机电工程技术
MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGY
第48卷第12期Vol.48No.12 DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2019.12.062
吴世杰.汽车电子后视镜高动态技术应用及其系统设计[J].机电工程技术，2019,48(12)：189-192.
汽车电子后视镜高动态技术应用及其系统设计
吴世杰
(比亚迪汽车工业有限公司，广东深圳518118)
摘要：验证汽车电子后视镜替代汽车光学后视镜的可行性，将使用Staggered HDR技术的电子后视镜加装在商用车，对比各工况的图像效果，分析高速度行驶时电子后视镜图像显示延时对行车安全的影响。验证结果证明，加装电子后视镜各工况效果对比原光学镜效果明显提升可视角度及图像效果清晰度，测试证明了最高行驶速度时电子后视镜图像显示延时对行车安全的影响不大。综合分析表明电子后视镜完全可以替用原车光学镜。
关键词：电子外后视镜系统；电子后视镜；E-mirror；高动态；后视镜
中图分类号：U463.856文献标志码：A文章编号：1009-9492(2019)12-0189-04
Application and System Design of High Dynamic Technology for Automobile
Electronic Rearview Mirror
WU Shijie
(BYD Auto Industry Company Limited,Shenzhen,Guangdong518118,China)
Abstract：The feasibility analysis of replacing automobile optical rearview mirror with automobile electronic rearview mirror was verified.The electronic rearview mirror of Staggered HDR technology was added to the commercial vehicle to compare the image effect of each working condition.The influence of electronic rearview mirror image display delay on driving safety at high speed was analyzed.The verification results show that the visual angle and the clarity of the image effect are obviously improved by adding the electronic rearview mirror under each working condition compared with the original optical mirror.The test results show that the maximum driving speed has little effect on the driving safety of the electronic rearview mirror image display delay.Comprehensive analysis shows that electronic rearview mirror can completely replace the original car optical mirror.
Key words：system of electronic rearview mirror;electronic rearview mirror;e-mirror;HDR;rearview mirror
0引言
近年来，作为汽车核心技术的汽车电子技术飞速发展，汽车电子产品在汽车上的比例越来越大，电子外后视镜替用机械光学后视镜。可以提高可视角度，解决左右侧原光学后视镜视野小，受雨雾天气影响基本看不到车后视野的问题，对行车安全有很大帮助。为了提高行车安全性，设计了电子外后视镜系统替用原来的车外光学后视镜，解决了光学后视镜可视角度小，容易受雨雾天气影响可见度差的问题。本设计还应用了Staggered高动态(Stag­gered HDR)技术，使画面有层次感，光线及对比度合适。解决太阳直射或进桥洞太亮或太暗时的成像问题。再经过图像显示HDR/WDR对每个像素点光线进行优化补光控制，得出优化后最终的高质量图像显示。分析高速度时电子后视镜显示图像延时对行车安全的影响叫
1系统硬件设计方案
本设计方案采用摄像头总成与主机分开解决不同车型分布方式，如图1所示，系统架构创新点采用中央处理器+微处理器(ARM)双处理器相互协调确保实现ASILC 以上功能安全等级。其中图1中的摄像头1~2为防雾摄像头，细节如图2所示，通过POE线束经过联接器到主板串行解码MAX9296，解码输岀M
