流媒體全視屏后視鏡的設(shè)計(jì)

蒙楊超 楊漢飛

摘 要：安全駕駛是人們出行的第一要?jiǎng)?wù)，傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡采用光學(xué)反射的原理為駕駛員提供車(chē)后方視野，但由于車(chē)體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，C柱結(jié)構(gòu)、造型和后排靠枕（物品等）都會(huì)帶來(lái)一定的視野盲區(qū)，以及雨霧天氣，對(duì)視野產(chǎn)生影響。本文提出一種流媒體全視屏后視鏡方案可解決車(chē)后盲區(qū)監(jiān)測(cè)問(wèn)題，滿(mǎn)足人們?nèi)粘ｑ{駛觀(guān)測(cè)車(chē)后方路況實(shí)時(shí)性和清晰度的需求，同時(shí)還具備防眩目?jī)?nèi)后視鏡功用，能夠有效地提升安全駕駛系數(shù)。

關(guān)鍵詞：流媒體全視屏后視鏡;間接視野;車(chē)后盲區(qū);安全駕駛

1 前言

隨著汽車(chē)新四化（智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動(dòng)化、共享化）快速發(fā)展，汽車(chē)造型越來(lái)越科技化，溜背C柱開(kāi)始普及更多車(chē)型，而帶來(lái)的問(wèn)題就是駕駛員無(wú)法從內(nèi)后視鏡看清車(chē)后盲區(qū)，再加上車(chē)后坐有乘客或堆滿(mǎn)物品時(shí)，更是阻擋駕駛員觀(guān)察后方情況。特別是在雨雪天氣等極端環(huán)境下，后方道路基本無(wú)法捕捉。內(nèi)后視鏡位于正前擋風(fēng)玻璃處，駕駛員無(wú)法在開(kāi)車(chē)的同時(shí)獲取后方道路情況，且內(nèi)后視鏡會(huì)根據(jù)駕駛員位置不同，觀(guān)看視野會(huì)不停調(diào)整，通過(guò)擺頭觀(guān)察有一定的延時(shí)性，客觀(guān)存在極大的視野盲區(qū)。

本文提出的流媒體全視屏后視鏡系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)采集、處理車(chē)輛正后方道路信息，并通過(guò)多幀曝光、三幀合一的算法處理，將高清視頻圖像實(shí)時(shí)顯示在流媒體顯示屏上，具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和魯棒性，能夠有效降低車(chē)輛正后方的視野盲區(qū)。

2 傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡與電子后視鏡的區(qū)別

2.1 傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡

內(nèi)后視鏡主要功能分為兩點(diǎn)：1.觀(guān)察車(chē)后方情況，識(shí)別危險(xiǎn)，便于保持安全距離;2.觀(guān)察后座乘客，尤其是后排有小孩乘坐的時(shí)候，我們不需要扭過(guò)頭去[3]。傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡主要有普通平面內(nèi)后視鏡、手動(dòng)/電子防眩目?jī)?nèi)后視鏡。普通平面內(nèi)后視鏡是由反光鏡片、后殼裝飾蓋、鏡桿三大組件構(gòu)成;而手動(dòng)防眩目?jī)?nèi)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(dāng)在夜晚開(kāi)車(chē)時(shí)，可通過(guò)撥桿手動(dòng)調(diào)節(jié)玻璃鏡面（反射率較低）轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，來(lái)防止強(qiáng)光直射到眼睛，達(dá)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(huán)境光線(xiàn)前后感應(yīng)傳感器組成，當(dāng)光傳感器監(jiān)測(cè)到前后方車(chē)輛環(huán)境光強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生信號(hào)傳遞到控制器，對(duì)比前后光線(xiàn)的強(qiáng)度差異后，通過(guò)改變電致變色元件的供電電壓來(lái)改變其顏色，從而改變內(nèi)后視鏡反光面的反射率，隨著車(chē)輛后部的光線(xiàn)變強(qiáng)，反光面的反射率將減小，這樣反射到駕駛員眼里的光線(xiàn)就減弱了，起到了防眩目的作用[1]，如圖1所示。

法規(guī)要求傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡視野應(yīng)滿(mǎn)足：駕駛員借助內(nèi)后視野裝置應(yīng)能在水平路面上看見(jiàn)一段寬度至少為20 000mm的視野區(qū)域，其中心平面為汽車(chē)縱向基準(zhǔn)面，并從駕駛員的眼點(diǎn)后60 000mm處延伸至地平線(xiàn)（見(jiàn)圖2），從法規(guī)要求看，傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡在多種用車(chē)場(chǎng)景下較難滿(mǎn)足法規(guī)要求，因此改善車(chē)后方行車(chē)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(shí)時(shí)傳播的媒體，流媒體全視屏后視鏡，是以屏代鏡，通過(guò)攝像頭把汽車(chē)后方影像投射到顯示屏上，以數(shù)字格式播放的后視鏡電子產(chǎn)品，將視點(diǎn)外移至車(chē)后攝像頭，避免了車(chē)內(nèi)物體的阻擋，本文將驗(yàn)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

