大型車輛電子外后視鏡系統設計研究與實現

孫德生，李 鋒

（1.深圳智者行天下科技有限公司，廣東 深圳 518133；2.廣州番禺職業技術學院，廣東 廣州 511483）

大型車輛包括大貨車、泥頭車、大巴車、客運車等，這些車有一些共同特點，比如車身高、體積大、軸距長、內外輪差大，導致車身周圍存在多個盲區，比如車頭盲區、車尾盲區、A柱盲區、右轉軌跡盲區［1-3］。目前大型車輛依靠多片物理鏡片解決了部分盲區，但在雨霧天容易在物理鏡片上沾水、起霧造成行車時觀察困難，增加了安全隱患。近年來由于大型車輛盲區問題引發的交通事故越來越多，利用科技手段解決盲區問題刻不容緩［4-5］。歐洲ECE R46標準已允許使用電子外后視鏡替代物理鏡片后視鏡，奔馳全新Actros大貨車上已經導入電子外后視鏡替代了傳統物理后視鏡，也只解決了側后方盲區，左右側車頭盲區無法覆蓋，只解決了局部的盲區問題，價格還很昂貴。目前國內市面上也有一些盲區輔助產品，顯示屏幕小，配置的攝像頭夾在外后視鏡桿子上或固定在車身上，很多大型車輛車頭比車廂要窄，安裝在車頭車身就會被擋住，裝在車身上，車頭又兼顧不到，安裝環境決定了攝像頭需要使用大角度的，但是圖像變形也大，駕駛員參考圖像判斷誤差會較大。

本文提出采取多路攝像頭視頻技術和使用攝像頭固定新型安裝掛臂的大型車輛電子外后視鏡，既能解決車輛的側后方和側前方視覺盲區，又能解決倒車盲區，并且支持DVR錄像功能，有緊急情況需要回放時可快速回放錄像，維護駕駛員合法利益。大尺寸屏幕顯示高清晰度盲區圖像，可以大大降低大型車輛因為盲區原因引發的交通事故，給駕駛員提供更好的行車安全服務和體驗，整套解決方案經濟性和實用性都相當突出。

1 電子外后視鏡硬件系統

電子外后視鏡解決方案基于MSC8339芯片平臺，接入多路攝像頭，創新設計了用于攝像頭固定的新型支點掛臂。

1.1 系統硬件框架設計

電子外后視鏡硬件原理框圖如圖1所示。

圖1 電子外后視鏡硬件原理框圖

主控制器SOC采用MSC8339芯片平臺，ARM Cortex-A7單核800MHz主頻，支持同時輸入兩路攝像頭數據，支持兩路1080P錄像，支持SDIO WiFi模塊接入，支持聲音輸入輸出，支持SPI Nor、Nand、TF card存儲設備接入，接入GNSS模塊提供系統時間、位置、速度等，系統設計了5個硬按鍵和支持紅外遙控作為輸入操作控制。側后方攝像頭通過一路視頻解串器輸入到主控制器，側前方攝像頭和倒車攝像頭通過另外一路視頻解串器進行二選一，輸入到主控制器，3個攝像頭分辨率均為1080P。系統配置12.3寸高亮度顯示屏，顯示分辨率為1920×720，亮度高達700nits，超視角，符合RoHs要求［6］。系統采用寬電壓設計，標準電壓為24V，支持9～36V電源輸入。

1.2 攝像頭短掛臂和長掛臂

大型車輛種類多，從車頭跟車身寬度比較的角度來分，有車頭跟車身寬度非常接近的車，比如大巴車、渣土車；也有車頭比車身窄的車，比如大貨車、掛車、拖車。針對不同特征的車，如果攝像頭采取同一種處理方法難以覆蓋需求。

針對車頭跟車身寬度非常接近的車輛，設計一個攝像頭短掛臂，如圖2所示。

短掛臂上可以放置2個攝像頭，一個朝后的側后方攝像頭和一個朝下的側前方攝像頭，可以小范圍撥動調節視角。短掛臂可以安裝在車頭部分，通過打通螺絲固定。

針對車頭比車身窄的車輛，設計一個攝像頭長掛臂，如圖3所示。

圖2 攝像頭短掛臂

長掛臂的臂膀比較長，約60cm，安裝在車頭上，通過臂膀伸出來攝像頭可以輕松看到側后方和側前方的圖像。

圖3 攝像頭長掛臂

2 電子外后視鏡軟件系統設計

電子外后視鏡軟件系統基于嵌入式小系統，把多個攝像頭數據根據場景來做分屏顯示，支持DVR錄像、紅外遙控器和硬按鍵輸入控制，支持基于WiFi的手機互聯功能，包括在線固件升級、電子質保等。

2.1 分屏顯示

電子外后視鏡同時最多只能顯示兩路攝像頭圖像，因此在沒有倒車事件時就分屏顯示側前方和側后方的攝像頭圖像，有倒車的時候就顯示側后方和車尾攝像頭的圖像［7-8］。整個屏幕分辨率為720×1920，側后方攝像頭水平角度為120°，垂直角度為65°，視野大，車輛行駛過程中注意力也會是重點觀察的區域，因此將側后方攝像頭顯示分辨率設置大一些，為720×1280。由于角度比較大，圖像即使做了一些畸變校正，圖像周邊變形還是會較大一點，因此裁剪掉變形稍大的部分，截取1280×720的圖像大小來做顯示，做到1∶1顯示，變形最小，真實感、距離感都是最好的。側前方的攝像頭由于是朝下的，水平角度為83°，垂直角度為50°，攝像頭圖像有一部分跟側后方是有重疊的，因此重點關注的是正下方和靠車頭部分，通過圖像采樣截取640×720大小的圖像。實際安裝顯示效果如圖4所示。系統兼容設計倒車攝像頭，在倒車時，自動切換倒車攝像頭來替代側前方攝像頭，解決后視倒車盲區問題。

