一种流媒体内后视镜的开发与设计

熊东箭，王 伟，刘士远，巴 丽，朱文洁

一种流媒体内后视镜的开发与设计

熊东箭，王 伟，刘士远，巴 丽，朱文洁

（上汽通用汽车有限公司 武汉分公司，湖北 武汉 430000）

传统内后视镜采用光学反射的方式为驾驶员提供后方视野，但是由于车体结构的特点，C 柱和后排靠枕都会带来极大的视野盲区。文章提出一种流媒体内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。通过对各种型式内后视镜的结构与功能实现进行分析，为不同档次定位的车辆内后视镜选型提供了依据。同时对流媒体内后视镜的基本结构、工作原理、发展趋势等进行了研究，为后续流媒体内后视镜的应用提供依据。

视野盲区；流媒体内后视镜；自动防眩目；自动驾驶

内后视镜作为驾驶员观察车辆后方情况的主要工具之一，承担着重要的驾驶安全功能实现。随着汽车越来越智能化、共享化、电动化、网联化，整车的造型设计也越来越个性化和差异化，逐渐兴起的溜背造型设计、亮度越来越高的各类激光大灯以及恶劣的雨雪天气等，在现实使用过程中也给传统光学内后视镜带来了诸多不利影响。同时，左右外后视镜的视野也无法覆盖全部的车后方盲区。为了解决以上痛点，本文设计了一种以低成本方案开发的高清后摄像头搭配高像素实时成像显示屏的流媒体内后视镜，可以改善驾驶员后方视野的范围和清晰度以及其他不利因素对传统光学内后视镜的限制[1-2]。

1 传统与流媒体内后视镜的区别

目前，根据镜面的不同可以将内后视镜分为普通棱镜、手动防眩目、自动防眩目及流媒体内后视镜几类，除流媒体内后视镜外，其他内后视镜的成像原理都是光的反射，被称为传统内后视镜[3]。

1.1 传统内后视镜

传统内后视镜分为手动防眩目和自动防眩目内后视镜，手动防眩目和自动防眩目分别是通过楔形镜片镀铬和电致变色材料实现（见图1）。

图1 传统内后视镜防眩目原理

手动防眩目的楔形镜片有前后两个呈一定角度的反射面，主反射面镀铬反射率较高，副反射面没有镀层反射率低。可以通过手动扳动调节拨钮调节后视镜角度，达到防眩目的效果。手动防眩目内后视镜优点是结构简单、价格便宜、基本免维护；缺点是镜片只有两个反射面，不能适应全工况下的反射需求，并且无法适应紧急情况下的快速切换。

电子防眩目内后视镜系统由两个光敏传感器、控制器以及电致变色材料镜片组成[4]，两个光敏传感器分别布置在后视镜的前后两侧，接收车前与车后射来的光线，当光线传感器检测到汽车后方光照强于前方时，会对电致变色材料施加电压改变电致变色层的颜色，电压越高，电致变色层的颜色越深，反射率越低，镜面反射率可以由70%左右变化到10%左右，当传感器发现前后光线恢复正常后，变色层又会自动断电，镜面反射率恢复正常，可以适应不同工况下的反射率需求。

1.2 流媒体内后视镜

所谓流媒体，即对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式。流媒体内后视镜就是通过一枚车辆后置的摄像头实时地拍摄车辆后方的画面（见图2），并通过同轴线缆实现视频传输将其无损、无延迟的在中央内后视镜显示屏上呈现出来[5]。其中，显示屏由透光镜片、半发射镜片、薄膜晶体管（Thin Film Transistor, TFT）模组、印制线路板（Printed Circuit Board, PCB）、后盖、镜杆和线束等主要部件组成。

LCD（液晶显示器, Liquid Crystal Display）；ISP（图像信号处理, Image Signal Processing）；FOV（视场角, Field Of View）；CMS（电子后视镜, Camera Monitor System）。

1.2.1流媒体内后视镜的优点

1）由于负责图像采集的摄像头布置在车辆外侧，不受车内物体遮挡影响，可视角度比传统内后视镜的视野范围大3倍。

2）在夜间行车时，传统内后视镜虽然在一定程度上解决了眩目问题，但也大大削弱了成像的亮度，流媒体内后视镜能够通过软件算法使得在夜间行车也能清晰地观察到后方的车流情况。

