對汽車后視鏡的攝像頭替代方案分析

宋奕岑

摘 要：傳統(tǒng)后視鏡為駕駛員提供了側方的視野，但自身由于物理特性有許多不足，嚴重時會成為威脅行車安全的因素。攝像頭替代呼之欲出，然而依舊有許多技術上的瓶頸。不僅僅是政策，同時還有消費者的觀念，對新技術的到來產(chǎn)生阻礙。不僅僅需要研究人員攻克技術，更需要自身接受不曾間斷汽車發(fā)展。

關鍵詞：汽車后視鏡；熱成像技術；技術瓶頸；科技與生活

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.016

1 應用攝像頭替代后視鏡的實例

2014年日產(chǎn)在日內(nèi)瓦車展上發(fā)布了其智能內(nèi)后視鏡。這款智能內(nèi)后視鏡內(nèi)置液晶顯示器板，在必要的時候，車尾部的一顆130萬像素的攝像頭可以將車尾的畫面?zhèn)魉偷胶笠曠R的顯示面板上，顯現(xiàn)畫面的顯示。

2014年漢諾威國際商用車車展上，奔馳在其概念卡車上，用攝像頭取代了外后視鏡。以其獨特的外觀吸引了觀眾的眼球。

作為未來的汽車品牌的特斯拉，在其Model X的首次亮相時，也取消了外后視鏡，使用微型攝像頭進行代替（上市時由于違反美國相關現(xiàn)行法規(guī)，改回傳統(tǒng)后視鏡）。

新上市的車如寶馬i8用三個攝像頭取代內(nèi)外后視鏡、凱迪拉克CT6采用的“流媒體影像后視鏡”（可切換為傳統(tǒng)后視鏡）。

這一切都在提醒著人們，不久后的汽車將會發(fā)生小小的改變。

2 傳統(tǒng)后視鏡面臨的問題

從后視鏡誕生之日起，后視鏡就成為駕駛員的第三只眼，幫助駕駛員在不回頭的情況下觀察車輛左右后方，其作用不言而喻。但是，在提供其作用的同時，它也具有不小的問題。

如：

（1）傳統(tǒng)后視鏡設計會使車輛迎風面積增大，導致汽車高速行駛時空氣阻力變大。（2）使汽車的橫向尺寸變大，不利于狹窄道路的會車。（3）由于鏡面面積和調(diào)整角度的限制，視野不開闊。（4）夜間行車在候車開啟遠光燈時，后視鏡不僅不能提供視野，更會使駕駛者產(chǎn)生眩暈的感受。

基于以上的問題，工程師們萌生了使用攝像頭+顯示屏替代后視鏡的想法。高像素攝像頭取代鏡面玻璃，通過影像合成技術，在車內(nèi)顯示清晰準確的實況景象。

3 攝像頭替代方案的瓶頸

（1）光照不足條件下的成像問題。現(xiàn)有的成像技術足夠使攝像頭在亮度適宜的工作條件下可靠工作，但行車遇到夜晚，隧道等光照條件差的情況是不可避免的。夜間成像已經(jīng)很難保證成像質(zhì)量，大多數(shù)攝像頭會呈現(xiàn)較多的噪點，更不用說汽車自身振動等惡劣的工作條件，簡直雪上加霜。

（2）光線頻繁變化對攝像頭影響。在光線急劇變化的瞬間，光學元件將會需要調(diào)整曝光度等成像參數(shù)，顯示屏會如同使用相機突然對著太陽，產(chǎn)生“延遲”感，這一時間段的圖像將缺損，會對駕駛安全產(chǎn)生極大地威脅。

除此之外，實際行駛中，擁堵時汽車信號燈在較長時間都會閃爍，光學元件將會陷入開始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)完成，環(huán)境變化，再次調(diào)節(jié)的循環(huán)中。此時成像效果堪憂。

（3）長時間可靠成像。替代傳統(tǒng)后視鏡的攝像頭，只要汽車開始工作，就在時刻運行，工作時間長，而且高速行駛時仍需要進行使用。這樣對攝像頭的各方面要求更高，在高像素、無畸變、寬動態(tài)、低照度、高幀率、高可靠性都帶來更高的挑戰(zhàn)。

（4）更高的運算能力及存儲器需求。搭配越來越多的高清車用攝影機會帶來許多的新的應用和豐富的影像資料，這也代表處理器需要更高的運算能力及存儲器， 這將對現(xiàn)有的處理器進行較大的硬件改造，并高度優(yōu)化內(nèi)部算法。

（5）成本和兼容性問題。后視攝像頭取代傳統(tǒng)的后視鏡最大的挑戰(zhàn)是使用成本和可靠性。隨著攝像頭傳感器分辨率的增加，攝像頭數(shù)據(jù)的傳輸成本增加，而且高清視頻傳輸技術所需線纜和連接器類型都相對昂貴。

另一個挑戰(zhàn)是目前市場上有多種高清視頻傳輸數(shù)字串行標準，而且它們并不兼容。

（6）政策原因。美國政府要求汽車的左側和右側必須安裝反射鏡。根據(jù)美國法律，不能因為有基于視頻的系統(tǒng)而去除反射鏡。因此，要安裝取代兩側后視鏡的顯示屏和攝像頭，汽車仍然要按照法律要求安裝反射玻璃鏡，這會讓安裝攝像頭顯得沒有太大意義。

4 針對外界光照不適宜的一種改進思路

攝像頭成像良好的關鍵之一是光照情況，在外界光線不良時。如光照過強（后方車輛開啟遠光燈），外界光線過暗（夜間行駛），光線閃爍（旁側車輛信號燈閃爍）。

均會導致成像質(zhì)量變差。主流的解決方式有兩種：一種是通過改變攝像頭參數(shù)，如光圈，來調(diào)節(jié)；另一種則依靠處理器對圖像進行處理，使顯示屏呈現(xiàn)出適宜的畫面。然而兩種方式均對控制和運算速度提出了較高要求。

現(xiàn)提出一種基于紅外線成像的技術，用以解決光線不良時的成像問題。

在攝像頭上安裝紅外燈輻射“照明”，產(chǎn)生人眼看不見而普通攝像機能捕捉到的紅外光，通過黑白攝像機可以實現(xiàn)拍攝。此種方式可以消除可見光對成像的影響，且目前相關技術已經(jīng)達到了可以大規(guī)模使用的程度。

5 對攝像頭替代方案的看法

汽車，之所以成為我們今天看到的這樣，是因為日積月累，工程師賦予它的改變。汽車這一改變世界的機器，也在以極高的速度改變著自己。當我們適應了寬大的后視鏡后，的確會對攝像頭替代產(chǎn)生抵觸與不信任。但是，科技的前行會逐漸改變我們的觀念。

當后方來車開啟遠光，后視鏡從第三只眼變成干擾源，是選擇忍受還是折斷它，換成一個可以處理好亮度的顯示屏；當交通環(huán)境復雜時，是選擇左右挪動身體，確認盲區(qū)的安全，還是選擇安上廣角攝像頭，獲得寬廣的視野。是選擇讓先進的觀念引領科技的進步，還是選擇讓技術的落后阻礙生活的前行。這些選擇，比起前文所提到的瓶頸才是更加關鍵的問題。

作為一名始終相信科技讓生活更美好的理科生，我相信工程師會排除萬難，讓一些東西轟然倒塌，重建起高樓大廈。這其中就包含后視鏡的攝像頭替代方案。期待在不久的將來，看到攝像頭代替后視鏡，讓最前沿的技術通過汽車，進入千家萬戶。

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