流媒體全視屏后視鏡（digital rearview mirror）是由顯示屏（數(shù)字液晶屏）、控制器和高清攝像頭組成的影像式行車(chē)安全輔助系統(tǒng)，采集到的圖像通過(guò)同軸線(xiàn)纜實(shí)現(xiàn)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(fā)射鏡片、TFT模組、PCB板、后蓋、鏡桿和線(xiàn)束等主要部件組成[2]。高清攝像頭采集車(chē)后10米外延伸到無(wú)限遠(yuǎn)的圖像，并通過(guò)LVDS傳輸給控制器，控制器對(duì)圖像信息進(jìn)行預(yù)處理并將處理后的圖像最終傳輸給顯示屏顯示，整套系統(tǒng)也可通過(guò)CAN總線(xiàn)與車(chē)輛控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)倒車(chē)監(jiān)控和自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)等功能。流媒體控制器主要負(fù)責(zé)視頻圖像的編解碼、IO驅(qū)動(dòng)、圖像處理及傳輸?shù)取?/p>

1、流媒體全視屏后視鏡系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）可視角度比傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡的視野范圍大3倍，直接將車(chē)內(nèi)環(huán)境砍掉，車(chē)輛尾部的攝像頭通過(guò)廣角鏡頭技術(shù)能夠輕松覆蓋后方幾條車(chē)道，車(chē)后方和側(cè)后方的環(huán)境一目了然，安全系數(shù)倍增，如圖4所示。

（2）在雨霧天氣中，傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡受后檔風(fēng)玻璃表面灰塵和雨水影響，而流媒體全視屏后視鏡可避開(kāi)這一缺陷，通過(guò)高清攝像頭采集圖像并清晰的顯示車(chē)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(jìn)行對(duì)比，自動(dòng)調(diào)整屏幕亮度。

（4）流媒體攝像頭鏡頭視角比常規(guī)的倒車(chē)攝像頭鏡頭視角更寬更廣，且顯示屏顯示區(qū)域可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

（5）顯示屏由半透半反鏡片和TFT模組構(gòu)成，其透光率和反射率更好，a.當(dāng)顯示屏熄屏?xí)r，鏡片反射率>40%，可作為普通光學(xué)內(nèi)后視鏡使用;b.當(dāng)流媒體正常工作時(shí)，鏡片通過(guò)率>80%，抗反光能力更好。

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

2、流媒體全視屏后視鏡系統(tǒng)的缺點(diǎn)：

（1）TFT異形屏零件成本過(guò)高。

（2）攝像頭長(zhǎng)期暴露在車(chē)外，受陽(yáng)光雨水沖刷，圖像顯示耐久性會(huì)有影響。

3 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)應(yīng)遵循人機(jī)工程要求，顯示屏總成位置與傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡位置盡量保持一致，不能阻擋駕駛員的駕車(chē)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(xiàn)至少10mm以上，整車(chē)Y方向上居中布置，一般布置在前擋風(fēng)玻璃中間處，靠近頂襯;與周邊零件（遮陽(yáng)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(lèi)：a.放置于翼子板高位剎車(chē)燈處，此位置較高，基本能滿(mǎn)足攝像頭視場(chǎng)角采集影像的范圍;b.安放于車(chē)子后雨刮擺臂裝飾板附近，由于每臺(tái)車(chē)的車(chē)高不一樣，如果位置低于1.5米，需要進(jìn)行理論和實(shí)車(chē)校核才能確定是否滿(mǎn)足要求;c.位于車(chē)輛牌照燈處，此處與倒車(chē)攝像頭位置處于同一水平線(xiàn)上，但鏡頭朝向不同，容易受尾門(mén)及拍照燈阻擋，一般不建議放于此處，因?yàn)楹芏嘈⌒蛙?chē)輛牌照位置過(guò)低，攝像頭無(wú)法采集到高位圖像，當(dāng)后面出現(xiàn)大車(chē)時(shí)，視野被嚴(yán)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(chē)燈處滿(mǎn)足大部分車(chē)型設(shè)計(jì)要求。本文為了驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)：若離地高度低于1.5米，攝像頭需垂直傾角向下2°，當(dāng)能看到車(chē)后部20米寬可見(jiàn)區(qū)域時(shí)，可見(jiàn)區(qū)域靠近車(chē)尾距離若為10米（此時(shí)車(chē)后盲區(qū)距離8.8米），即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，如圖6所示：

