后视影像系统在拖拉机中的应用及发展

张金梅 ，姜子刚 ，杨伟博

（1.第一拖拉机股份有限公司大拖公司，河南 洛阳 471004；2.洛阳拖拉机研究所有限公司，河南 洛阳 471039）

拖拉机在田间作业过程中需要携带各种机具，驾驶员在驾驶室内工作时需要频繁转身和扭头，向后查看机具的工作状态以及拖拉机的运行状况，极大地增加了驾驶员的劳动强度。在拖拉机上加装后视影像系统，其摄像头可以实时采集车身周围的影像数据并传递给显示器成像，辅助驾驶员在作业过程中查看拖拉机周围的情况。驾驶员不用频繁改变驾驶姿势就能方便地查看拖拉机和机具的作业情况，很大程度上缓解了驾驶员的疲劳感。

1 拖拉机后视影像系统的组成及工作原理

1.1 拖拉机后视影像系统的组成

拖拉机上的后视影像系统由熔断器、LCD 显示器、后视摄像头和连接线束等组成，如图1 所示。LCD 显示器由蓄电池提供电源，电源接入端安装了熔断器，用来保护LCD 显示器，防止输入电流过大造成损坏；LCD 显示器电源输出端接地或搭铁；LCD 显示器与后视摄像头通过连接线束连接。

图1 拖拉机用后视影像系统原理框图

1.2 拖拉机后视影像系统的工作原理

后视影像系统通过装在拖拉机上的后视摄像头获取车辆后部的影像情况，再通过连接线束将影像信号传递至LCD 显示器。LCD 显示器上设置有电源按键，驾驶员在作业过程中或者挂接机具时，可根据需要随时按下LCD 显示器上的电源按键来查看拖拉机后部的工作情况；当不需要查看后部作业情况时，再次按下电源按键即可退出显示。与汽车倒车影像系统不同的是，拖拉机上的后视影像系统不受挡位的限制，即使在前进挡也可以实时查看拖拉机后部的工作状况。

后视影像系统能取代驾驶员频繁扭头来观察拖拉机后部状态的操作，不仅可以减轻驾驶员的颈部疲劳，而且可以使驾驶员的视线始终在拖拉机行驶方向，保证了行车安全。

2 后视影像系统在拖拉机中的应用

在拖拉机上应用后视影像系统，要综合考虑LCD显示器和后视摄像头的安装位置、尺寸大小、分辨率等多种因素。后视影像系统作为拖拉机上的一种选装配置，如果成本太高，则用户接受度不高，因此也要保证产品有较高的性价比。

LCD 显示器的安装位置既要在驾驶员不用大幅度扭头就能看到的位置，同时又不能遮挡驾驶员的视线。在某款拖拉机上，将LCD 显示器设计在驾驶室右侧A 柱上，如图2 所示。该位置既能保证驾驶员视线始终在拖拉机行进方向上，同时又不影响驾驶员观察拖拉机前方的环境状况。

图2 某拖拉机用LCD显示器实际安装位置

LCD 显示器的尺寸应合理，尺寸过大不仅会遮挡驾驶员的视野，也增加了成本；尺寸过小又会影响显示效果，降低驾驶员的体验感。该拖拉机后视影像系统选择7 寸LCD 显示器，既可以保证较佳的显示效果、性价比高，又不遮挡驾驶员的视野，保证了行车安全。

后视摄像头的安装位置决定了驾驶员能够观察到的视野，由于拖拉机驾驶员在作业过程中重点关注拖拉机后部机具的作业情况，同时还要避免泥水、尘土遮挡摄像头，因此将摄像头布置在驾驶室后部中间位置，如图3 所示。该位置既能满足监视机具工作状况的功能，又能避免摄像头被泥水、尘土遮挡，并且可以防雨、雪、冰雹等恶劣天气对摄像头造成的破坏。

图3 某拖拉机用后视摄像头安装位置

另外，LCD 显示器和后视摄像头的分辨率均能直接影响显示效果，从而影响驾驶员的使用体验。摄像头的分辨率体现了摄像头解析图像的能力，分辨率太低，成像效果不佳，而提高分辨率必然会增加成本。分辨率的选择应综合考虑价格和图像的色彩参数等因素。最常关注的图像色彩参数是色彩还原度、对比度、亮度等。同时，后视摄像头的使用环境也是需要关注的，如室内、室外、晴天、雨天等。色彩还原度差，看到的图像就会失真，显示的物体与实际的物体就会有出入[1]。在评价图像色彩时，不论在何种环境下，最基本的要求是色彩还原要真实，整体画面亮度适中、不偏色。连接线束要保证牢固可靠、耐热耐腐蚀、防水防尘，因此线束外皮包裹有线束防护套。同时，为了避免信号发生干扰，连接线束不与整车大电流线束平行走线[2]；为了避免信号传输不稳定或中断，应避免连接线束过度折弯，且线束不宜过长。

