电子后视镜(Camera Monitor Systems, CMS)是由摄像机与监视器组成的系统,在规定视野内需要看清车辆后方、侧方视野,是一种新型间接视野装置,新版GB15084标准称之为“摄像机-监视器系统(camera-monitor system)”,简称CMS。电子后视镜的优点是消除了传统光学后视镜受限于镜面曲率、形状、大小角度等因素造成的视野限制,视野盲区相对小很多,整个视野更加宽阔,这样一来,驾驶员可以看到更多的细节,提升行驶过程中的安全性。
随着车企对汽车智能化的越来越多的技术创新,以及视频图像处理系统在图像处理速度、集成度和稳定性的技术提升,CMS在新能源汽车上的应用正在大力的开展研发,以便提升汽车的视觉性能。
CMS与行程记录仪的区别相似之处:都能实时显示汽车行驶过程中的周围环境,即图像显示。
差异:MCS对实时性要求极高。只有保证实时特性,才能确保安全监测周围行人、同/逆方向行驶汽车、静止/运动物体等。
《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 16505-2019)中规定CMS的延时应足够短,以便几乎同时渲染场景,在(22±5)℃的室温下,延时应小于200ms。联合国R046关于轮式车辆安装及/或用在轮式车辆上的装备及零部件采用统一的技术法规,以及满足这些法规认证相互认可的条件。
CMS 延时与行驶距离关系
如上图数据,当一辆以极低速度行驶的汽车与另一辆以120 km/h(即0.0333 m/s)的速度行驶、对应延时200 ms的汽车相对而行时,它们之间的距离差为6.66米。因此,当汽车驶入高速公路主道时必须充分考虑并预留足够的安全距离,以确保行车安全。
车辆驶入高速公路的预留安全距离
如上图,当汽车由低速道路行驶至高速公路时,由于各个车道的速度不同,CMS延时所产生的距离差也各不相同。如下图所示,因此,在驾驶车辆时需要判断并应对不同车道高速行驶车辆的车速和CMS延时对应的距离差异。
电子后视镜电路结构
CMS电子基于ARM嵌入式系统、系统级芯片(System on Chip, SoC)、现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)等多种结构,由光学透镜组、CMOS图像传感器、ISP、Soc中央处理器、DDR3存储器、TF卡存储器、17.78 cm(7寸)薄膜晶体管(Thin Film Transistor, TFT)显示屏和控制器局域网(Controller Area Network, CAN)总线接口组成,
通过分析电子后视镜的电路结构可以得出系统的延时特性,以下具体分析硬件电路及软件控制所产生的系统延时:
1)图像传感器构成的延时:CMOS图像传感器通常情况下,输出接口有LVDS及Mipi等输出形式,从CMOS传感器角度评估为60 f/s,其对应延时为1/60=16.66 ms,电子后视镜CMS的初始延时为固定值。2)17.78 cm(7寸)TFT显示屏构成的延时:Soc中央处理器通过LVDS输出接口将图像信息传送到17.78 cm(7寸)TFT显示屏,帧率为60 f/s,对应延时为1/60=16.66 ms,CMS的最后一环节延时为固定值。
3)SoC中央处理器构成的延时:电子后视镜CMS与行车记录仪在功能上有相同之处。行车记录仪配置一个摄像的镜头,在汽车行驶的过程中,通过镜头拍摄视频信息传送到主机内部,保存到视频存储器或者TF存储卡,通过行车记录仪可以查看记录的视频,或者通过手机、平板设备或电脑读取保存的视频信息已经得到广泛应用,行车记录仪产品型号众多,技术相对比较成熟。
CMS相应有国际标准ISO 16505、联合国R046标准和中国标准的详细的技术要求,对应有亮度调节和对比度复现、灰度等级复现、色彩还原、弥散、光晕和眩光、点光源、几何畸变、闪烁、帧率、系统延时、平均放大倍数、分辨率、放大倍数纵横比、景深等等技术参数。
主控视频传送解决方案框图
上图是基于A1000的一款电子后视镜CMS方案视频传输架构框图,其中使用到的LT8618SXB与LT6911C为龙迅半导体推出的视频桥接芯片,均有支持车规AEC-Q100的规格。
A1000介绍黑芝麻ISP芯片华山二号A1000为车规级高性能自动驾驶芯片,算力高达58 TOPS(INT 8),完美适配L2+/L3级自动驾驶
LT8618SXB介绍LT8618SX是龙迅半导体基于ClearEdgeTM技术的低功耗HDMI发射机。它支持24位色深HDMI 1.4(高清多媒体接口)规范。它们与Lontium的第一代HDMI发射机LT8618EX完全向后兼容,还与SiI9030和ANX9030发射器引脚兼容。
LT8618SX是专为高清数码相机、高清数码摄像机、HD-PMP/MP4播放器、手机等设计的高性能、低功耗部件。正常工作功率小于100mA,播放24位1080P内容,待机功率小于2mA。
