應(yīng)用。國(guó)內(nèi)后視鏡法規(guī)《GB 15084-2022 機(jī)動(dòng)車輛 間接視野裝置性能和安裝要求》已于2022年12月28日正式發(fā)布，用于替代標(biāo)準(zhǔn)《GB 15084-2013 機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置性能和安裝要求》，新版法規(guī)增加了針對(duì)CMS后視鏡的相關(guān)要求，這標(biāo)志著電子后視鏡在國(guó)內(nèi)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用有了可行的法律依據(jù)。

2 電子后視鏡系統(tǒng)的構(gòu)成及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 電子后視鏡系統(tǒng)的構(gòu)成

電子后視鏡Camera Monitor System，縮寫為CMS，是由高清攝像頭、顯示器、成像處理器、圖像傳感器、控制模塊等零件和處理軟件共同組成的后視鏡系統(tǒng)（如圖1所示），相對(duì)于于傳統(tǒng)的布置在駕駛室左右側(cè)的物理后視鏡，電子后視鏡不僅能夠降低整車風(fēng)阻系數(shù)，而且在夜間視野及視角廣度上都比傳統(tǒng)后視鏡有明顯優(yōu)勢(shì)。電子后視鏡也通常被業(yè)界稱為具有真正思考能力的后視鏡系統(tǒng)，因?yàn)镃MS系統(tǒng)不僅能具備傳統(tǒng)后視鏡的基本功能，而且其上還能附加對(duì)周圍移動(dòng)物體的檢測(cè)和預(yù)警能力，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，能夠?yàn)橛脩粜熊囂峁└鼮槭孢m的駕駛體驗(yàn)。

2.2 電子后視鏡的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)物理后視鏡的痛點(diǎn)主要有：因造型和外觀等因素鏡面尺寸不易做的過(guò)大，存在視野小而且后視鏡本身也存在遮擋駕駛員直接視野現(xiàn)象；副駕駛乘客和后排乘客容易遮擋駕駛員視線，且低于車窗和前檔玻璃以下的視野屬于盲區(qū)視野；車窗玻璃在集塵和雨霧情況下，透光率降低，間接導(dǎo)致視野不清，在雨霧天氣對(duì)行車安全影響較大等等一系列問(wèn)題。電子后視鏡相對(duì)物理后視鏡主要優(yōu)勢(shì)在于：（1）視野更加寬廣（如下圖2所示），大幅減少視野盲區(qū)，通過(guò)布置在車身四周不同的傳感器和攝像機(jī)，實(shí)時(shí)對(duì)車身四周進(jìn)行全方位拍攝，獲得四周影響，可視范圍是傳統(tǒng)后視鏡約3倍，減少盲區(qū)約10%；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)光線補(bǔ)償，通過(guò)弱光補(bǔ)償和強(qiáng)光抑制算法，弱化后車光線或者進(jìn)行光線補(bǔ)償，更能看清后車車況，保證行車安全；（3）受外界環(huán)境小，采用結(jié)構(gòu)規(guī)避和電動(dòng)鏡頭加熱，防雨防霜，結(jié)合內(nèi)置特定算法和顯示屏集成顯示，大大提高了雨雪天氣炫光、光線不足或夜間及隧道行車下能的能見(jiàn)度；（4）有效降低風(fēng)阻和風(fēng)噪，據(jù)分析測(cè)量，物理后視鏡占整個(gè)車身正迎風(fēng)面積約5.1%左右，CMS正迎風(fēng)面積是物理后視鏡的10%，CMS系統(tǒng)占整個(gè)車身正面迎風(fēng)面積的0.51%，理論上電子后視鏡相對(duì)物理后視鏡能夠減少4.6%整車風(fēng)阻，對(duì)于商用車來(lái)說(shuō)在長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中能夠降低整車油耗2%以上。（5）集成人機(jī)互動(dòng)功能、攝像測(cè)距功能、安全預(yù)警功能及視野隨動(dòng)功能等等，近一步增加行車安全性能。

