你的位置:首頁 > 光電顯示 > 正文

汽車攝像頭接口技術(shù)挑戰(zhàn)和解決方案

發(fā)布時間:2021-12-22 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】越來越多的汽車應(yīng)用開始部署攝像頭系統(tǒng)和攝像頭接口技術(shù)來協(xié)助駕駛員,并增強駕駛體驗。傳統(tǒng)的后視攝像頭(RVC)系統(tǒng)只搭載了一個攝像頭,如今開始被搭載四個或更多攝像頭的環(huán)視 系統(tǒng)(SVM)所取代,這些新系統(tǒng)具有360°實時汽車監(jiān)控功能。行車記錄儀、盲區(qū)監(jiān)測、夜視、道路標(biāo)志辨識、車道偏離監(jiān)測、自適應(yīng)巡航、緊急剎車和低速防撞系統(tǒng)都可以減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)。為增強駕駛體驗,駕駛?cè)藛T生命體征監(jiān)測、乘員檢測和人機接口手勢識別等多種應(yīng)用中也開始引入攝像頭。由于攝像頭系統(tǒng)的發(fā)展,汽車制造商甚至可以通過替換傳統(tǒng)的后視鏡等功能來重新設(shè)計汽車輪廓。


17.jpg

圖1. 攝像頭在現(xiàn)代化汽車中廣泛應(yīng)用。


許多不同的攝像頭應(yīng)用與現(xiàn)在大量汽車中部署的標(biāo)清(SD) RVC的工作原理相同。十多年來,SD攝像頭已成為汽車應(yīng)用中的常規(guī)部署,并從高端汽車擴展到大眾車型,以滿足法規(guī)要求和客戶 期望。SD方案為汽車OEM帶來了許多寶貴的優(yōu)勢:經(jīng)過在消費電視行業(yè)多年的實踐證明,該技術(shù)成熟穩(wěn)定,因此風(fēng)險低;對帶寬的需求低,因而可以使用低成本線纜和連接器,同時還可以確保輻射性能在可控范圍內(nèi);還有一系列技術(shù)成熟的視頻編碼器和解碼器,經(jīng)過實踐證明可處理穩(wěn)定性不高的視頻輸入。


如今,超高清(UHD)顯示器在消費電子設(shè)備中迅速普及,使得所有類型的車輛對更大、更高清顯示的需求不斷上升。雖然SD視頻方案對于小尺寸顯示屏似乎還不錯,但用于大尺寸顯示屏 時,其缺點就非常明顯(例如:由于SD視頻帶寬有限,導(dǎo)致高頻細(xì)節(jié)不足,或在分離調(diào)制信號中的亮度和色度信號時產(chǎn)生串色偽影)。市場追求大尺寸顯示的發(fā)展趨勢,使得汽車OEM面臨挑戰(zhàn),需要將攝像頭架構(gòu)升級到高清。解決這一挑戰(zhàn)的一個關(guān)鍵構(gòu)建就是將圖像數(shù)據(jù)從攝像頭傳輸?shù)浇邮諉卧ɡ纾篍CU或顯示器)的攝像頭接口技術(shù)。


在選擇新的攝像頭接口技術(shù)時,首要應(yīng)用特性就是所需帶寬。攝像頭系統(tǒng)的帶寬要求非常廣泛。采用SD視頻分辨率的傳統(tǒng)RVC系統(tǒng)需要較低的帶寬(例如:6 MHz)。通常低速應(yīng)用的環(huán)視系 統(tǒng)采用較低的刷新速率(例如:30 Hz)實現(xiàn)充分曝光,這可能會限制所需帶寬。側(cè)面后視鏡替代系統(tǒng)需在車輛的整個行駛速度范圍內(nèi)運行,因此采用較高的刷新速率(例如:60 Hz或更 高)盡可能減少延遲,這需要更高帶寬。自動駕駛應(yīng)用中的前置攝像頭需要超高分辨率(例如:18+ MPixel),因此帶寬要求也非常高。目前有許多攝像頭接口技術(shù),可提供較大范圍的帶 寬,而帶寬范圍的選擇與攝像頭系統(tǒng)和整個車輛的多個方面會相互影響。