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）顯示屏總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大致分為兩種：a.單鏡桿結(jié)構(gòu)，與普通內(nèi)后視鏡設(shè)計(jì)類(lèi)似，鏡桿通過(guò)螺栓與車(chē)身頂蓋鈑金進(jìn)行固定，顯示屏通過(guò)圓形球頭座進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡桿壁厚一般做到至少3.5mm以上，中間為鏤空，方便線(xiàn)束通過(guò)，隱藏性較好。b.顯示屏與ADAS或其它功能模塊集成在前擋風(fēng)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T(mén)FT模組、半反半透玻璃蓋板、圖像處理器等，一般選擇長(zhǎng)度為寬度1.6倍的異形屏作為顯示部分，同時(shí)尺寸大小還要根據(jù)車(chē)內(nèi)空間進(jìn)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(biāo)清攝像頭，100W～200W為高清攝像頭;本文根據(jù)顯示屏分辨率選擇100W左右像素的高清攝像頭進(jìn)行匹配。

3、仿真分析

（1）支撐顯示屏的組件為鏡桿結(jié)構(gòu)，此為鋁合金鑄造而成，強(qiáng)度必須滿(mǎn)足CAE仿真要求，不然會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)或者固定點(diǎn)斷裂的情況，嚴(yán)重的會(huì)影響行車(chē)安全，應(yīng)力點(diǎn)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(fā)生，仿真分析結(jié)果如圖8所示。

仿真分析結(jié)果表明：在標(biāo)準(zhǔn)<165Mpa應(yīng)力下，緊固點(diǎn)在X、Y、Z三個(gè)方向上滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，因此本文采用的單螺栓，位置居中設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，其中增加定位銷(xiāo)是為了便于裝配。

3.2 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

由于駕駛員個(gè)人習(xí)慣不同，對(duì)于顯示屏上的圖像觀(guān)看角度/亮度要求也存在差異，因此需要對(duì)流媒體全視屏后視鏡上的顯示圖像進(jìn)行多種模式設(shè)計(jì)，包括亮度調(diào)節(jié)模式、角度調(diào)節(jié)模式等，駕駛員可根據(jù)個(gè)人喜好，通過(guò)人機(jī)交互界面選擇適合的顯示模式，軟件架構(gòu)如圖9所示。

4 實(shí)車(chē)校核

實(shí)車(chē)校核為開(kāi)發(fā)過(guò)程中最重要的一步，主要檢測(cè)顯示圖像清晰度等功能，本系統(tǒng)選用的控制器芯片擁有高速處理能力，延時(shí)率小于55ms，可同時(shí)采集遠(yuǎn)近景圖像，消除虛化的效果，動(dòng)態(tài)HDR（120DB）更好;實(shí)車(chē)校核結(jié)果如圖10所示。

通過(guò)實(shí)車(chē)結(jié)果可以看出，本文安裝在后擋風(fēng)玻璃底部處的攝像頭（離地1.1m）滿(mǎn)足駕駛員觀(guān)察后方路況要求，白天/夜晚顯示效果也很清晰，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

本文主要探究了當(dāng)今主流的流媒體全視屏后視鏡設(shè)計(jì)規(guī)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(xiàn)等主要元器件，最終呈現(xiàn)出低延時(shí)、高動(dòng)態(tài)、高幀率的清晰圖像供駕駛員觀(guān)看后方路況，能夠滿(mǎn)足車(chē)輛在高速行駛過(guò)程中實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和魯棒性的要求。對(duì)比傳統(tǒng)內(nèi)后視鏡，流媒體全視屏后視鏡有很大進(jìn)步空間，例如TFT模組改成規(guī)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(qiáng)度的塑料材質(zhì)等，相信未來(lái)流媒體全視屏后視鏡將結(jié)合行車(chē)記錄儀、360環(huán)視攝像頭技術(shù)、電子外后視鏡等技術(shù)完成又一次創(chuàng)新，并將呈現(xiàn)更多豐富的“黑科技”色彩。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明軍，劉波;汽車(chē)后視鏡新技術(shù)探究及典型故障模式分析[J]，汽車(chē)設(shè)計(jì)研究，2019.

[2]李濤，莊云龍等;基于嵌入式系統(tǒng)的流媒體后視系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，汽車(chē)電器，2019.

[3]王炳飛，李超帥等;汽車(chē)內(nèi)后視鏡的工作原理與選型分析，測(cè)試與試驗(yàn)，2018.