电子倒车镜(侧后视镜)Camera Monitor System(CMS)设计

* 来源: * 作者: admin * 发表时间: 2020-04-02 17:00:00 * 浏览: 650

   

 电子倒车镜即用电子方式取代传统的玻璃镜面倒车镜,它有很多个名字,有叫电子侧视镜,虚拟倒车镜,电子倒车镜,电子取代镜,ISO国际标准组织称其为摄像头监控系统,即Camera Monitor System。CMS不仅能够提高行车安全,消除盲区,拓宽视野和增加可视距离,特别在下雨天和夜晚效果远远好于传统玻璃反射镜,此外对商用车还可以降低风阻,减少燃油消耗。本文由布谷鸟科技-产研首席分析师周彦武老师编写。



    奥迪E-Tron上的CMS由西班牙Ficosa供应,据说历时十年才研发成功,Ficosa在2015年被松下收购了49%的股份,2017年再被收购20%的股份,松下已经控股该公司。用户图形界面则是由中科创达旗下的Rightware公司提供的Kanzi软件做支持。大众XL1的CMS由Kappa供应,雷克萨斯的CMS可能由电装欧洲设计,RT-RK提供算法,使用德州仪器的TDA2或TDA3,帧率达60Hz。本田的可能是由日本电产供应。法雷奥和日本市光也将在2021年推出CMS系统,用于日产的高级车型上。全球最大的倒车镜厂家麦格纳也有成熟的CMS系统。奔驰2019年6月推出的新一代顶级卡车Actors则是全球第一款标配CMS的卡车,CMS系统由博世提供。顶级跑车阿斯顿马丁则采用了Gentex的CMS系统,与众不同的是其屏幕与电子后视镜合二为一,没有单独屏幕。现代的下一代电动车和氢燃料车也考虑使用CMS取代传统的玻璃反射镜,已经委托现代摩比斯研发超过两年了。


    目前全球只有日本和欧洲的法规允许使用电子后视镜系统代替玻璃视镜。欧洲法规方面主要有UNECE R46-2016《关于间接视野装置及安装间接视野装置车辆认证的统一规定》和ISO 16505-2019《摄像头监视系统的人体工程学和性能方面的要求和试验程序》。还有一个法规,IEEEP2020Standardfor Automotive System Image Quality(车载相机图像质量标准),IEEEP2020希望规范是车上的所有的摄像头图像质量相关的测试和问题。无论是人类视觉应用,还是计算机视觉应用都在其范畴。并且其主要规范的就是摄像头成像系统的图像质量。国内的法规方面,我们国内法规GB 15084-2013《机动车辆间接视野装置性能和安装要求》目前允许安装电子后视镜,但还不允许电子后视镜取代玻璃后视镜,在未来1到2年内15084的升版会跟上UN ECE R46-2016,下一次升版可能会允许取代。美国NHTSA在2014年允许使用CMS,但不能完全取代传统玻璃反射镜。商用车方面特别开了绿灯,2019年1月起,可以试用5年,用CMS取代传统的玻璃反射镜。SAE正在制定的J3155标准则允许乘用车也用CMS取代传统的玻璃反射镜。


     ISO 16505标准的目的是为摄像机监控系统(CMS)提供最低限度的行驶安全、人体工程学的性能要求及测试方法,以取代道路车辆的强制性内外后视镜。在可能的情况下,为提供特定法律规定的视角的CMS所确定的要求是基于提供该视场的传统镜面系统的特性。在需求定义和性能测试方面,CMS被视为一个功能系统。该国际标准概述了有关CMS的基本方面的一般要求和测试方法,例如预期用途、操作准备、视野、放大率等。此外,本国际标准概述了关于CMS提供的必要对象大小和分辨率的要求和测试方法。除了要更换的反射镜系统的特性外,这些要求也是基于人体操作人员的物理方面(例如视力)。如给定的需求遵循这样的假设,即CMS提供了真实世界场景的理想映射。为了与现实相对应,本国际标准还对所有使理想映射(如各向同性或人工制品)恶化的相关参数提供了要求和测试方法。标准给出了时间行为和故障行为方面的要求和测试方法。包括针对ISO26262的功能安全。