圖像質(zhì)量


攝像頭接口技術(shù)實現(xiàn)的圖像質(zhì)量是架構(gòu)設(shè)計中的一個關(guān)鍵因素。通過無法提供足夠帶寬的攝像頭接口技術(shù)發(fā)送視頻數(shù)據(jù),可能會影響圖像完整性或?qū)е聢D像完全丟失。通過測量圖像的銳度和動態(tài)范圍等因素,可以評估攝像頭接口技術(shù)引起的圖像質(zhì)量下降情況。


線纜屬性


車輛的整個線纜總成或線束是其最復(fù)雜、最重且最難安裝的組件之一。通常,汽車的整體布線長度超過一千米,因此需要認(rèn)真考慮其線束要求。首先,帶寬要求較高的應(yīng)用(例如:自動 駕駛汽車的超高分辨率前置攝像頭)需要使用高質(zhì)量的重型線纜。近年來,為了增加內(nèi)燃機汽車和電動汽車等的行駛里程,汽車制造商開始專注于制造更輕且更節(jié)能的汽車,因此線纜重量已成為越來越受關(guān)注的一個話題。對于涉及在車輛中復(fù)雜布線的應(yīng)用,線纜支持的彎曲半徑可能非常重要。對于攝像頭位于鉸鏈部件(例如:放置SVM系統(tǒng)的車門、或RVC和SVM系統(tǒng)的后備箱蓋)的應(yīng)用,線纜在開合周期中的穩(wěn)固性至關(guān)重要。對于線纜可能暴露于惡劣環(huán)境下的應(yīng)用,線纜還需要防水性。


不管選擇了哪種攝像頭接口技術(shù)和線纜類型,每一厘米線纜都有成本,當(dāng)核算線束的所有成本時,我們會發(fā)現(xiàn)線束是三大最昂貴組件之一。


由于其低帶寬需求,傳統(tǒng)的SD視頻方案可使用極具成本效益的輕型電纜。在許多情況下,SD視頻解決方案采用非屏蔽雙絞線(UTP)電纜,類似于常用于CAN等低速控制鏈路的那些電纜。


連接器


線束及其連接模塊的另一個關(guān)鍵元件是連接器。除了將線束連接至控制模塊、傳感器或電機,連接器還用于連接線束內(nèi)同一電纜的不同部分(直插式連接器)。直插式連接器廣泛用于汽 車行業(yè),以簡化線束的結(jié)構(gòu)、安裝和使用。例如:在非??拷鼣z像頭的位置使用直插式連接器意味著,如果攝像頭受損,就可以在不對車輛其余線束產(chǎn)生明顯影響的情況下更換受損攝像頭。


與上面描述的線纜選擇一樣,連接器選擇是攝像頭系統(tǒng)總成本的一個重要決定因素。高分辨率系統(tǒng)通常需要使用支持更高帶寬的連接器,因此成本也更高。


其他連接器考慮因素包括PCB和ECU上的連接器尺寸,連接器是否必須密封或不密封,以及是否需要顏色編碼/鍵控。


傳統(tǒng)SD視頻方案允許在攝像頭和ECU或多媒體主機(HU)上使用具有成本效益的連接器方案。例如:SD視頻RVC系統(tǒng)的視頻信號通常與多引腳連接器上的其他信號(例如:控制網(wǎng)絡(luò)和所需的電 源信號)一起接入到ECU或HU;數(shù)字鏈路通常需要使用專用連接器,從而使ECU受到PCB和封裝限制。


車輛架構(gòu)


車輛架構(gòu)對選擇適當(dāng)?shù)臄z像頭接口技術(shù)具有多方面影響。標(biāo)準(zhǔn)車輛中的線纜距離通??梢赃_(dá)到幾米,且隨著消費者開始傾向于購買更大的運動型多用途汽車,線纜長度也在不斷增加。一 些車輛架構(gòu)具有額外的功能,如支持泊車倒車和操控的泊車倒車輔助功能,這也可能會要求提供更長的線纜。商用汽車帶來另一個架構(gòu)挑戰(zhàn)。在此車輛架構(gòu)中,攝像頭系統(tǒng)需要將線纜延伸至最大長度。大多數(shù)攝像頭接口技術(shù)均支持這些車輛架構(gòu)和功能,但一些可能需要使用附加模塊,如中繼器或中繼發(fā)射機,以支持較長的線纜長度。


