大型车辆电子外后视镜系统设计研究与实现

孙德生，李 锋

（1.深圳智者行天下科技有限公司，广东 深圳 518133；2.广州番禺职业技术学院，广东 广州 511483）

大型车辆包括大货车、泥头车、大巴车、客运车等，这些车有一些共同特点，比如车身高、体积大、轴距长、内外轮差大，导致车身周围存在多个盲区，比如车头盲区、车尾盲区、A柱盲区、右转轨迹盲区［1-3］。目前大型车辆依靠多片物理镜片解决了部分盲区，但在雨雾天容易在物理镜片上沾水、起雾造成行车时观察困难，增加了安全隐患。近年来由于大型车辆盲区问题引发的交通事故越来越多，利用科技手段解决盲区问题刻不容缓［4-5］。欧洲ECE R46标准已允许使用电子外后视镜替代物理镜片后视镜，奔驰全新Actros大货车上已经导入电子外后视镜替代了传统物理后视镜，也只解决了侧后方盲区，左右侧车头盲区无法覆盖，只解决了局部的盲区问题，价格还很昂贵。目前国内市面上也有一些盲区辅助产品，显示屏幕小，配置的摄像头夹在外后视镜杆子上或固定在车身上，很多大型车辆车头比车厢要窄，安装在车头车身就会被挡住，装在车身上，车头又兼顾不到，安装环境决定了摄像头需要使用大角度的，但是图像变形也大，驾驶员参考图像判断误差会较大。

本文提出采取多路摄像头视频技术和使用摄像头固定新型安装挂臂的大型车辆电子外后视镜，既能解决车辆的侧后方和侧前方视觉盲区，又能解决倒车盲区，并且支持DVR录像功能，有紧急情况需要回放时可快速回放录像，维护驾驶员合法利益。大尺寸屏幕显示高清晰度盲区图像，可以大大降低大型车辆因为盲区原因引发的交通事故，给驾驶员提供更好的行车安全服务和体验，整套解决方案经济性和实用性都相当突出。

1 电子外后视镜硬件系统

电子外后视镜解决方案基于MSC8339芯片平台，接入多路摄像头，创新设计了用于摄像头固定的新型支点挂臂。

1.1 系统硬件框架设计

电子外后视镜硬件原理框图如图1所示。

图1 电子外后视镜硬件原理框图

主控制器SOC采用MSC8339芯片平台，ARM Cortex-A7单核800MHz主频，支持同时输入两路摄像头数据，支持两路1080P录像，支持SDIO WiFi模块接入，支持声音输入输出，支持SPI Nor、Nand、TF card存储设备接入，接入GNSS模块提供系统时间、位置、速度等，系统设计了5个硬按键和支持红外遥控作为输入操作控制。侧后方摄像头通过一路视频解串器输入到主控制器，侧前方摄像头和倒车摄像头通过另外一路视频解串器进行二选一，输入到主控制器，3个摄像头分辨率均为1080P。系统配置12.3寸高亮度显示屏，显示分辨率为1920×720，亮度高达700nits，超视角，符合RoHs要求［6］。系统采用宽电压设计，标准电压为24V，支持9～36V电源输入。

1.2 摄像头短挂臂和长挂臂

大型车辆种类多，从车头跟车身宽度比较的角度来分，有车头跟车身宽度非常接近的车，比如大巴车、渣土车；也有车头比车身窄的车，比如大货车、挂车、拖车。针对不同特征的车，如果摄像头采取同一种处理方法难以覆盖需求。

针对车头跟车身宽度非常接近的车辆，设计一个摄像头短挂臂，如图2所示。

短挂臂上可以放置2个摄像头，一个朝后的侧后方摄像头和一个朝下的侧前方摄像头，可以小范围拨动调节视角。短挂臂可以安装在车头部分，通过打通螺丝固定。

针对车头比车身窄的车辆，设计一个摄像头长挂臂，如图3所示。

图2 摄像头短挂臂

长挂臂的臂膀比较长，约60cm，安装在车头上，通过臂膀伸出来摄像头可以轻松看到侧后方和侧前方的图像。

图3 摄像头长挂臂

2 电子外后视镜软件系统设计

电子外后视镜软件系统基于嵌入式小系统，把多个摄像头数据根据场景来做分屏显示，支持DVR录像、红外遥控器和硬按键输入控制，支持基于WiFi的手机互联功能，包括在线固件升级、电子质保等。

2.1 分屏显示

电子外后视镜同时最多只能显示两路摄像头图像，因此在没有倒车事件时就分屏显示侧前方和侧后方的摄像头图像，有倒车的时候就显示侧后方和车尾摄像头的图像［7-8］。整个屏幕分辨率为720×1920，侧后方摄像头水平角度为120°，垂直角度为65°，视野大，车辆行驶过程中注意力也会是重点观察的区域，因此将侧后方摄像头显示分辨率设置大一些，为720×1280。由于角度比较大，图像即使做了一些畸变校正，图像周边变形还是会较大一点，因此裁剪掉变形稍大的部分，截取1280×720的图像大小来做显示，做到1∶1显示，变形最小，真实感、距离感都是最好的。侧前方的摄像头由于是朝下的，水平角度为83°，垂直角度为50°，摄像头图像有一部分跟侧后方是有重叠的，因此重点关注的是正下方和靠车头部分，通过图像采样截取640×720大小的图像。实际安装显示效果如图4所示。系统兼容设计倒车摄像头，在倒车时，自动切换倒车摄像头来替代侧前方摄像头，解决后视倒车盲区问题。

