克服汽車攝像頭連接挑戰

Overcoming automotive camera link challenges

攝像頭系統和攝像頭連接技術在車輛上的應用越來越廣泛，以幫助駕駛員并增強駕駛體驗。具有單個攝像頭的傳統后視攝像頭（RVC）系統正在被具有四個或更多攝像頭的全方位車身視景系統（SVS）所取代，該系統可提供車輛的360°視角。行車記錄儀、盲點監控、夜視、路標識別、車道偏離監控器、自適應巡航控制、緊急制動和低速防撞系統都有助于減輕駕駛員的負擔。為了增加駕駛體驗，攝像頭也被引入到各種應用中，如駕駛員生命體征監控、乘客檢測和人機界面手勢識別（HMI）。攝像頭系統的發展甚至使汽車制造商能夠通過更換傳統的功能（如后視鏡）來重新想象車輛的輪廓。

Figure 1. Proliferation of cameras in modern vehicles.

列出的許多不同的攝像機應用程序都與標準清晰度（SD）RVC系統有著相同的起源，但在今天的許多車輛中仍然是如此。十多年來，SD攝像機系統已被常規地應用于汽車應用，根據立法要求和客戶期望，從高檔車擴展到更廣泛的車輛系列。SD視頻系統為汽車原始設備制造商提供了許多有價值的好處：由于消費電視行業多年來成熟的技術，低風險，低帶寬需求導致能夠使用便宜的電纜和連接器，同時還保持可控的排放，以及一系列成熟的視頻編碼器和解碼器，可處理潛在的不穩定視頻輸入。
今天，超高清晰度（UHD）顯示器在消費類設備中的普遍存在，推動了對各種車輛上更大、更高清晰度顯示器的需求。雖然SD視頻在較小的顯示屏上看起來令人滿意，但如今的消費者在大屏幕上很容易察覺到它的缺點（例如，在分離調制信號中的亮度和色度信號時，由于SD視頻的有限帶寬或交叉色偽影而導致的高頻細節缺失）。大屏幕的趨勢導致汽車原始設備制造商面臨著將其相機架構升級到高清晰度的挑戰。解決這一挑戰所涉及的一個關鍵構建塊是選擇用于將圖像數據從攝像機傳輸到接收單元（例如，ECU或顯示器）的攝像機鏈路技術。
在為應用程序選擇新的相機鏈接技術時，第一個用例特征是所需的帶寬。就帶寬要求而言，相機系統的范圍很廣。使用SD視頻分辨率的傳統RVC系統需要較低的帶寬（例如，6mhz）。支持向量機系統，通常在低速下使用，使用低刷新率（例如，30赫茲）來最大限度地提高曝光率，這會限制所需的帶寬。后視鏡更換系統可以在車輛的整個工作速度范圍內工作，它使用更高的刷新率（例如，60赫茲或更高頻率）來最小化延遲，這就需要增加帶寬。用于自動駕駛應用的前置攝像頭要求超高分辨率（例如，18+MPixel），因此具有非常高的帶寬要求。許多相機連接技術的存在提供了廣泛的帶寬能力，他們的選擇受到相機系統和整個車輛的幾個方面的影響，并且可以影響。

圖像質量

相機連接技術所能提供的圖像質量是建筑設計中的一個關鍵因素。通過沒有提供足夠帶寬的攝像機鏈接技術發送視頻數據可能會導致圖像完整性的損失或完全的圖像丟失。通過測量諸如圖像清晰度和動態范圍等因素，可以評估相機連接技術引起的圖像退化。

電纜屬性

現代車輛的完整電纜總成或線束是其最復雜、最重、最難安裝的部件之一。一般的汽車都有超過一公里的電線，所以線束需要認真考慮。首先，帶寬要求更高的應用程序（例如，用于自主車輛的超高分辨率前置攝像頭）需要高質量、重電纜。近年來，為了增加內燃機車和電動汽車的行駛里程，使汽車更輕、更高效，纜索重量已成為一個越來越受到關注的話題。對于涉及車輛復雜布線的應用，電纜支撐的彎曲半徑可能很重要。對于攝像機位于鉸鏈式車身部件中的應用（例如，SVM系統的門或RVC和SVM系統的行李箱蓋），電纜對打開和關閉循環的魯棒性至關重要。對于電纜可能暴露在惡劣環境中的應用，可能需要防水。