特性
Support 24-bit RGB,YUV and BT656/BT601/ BT1120
Support both SDR and DDR Data Sampling
Programmable Rising/Falling Edge Clock Input
Support up to 148.5MHz DDR or 297MHz SDR Clock
Support both 1.8V and 3.3V Input Voltage Level
HDMI Transmitter
Compliant with HDMI1.4 and HDCP1.4
Resolution Up to 4K 30Hz
Programmable output swing and pre-emphasis
Fully hardware-controlled or optional softwarecontrolled HDCP operations
Pre-programmed HDCP key sets or external EEPROM stored key sets
Integrated CEC controller
Integrated EDID shadow RAM and embedded EDID
5V tolerance DDC/HPD I/Os
1.8V and 3.3V Power Supply
Support 100KHz and 400KHz I2C slave
Support up to 8-channel Audio Input
Temperature Range: -40°C ~ +85°C
Pin compatible with SiI9030,ANX9030 and CAT6612
Packaged in QFP80 12mm x 12mm and QFN64 9mm x 9mm
DVD, BD
Car Video Recorder
PTV Box
HD Source
LT6911C介绍LT6911C是一款高性能HDMI1.4至MIPI®DSI/CSI/LVDS芯片,适用于VR/智能手机/显示器应用。
对于MIPI®DSI/CSI输出,LT6911C具有可配置的单端口或双端口MIPI®DSI/CSI,具有1个高速时钟通道和1~4个高速数据通道,最大工作速率为1.5Gbps/通道,可支持高达12Gbps的总带宽。LT6911C支持突发模式DSI视频数据传输,还支持灵活的视频数据映射路径。对于LVDS输出,LT6911C可以配置为单端口或双端口。对于2D视频流,可以将同一视频流映射到两个分离的面板,对于3D视频格式,可以将左侧数据发送到一个面板,将右侧数据发送到另一个面板。
特性:
Compliant with the HDMI 1.4 specification with TMDS data rates up to 3.4Gbps per channel
Support HDCP 1.4
Adaptive receiver Equalization for PCB, cable and connector losses
Compliant with DCS1.02, D-PHY1.2& DSI1.02 &CSI-2 1.0
1 Clock Lane, and 1~4 Configurable Data Lanes per port
1/2 configurable port
80Mbps~1.5Gbps per data lane
Maximum 64pixels overlap for each half
Both non-burst and burst video mode supported
Support RGB666, Loosely RGB666, RGB888,
RGB565, 16-bit YCbCr4:2:2,20-bit YCbCr4:2:2,24-bit
YCbCr 4:2:2 Video Format
Video stream copy mode for each port
Side-by-side 3D support
Compatible with VESA and JEIDA standard
1/2 Configurable Port
1 clock lane and 4 configurable data lanes per port
Support Maximum Data Rate 1.2Gbps/lane
Output Color Depth supports 6-bit and 8-bit
Video stream copy mode for each port
Side-by-side 3D support
3.3V/1.2V Supply Power
