后視影像系統(tǒng)在拖拉機中的應(yīng)用及發(fā)展

張金梅 ，姜子剛 ，楊偉博

（1.第一拖拉機股份有限公司大拖公司，河南 洛陽 471004；2.洛陽拖拉機研究所有限公司，河南 洛陽 471039）

拖拉機在田間作業(yè)過程中需要攜帶各種機具，駕駛員在駕駛室內(nèi)工作時需要頻繁轉(zhuǎn)身和扭頭，向后查看機具的工作狀態(tài)以及拖拉機的運行狀況，極大地增加了駕駛員的勞動強度。在拖拉機上加裝后視影像系統(tǒng)，其攝像頭可以實時采集車身周圍的影像數(shù)據(jù)并傳遞給顯示器成像，輔助駕駛員在作業(yè)過程中查看拖拉機周圍的情況。駕駛員不用頻繁改變駕駛姿勢就能方便地查看拖拉機和機具的作業(yè)情況，很大程度上緩解了駕駛員的疲勞感。

1 拖拉機后視影像系統(tǒng)的組成及工作原理

1.1 拖拉機后視影像系統(tǒng)的組成

拖拉機上的后視影像系統(tǒng)由熔斷器、LCD 顯示器、后視攝像頭和連接線束等組成，如圖1 所示。LCD 顯示器由蓄電池提供電源，電源接入端安裝了熔斷器，用來保護LCD 顯示器，防止輸入電流過大造成損壞；LCD 顯示器電源輸出端接地或搭鐵；LCD 顯示器與后視攝像頭通過連接線束連接。

圖1 拖拉機用后視影像系統(tǒng)原理框圖

1.2 拖拉機后視影像系統(tǒng)的工作原理

后視影像系統(tǒng)通過裝在拖拉機上的后視攝像頭獲取車輛后部的影像情況，再通過連接線束將影像信號傳遞至LCD 顯示器。LCD 顯示器上設(shè)置有電源按鍵，駕駛員在作業(yè)過程中或者掛接機具時，可根據(jù)需要隨時按下LCD 顯示器上的電源按鍵來查看拖拉機后部的工作情況；當不需要查看后部作業(yè)情況時，再次按下電源按鍵即可退出顯示。與汽車倒車影像系統(tǒng)不同的是，拖拉機上的后視影像系統(tǒng)不受擋位的限制，即使在前進擋也可以實時查看拖拉機后部的工作狀況。

后視影像系統(tǒng)能取代駕駛員頻繁扭頭來觀察拖拉機后部狀態(tài)的操作，不僅可以減輕駕駛員的頸部疲勞，而且可以使駕駛員的視線始終在拖拉機行駛方向，保證了行車安全。

2 后視影像系統(tǒng)在拖拉機中的應(yīng)用

在拖拉機上應(yīng)用后視影像系統(tǒng)，要綜合考慮LCD顯示器和后視攝像頭的安裝位置、尺寸大小、分辨率等多種因素。后視影像系統(tǒng)作為拖拉機上的一種選裝配置，如果成本太高，則用戶接受度不高，因此也要保證產(chǎn)品有較高的性價比。

LCD 顯示器的安裝位置既要在駕駛員不用大幅度扭頭就能看到的位置，同時又不能遮擋駕駛員的視線。在某款拖拉機上，將LCD 顯示器設(shè)計在駕駛室右側(cè)A 柱上，如圖2 所示。該位置既能保證駕駛員視線始終在拖拉機行進方向上，同時又不影響駕駛員觀察拖拉機前方的環(huán)境狀況。

圖2 某拖拉機用LCD顯示器實際安裝位置

LCD 顯示器的尺寸應(yīng)合理，尺寸過大不僅會遮擋駕駛員的視野，也增加了成本；尺寸過小又會影響顯示效果，降低駕駛員的體驗感。該拖拉機后視影像系統(tǒng)選擇7 寸LCD 顯示器，既可以保證較佳的顯示效果、性價比高，又不遮擋駕駛員的視野，保證了行車安全。

后視攝像頭的安裝位置決定了駕駛員能夠觀察到的視野，由于拖拉機駕駛員在作業(yè)過程中重點關(guān)注拖拉機后部機具的作業(yè)情況，同時還要避免泥水、塵土遮擋攝像頭，因此將攝像頭布置在駕駛室后部中間位置，如圖3 所示。該位置既能滿足監(jiān)視機具工作狀況的功能，又能避免攝像頭被泥水、塵土遮擋，并且可以防雨、雪、冰雹等惡劣天氣對攝像頭造成的破壞。