图4 电子外后视镜分屏显示

2.2 录像和输入控制设计

盲区图像显示的同时能把行驶动态存储下来也很重要，有异常状况时可以及时在本机回放，维护驾驶员权益。系统使用的主控MSC8339支持两路1080P图像H.264硬编码，存储到TF卡里，新录的文件覆盖最早录的文件，循环录像。系统启动时间小于3s，工作常态为开机直接进入分屏显示视频画面，除了跟录像设置和回放相关的操作外几乎可以不用操作，因此考虑整个系统的设计成本，不集成触摸屏，设计上留了5个硬按键和红外遥控输入。单独通过这5个硬按键或者通过红外遥控器能完成系统所有功能操作。

2.3 基于WiFi手机互联

系统硬件设计上没有集成通信模块，但设计了WiFi模块，为了手机能与系统互联，在手机端开发基于WiFi局域网私有协议的APP（车智享），来实现一些需要联网的功能。

2.3.1 DVR相关

系统开机后，系统WiFi模块默认为AP模式，手机车智享通过连接电子外后视镜的热点，连接成功后手机跟电子外后视镜就可以完成局域网点对点通信，通过通信可以拿到电子外后视镜的软件系统版本、存储卡的健康状态、产品的质保信息等，可以做一些录像的设置，比如设置录像分辨率、码率、格式化TF卡等。同时基于FTP协议可以把设备里面的录像文件和拍照文件通过WiFi下载到手机上，便于分享和必要的时候展示证据。

2.3.2 系统固件升级

手机连上电子外后视镜的WiFi后就不能连接外网了，无法获取存储在外网服务器上的软件系统版本和电子质保信息。在车智享上设计一个设备WiFi模式切换的功能，让手机做热点AP功能，设备做STA功能，需要切换的时候通过车智享把手机端拟设置的热点名称和密码通过私有协议先发给设备，设备收到后回传信息到车智享，同时关闭WiFi热点，打开AP模式持续尝试连接手机热点［9］。车智享收到确认信息后，立马可以申请关闭WiFi，同时打开WiFi热点。待设备连上手机热点后，设备和手机又处于同一个局域网下，不但所有基于局域网的通信可正常操作，此时手机还具备连接外网的能力，连接状态逻辑图如图5所示。

图5 连接状态逻辑

手机车智享可获取服务器上设备最新的固件程序版本，如果比当前设备的固件程序新，可以一键更新固件。车智享通过移动网络从服务器上获取最新的固件文件，再通过WiFi通信传送给设备，设备把固件储存到TF卡上，校验固件没有异常即可重启机器自动进入升级模式，升级完成后自动删除TF卡里的程序免得系统重复进入升级模式。

2.3.3 电子质保设计

产品都有一个质保期，目前通行的做法为做质保卡，找不到质保卡了以购物发票实际为准，再则就是以出厂时间计算。本系统设计了电子质保信息，把电子质保信息存储到云端服务器，每个机器有唯一条形码标识。系统开机后弹出请激活电子质保信息的提示框，在没有完成电子质保信息的情况下每5min弹一次，促进客户激活电子质保。

设备跟手机车智享连接后，车智享拿到设备的条形码查询云端是否有电子质保信息，如果没有，提示用户立即在车智享上激活电子质保，操作车智享可触发激活指令到云端服务器，同时发送质保信息到设备端，设备端把电子质保信息存储到EEPROM，设备后面每次开机自动查询EEPROM里是否有电子质保信息，如果有就不弹提示框，如果没有就弹提示框。这种电子质保设计保护了消费者权益，也便于厂商售后管理。

2.4 实测情况

在阴天、雾天等弱光环境下，反射后二次衰减，弱光环境下驾驶员无法观察清楚，装备了电子外后视镜后，实测效果如图6所示。

下雨等恶劣天气，玻璃镜片无法正常光学反射，不便于观察侧后方路况的情况，实测效果对比如图7所示。

夜视环境下，清晰看见人和物体，后向强光照射下成像清晰不刺眼，如图8所示。

图像传输的实时性非常重要，视频图像的延时主要由摄像头从采集到输出图像、传输控制、屏幕显示延时组成［10］。系统图像延时实测小于80ms，满足该类产品的实时性要求。更换成高帧率的摄像头系统图像延时能小于60ms，但整个系统的方案成本将明显增加。

图6 阴天等弱光环境下对比

图7 雨天效果对比

图8 夜晚弱光环境下对比

3 结束语

本文详细分析了电子外后视镜的硬件系统和软件系统设计，在实测中，对比了各种天气环境下物理镜片和电子外后视镜的显示效果，电子外后视镜各方面都明显占优。系统没有支持触摸屏操控上稍显麻烦，设计了手机互联功能一定程度弥补了操控上的不足，整套系统设计成本经济性好，实用性佳。国外有不少国家已经立法允许使用电子后视镜来替代物理镜片方式，国内电子内后视镜解决方案既能做电子镜显示，又能做物理镜显示［10］，在一些前装车厂已经导入，在未来几年内也势必会推进电子外后视镜的合法性，目前国内只能加装，但市场需求旺盛前景广阔。