IPI信号接入中央处理器芯片图像处理模块进行图像解码及HDR/WDR效果处理，DDR4为中央处理器芯片提供操作系统内存硬件，经中央处理器芯片中视频输出界面直接输岀HDMI再经过外部芯片转换成LVDS信号接在LCD屏作用于视频显示，LED背光为LCD屏的背光由中央处理器芯片进行PWM调光处理。中央处理器芯片视频编后图像可以通过以太网同步传
LCD屏|LED背光|
图1智能电子后视镜内部模块框图
收稿日期：2019-05-13
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输到车载网关，外接扬声器，还联接一个ARM处理器架构为M0实现外接光感、CAN、I2C及PMU（系统电压开关时序控制）及各点电源电压监控，与中央处理器芯片进行复位控制以及通信重启系统等，确保可以实现ASILC以上功能安全等级。GSONSOR用于发生碰车时记录当时录像写入SD卡片用于事故查案。PMU受控于ARM，用于系统电压开关时序控制及为系统供电。时钟模块为中央处理芯片提供系统时钟。光感模块作用于感应环境光亮度，受控制于ARMo CAN模块作用于TTL电平转换与CAN总线直接联接。
图2所示为防雾摄像头系统，镜头总成包括红外镜片及PTC加热片做成一体成型，形成光信号过滤后进入图像传感芯片，光电转换后输出图像RAW DATA进入ISP（图像处理器）处理HDR再输岀MIPI信号给处理控制模块串行编码输出GMSL信号通过POE线束及联接口到主板联接器接口，如图1所示。DC/DC电源为各功能模块提供电源。
图2防雾摄像头模组内部模块框图
图3所示为中央处理器芯片，其中智能人工神经网络处理器模块实现AI功能作用于专用算法运行，如行车识别、图像侦测等重要功能在此模块实现。不影响其他信号处理延时，单独运行。图像处理单元模块主要用于处理从摄像头串行解码后的图像信号，将RAW DATA还原成图像信号，进行加工HDR（高动态）/WDR（宽动态）等图像效果处理，再由视频输出界面和视频输出单元直接输出HDMI，也可以
存在媒介卡片SD/USB，也可以同时进行视频编码产生H265/264等视频格式。中央处理器芯片为ARM A53处理架构处理操作系统运行，内存用于操作系统内存，处理器接口介面模块作用于与外部芯片的通信模块分别为I2C/SPI等。
本系统作为汽车安全总成零部件，采用双处理器相互协调，解决单芯片方案不稳定性，确保实现汽车功能安全ASILC以上功能安全等级。
2应用HDR技术方案
HDR技术是一种改善动态对比度的技术，HDR就是高动态范围技术，提升最亮和最暗画面的对比度。这样用户就可以看到更多的细节叫一张好的照片不仅要在要有大的像素解析力漂亮的颜构图，而且要也要好的动态范围。目前图像设备中最常见的HDR方法主要分为下面2种Sensor HDR，后处理HDR/WDR本方案同时采用了2种方法叫
2.1图像传感器Staggered HDR技术
Omnivision，以下简称0V，常年稳居Cmos Image Sen-sor市场的前3位，0V的HDR Sensor在成像业界的应用也非常广泛，这里介绍一下0V的OmniHDR-S™technologyo 2.1.1Staggered HDR
如图4所75,Staggered HDR与Sony的Doi类似，不同的是Sony最多支持4:1曝光输出，即Long、Mediu
m、Short、Veryshorto而OV最多支持3:1输出，即Long、Me­dium Shorto所以如果相同的Exposure Ratio，合成后的HDR图像Sony可以达到更大的动态范围。合成的方法都是一样的，把先输出的曝光行存入Line Buffer，然后做Frame Stitch，形成HDR输出，如图5所示。
2.2OV技术方案支持的4种输出方式
（1）支持输出3帧12bit：厶+M+S；
（2）把Long和Medium曝光的图像在Sensor上完成
中央处理器核心
高速缓存
智能处理
智能人工神经网络处
理器
视频输出介面内存
处理器接口介面
图像处理视频编码
自动图像处理单元AVC/HEVC
编码处理
MJPEG
高动态处理单元
固态存贮器
视频接口介面
USB  2.0HOST/DEVICE
SENSOR INPUT SLVS/MIPI/LVCMOS
MIPI DSI/CSI-2
ETHERNET
RGMI L RMI1
SD/SDIO/SDXC(X2)
DIGITA1/ANAL0G OUT
HDMI OUT
SECURITY FEATURES
Secure Boot,TrustZone
I/O Virtualization
锁相环电源控制图3中央处理器内部模块框图
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Stitch ，成为16 bit 融合后的Linear 图像，再加上原始的
Short 曝光图像(12 bit);
(3) 把Long 曝光和Medium 曝光融合后Companded 成
12 bit 的图像，再加上原始的Short 曝光图像(12bit);
(4) 两帧12 bit 原始图像，可以是Long+Short，或是 Medium+Shorto 相比Sony 的dol, 0V 的输出方式比较灵活
配置以适应传输带宽的限制。
本技术方案采用含有Staggered  H  DR 技术的OV  Sensor 。
图4 Staggered  HDR 曝光时间控制过程
Tshor*.