EMC


線纜方案的電磁輻射抑制和抗干擾性是攝像頭接口技術(shù)的另一個關(guān)鍵因素,因為線纜可能會成為車輛內(nèi)部的天線,從而帶來不利影響。車輛中電子電氣系統(tǒng)的普及導(dǎo)致人們越來越依賴于 這些以兼容方式共存的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)啟動時,一個系統(tǒng)(例如:RVC系統(tǒng))影響另一系統(tǒng)(例如:電動汽車牽引電機或電動座椅機構(gòu))或受其影響均不可接受。為此,在選擇接口技術(shù)方案之前必須考慮其輻射和抗干擾性。


為確保內(nèi)部或外部干擾不會影響車輛內(nèi)的系統(tǒng),汽車制造商將根據(jù)其特定的EMC標(biāo)準(zhǔn)對所有系統(tǒng)進(jìn)行測試。首先,對系統(tǒng)級組件(例如:后視攝像頭或環(huán)視攝像頭)進(jìn)行這些測試。此類測 試成本高又耗時,而且還具有挑戰(zhàn)性,但可確保每個模塊在集成到車輛之前具有較高的魯棒性。成功完成系統(tǒng)級測試后,汽車制造商還必須測試系統(tǒng)在持續(xù)面對高功率輻射信號時的運行能力(射頻電磁場輻射抗擾度),以驗證系統(tǒng)在車輛中的運行情況和性能。制造商還需測量車輛中所有天線的接收頻段(例如:FM、GPS、移動電話、Wi-Fi等),以確保不存在干擾信號。解決車輛的EMC問題既耗時又要耗費高昂成本。


其它要求


除了上述要求之外,攝像頭接口技術(shù)的選擇還需滿足許多其他要求,如控制通道可用性、像素精度和功能安全等級。


概要


設(shè)計攝像頭系統(tǒng)時,攝像頭接口技術(shù)的選擇受多種因素的影響。此外,攝像頭接口技術(shù)的選擇也會對集成該技術(shù)的車輛產(chǎn)生多方面影響。傳統(tǒng)的RVC系統(tǒng)基于SD視頻技術(shù),為汽車OEM提供了一種可在車輛內(nèi)實現(xiàn)視頻傳輸?shù)姆浅?煽?、?jīng)濟有效的方法。但是,近幾年的消費產(chǎn)品趨勢致使SD視頻越來越不適用于大尺寸顯示。同時隨著立法發(fā)展以及消費者期望,使得每輛新車上的攝像頭數(shù)量繼續(xù)增加。


在這些趨勢和發(fā)展的背景之下,出現(xiàn)了幾種可用于當(dāng)今汽車攝像頭系統(tǒng)的攝像頭接口技術(shù)。當(dāng)今的攝像頭接口技術(shù)范圍廣泛,從經(jīng)過傳統(tǒng)SD RVC系統(tǒng)驗證的SD視頻技術(shù)(例如:CVBS)到 高清模擬接口技術(shù),再到高清數(shù)字接口技術(shù)。


1637572934857415.jpg

圖2 C2B架構(gòu)概述。


SD視頻技術(shù)僅適用于低帶寬應(yīng)用,但只需使用極具成本效益的線纜和連接器。數(shù)字接口技術(shù)適用于高帶寬應(yīng)用,且具有像素精度等優(yōu)勢,但通常需要使用更昂貴的線纜和連接器。高清模 擬接口技術(shù)是上述兩種解決方案的折中方案,只需使用性價比高的線纜和連接器即可確保高清視頻傳輸。


C2B?就是這樣一種高清模擬接口技術(shù),只需使用性價比高的線纜和連接器即可為汽車OEM和一級供應(yīng)商提供極具吸引力的、兼容EMC的高清視頻方案。


C2B汽車攝像頭接口技術(shù)


