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防止汽車倒車事故 

作者:Jonpaul Jandu 時(shí)間:2018-02-27 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:介紹了后視攝像系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)難題,并提出了應(yīng)用TW8844/45全高清LCD視頻處理器的汽車顯示屏的解決方案。

作者  Jonpaul Jandu 瑞薩子公司Intersil

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201802/376173.htm

摘要:介紹了后視攝像系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)難題,并提出了應(yīng)用TW8844/45全高清LCD視頻處理器的的解決方案。

0 引言

  從1966年的安全帶開始,安全的重要性推動(dòng)了過(guò)去50年的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。諸如防抱死剎車、安全氣囊等越來(lái)越多創(chuàng)新逐漸成為中的標(biāo)準(zhǔn)安全配置。僅在過(guò)去20年中,車輛中就增加了車道偏離提示系統(tǒng)和雷達(dá)盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),幫助駕駛員安全變道。本文將探討即將成為標(biāo)準(zhǔn)配置的最新安全技術(shù):后視攝像系統(tǒng)。

1 針對(duì)新車型的后視攝像系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

  盡管作為可選配置已經(jīng)有好幾年了,不過(guò)美國(guó)和世界各地的汽車制造商現(xiàn)在才開始將后視攝像系統(tǒng)(如圖1)作為所有新車型的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)關(guān)于汽車的相關(guān)法規(guī)出臺(tái),全球汽車安全趨勢(shì)也緊隨這個(gè)方向。這項(xiàng)新的NHTSA法規(guī)要求,汽車制造商必須在重量低于1萬(wàn)磅(約合4500公斤)的車輛中安裝“車尾能見技術(shù)”(rear visibility technology)。

  該法規(guī)要求NHTSA修訂美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)111(FMVSS-111),擴(kuò)大車后視野要求。它還規(guī)定,從2018年5月開始,在美國(guó)銷售的所有新車必須配備后視攝像系統(tǒng)。本田和謳歌屬于首批在所有車型中都將倒車攝像頭作為標(biāo)準(zhǔn)配置的汽車品牌。根據(jù)IHS Markit公司研究,到2022年,車載信息娛樂系統(tǒng)和行車安全的關(guān)鍵市場(chǎng)將實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)的增長(zhǎng)。

2 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn):滿足FMVSS-111要求

  汽車OEM面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是,如何滿足美國(guó)這項(xiàng)新法規(guī)的要求,該法規(guī)中包括一項(xiàng)關(guān)鍵條款,規(guī)定實(shí)時(shí)視頻必須在駕駛員掛上倒車檔后2秒內(nèi)顯示出來(lái)。該條款旨在減少由于駕駛員倒車事故導(dǎo)致的傷亡,這類事故的受害者很多是幼兒。滿足FMVSS-111要求面臨一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn),那就是中控臺(tái)的主處理器或系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)運(yùn)行的操作系統(tǒng)很復(fù)雜,可能需要幾秒鐘才能啟動(dòng)。

  此外,這種操作系統(tǒng)容易出現(xiàn)軟件凍結(jié)和小故障,可能導(dǎo)致顯示的圖像凍結(jié)。隨著軟件復(fù)雜性越來(lái)越高,凍結(jié)和掛起變得越來(lái)越普遍,這會(huì)影響系統(tǒng)可靠性,并可能導(dǎo)致事故或更糟糕的情況。

3 解決方案:硬件旁路

  TW8844全高清(HD)LCD視頻處理器內(nèi)置了視頻解碼器,為確保后視攝像系統(tǒng)可靠性而優(yōu)化。該處理器可以在不到0.5秒內(nèi),打開并同步接通視頻源,并顯示視頻,解決了可靠快速啟動(dòng)的問(wèn)題。另一個(gè)重要考量是,攝像頭的實(shí)時(shí)視頻能夠在駕駛員需要的時(shí)候及時(shí)可靠地顯示。因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行的操作系統(tǒng)和軟件棧非常復(fù)雜,可能發(fā)生凍結(jié),導(dǎo)致在車輛掛上倒車檔后,無(wú)法顯示實(shí)時(shí)視頻。

