光环境条件对于车载CMS产品对比度性能的影响

文/杨 通 王 玮

在汽车新四化的发展趋势下，摄像机–监视器系统（CMS）成为智能座舱的重要组成部分，受到众多主机厂的重视。CMS 作为一种间接视野装置，除了具备传统光学视镜的功能，为驾驶员提供驾驶车辆周围的视野，还具有更大的视野范围、更小的行车风阻等优点。2016 年，欧盟更新了间接视野装置标准《关于批准机动车辆间接视野装置和就间接视野装置的安装方面的统一规定》（UN R46），在车辆上正式允许CMS 完全替代光学视镜。2022 年12 月，我国修订发布国家标准《机动车辆 间接视野装置 性能和安装要求》（GB 15084–2022）。与2013 版旧标准相比，新标准增加了CMS 的技术要求与试验方法，允许CMS 完全替代传统光学视镜。

在我国，CMS 产品刚出现在汽车零部件市场时，还没有统一的评价指标，产品性能难以保证。[1]随着GB 15084–2022 的发布，CMS 产品性能必须满足该标准的技术要求。CMS 产品的一项关键技术指标是亮度对比度（CR），可用于评价产品的图像质量性能，决定CMS 能否为驾驶员提供清晰可分辨的视野画面。

评价CMS 的图像性能需要以一定的光环境条件为前提。本文结合GB 15084–2022 与UN R46的技术要求，在不同的光环境条件下，对CMS 产品CR性能的影响进行研究，同时分析它们对应测试项的技术差异，希望能为产品的合规性设计和相关产品标准制定提供参考。

一、CMS 的CR 测试要求

GB 15084–2022 主要技术要求参照了2016 版UN R46 和后续的修改单。两者的测试方法主要来源于《道路车辆 摄像监控系统的人类工效学和性能方面 要求和试验规程》（ISO 16505：2019），但是部分测试方法略有差异。

关于CR测试项，GB 15084–2022 与UN R46的测试方法一致，即在CMS 的摄像机一端，设置黑白棋盘格图卡，并给图卡表面进行补光，同时给摄像机设置光环境；在CMS 的监视器一端，给监视器设置光环境。设置测试场景之后，测试人员利用成像式亮度计测试监视器上显示黑白色块的亮度，计算CR。GB 15084–2022 与UN R46 参考了车辆的实际运行情景，共设置了4 种典型的光环境，分别进行验证，不同场景下的CMS 最小CR均需要满足相关要求，具体场景设置见表1。

表1 GB 15084–2022 与UN R46 关于CR 测试光环境的主要场景设置规定

由表1 可见，GB 15084–2022 和UN R46 针对CR的测试，其光环境条件大部分一致，除了在散射环境光线的日间条件中有明显差异。本文选取某一型号的II 类CMS 产品为测试样品，依据GB 15084–2022 和UN R46 规定的光环境场景，分别进行CMS 样品CR性能试验验证，并对两项标准中对应测试项的技术差异进行对比试验。

二、试验分析

1.直接日光照射条件

直接日光照射条件模拟在白天行驶的车辆，直射阳光透过车辆挡风玻璃照射在CMS监视器上。本测试使用D65 高亮光源模拟太阳光，照射在监视器表面，监视器中心照度约为（4.5×104）lx。在此条件下，测试人员使用亮度测试设备获取监视器表面的亮度分布，亮度图见图1（a）；同时，测试无模拟太阳光直射条件下的屏幕亮度作为对比，亮度图见图1（b）。

图1 直接日光照射条件测试结果

对比两图可发现，在模拟太阳光照射监视器情况下，相较于无太阳光情况，监视器显示画面中黑白亮度对比有明显下降，并且目视已难以区分黑白色块。实际测得，在直接日光照射条件下，CR为1.8:1，不满足GB 15084–2022 和UN R46中≥2:1 的限值要求。对于CMS 产品，较低的图像对比度会造成驾驶员识别图像困难，影响行车安全。