❷ ^Combine  Tlong+Tshort|-----HDR  output
I  Tlong
广〒
Line  buffer  memory
图5 多曝光合成模式
2.3动态范围的数学问题
动态范围(Dynamic  Range)，最早是信号系统的概
念，一个信号系统的动态范围被定义成最大不失真电平和
噪声电平的差。Sensor 的动态范围就是在一幅图像里能够
同时体现高光和阴影部分内容的能力。用公式表达这种能
力就是：
DR=20 logio  (i_max/i_min)
i_max 是Sensor 的最大不饱和电流，也可以说是Sensor
刚刚饱和时候的电流，是Sensor 的底电流(Blacklev ­
el) o  所以从数学本质上说要提高DR，就是提高Lmax，减
小t_min ；对于10 bit 输出的Sensor，从数学上来说，
i_max=1023, i_min=l ；动态范围DR=60；对于 12 bit 输出
的Sensor, DR=12O 从数学上来看，提高Sensor 输出的Bit
Width 就可以提高动态范围，从而解决HDR 问题。可是现
实上却没有这么简单。提高Sensor 的Bit  width 不仅导致
Sensor 的成本提高，整个图像处理器的带宽都得相应提
高，消耗的内存也都相应提高，这样导致整个系统的成本
会大幅提高。本设计方案优化办法，既能解决HDR 问
题，又可以不增加太多成本。
2.4从Sensor 的角度完整的DR 公式
qQsat
DR  = 201og,0^ = 201og 10
2 min
式中：Qsat 为Well  Capacity; 为底电流；T,”为曝光
时间；＜7为噪声。
图6所25为提高Qsat  (Well  Capacity)，就是提高感光
井的能力，这就涉及到Sensor 的构造，简单说，Sensor 的
每个像素就像一口井，光子射到井里产生光电转换效应， 井的容量如果比较大，容纳的电荷就比较多，这样i_max
的值就更大。普通的Sensor  Well 只Reset  —次，但是为了 提高动态范围，就产生了多次Reset 的方法旳。
2.5 Staggered  HDR  处理流程
图7所示可以看出采用Staggered  HDR 技术后的Sensor  图像得到优化后最终形成高质量图像显示，可以得出层次
感更强的图像叫
提取灰度图像《■*图像配准―灰度虺合—图像彩恢复
图7 Staggered  HDR 图像合成模式
3盲区分析及解决方案
3.1车辆俯视图盲区分析
图8所示为大巴车俯视图盲区分析，车长11 m，桩桶 间距离60 cm o 图8左侧中标记紫区域为A 柱盲区，标
记黑区域为前方盲区，红区域为后视镜可视区域，黄 区域为倒车可视区域。图8右侧中蓝为原后视镜可视
区，红域区为加装电子后视镜后的可视区域。可以看出
加装电子后视镜可以去除所有盲区。
图8 Staggered  HDR 图像合成模式
3.2车外摄像头设计方案
前车身侧围骨架传统后视镜支架根部位置制作摄像头
支撑结构/支架，车外摄像头安装在支撑结构/支架上。支
架及摄像头外侧安装蒙皮结构。安装后长、短焦摄像头观 察范围和角度需符合要求：长焦摄像头安装靠外侧，与车
身轴向呈30。，照向车身后部(长焦摄像头可视角度
75。)；短焦摄像头安装靠内侧，照向正下方(短焦摄像头
汽车动态可视角度120。)。具体效果如图9所示。
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在摄像头安装位置与车辆侧围蒙皮丫向距离不超过250mm的情况下，短焦摄像头（补盲）视野范围至少应该达到车前1.5m,A柱方向3m，车侧2.5m的范围，可以清晰地显示车前保险杠前方的图像，如图10所示，长焦摄像头视野范围至少应该达到车身外50。范围，同时能在画面中看到车身侧蒙皮，如图11所示。
3.3电子后视镜装车位置