  可靠性問(wèn)題發(fā)生在當(dāng)駕駛員掛上倒車檔時(shí),后視攝像頭視頻顯示的圖像是凍結(jié)的(如圖2(a))。駕駛員以為自己看見的是實(shí)時(shí)視頻,車后方?jīng)]有人和障礙物,但實(shí)際上,駕駛員看到的是之前的、已凍結(jié)的視頻幀。等車輛開始移動(dòng)時(shí),如果有孩子在車后跑過(guò),或有人走過(guò)(如圖2(b)),就會(huì)引起重大安全問(wèn)題。

  TW8844全高清LCD視頻處理器與系統(tǒng)的主SoC協(xié)同運(yùn)行,能夠監(jiān)測(cè)攝像頭輸出和SoC輸出的視頻數(shù)據(jù)。如果TW8844確定,SoC的輸出視頻被凍結(jié)了,就會(huì)改變攝像頭輸出視頻的傳輸路徑,繞過(guò)SoC,將攝像頭輸出的視頻直接發(fā)送到中控臺(tái)LCD。這個(gè)過(guò)程幾乎是瞬間發(fā)生的。SoC恢復(fù)后,TW8844可以再切換回去。

4 后視攝像系統(tǒng)的信號(hào)流程

  在正常運(yùn)行情況下,后視攝像頭視頻發(fā)送到TW8844 LCD視頻處理器中,如圖3所示。TW8844既可以接收傳統(tǒng)的模擬合成視頻,也可接收高清數(shù)字視頻。它先處理視頻,然后通過(guò)MIPI-CSI2接口將視頻發(fā)送到SoC。SoC將攝像頭視頻和疊加的圖形內(nèi)容,例如文本、圖標(biāo)、彩色停車指南等進(jìn)行整合。然后,將整合的視頻圖像發(fā)送回TW8844,然后TW8844將該視頻直接發(fā)送到LCD顯示屏。在這個(gè)過(guò)程中,TW8844不斷進(jìn)行凍結(jié)檢測(cè)測(cè)量,用多種方法測(cè)量圖像的多個(gè)方面,例如亮度、色值、單獨(dú)的像素以及更多方面,來(lái)確定視頻圖像是否凍結(jié)或損壞。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以為各種測(cè)量方法設(shè)定閾值,以創(chuàng)建獨(dú)特、可靠的圖像凍結(jié)/損壞檢測(cè)機(jī)制,滿足特定OEM的要求。

  如果TW8844確定SoC在發(fā)送凍結(jié)或損壞的視頻,就會(huì)自動(dòng)向微控制器(MCU)發(fā)出中斷信號(hào),然后MCU指示TW8844進(jìn)入旁路模式,直接將后視攝像頭視頻發(fā)送到LCD顯示屏。同時(shí),MCU還可以指示SoC進(jìn)行軟復(fù)位,這樣駕駛員就不必為了恢復(fù)中控臺(tái)軟件而重新啟動(dòng)車輛了。一旦軟件棧重新開始正常運(yùn)行,MCU就指示TW8844離開旁路模式,重新將視頻發(fā)送到SoC中。

  瑞薩子公司Intersil副總裁Philip Chesley表示:“TW884x的凍結(jié)檢測(cè)功能采用硬連接方式,在發(fā)生閾值違規(guī)時(shí)可觸發(fā)中斷信號(hào),以確保汽車后視攝像頭符合FMVSS-111法規(guī)要求,并即時(shí)顯示實(shí)況視頻。此外,TW884x的后視攝像頭旁路架構(gòu)可使攝像頭到顯示器信號(hào)路徑與信息娛樂系統(tǒng)分開,幫助汽車制造商更輕松地達(dá)到攝像頭系統(tǒng)的ISO 26262功能性安全評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)?!?/p>