3）为获得更大视野，传统内后视镜会采用球面镜，难免会带来成像畸变，使驾驶员错误地估计路面情况，而优质的流媒体内后视镜能做到图像边缘无畸变，真实还原路况。

1.2.2流媒体内后视镜的缺点

由于集成了电子元器件，成本激增；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。

2 设计方案

据2021年J.D.Power研究显示，流媒体内后视镜成为汽车上最受欢迎的科技配置。与此同时，上汽通用售后部门的统计显示，在2021年的售后加装的零件种类中，流媒体内后视镜占比高达60%（见图3）。由此可见，流媒体内后视镜在未来汽车市场中有巨大的发展潜力，但目前流媒体内后视镜尚处于初步发展阶段，成本较高。本文意在提出一种低成本的流媒体内后视镜技术方案，使得显示屏总成性能达到显示均匀性≥80%，持续使用温度控制≤70 ℃、亮度≥1 800 cd/m2，实时传输的系统延迟控制在60 ms以内，给予驾驶员良好的使用体验。

图3 2021年售后加装扇形图

流媒体内后视镜[6]主要由显示模块、结构部件、硬件设施及软件系统组成，如图4所示。

2.1 显示模块

由于流媒体内后视镜需要在电子防眩目模式和流媒体模式之间来回切换，因此，显示模块由EC（Electrochromic）镜片、LCD显示屏、集成电路板等构成。

在面对夜间的复杂灯光干扰情况下，防眩目功能是重要的行为安全保障功能[7]。本方案中镜片部分选用双层玻璃的EC镜片，透过率达到40%～45%。透过率直接影响到了最终产品的显示亮度指标，EC镜片比传统的镀铬镜片透过率提高了三倍。与此同时，当强光照射在后视镜sensor上时，主控制器微控制单元（Micro-Controller Unit, MCU）将会控制电路调节EC镜片的电压来调节光反射率，实现防眩目功能，减少因后方灯光的炫目风险而发生交通事故，有效提高车辆行驶安全。显示屏有垂直入光和侧方入光可供选择，由于侧方入光需要更宽的边框。因此，本方案选用垂直入光方式，显示均匀性达到83%，而侧方入光均匀性为76%，不仅边框更窄（上7 mm；下4.2 mm；左右4.5 mm），同时也减少了PCB数量，降低了零件成本。

2.2 结构部件

结构上，流媒体内后视镜由镜头、紧固部件、数据传输部件和装饰部件组成。显示屏在镜片后方，自然光射向镜头后，会先通过EC镜片，通常会有20%的光线被镜片吸收，45%的光线经镜面反射，只剩下35%的光线能够由LCD屏幕反射并穿透EC镜片让驾驶员看见，而屏幕显示亮度要求透过镜片后至少应大于1 600 cd/m2。因此，在选择屏幕的时候最小亮度应该达到4 500 cd/m2，而本方案所选用的垂直入光技术的显示屏组件最终可视亮度达到了1 800 cd/m2，显示均匀性达到88%。紧固部件能够将各个部件组合起来，包括紧固螺栓，粘连胶以及与前风挡连接的基座等。数据传输通过摄像头、传感器、串行器、驱动芯片及线束组成。前后外壳、防撞垫片以及装饰罩盖能使产品更加美观。光线利用率如图5所示。

图5 光线利用率

2.3 硬件设施

硬件方面，流媒体内后视镜部分由MCU主控制器、视频解串器、环境传感器、视频信号处理芯片、显示驱动、显示屏、光sensor、控制器局域网（Controller Area Network, CAN）总线、电子防眩目镜等组成（见图6）。摄像头通常布置在高位刹车灯、后雨刮摆臂装饰板附近、车辆牌照灯等位置。然后通过CAN总线将后视镜与摄像头直接连接在一起，即可实现各种信号的交互传输和清晰显示。

图6 硬件结构图

为了保障图像传输的稳定性、高速性，图像分辨率选用1 920×384进行传输，要求最大带宽为76 MHz，基于带宽需预留30%左右余量本方案选用了FPD-Link Ⅲ通信协议的TI934串行器[8]，带宽可以达到100Mhz@12bit mode。同时，出于驱动能力考量，选型TP6806来驱动显示屏，接口能力可达BT656 input 2×LVDS output。摄像头部分sensor采用OmniVision的OX02A10 sensor，支持60帧图像输出，动态范围达110 dB，避免了太亮或太暗环境下的成像问题。同时，摄像头还具有夜视功能，即使在夜间也能看清路况及周边环境。