C2B是ADI公司推出的一種高清模擬視頻傳輸技術(shù),


C2B從一開始就是作為一種汽車級接口技術(shù)而設(shè)計的,可將高清視頻從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩?,分辨率最高可達(dá)2百萬像素(1920 × 1080)。C2B 旨在充分利用用于SD視頻系統(tǒng)的UTP線纜和連接器的最大帶寬容量。 C2B B的創(chuàng)新型均衡器架構(gòu)支持最長30 m的線纜長度,且出現(xiàn)問題時無需重連機制。為確保C2B 滿足所有的汽車要求,它針對EMC進(jìn)行了一些優(yōu)化(優(yōu)化信號結(jié)構(gòu)、抗混疊濾波器、頻譜整形濾波器),并且ADI公司作為可靠的汽車電子供應(yīng)商也值得信賴。


C2B 具有一個控制通道,可以處理高達(dá)400 kHz的I2C信號傳輸,最多4個GPIO信號,以及來自攝像頭模塊的中斷信號,從而簡化了包括本地配置和遠(yuǎn)程配置的系統(tǒng)架構(gòu)。4個GPIO用于在 C2B 鏈路中傳送靜態(tài)信號。2個中斷信號用于允許C2B發(fā)送端向C2B 接收端傳送狀態(tài)信息。C2B對控制通道數(shù)據(jù)運用CRC校驗,并且能夠在出現(xiàn)問題時自動啟動重新傳送。


C2B支持面向汽車應(yīng)用的附加功能,如線纜診斷(線纜對電池或?qū)Φ囟搪返龋┖蛶瑪?shù)采集、生成、解碼和傳輸,以提供對所傳輸數(shù)據(jù)完整性的洞察力。


C2B針對汽車應(yīng)用定義和設(shè)計,采用了多種機制來確保低成本UTP線纜和低成本非屏蔽連接器傳輸、符合EMC要求。這包括針對阻抗不匹配的回波消除、寬帶下共模抑制(使用UTP線纜時很重 要)、以及輸出信號的頻譜整形以減少輻射。C2B經(jīng)過測試符合設(shè)備級和系統(tǒng)級EMC國際標(biāo)準(zhǔn)(CISPR 25第5類[輻射]、ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9、ISO 7637-3 [抗干擾]、ISO 10605 [ESD]等)。


1637572915105073.jpg

圖3. 數(shù)字鏈路與C2B鏈路的視頻幀采集比較。


1637572900180128.jpg

圖4. 數(shù)字鏈路與C2B鏈路的視頻幀采集比較。


這些特性使得C2B成為極具吸引力的解決方案,尤其是以下兩類汽車制造商:仍在使用SD攝像頭方案并尋求低風(fēng)險升級途徑的汽車制造商;以及已轉(zhuǎn)向基于數(shù)字接口技術(shù)的高清攝像頭方案但尋求降低成本的汽車制造商。


與其他技術(shù)相比,C2B 在下述應(yīng)用領(lǐng)域具有明顯的系統(tǒng)成本優(yōu)勢:后視攝像頭、環(huán)視攝像頭系統(tǒng)、電子后視鏡和乘員監(jiān)控系統(tǒng)等。經(jīng)過獨立驗證的 C2B 視覺無損性具有類似于數(shù)字接口技術(shù)的高清性能,同時還可以節(jié)省大量系統(tǒng)成本。


結(jié)論


C2B 為汽車制造商提供了一個極具吸引力的接口技術(shù)方案,有助于將現(xiàn)有SD攝像頭解決方案升級為HD解決方案,或促進(jìn)數(shù)字接口技術(shù)系統(tǒng)的降本遷移。有關(guān)C2B技術(shù)和適合汽車應(yīng)用的產(chǎn)品信息,請訪問:analog.com/c2b或聯(lián)系當(dāng)?shù)谹DI銷售辦事處。ADI公司提供C2B發(fā)送器(ADV7992)和C2B接收器發(fā)送器(ADV7382/ADV7383)的評估板,以加快技術(shù)研究和系統(tǒng)原型設(shè)計。進(jìn)行系統(tǒng)原型設(shè)計時,如果開發(fā)接收器,則C2B發(fā)送器評估板可用作為C2B 源端,而如果開發(fā)攝像頭,則C2B接收器評估板則可用作為C2B接收端。



免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。


推薦閱讀:


賽靈思參考設(shè)計:MPS推出高性能FPGA電源解決方案

穩(wěn)壓器類型及其工作原理

大功率二極管晶閘管知識連載——控制特性 

如何選擇鋰離子電池充電管理IC

如何使用LTspice仿真SAR ADC的輸入

特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