    CMS的测试异常复杂,设备设施昂贵,需要专业的图像实验室。要测试解析度、亮度、对比度、Sharpnees、景深、均匀度、色彩还原性、Artefacts 、几何畸变、帧率延迟等等。测试软件一般是Imatest,主要是测试传感器本身。清晰度是ISO-16505-SFR,MTF分析,噪点是ISO16505-GreyScale  噪声卡,ISO-16505-CB棋盘格卡测试畸变,ISO-16505-Color测试色彩,ISO-16505-Gray18测试18%灰卡。


    CMS可以分为纯显示型和显示加ADAS型,雷克萨斯的是典型的显示加ADAS型,能够检测车辆或行人,比毫米波雷达盲点探测更直观更准确。其电路架构如上图,需要两对解串行芯片,成本不低。POC即通过同轴电缆供电,德州仪器的解串行提供POC收发器,减少供电电路布设的麻烦。德州仪器推荐使用DS90UB953和DS90UB954,带宽4.16Gbps,最高支持200万像素每秒60帧或400万像素每秒30帧。


    纯显示型可以采用三种设计:一是FPGA,二是瑞萨的ASIC,第三种就是还选择解串行加视频编解码器芯片。FPGA首选Lattice的,价格比较低。



    上图为Lattice的Crosslink系列FPGA的内部框架图,FPGA的灵活度最高,适应面最广,比较适合4摄像头的商用车CMS,这个FPGA的门数较少,但毕竟是FPGA,使用起来还是需要比较高的技术水平的。欧洲的商用车基本都是采用FPGA方案。


    瑞萨在2019年9月量产RAA278842和RAA278843。


    RAA278842框架图如上,输入方面拥有MIPI CSI 4通道最高4Gbps的带宽,输出有单双LVDS通道,最高支持1920*1080分辨率,还有YCbCr 4:2:2输出,也有一个MIPI CSI 4lanes输出,也支持YUV422和24比特RGB输出。还有OSD显示,无需外加微控制器基于SPIFlash的屏幕显示(OSD),能够在九个窗口中显示位图图形任意水平和垂直缩放器,可显示汽车制造商的徽标或实时摄像头视频。控制器的屏幕显示功能还可以模拟仪表盘应用中的传统警示灯检查。


    以上两款控制器均符合FMVSS-111安全法,即要求在驾驶员将车辆置于倒档后小于两秒的时间内显示车辆后方的盲点区域。其集成的视频诊断功能可检测传入的视频是否已卡顿或损坏,并为后置摄像头拍摄的视频提供直接路径,以便在LCD上显示,显著提升后置摄像头显示的可靠性,几乎消除了因软件相关问题而导致的后置摄像头视频显示不正确或根本无法显示的可能性。由于某些应用处理器需要几秒钟才能启动(取决于操作系统),RAA278842可以在500毫秒内将摄像头图像显示在LCD上,从而满足许多OEM快速启动的要求。RAA278842和RAA278843可与瑞萨R-Car系列SoC、RH850系列MCU和RL78系列MCU相结合,也可以使用ISL78302双LDO、ISL78322双2A/1.7A同步降压稳压器和ISL78228双800mA同步降压稳压器为汽车信息娱乐系统板载的RAA27884x及其它IC供电。


    显示屏方面,尺寸不能太大,毕竟A柱附近空间有限,也不能太小,否则看起来太吃力。6寸或7寸是最合适的尺寸,分辨率尽量高。目前7寸以下量产车载显示屏最高分辨率为1280*720,且只有一款,就是群创的NJ068IA-07A。6.8寸,对比度为900:1,亮度为550 cd/m² (Typ.)。工作温度为 -20 ~ 70°C,存储温度为 -30 ~ 80°C,耐振动性为1.5G (14.7 m/s²)。采用40脚单通道LVDS界面。亮度略低,工作温度略窄,若放宽分辨率到1024*768,则有京东方的TV070Z8M-NC0-28P0可选择,7寸,对比度为900:1,亮度为100 cd/m² (Typ.)。工作温度为 -30 ~ 85°C,存储温度为 -40 ~ 90°C。


    图像传感器方面,自然是要求高动态范围,像素数不用太高,毕竟显示屏的分辨率也不高。帧率要求达到60Hz,且是RGB格式,不少车载图像传感器是用来做机器视觉的,大都是单色的。安森美的AR0132AT和索尼的IMX224比较合适。