  在快速啟動(dòng)模式,信號(hào)流程相同。車輛點(diǎn)火啟動(dòng)、駕駛員掛上倒車檔后,倒車信號(hào)被觸發(fā)并通知系統(tǒng)MCU,汽車處于倒車狀態(tài)。如果掛上倒車檔后,SoC軟件尚未完成啟動(dòng),那么MCU會(huì)指示TW8844將攝像頭視頻直接發(fā)送到LCD,同時(shí)讓SoC完成啟動(dòng)周期。一旦操作系統(tǒng)啟動(dòng)完畢,TW8844立即更改模式,將信號(hào)發(fā)送到SoC,將視頻和圖形內(nèi)容進(jìn)行整合,然后再將整合后的信號(hào)反饋給TW8844,再發(fā)送到LCD。

5 全高清LCD視頻處理器內(nèi)觀

  高度集成的TW8844(如圖4)是全高清(HD)1080p LCD視頻處理器,具有模擬視頻解碼器、兩個(gè)定標(biāo)器、和專門為支持信息娛樂系統(tǒng)和后視攝像顯示系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的MIPI-CSI2 SoC接口。TW8844為汽車制造商提供確保后視攝像系統(tǒng)符合FMVSS-111標(biāo)準(zhǔn)所需的可靠性。TW8844實(shí)現(xiàn)了從模擬到數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)的過(guò)渡,并支持各類視頻接口和分辨率高達(dá)1920 x 1080的全高清LCD顯示屏。

  TW8844視頻處理器具有MIPI-CSI2輸出,其同系列器件TW8845具有傳統(tǒng)BT.656輸出,兩款器件都超過(guò)了FMVSS-111規(guī)范的要求,都可在車輛點(diǎn)火后不到0.5秒內(nèi)顯示疊加了圖形內(nèi)容的實(shí)時(shí)視頻,解決了目前更復(fù)雜的中控臺(tái)系統(tǒng)固有的快速啟動(dòng)可靠性問(wèn)題。通過(guò)其凍結(jié)/損壞圖像檢測(cè)功能,TW8844/45提供了強(qiáng)大的后視攝像系統(tǒng)架構(gòu),在符合FMVSS-111法規(guī)的前提下,增加了超過(guò)該法規(guī)具體規(guī)定的系統(tǒng)可靠性。

6 適合所有類型汽車顯示屏的解決方案

  TW8844/45全高清LCD視頻處理器可以滿足汽車中任何顯示系統(tǒng)的需求,包括后座娛樂、儀表盤顯示屏和取代后視鏡的LCD顯示系統(tǒng)。兩個(gè)獨(dú)立的H/V定標(biāo)器能夠輸出分辨率高達(dá)1080p(1920 x 1080)的信號(hào),可以同時(shí)處理兩個(gè)不同的視頻源,同時(shí)向SoC和顯示屏輸出不同的視頻數(shù)據(jù)。此外,這兩款LCD視頻處理器可以同時(shí)向兩個(gè)獨(dú)立的顯示屏提供不同的內(nèi)容,使其成為雙后座信息娛樂系統(tǒng)的理想解決方案。

  我們也看到,LCD顯示屏已開始取代前擋風(fēng)玻璃上的后視鏡,如圖5所示。與標(biāo)準(zhǔn)玻璃后視鏡相比,LCD顯示系統(tǒng)顯著改善了車后視野。

7 更多行車安全功能將出現(xiàn)

  行車安全功能是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化的重要指標(biāo),已成為消費(fèi)者選擇車型時(shí)真正考慮的因素。隨著配置安全功能的成本持續(xù)降低,汽車制造商能夠在更多主流車型中提供這些功能,而更多行車安全功能也將隨之出現(xiàn)。未來(lái),會(huì)更多地使用視頻提供夜視、物體識(shí)別(視頻分析)等功能,以進(jìn)一步提高行車安全性。

  本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第3期第68頁(yè),歡迎您寫論文時(shí)引用,并注明出處。



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