3 通过组合仪表实现后视影像的方法

采用独立的LCD 显示器的后视影像系统，在安装时要考虑布线、钻孔、固定等诸多问题，尤其是布线、钻孔较为麻烦。同时，选择LCD 显示器的安装位置也有一定难度，既要方便驾驶员查看，又不能阻挡驾驶员的视线，还要美观漂亮。因此，采用独立的LCD 显示器的后视影像系统具有一定的局限性。随着组合仪表的智能化水平不断提升、功能不断增多，具备大屏幕显示屏的组合仪表在拖拉机上的应用越来越普遍。因此，取消后视影像系统中独立的LCD显示器，借用组合仪表上的液晶显示屏作为后视影像系统显示器的设想成为一种可能，该方案能减少一个独立的LCD 显示器，节约成本，具有较高的经济价值。

3.1 组合仪表的功能要求

为了使显示图像达到最佳效果，具备后视影像功能的组合仪表应满足以下条件：

1）组合仪表上具备7 寸以上液晶显示屏，且液晶屏的分辨率不低于800×480，为保证后视影像画面显示清晰，摄像头的像素应与组合仪表的像素占用区相匹配[3]。

2）组合仪表上设置有视频切换按键，保证组合仪表在开机状态下，驾驶员能够通过视频切换按键随时在液晶显示屏上查看拖拉机的后视影像，并且不能影响组合仪表的其他功能[4]。

3）组合仪表上设置有视频接入端口，保证连接线束正常接入仪表，同时也方便用户在后装市场加装后视影像系统。

3.2 通过组合仪表显示后视影像的原理

通过组合仪表上的液晶显示屏实现后视影像功能的原理如图4 所示，该后视系统由具备后视影像功能的组合仪表、连接线束和后视摄像头组成。其中，具备后视影像功能的组合仪表设置有液晶显示屏和后视影像切换按键。后视摄像头通过连接线束与组合仪表上预留的接口相连，其拍摄到的画面信号通过连接线束传送到组合仪表电路中。当驾驶员按下后视影像切换按键时，拖拉机后部机具作业状态的相关画面即可显示在组合仪表的液晶显示屏上，帮助驾驶员了解拖拉机后部情况[5]。

图4 通过组合仪表实现后视影像系统功能的原理框图

与具有独立LCD 显示器的后视影像系统相比，通过组合仪表实现后视影像的系统具有很大优势：组合仪表自带的液晶显示屏取代了独立的LCD 显示器，不仅降低了成本，而且使拖拉机驾驶室更加简洁美观；即使拖拉机出厂时不带后视影像系统，用户后期自己加装后视影像系统时也会更加方便，省去了打孔、布线、固定等一系列流程[6]。

3.3 通过组合仪表显示后视影像的注意事项

1）通过组合仪表显示后视影像时应注意考虑系统的电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility,EMC）。后视摄像头一般由外壳、镜头、芯片三部分组成，其传递的信号类型通常以连续变化的电压/电流等模拟信号形式输出，属于弱信号中易被干扰的类型[1]，因此后视摄像头应通过EMC 试验，并且后视摄像头安装在拖拉机上之后还需要进行EMC 匹配试验，避免其在整车上出现黑屏、闪屏等显示异常现象。同时，组合仪表也需要通过EMC 试验，确保不被其他部件干扰，能够正常显示后视影像的相关图像[7]。

2）要保证后视摄像头有稳定的12 V 直流电源电压，如果供电电压不稳定，则后视摄像头难以维持正常的显示效果。通过组合仪表给摄像头提供电源电压，应避免摄像头与其他电路共用电源，以保证电源的稳定性[2-3]。

4 拖拉机后视影像系统的发展趋势

配备单个后视摄像头的后视影像系统只能使驾驶员看到拖拉机后方的部分影像，而无法看清车身周围的全部情况，存在视觉盲区[8-9]。

360°车载环视系统已在汽车领域应用非常成熟，且被广泛应用到车辆中来辅助司机安全驾驶。车载环视系统主要是利用安装在车身的多路相机所拍摄的图像，拼接成一幅360°全景图像来消除车辆的视野盲区[10]。由于360°环视系统的价格比单一图像的后视影像系统要贵至少3 倍，因此在拖拉机上应用受限。

随着拖拉机智能化、自动化水平的不断提高，高端拖拉机也将逐步配备360°环视系统，成像效果360°无死角，驾驶员的视野非常好。如图5 所示，拖拉机360°环视系统由智能化组合仪表、环视控制器、连接线束和前后左右4 个鱼眼摄像头等组成。环视系统工作时，4 个鱼眼摄像头分别采集拖拉机前面、后面、左侧和右侧的视频图像数据，输出同步信号到控制器，控制器解码信号并将图像数据拼接合成，最终将合成后的图像数据输出给组合仪表；组合仪表上设置有按键和液晶屏，当驾驶员按下按键时，合成后的360°环视影像即可实时显示在组合仪表的液晶显示屏上。

图5 拖拉机360°环视系统原理框图

5 结语

由于后视影像系统的便利性，近年来越来越多的拖拉机用户提出对后视影像功能的需求。拖拉机后视影像系统在前装市场和后装市场中的装车率逐年提高。本文首先介绍了拖拉机用后视影像系统的组成、工作原理以及设计选型注意事项，然后重点讨论了采用单独的LCD 显示器和组合仪表的液晶显示屏来实现拖拉机后视影像功能的原理、方法和注意事项，最后介绍了拖拉机后视影像系统的发展趋势，阐述了拖拉机360°环视系统的设计思路。