2.4 软件系统

流媒体内后视镜软件系统主要运行在主控制器里（见图7）。主控制器待电压平稳后给外围供电，避免造成摄像头花屏或显示异常。摄像头采集到的图像经过处理后就会显示在屏幕上，由于驾驶员个人习惯不同，对于显示屏上的图像观看角度、亮度等通过人机交互界面根据自己喜好选择适合的显示模式[9]，系统会通过图像处理后再进行显示直到驾驶员满意为止。如视野垂直角度提供了7档可供选择，视野缩放有92°、75°、60°3个档位，图像色温可以选择冷色、正常和暖色等。

图7 软件运行流程

目前，更高的运算能力、数据处理速度以及环境温度都对流媒体内后视镜的散热功能提出了更高的要求[10]。图8为本方案的温度控制逻辑关系，以6 s为一周期，通过实时监测、动态调整，在优先保障流媒体内后视镜运行稳定性的基础上优化显示效果，尽量以安全控制阈值内最高的亮度确保用户使用的舒适度。为了达到这一目标，本方案开发了全新的散热鳍，提高厚度和高度的同时，选用成本更低的压铸工艺制造，在五金框和导光板之间增加隔热板切断了五金框热量向显示屏内部传递路径。经验证在镜体温升方面的表现有7.8%的性能提升。

图8 温度控制逻辑

3 结论

本文通过后视镜实际开发的工作经验，总结了传统后视镜及新型流媒体内后视镜的工作原理和优劣势，介绍了流媒体内后视镜的结构部件、显示模块、硬件设施及软件系统。随着流媒体内后视镜覆盖的车型越来越多，流媒体内后视镜必将向低成本、高感知质量、安全性和科技感等方向发展，可以通过平台化零件借用、显示屏模组的集成化设计、国产化关键零件等实现正本降低，使用全面屏、更先进的软硬件提升产品的感知质量和安全性，集成更多的人机互动功能以提升产品的科技感。

[1] 张莹.增强汽车驾驶员视野的方法及视野发展趋势[J].汽车实用技术,2015,40(1):146-150.

[2] 王炳飞,李超帅,林森,等.汽车内后视镜的工作原理与选型分析[J].汽车实用技术,2018,43(14):70-72.

[3] 余凡.汽车电子后视镜系统设计[D].武汉:武汉理工大学,2012.

[4] 崔利军.汽车后视镜技术分析[J].汽车工业研究,2017 (6):56-58.

[5] 王亮,庄琼倩,陆圣君,等.后视镜新技术探讨[J].汽车实用技术,2018,43(23):87-90.

[6] 李涛,庄云龙,孙灿,等.基于嵌入式系统的流媒体后视系统设计[J].汽车电器,2019(6):40-41,44.

[7] 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].汽车实用技术,2019,44(22):121-122.

[8] 徐晓明,赵清潇,赵宪臣.采用FPD-Link Ⅲ技术实现数字视频信号远传设计[J].电子设计工程,2016,24 (22):138-141.

[9] 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):189-192,232.

[10] 全国汽车标准化技术委员会.机动车辆间接视野装置性能和安装要求:GB 15084－2013[S].北京:中国标准出版社,2013.

Development and Design of a Type of Full Display Mirror

XIONG Dongjian, WANG Wei, LIU Shiyuan, BA Li, ZHU Wenjie

( Wuhan Branch, SAIC General Motors Company Limited, Wuhan 430000, China )

Traditional inside rearview mirror uses optical reflection to provide the driver with rear vision. However, due to the characteristics of the body structure, the C-pillar and the rear headrest will bring a great blind spot of vision. In this paper, a full display mirror solution is proposed. It can solve the problem of blind spot monitoring behind the car, and can meet the needs of observe the vehicles behind car in daily driving with clarity, real-time, and anti-glare feature, significantly increase the safety factor. By analyzing the structure and function of various types of interior rearview mirrors, this paper provides a basis for the selection of vehicle interior rearview mirrors with different class of vehicles. At the same time,the basic structure, working principle and trend of full display mirror are studied, which provides a basis for the subsequent application of the streaming media rearview mirror.

Blind spot; Full display mirror; Automatic anti-dazzle; Automatic driving

U463

A

1671-7988(2023)22-34-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.022.007

熊东箭（1992－），男，硕士，工程师，研究方向为汽车新技术、新材料、新工艺，E-mail:15173176693@163.com。