3 電子后視鏡主要技術(shù)要求

3.1 對(duì)攝像機(jī)總成的要求

攝像頭像素至少需要200萬(wàn)像素以上；成像視角必須兼容CMS和ADAS對(duì)側(cè)后方視野的要求；結(jié)構(gòu)功能上按需自帶折疊機(jī)構(gòu) （同時(shí)如果布置空間允許，需考慮帶自動(dòng)內(nèi)收隱藏結(jié)構(gòu)，以提升外觀和檔次）；攝像頭鏡頭務(wù)必帶有加熱除霜功能，而且需要配置夜視增強(qiáng)效果，同時(shí)在法規(guī)允許范圍內(nèi)可適當(dāng)集成轉(zhuǎn)向燈或示寬燈功能；同時(shí)需要考慮集成環(huán)視魚眼攝像頭，保證360度無(wú)死角；更要滿足整車對(duì)電器件的電氣、機(jī)械、溫濕度、防護(hù)登記、可靠性的等要求要求；系統(tǒng)壽命需滿足10年20萬(wàn)公里使用要求。

3.2 對(duì)監(jiān)視器總成的要求

一般尺寸要求：6-6.5inch；最低分辨率：1280*720；亮度：≥ 1000cd/m MAX（帶被動(dòng)調(diào)節(jié)功能）；響應(yīng)：＜30ms，25℃ ，＜55ms，-30℃～25℃ （為避免駕駛室內(nèi)溫度驟變產(chǎn)生水汽在顯示屏上凝結(jié)，需考慮顯示屏內(nèi)加熱功能）；壽命：＞40000h，常溫條件；同時(shí)滿足電器件性能要求；布置位置有（1）門板三角窗，（2）儀表臺(tái)兩側(cè)，（3）A柱兩側(cè)等等；

3.3 對(duì)控制器總成的基本要求

數(shù)量：1個(gè)/車 （被域控制器集成）；視頻輸入：2路/個(gè)；視頻輸出：4路LVDS/個(gè)；總線通訊：CANFD*1；軟件升級(jí)：FBL OTA （軟件備份）

3.4 對(duì)系統(tǒng)的基本要求

功能上要求采用智能化邏輯設(shè)計(jì)，具有多賬戶顯示位置儲(chǔ)存功能，屏幕亮度可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)，盲區(qū)行人障礙物危險(xiǎn)報(bào)警你提醒，顯示屏顯示模式能夠自適應(yīng)切換，系統(tǒng)失效警告等等；性能要求：滿足法規(guī)對(duì)系統(tǒng)性能的要求，優(yōu)化性能，保證系統(tǒng)延時(shí)、啟動(dòng)時(shí)間適中。

4 電子后視鏡的主要技術(shù)難點(diǎn)

電子后視鏡主要的技術(shù)難點(diǎn)包括以下幾方面：（1）圖像畸變： 攝像頭在廣角端拍攝時(shí)，畫面邊緣常向外凸出（觀察畫面邊緣的直線，中間會(huì)向外凸出），稱為桶形失真或鼓形失真；用長(zhǎng)焦端拍攝時(shí)，畫面邊緣往往向內(nèi)凹陷，這就是所謂的枕形失真，為了減少畸變引起的圖像失真，應(yīng)盡量避免使用最廣角端或者最遠(yuǎn)的鏡頭焦距，優(yōu)化光圈，同時(shí)優(yōu)化圖像處理算法；（2）寬動(dòng)態(tài)：即當(dāng)在強(qiáng)光源（日光、燈具或反光等）照射下的高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對(duì)亮度較低的區(qū)域在圖像中同時(shí)存在時(shí)，攝像機(jī)輸出的圖像會(huì)出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過(guò)度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，針對(duì)此問(wèn)題除了選擇性能上佳的傳感器外，數(shù)據(jù)處理芯片和處理電路也要保證匹配性，同時(shí)在圖像處理時(shí)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化；（3）高光抑制通常采取技術(shù)手段有背光補(bǔ)償方式（BLC）、白峰反轉(zhuǎn)（H．L．I）方式、二次曝光擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍方式、多級(jí)采樣方式、數(shù)字圖象處理算法等；（4）低照度：照度是反映光照強(qiáng)度的一種單位，其物理意義是照射到單位面積上的光通量，代表攝影機(jī)能在多黑的條件下看到可用的影像，通常情況需根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定不同參數(shù)來(lái)大小預(yù)定需求；（5）色彩還原：影響色彩還原的因素除圖像處理芯片性能外，還包括攝影鏡頭的質(zhì)量，光線的色溫等因素，監(jiān)視器上復(fù)現(xiàn)的圖卡色塊的色相角應(yīng)符合如下要求（如圖3所示）：