不管攝像機連接技術和所選的電纜類型如何，每一厘米電纜都有成本，并且，當對線束的所有成本進行整理后，它可能導致線束成為車輛三個最昂貴的元件之一。

傳統的SD視頻系統，由于其低帶寬需求，方便使用極為經濟高效的光纜。在許多情況下，非屏蔽雙絞線（UTP）電纜，類似于通常用于低速控制鏈路（如CAN）的電纜，用于SD視頻。

連接器

線束及其連接模塊的另一個關鍵元件是電氣接頭。除了將線束連接到控制模塊、傳感器或電機外，接頭還用于連接線束內同一電纜的不同部分（直列式接頭）。直列式連接器廣泛用于汽車工業，以簡化線束的構造、安裝和可維護性。例如，使用非常靠近攝像頭的直列式連接器意味著，如果攝像頭損壞，則可以在不嚴重干擾車輛其余線束的情況下進行更換。

連接器的選擇，與上面描述的電纜選擇一樣，是相機系統總體成本的重要決定因素。高分辨率系統通常需要支持更高帶寬的連接器，因此成本更高。

其他連接器考慮因素包括連接器在PCB和ECU表面上的足跡，連接器是否必須密封或未密封，以及是否需要顏色編碼/鍵控。

傳統的SD視頻系統便于在攝像機和ECU或主機單元（HU）上使用經濟高效的連接器。例如，SD-video-RVC系統的視頻信號通常與多針連接器上的其他信號（例如，控制網絡和所需的電源信號）一起路由到ECU或HU；數字鏈路通常需要專用的連接器，這會在ECU上引入PCB和封裝約束。

車輛結構

所涉及車輛的結構可能會對選擇合適的攝像頭連接技術產生多種影響。標準車輛的電纜長度通常可達幾米，隨著消費者趨向于更大的運動型多用途車，電纜長度也在增加。一些車輛結構具有附加功能，可能會帶來新的電纜長度挑戰，如拖車倒車輔助，以支持拖車的倒車和操縱。

商用車是另一個架構挑戰，在這方面，攝像頭系統將電纜拉伸到最大長度。大多數相機連接技術可以支持這些車輛的任何結構和功能，但有些可能需要額外的模塊，如中繼器或重傳器，以支持長電纜長度

電磁兼容EMC

電纜的電磁輻射和抗擾性是攝像機連接技術選擇過程中的另一個關鍵因素，因為電纜可能會成為車輛內的天線，從而產生有害的結果。車輛中電氣和電子系統的激增導致了對這些系統以兼容方式共存的依賴性日益增加。一個系統（例如，RVC系統）不能影響或受到另一個系統（例如，電動車輛牽引電機或電動座椅機構）的影響，當任一系統啟用時。為此，在選擇鏈路技術之前，必須考慮其發射和抗擾性能。

為確保內部或外部攻擊者不會干擾車內系統，汽車制造商將按照其特定的EMC標準測試所有系統。這些測試首先在系統級進行（例如，后視攝像頭或全方位視野系統）。該測試成本昂貴、耗時且具有挑戰性，但確保每個模塊在集成到車輛中之前具有較高的魯棒性。一旦成功完成系統級測試，汽車制造商還必須通過測試系統在受到高功率輻射信號（輻射抗擾度）轟炸時的運行能力來驗證系統在車輛中的運行和性能。制造商還將測量車輛中所有天線的接收頻帶（例如FM、GPS、蜂窩、Wi-Fi等），以確保不存在干擾信號。在車輛級別解決EMC問題既昂貴又耗時。

其他要求

除了已經概述的要求外，還有大量其他要求指導攝像機連接技術的選擇，例如控制通道可用性、像素精度和ASIL等級。

攝像機連接技術的選擇

在設計相機系統時，相機連接技術的選擇受到多種因素的影響。攝像機連接技術的選擇也會影響車輛的幾個方面。傳統的RVC系統建立在SD視頻技術上，為汽車原始設備制造商提供了一種非常可靠和經濟高效的方法來傳輸車內的視頻。然而，近年來，消費者的趨勢出現了，使得SD視頻系統越來越不能被大屏幕所接受。消費者對每一款新車的開發也有不斷增加的期望。