Internal CSC support conversions between YCbCr 4:4:4 and RGB, and between YCbCr 4:2:2 and YCbCr 4:4:4
Support SPDIF and 2-channel IIS audio output
Support 100KHz I2C slave
Integrated Microprocessor
Temperature Range: -40°C ~ +85°C
ESD 2kV HBM
Mobile system
Display
VR
N32A455REL7
N32A455 系列采用 32 bit ARM Cortex-M4 内核,最高工作主频 144MHz,支持浮点运算和 DSP 指令,集成高达 512KB 嵌入式 Flash,144KB SRAM,集成丰富的高性能模拟器件,内置 4 个 12bit 5Msps ADC,4 路独立轨到轨运算放大器,7 个高速比较器,2 个 1Msps 12bit DAC,集成多路 U(S)ART、I2C、SPI、QSPI、CAN、SDIO 通信接口, 内置密码算法硬件加速引擎
关键特性
― 32 位 ARM Cortex-M4 内核+ FPU,单周期硬件乘除法指令,支持 DSP 指令和 MPU
― 内置 8KB 指令 Cache 缓存,支持 Flash 加速单元执行程序 0 等待
― 最高主频 144MHz,180DMIPS
― 高达 512KByte 片内 Flash,支持加密存储、分区管理及数据保护,支持硬件 ECC 校验,10 万次擦写次数,10年数据保持
― 高达 144KByte 片内 SRAM(包含 16KByte Retention RAM),支持硬件奇偶校验
― 4 个 12bit 5Msps 高速 ADC,可配置为 12/10/8/6bit 模式,6bit 模式下采样率高达 9Msps,多达 38 路外部单端输入通道,支持差分模式
― 4 个轨到轨运算放大器,内置最大 32 倍可编程增益放大
― 多达 7 个高速模拟比较器,内置 64 级可调比较基准
― 2 个 12bit DAC,采样率 1Msps
― 支持外部输入独立参考电压源
― 所有模拟接口支持 1.8~3.6V 全电压工作
― 4MHz~32MHz 外部高速晶体
― 32.768KHz 外部低速晶体
― 内部高速 RC 8MHz
― 内部低速 RC 40KHz
― 内置高速 PLL
― 支持 1 路时钟输出,可配置系统时钟、HSE、HSI 或 PLL 后分频输出
― 支持上电/掉电/外部引脚复位
― 支持可编程的低电压检测及复位
― 支持看门狗复位
― 7 个 U(S)ART 接口, 最高速率达 4.5 Mbps,其中 3 个 USART 接口(支持 1xISO7816,1xIrDA,LIN),4 个
― 3 个 SPI 接口,速度高达 36 MHz,其中 2 个支持 I2S
― 1 个 QSPI 接口,速率高达 144 Mbps
― 4 个 I2C 接口,速率高达 1 MHz,主从模式可配,从机模式下支持双地址响应
― 2 个 CAN 2.0B 总线接口
― 1 个 SDIO 接口,支持 SD/MMC/MMC 格式
― 2 个 16bit 高级定时计数器,支持输入捕获,互补输出 ,正交编码输入等功能,最高控制精度 6.9nS;每个定
时器有 4 个独立的通道,其中 3 个通道支持 6 路互补 PWM 输出
― 4 个 16bit 通用定时计数器, 每个定时器有 4 个独立的通道,支持输入捕获/输出比较/PWM 输出
― 2 个 16bit 基础定时计数器
― 1x 24bit SysTick
― 1x 7bit 窗口看门狗(WWDG)
― 1x 12bit 独立看门狗( IWDG)
― 支持 SWD/JTAG 在线调试接口
― 支持 UART Bootloader
― 内置密码算法硬件加速引擎
― 支持 AES、DES、SHA,SM1、 SM3、SM4、SM7,MD5 算法
― Flash 存储加密,多用户分区管理(MMU)
― TRNG 真随机数发生器
― CRC16/32 运算
― 支持写保护(WRP),多种读保护(RDP)等级(L0/L1/L2)
― 支持程序加密下载
― 支持时钟失效监测,防拆监测
― 工作电压范围:1.8V~3.6V
― 工作温度范围:-40℃~105℃
― ESD:±4KV(HBM 模型), ±1KV(CDM 模型)
― LQFP48(7mm x 7mm)
― LQFP64(10mm x 10mm)
― LQFP80(12mm x 12mm)
― LQFP100(14mm x 14mm)
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