2.散射环境光线的日间条件

在白天无阳光直射下，CMS 产品监视器上仍然会接收散射光，为均匀光照。本测试使用D65面光源，为监视器提供均匀照明。

GB 15084–2022 与UN R46 散射环境光线的强度要求不一致，两种条件下分别设置D65 面光源的发光强度为1 500 cd/m2与4 200 cd/m2。测试监视器表面的亮度分布见图2（a）与图2（b）。

图2 散射环境光线的日间条件测试结果

目视可见，较高亮度散射光条件下，监视器黑白CR有所下降。在1 500 cd/m2与4 200 cd/m2散射光强条件下，监视器CR分别为3.5:1 与3.3:1，均满足GB 15084–2022 和UN R46 中≥3:1 的限值要求。

该场景的条件设置，UN R46 参考了《道路车辆 摄像机监控系统的人体工程学和性能方面 要求和测试程序》（ISO 16505：2016）中的技术参数要求，并进一步提高了光照条件。对该项测试要求，GB 15084–2022 并没有跟随UN R46，考虑到国内相关产品发展水平和实际工作场景，最终要求与ISO 16505：2016 保持一致。

3.日落条件

黄昏时，太阳照射角度很小，有可能直接照射进入摄像机，成为炫目光源，对CMS 产品摄像机的成像造成强烈的干扰。测试人员利用高亮炫目光源模拟落日，以固定角度将光射入摄像机，观察监视器成像情况。

监视器上有明显的光晕和炫光图像，对于实际摄像机视野造成了遮挡。UN R46 要求在炫目光源直接影响的区域之外进行测试CR，监视器画面见图3，炫目光源周围区域的黑白对比有明显下降，实测CR为2.8:1，满足GB 15084–2022 和UN R46 ≥2:1 的限值要求。

4.夜间条件

该测试模拟夜间条件下的CMS 产品使用场景。该测试尽量避免引入干扰光源，仅图卡设置微弱的A 光源照明条件，实测监视器图像见图4。从测试结构中可以看出，监视器显示图像的明暗对比明显。这是由于监视器一端的环境光比较弱，图像信号未被干扰。在夜间条件下，测得CR为10.9:1，满足GB 15084–2022 和UN R46 中≥10:1的限值要求。

三、分析与结论

试验中的CR测试结果见表2。

表2 GB 15084-2022 与UN R46 中CR 测试结果

以上测试结果表明，光环境条件会直接影响CMS 产品输出图像的CR。通过样品在阳光直接照射条件、散射环境光线的日间条件、日落条件和夜间条件4 种光环境场景中的测试结果，本测试可以分析得到的结论是：根据客观评价指标CR来看，在夜间条件下，CMS 样品输出图像的CR最高。在夜间条件下，摄像头光环境较弱，不利于成像。

因此，企业在产品设计时，应考虑该因素，通过技术改造对图像做增强处理。考虑到夜间驾驶员可视范围低，GB 15084–2022 和UN R46 在各场景中对于CMS 产品夜间的CR要求是最高的。

直接日光照射条件下，由于屏幕表面环境光亮度高，CR值下降非常严重。GB 15084–2022 和UN R46 对于该场景下的CR要求较低，但是由于测试条件比较严格，产品不满足要求的风险仍然比较大。对于CMS 产品设计单位来说，提升太阳光照射下CMS 的CR值，可采用提高监视器显示亮度、降低监视器表面反射率等手段。

散射环境光线日间条件下，GB 15084–2022 和UN R46 的测试参数差异较大，特别体现在散射光环境的光强条件上，UN R46 对环境光强度要求更高。理论上，在相同屏幕亮度条件下，环境光增强，屏幕CR将会缩小。在这一项测试项中，UN R46比GB 15084–2022 要求更加严格。目前，从本测试结果来看，在两种测试条件下，结果数值差异并不明显。受限于国内CMS 产品行业刚起步，试验室获取样品的限制，本测试未能开展更多的试验验证，未来需要更多样品的测试数据进一步验证该问题。

CR是CMS 产品的一项重要性能参数，GB 15084–2022 要求CMS 产品在不同光环境下都需要满足最低限值要求。企业在产品研发中应该充分考虑到CMS 产品的不同应用场景，确保CMS产品在不同场景下的性能，制定相关的产品标准，有效保障道路安全。