這些趨勢和發展為當今汽車中使用的多種攝像頭連接技術的出現提供了背景，這些技術貫穿于汽車攝像頭系統的光譜中。今天的攝像機連接技術仍然從傳統的SD-RVC系統中驗證的SD視頻技術（例如CVBS）到高清晰度數字鏈接技術。

SD視頻技術只能支持低帶寬應用，但反過來需要非常經濟高效的電纜和連接器。數字鏈路技術支持高帶寬應用，并提供像素精度等優點，但通常需要更昂貴的電纜和連接器。高清模擬鏈路技術（如車載攝像頭總線（C2B））在上述兩種方法之間提供了折衷方案，通過經濟高效的電纜和連接器提供符合EMC標準的高清視頻。

高清模擬攝像機連接技術

使用高清晰度模擬視頻傳輸技術C2B的一個優點是，它們從一開始就被設計成汽車攝像頭連接。C2B支持非屏蔽雙絞線（UTP）電纜和非屏蔽連接器上的高清視頻。這使得無需改變現有的電纜和連接器基礎設施就可以從SD升級到HD攝像機。

C2B支持高清視頻從發射機到接收機的傳輸，分辨率高達200萬像素（1920×1080）。它被設計為利用傳統上用于SD視頻系統的UTP電纜和連接器的最大帶寬容量，并且允許在不重傳的情況下使用長達30 m的電纜。為了確保C2B滿足所有的汽車要求，它利用了一些針對EMC的優化功能，包括優化的信號結構、抗混疊濾波器和頻譜成形濾波器。

C2B具有一個控制通道，可以處理高達400khz的I2C信號、多達四個GPIO信號和來自相機模塊的中斷信號的傳輸。這有助于系統架構，不僅包括包括相機模塊中的微控制器單元（MCU）和ECU/hub中的MCU的本地配置，而且還包括使用ECU/HU中的MCU配置相機模塊的遠程配置。四個gpio用于通過C2B鏈路傳輸靜態信號。提供兩個中斷信號，以允許C2B發射器向C2B接收器傳送狀態信息。C2B對控制信道數據進行CRC校驗，并能在出現問題時自動發起重傳。
Figure 2. C2B architecture overview.

C2B支持汽車客戶的增值功能，如電纜診斷（電纜對電池短路和對地短路事件的信息收集）和幀計數收集、生成、解碼和傳輸，以深入了解傳輸數據的完整性。

C2B是為汽車應用而定義和設計的，它采用了多個模塊，以確保在低成本UTP電纜和低成本非屏蔽連接器上的EMC法規遵從性。其中包括阻抗失配的回波消除、寬帶共模抑制（使用UTP電纜時很重要）和輸出信號的頻譜整形以減少發射。C2B經過測試并符合國際設備級EMC標準和國際系統級EMC標準（CISPR 25 5級[發射]、ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9、ISO 7637-3[抗擾度]、ISO
10605[ESD]）。

這些特性使得C2B對于兩類汽車制造商來說是一個有吸引力的解決方案：那些仍在使用SD相機解決方案并尋求低風險升級路徑的制造商；另一類是已經轉向基于數字鏈路技術的相機解決方案，并正在尋求從高清模擬鏈路技術中降低成本的途徑。

與其他技術相比，C2B具有顯著的系統成本優勢的應用領域包括后視攝像頭、全方位車身影像系統、電子后視鏡和乘員監控系統。C2B獨立驗證的視覺無損特性可以提供與數字鏈路技術類似的高清晰度性能，同時顯著節省系統級成本。

Figure 3. Comparison of video frame
captures for a digital link vs. a C2B
link.

Figure 4. Comparison of video frame captures for a digital link vs. C2B
link.

C2B使汽車制造商能夠將現有的SD攝像機升級到HD，或者使用數字鏈路技術促進系統的遷移，從而降低系統成本。借助C2B發射器（ADV7992）和C2B接收器（ADV7382/ADV7383）的評估板，原始設備制造商可以加快技術研究和系統原型制作。在系統原型設計過程中，開發接收機時，C2B發射機評估板可用作C2B信源，而開發攝像機時，C2B接收機評估板可用作C2B接收器。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的克服汽车摄像头连接挑战的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。