显示屏利用自带的支架，固定在A柱内车身侧骨架上，A柱包柱上按照显示屏支架开安装、过线孔。显示屏角度应朝向驾驶员位置，确保正常身高的驾驶员在正确舒适的坐姿下可轻松地看到清晰的显示屏图像，在支架固定的情况下，显示屏应能进行x向y向旋转调节（x向调节角度范围不小于±20。，y向调节角度范围不小于-45°~+5°），以适应不同身高的驾驶员。具体效果如图12所示，图13所示为安装智能电子后视镜在整车的左右A柱位置布局。
图12电子后视镜车内安装效果图
（b）右侧安装
（a）左侧安装
图13电子后视镜车内安装效果图
4装车验证效果
4.1大巴车装车验证效果
图14为装车后白天效果：可以看到车头A柱区域的盲区，也可以看到车身两侧3个车道的视野，解决了车身侧前方玻璃后视镜的盲区问题。
图14电子后视镜白天图像效果显示图
图15所示为装车后夜晚效果，摄像头具有LED Flick­er Reduction防眩光夜视功能，即使在夜间也能看见人和物体。
图15电子后视镜夜晚图像效果显示图
图16所示为雨天效果：摄像头具有防水功能，即使在雨天的晚上，显示屏上的图像仍然是没有雨滴的夜视场景。图14~16均采用Staggered HDR技术后的图像效果，使画面有层次感光线及对比度合适。解决太阳直射或进桥洞太亮或太暗成像问题。同时摄像头具有LED Flicker Reduc-tion防眩光夜视功能，即使在夜间也能看见人和物体叫
图16电子后视镜雨天图像效果显示图
（下转第232页）
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潮流的。对供电系统的自动化进行升级可以大幅度提升整个供电系统的管理力度，从而为矿井的安全生产提供了保障。
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4.2HDR启动与关闭
采用Staggered HDR技术后的图像并经过中央处理器芯片HDR/WDR宽动态进行每个像素点光线进行优化补光控制，优化后最终形成高质量图像叫使画面有层次感光线及对比度合适。解决太阳直射或进
桥洞太亮或太暗成像问题，图17所示为对比效果叫
图17电子后视镜HDR启动/关闭效果显示图
4.3显示图像延时测量
车辆按最高行驶速120kM/h，图18所示为实验延时测量40-50mso可以由以下公式得出：
S=等=120000/3600=33.33m；
S|=33.33x0.05=1.6665m
式中：AN为车辆行驶时速；AT为时间；S为车辆行驶120km/h时每秒钟图像相差的距离；S为车辆行驶速度120km/h时按50ms延时计算得出电子后视镜显示图像延时测量距离为1.6665m。据以上数据可以得出电子后视镜可以完全替用原车光学镜。
5结束语
本技术方案优化了电子后视镜的图像，通过效果对比，采用Staggered HDR技术后与关闭此功能图像效果明显有差别。加装在大巴车后对比原光学镜子效果，正常天气、雨天、夜晚都比原本机械光学镜效果好.可视角度更宽.长焦
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作者简介：张静(1983-)，山西长治人，大学本科，助理工程师。研究领域：地面供电。(编辑：王智圣)
摄像头光学角度可达75。广角，短焦摄像头光学角度可达120。广角。解决了整车无盲区的难题。车辆行驶120km/h时按50ms延时计算得出电子后视镜显示图像延时1.6665m。
可以得出电子后视镜完全可以替用原车光学镜。不久的将来，国内标准法规通过电子外后视镜的相关标准条例后将可实际装车标配。可以大大减少盲区带来的交通事故。
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作者简介：吴世杰(1984-)，男，广东博罗人，大学本科，工程师。研究领域：车载电子后视镜、车载多媒体。
(编辑：王智圣)•
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