流媒体全视屏后视镜的设计

蒙杨超 杨汉飞

摘 要：安全驾驶是人们出行的第一要务，传统内后视镜采用光学反射的原理为驾驶员提供车后方视野，但由于车体结构的特点，C柱结构、造型和后排靠枕（物品等）都会带来一定的视野盲区，以及雨雾天气，对视野产生影响。本文提出一种流媒体全视屏后视镜方案可解决车后盲区监测问题，满足人们日常驾驶观测车后方路况实时性和清晰度的需求，同时还具备防眩目内后视镜功用，能够有效地提升安全驾驶系数。

关键词：流媒体全视屏后视镜;间接视野;车后盲区;安全驾驶

1 前言

随着汽车新四化（智能化、网联化、电动化、共享化）快速发展，汽车造型越来越科技化，溜背C柱开始普及更多车型，而带来的问题就是驾驶员无法从内后视镜看清车后盲区，再加上车后坐有乘客或堆满物品时，更是阻挡驾驶员观察后方情况。特别是在雨雪天气等极端环境下，后方道路基本无法捕捉。内后视镜位于正前挡风玻璃处，驾驶员无法在开车的同时获取后方道路情况，且内后视镜会根据驾驶员位置不同，观看视野会不停调整，通过摆头观察有一定的延时性，客观存在极大的视野盲区。

本文提出的流媒体全视屏后视镜系统，能够实时采集、处理车辆正后方道路信息，并通过多帧曝光、三帧合一的算法处理，将高清视频图像实时显示在流媒体显示屏上，具有实时性、准确性和鲁棒性，能够有效降低车辆正后方的视野盲区。

2 传统内后视镜与电子后视镜的区别

2.1 传统内后视镜

内后视镜主要功能分为两点：1.观察车后方情况，识别危险，便于保持安全距离;2.观察后座乘客，尤其是后排有小孩乘坐的时候，我们不需要扭过头去[3]。传统内后视镜主要有普通平面内后视镜、手动/电子防眩目内后视镜。普通平面内后视镜是由反光镜片、后壳装饰盖、镜杆三大组件构成;而手动防眩目内后视镜则换成了楔形镜片，镜片的一面是普通透明玻璃（副反射面），另一面有增加反光涂层（主反射面），当在夜晚开车时，可通过拨杆手动调节玻璃镜面（反射率较低）转过一定角度，来防止强光直射到眼睛，达到防眩目的功能。电子防眩目主要由反光面（玻璃面和电致变色元件组成）、控制模块和环境光线前后感应传感器组成，当光传感器监测到前后方车辆环境光强度时，产生信号传递到控制器，对比前后光线的强度差异后，通过改变电致变色元件的供电电压来改变其颜色，从而改变内后视镜反光面的反射率，随着车辆后部的光线变强，反光面的反射率将减小，这样反射到驾驶员眼里的光线就减弱了，起到了防眩目的作用[1]，如圖1所示。

法规要求传统内后视镜视野应满足：驾驶员借助内后视野装置应能在水平路面上看见一段宽度至少为20 000mm的视野区域，其中心平面为汽车纵向基准面，并从驾驶员的眼点后60 000mm处延伸至地平线（见图2），从法规要求看，传统内后视镜在多种用车场景下较难满足法规要求，因此改善车后方行车视野显得尤为重要。

2.2 流媒体全视屏后视镜

流媒体，又叫流式媒体，是实时传播的媒体，流媒体全视屏后视镜，是以屏代镜，通过摄像头把汽车后方影像投射到显示屏上，以数字格式播放的后视镜电子产品，将视点外移至车后摄像头，避免了车内物体的阻挡，本文将验证选用分辨率为1280*260的显示屏和与之匹配的主流100W像素的高清摄像头是否满足设计要求。

流媒体全视屏后视镜（digital rearview mirror）是由显示屏（数字液晶屏）、控制器和高清摄像头组成的影像式行车安全辅助系统，采集到的图像通过同轴线缆实现视频传输，并最终显示到显示屏上，如图3所示。其中显示屏由透光镜片、半发射镜片、TFT模组、PCB板、后盖、镜杆和线束等主要部件组成[2]。高清摄像头采集车后10米外延伸到无限远的图像，并通过LVDS传输给控制器，控制器对图像信息进行预处理并将处理后的图像最终传输给显示屏显示，整套系统也可通过CAN总线与车辆控制系统进行通信，实现倒车监控和自动亮度调节等功能。流媒体控制器主要负责视频图像的编解码、IO驱动、图像处理及传输等。

1、流媒体全视屏后视镜系统的优点：

（1）可视角度比传统内后视镜的视野范围大3倍，直接将车内环境砍掉，车辆尾部的摄像头通过广角镜头技术能够轻松覆盖后方几条车道，车后方和侧后方的环境一目了然，安全系数倍增，如图4所示。

（2）在雨雾天气中，传统内后视镜受后档风玻璃表面灰尘和雨水影响，而流媒体全视屏后视镜可避开这一缺陷，通过高清摄像头采集图像并清晰的显示车后路况。

（3）流媒体全视屏后视镜具有前后感光片，能感知前后亮度并进行对比，自动调整屏幕亮度。

（4）流媒体摄像头镜头视角比常规的倒车摄像头镜头视角更宽更广，且显示屏显示区域可实现调节。

（5）显示屏由半透半反镜片和TFT模组构成，其透光率和反射率更好，a.当显示屏熄屏时，镜片反射率>40%，可作为普通光学内后视镜使用;b.当流媒体正常工作时，镜片通过率>80%，抗反光能力更好。