圖4 電子外后視鏡分屏顯示

2.2 錄像和輸入控制設計

盲區圖像顯示的同時能把行駛動態存儲下來也很重要，有異常狀況時可以及時在本機回放，維護駕駛員權益。系統使用的主控MSC8339支持兩路1080P圖像H.264硬編碼，存儲到TF卡里，新錄的文件覆蓋最早錄的文件，循環錄像。系統啟動時間小于3s，工作常態為開機直接進入分屏顯示視頻畫面，除了跟錄像設置和回放相關的操作外幾乎可以不用操作，因此考慮整個系統的設計成本，不集成觸摸屏，設計上留了5個硬按鍵和紅外遙控輸入。單獨通過這5個硬按鍵或者通過紅外遙控器能完成系統所有功能操作。

2.3 基于WiFi手機互聯

系統硬件設計上沒有集成通信模塊，但設計了WiFi模塊，為了手機能與系統互聯，在手機端開發基于WiFi局域網私有協議的APP（車智享），來實現一些需要聯網的功能。

2.3.1 DVR相關

系統開機后，系統WiFi模塊默認為AP模式，手機車智享通過連接電子外后視鏡的熱點，連接成功后手機跟電子外后視鏡就可以完成局域網點對點通信，通過通信可以拿到電子外后視鏡的軟件系統版本、存儲卡的健康狀態、產品的質保信息等，可以做一些錄像的設置，比如設置錄像分辨率、碼率、格式化TF卡等。同時基于FTP協議可以把設備里面的錄像文件和拍照文件通過WiFi下載到手機上，便于分享和必要的時候展示證據。

2.3.2 系統固件升級

手機連上電子外后視鏡的WiFi后就不能連接外網了，無法獲取存儲在外網服務器上的軟件系統版本和電子質保信息。在車智享上設計一個設備WiFi模式切換的功能，讓手機做熱點AP功能，設備做STA功能，需要切換的時候通過車智享把手機端擬設置的熱點名稱和密碼通過私有協議先發給設備，設備收到后回傳信息到車智享，同時關閉WiFi熱點，打開AP模式持續嘗試連接手機熱點［9］。車智享收到確認信息后，立馬可以申請關閉WiFi，同時打開WiFi熱點。待設備連上手機熱點后，設備和手機又處于同一個局域網下，不但所有基于局域網的通信可正常操作，此時手機還具備連接外網的能力，連接狀態邏輯圖如圖5所示。

圖5 連接狀態邏輯

手機車智享可獲取服務器上設備最新的固件程序版本，如果比當前設備的固件程序新，可以一鍵更新固件。車智享通過移動網絡從服務器上獲取最新的固件文件，再通過WiFi通信傳送給設備，設備把固件儲存到TF卡上，校驗固件沒有異常即可重啟機器自動進入升級模式，升級完成后自動刪除TF卡里的程序免得系統重復進入升級模式。

2.3.3 電子質保設計

產品都有一個質保期，目前通行的做法為做質保卡，找不到質保卡了以購物發票實際為準，再則就是以出廠時間計算。本系統設計了電子質保信息，把電子質保信息存儲到云端服務器，每個機器有唯一條形碼標識。系統開機后彈出請激活電子質保信息的提示框，在沒有完成電子質保信息的情況下每5min彈一次，促進客戶激活電子質保。

設備跟手機車智享連接后，車智享拿到設備的條形碼查詢云端是否有電子質保信息，如果沒有，提示用戶立即在車智享上激活電子質保，操作車智享可觸發激活指令到云端服務器，同時發送質保信息到設備端，設備端把電子質保信息存儲到EEPROM，設備后面每次開機自動查詢EEPROM里是否有電子質保信息，如果有就不彈提示框，如果沒有就彈提示框。這種電子質保設計保護了消費者權益，也便于廠商售后管理。

2.4 實測情況

在陰天、霧天等弱光環境下，反射后二次衰減，弱光環境下駕駛員無法觀察清楚，裝備了電子外后視鏡后，實測效果如圖6所示。

下雨等惡劣天氣，玻璃鏡片無法正常光學反射，不便于觀察側后方路況的情況，實測效果對比如圖7所示。

夜視環境下，清晰看見人和物體，后向強光照射下成像清晰不刺眼，如圖8所示。

圖像傳輸的實時性非常重要，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［10］。系統圖像延時實測小于80ms，滿足該類產品的實時性要求。更換成高幀率的攝像頭系統圖像延時能小于60ms，但整個系統的方案成本將明顯增加。

圖6 陰天等弱光環境下對比

圖7 雨天效果對比

圖8 夜晚弱光環境下對比

3 結束語

本文詳細分析了電子外后視鏡的硬件系統和軟件系統設計，在實測中，對比了各種天氣環境下物理鏡片和電子外后視鏡的顯示效果，電子外后視鏡各方面都明顯占優。系統沒有支持觸摸屏操控上稍顯麻煩，設計了手機互聯功能一定程度彌補了操控上的不足，整套系統設計成本經濟性好，實用性佳。國外有不少國家已經立法允許使用電子后視鏡來替代物理鏡片方式，國內電子內后視鏡解決方案既能做電子鏡顯示，又能做物理鏡顯示［10］，在一些前裝車廠已經導入，在未來幾年內也勢必會推進電子外后視鏡的合法性，目前國內只能加裝，但市場需求旺盛前景廣闊。