（a）紅色坐標(biāo)值范圍不應(yīng)超出[0?，44.8?]或[332.2?，360?]；

（b）綠色坐標(biāo)值范圍不應(yīng)超出[96.6?，179.9?]；

（c）藍(lán)色坐標(biāo)值范圍不應(yīng)超出[209.9?，302.2?]；

（d）黃色坐標(biāo)值范圍不應(yīng)超出[44.8?，96.6?]；

（e）各色塊（紅色、綠色、藍(lán)色、黃色）分別到白色的距離應(yīng)不小于0.02。

5 電子后視鏡的性能策劃

電子后視鏡應(yīng)用在實(shí)車上，需滿足實(shí)車策劃的性能指標(biāo)和功能，這些常用到性能指標(biāo)、功能、邏輯觸發(fā)條件主要包括：（1）車輛（環(huán)路行駛）轉(zhuǎn)彎視野隨動(dòng)，需要根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角，通過(guò)CAN信號(hào)值使此時(shí)視野圖像發(fā)生變化；（2）車速提示，通過(guò)車速CAN信號(hào)與臨時(shí)調(diào)整視野聯(lián)調(diào)，區(qū)分車輛啟動(dòng)、轉(zhuǎn)彎打轉(zhuǎn)向燈不出現(xiàn)車道輔助線；（3）車輛啟動(dòng)亮屏/熄火延時(shí)息屏，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有通過(guò)遙控、車門啟動(dòng)時(shí)通過(guò)車輛啟動(dòng)狀態(tài)啟動(dòng)系統(tǒng)亮屏，通過(guò)CAN檢測(cè)車輛熄火時(shí)延時(shí)顯示屏息屏；（4）遙控開啟亮屏/遙控鎖車息屏，通過(guò)檢測(cè)遙控開啟CAN信號(hào)啟動(dòng)系統(tǒng)，檢測(cè)遙控關(guān)閉CAN信號(hào)關(guān)閉系統(tǒng)；（5）屏幕啟動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)車輛門鎖打開狀態(tài)CAN信號(hào)來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng)；（6）系統(tǒng)休眠/斷電，通過(guò)檢測(cè)車輛的駐車狀態(tài)的CAN信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)斷電，車輛不是駐車狀態(tài)系統(tǒng)休眠；（7）車輛變道準(zhǔn)確判斷距離和速度，通過(guò)檢測(cè)車輛測(cè)速大于等于30Km/h時(shí)車輛轉(zhuǎn)向狀態(tài)CAN信號(hào)在屏幕顯示變道輔助線。低于30Km/h時(shí)不顯示（臨界車速待確定）；（8）倒車觀察物體判斷距離，通過(guò)檢測(cè)測(cè)量處于R檔位狀態(tài)CAN信號(hào)時(shí)，后方視野圖像變大。

6 電子后視鏡的應(yīng)用前景

電子后視鏡在未來(lái)無(wú)人駕駛、駕駛安全、智能駕駛方面將會(huì)扮演越來(lái)越重要的角色，同時(shí)在降低整車風(fēng)阻、降低室外風(fēng)噪、提升汽車使用的燃油經(jīng)濟(jì)性在未來(lái)將會(huì)有較大的貢獻(xiàn)，這些新的科技手段與目前中國(guó)提出并推動(dòng)的“碳達(dá)峰”與“碳中和”國(guó)家戰(zhàn)略相匹配；國(guó)家層面、行業(yè)層面、汽車企業(yè)應(yīng)積極投入人員和精力，加大研發(fā)投入和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)來(lái)不遺余力的促進(jìn)電子后視鏡產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。由于目前電子后視鏡無(wú)論是研發(fā)投入和開發(fā)成本都耗費(fèi)較高，投入大，涉及的產(chǎn)業(yè)廣泛，這就需要各個(gè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈相互積極配合，共同努力來(lái)降低系統(tǒng)成本，爭(zhēng)取搶先一步把電子后視鏡的應(yīng)用變成現(xiàn)實(shí)。

7 結(jié)語(yǔ)

電子后視鏡具有巨大的市場(chǎng)需求，其視野寬闊、可應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境、低風(fēng)阻、低油耗、交互人性化的優(yōu)點(diǎn)推動(dòng)了CMS在汽車上率先應(yīng)用的發(fā)展方向。

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