（6）高速性能数字传输线能传输双向的控制信号、供电及视频信号，保证显示的清晰度。

2、流媒体全视屏后视镜系统的缺点：

（1）TFT异形屏零件成本过高。

（2）摄像头长期暴露在车外，受阳光雨水冲刷，图像显示耐久性会有影响。

3 设计要求

3.1 硬件部分

1、位置选择

（1）流媒体全视屏后视镜的设计应遵循人机工程要求，显示屏总成位置与传统内后视镜位置尽量保持一致，不能阻挡驾驶员的驾车视野，如图5所示;显示屏总成的最低面要高于驾驶员水平视线至少10mm以上，整车Y方向上居中布置，一般布置在前挡风玻璃中间处，靠近顶衬;与周边零件（遮阳板、前顶灯等）至少保持5mm以上安全装配距离。

（2）摄像头可布置位置大致分为三类：a.放置于翼子板高位刹车灯处，此位置较高，基本能满足摄像头视场角采集影像的范围;b.安放于车子后雨刮摆臂装饰板附近，由于每台车的车高不一样，如果位置低于1.5米，需要进行理论和实车校核才能确定是否满足要求;c.位于车辆牌照灯处，此处与倒车摄像头位置处于同一水平线上，但镜头朝向不同，容易受尾门及拍照灯阻挡，一般不建议放于此处，因为很多小型车辆牌照位置过低，摄像头无法采集到高位图像，当后面出现大车时，视野被严重阻挡，看不清后方路况，如图6所示。综上所述，放于翼子板高位刹车灯处满足大部分车型设计要求。本文为了验证低于1.5米的情况，因此摄像头安放于后雨刮饰板处。

（3）摄像头位置校核标准：若离地高度低于1.5米，摄像头需垂直倾角向下2°，当能看到车后部20米宽可见区域时，可见区域靠近车尾距离若为10米（此时车后盲区距离8.8米），即可满足设计要求，如图6所示：

2、结构设计

（1）显示屏总成结构设计大致分为两种：a.单镜杆结构，与普通内后视镜设计类似，镜杆通过螺栓与车身顶盖钣金进行固定，显示屏通过圆形球头座进行自由转动，镜杆壁厚一般做到至少3.5mm以上，中间为镂空，方便线束通过，隐藏性较好。b.显示屏与ADAS或其它功能模块集成在前挡风玻璃上，组成模块化盒子，镜杆与盒子一起粘贴到前档玻璃上，如图7所示。

显示屏主要部件为TFT模组、半反半透玻璃盖板、图像处理器等，一般选择长度为宽度1.6倍的异形屏作为显示部分，同时尺寸大小还要根据车内空间进行合适的选择，本文选用的显示屏尺寸大小为8.6英寸。

（2）摄像头的选择：目前摄像头主要分为30W、50W、100W、200W等像素的摄像头，30W～50W为标清摄像头，100W～200W为高清摄像头;本文根据显示屏分辨率选择100W左右像素的高清摄像头进行匹配。

3、仿真分析

（1）支撑显示屏的组件为镜杆结构，此为铝合金铸造而成，强度必须满足CAE仿真要求，不然会出现晃动或者固定点断裂的情况，嚴重的会影响行车安全，应力点主要集中在螺栓连接处，因此螺栓扭力值及布置位置将直接影响到断裂情况的发生，仿真分析结果如图8所示。

仿真分析结果表明：在标准<165Mpa应力下，紧固点在X、Y、Z三个方向上满足强度要求，因此本文采用的单螺栓，位置居中设计满足要求，其中增加定位销是为了便于装配。

3.2 软件架构设计

由于驾驶员个人习惯不同，对于显示屏上的图像观看角度/亮度要求也存在差异，因此需要对流媒体全视屏后视镜上的显示图像进行多种模式设计，包括亮度调节模式、角度调节模式等，驾驶员可根据个人喜好，通过人机交互界面选择适合的显示模式，软件架构如图9所示。

4 实车校核

实车校核为开发过程中最重要的一步，主要检测显示图像清晰度等功能，本系统选用的控制器芯片拥有高速处理能力，延时率小于55ms，可同时采集远近景图像，消除虚化的效果，动态HDR（120DB）更好;实车校核结果如图10所示。

通过实车结果可以看出，本文安装在后挡风玻璃底部处的摄像头（离地1.1m）满足驾驶员观察后方路况要求，白天/夜晚显示效果也很清晰，满足设计要求。

5 结论

本文主要探究了当今主流的流媒体全视屏后视镜设计规范，基于8.6寸异性TFT模组显示屏、半反半透镜片、高清摄像头和高传输同轴线等主要元器件，最终呈现出低延时、高动态、高帧率的清晰图像供驾驶员观看后方路况，能够满足车辆在高速行驶过程中实时性、稳定性和鲁棒性的要求。对比传统内后视镜，流媒体全视屏后视镜有很大进步空间，例如TFT模组改成规则形状、传输方式采用同样清晰却成本更低的AVT，镜杆采用高强度的塑料材质等，相信未来流媒体全视屏后视镜将结合行车记录仪、360环视摄像头技术、电子外后视镜等技术完成又一次创新，并将呈现更多丰富的“黑科技”色彩。

参考文献：

[1]王明军，刘波;汽车后视镜新技术探究及典型故障模式分析[J]，汽车设计研究，2019.

[2]李涛，庄云龙等;基于嵌入式系统的流媒体后视系统设计[J]，汽车电器，2019.

[3]王炳飞，李超帅等;汽车内后视镜的工作原理与选型分析，测试与试验，2018.