圖3 某拖拉機用后視攝像頭安裝位置

另外，LCD 顯示器和后視攝像頭的分辨率均能直接影響顯示效果，從而影響駕駛員的使用體驗。攝像頭的分辨率體現(xiàn)了攝像頭解析圖像的能力，分辨率太低，成像效果不佳，而提高分辨率必然會增加成本。分辨率的選擇應(yīng)綜合考慮價格和圖像的色彩參數(shù)等因素。最常關(guān)注的圖像色彩參數(shù)是色彩還原度、對比度、亮度等。同時，后視攝像頭的使用環(huán)境也是需要關(guān)注的，如室內(nèi)、室外、晴天、雨天等。色彩還原度差，看到的圖像就會失真，顯示的物體與實際的物體就會有出入[1]。在評價圖像色彩時，不論在何種環(huán)境下，最基本的要求是色彩還原要真實，整體畫面亮度適中、不偏色。連接線束要保證牢固可靠、耐熱耐腐蝕、防水防塵，因此線束外皮包裹有線束防護套。同時，為了避免信號發(fā)生干擾，連接線束不與整車大電流線束平行走線[2]；為了避免信號傳輸不穩(wěn)定或中斷，應(yīng)避免連接線束過度折彎，且線束不宜過長。

3 通過組合儀表實現(xiàn)后視影像的方法

采用獨立的LCD 顯示器的后視影像系統(tǒng)，在安裝時要考慮布線、鉆孔、固定等諸多問題，尤其是布線、鉆孔較為麻煩。同時，選擇LCD 顯示器的安裝位置也有一定難度，既要方便駕駛員查看，又不能阻擋駕駛員的視線，還要美觀漂亮。因此，采用獨立的LCD 顯示器的后視影像系統(tǒng)具有一定的局限性。隨著組合儀表的智能化水平不斷提升、功能不斷增多，具備大屏幕顯示屏的組合儀表在拖拉機上的應(yīng)用越來越普遍。因此，取消后視影像系統(tǒng)中獨立的LCD顯示器，借用組合儀表上的液晶顯示屏作為后視影像系統(tǒng)顯示器的設(shè)想成為一種可能，該方案能減少一個獨立的LCD 顯示器，節(jié)約成本，具有較高的經(jīng)濟價值。

3.1 組合儀表的功能要求

為了使顯示圖像達到最佳效果，具備后視影像功能的組合儀表應(yīng)滿足以下條件：

1）組合儀表上具備7 寸以上液晶顯示屏，且液晶屏的分辨率不低于800×480，為保證后視影像畫面顯示清晰，攝像頭的像素應(yīng)與組合儀表的像素占用區(qū)相匹配[3]。

2）組合儀表上設(shè)置有視頻切換按鍵，保證組合儀表在開機狀態(tài)下，駕駛員能夠通過視頻切換按鍵隨時在液晶顯示屏上查看拖拉機的后視影像，并且不能影響組合儀表的其他功能[4]。

3）組合儀表上設(shè)置有視頻接入端口，保證連接線束正常接入儀表，同時也方便用戶在后裝市場加裝后視影像系統(tǒng)。

3.2 通過組合儀表顯示后視影像的原理

通過組合儀表上的液晶顯示屏實現(xiàn)后視影像功能的原理如圖4 所示，該后視系統(tǒng)由具備后視影像功能的組合儀表、連接線束和后視攝像頭組成。其中，具備后視影像功能的組合儀表設(shè)置有液晶顯示屏和后視影像切換按鍵。后視攝像頭通過連接線束與組合儀表上預(yù)留的接口相連，其拍攝到的畫面信號通過連接線束傳送到組合儀表電路中。當駕駛員按下后視影像切換按鍵時，拖拉機后部機具作業(yè)狀態(tài)的相關(guān)畫面即可顯示在組合儀表的液晶顯示屏上，幫助駕駛員了解拖拉機后部情況[5]。

圖4 通過組合儀表實現(xiàn)后視影像系統(tǒng)功能的原理框圖

與具有獨立LCD 顯示器的后視影像系統(tǒng)相比，通過組合儀表實現(xiàn)后視影像的系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢：組合儀表自帶的液晶顯示屏取代了獨立的LCD 顯示器，不僅降低了成本，而且使拖拉機駕駛室更加簡潔美觀；即使拖拉機出廠時不帶后視影像系統(tǒng)，用戶后期自己加裝后視影像系統(tǒng)時也會更加方便，省去了打孔、布線、固定等一系列流程[6]。

3.3 通過組合儀表顯示后視影像的注意事項

1）通過組合儀表顯示后視影像時應(yīng)注意考慮系統(tǒng)的電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility,EMC）。后視攝像頭一般由外殼、鏡頭、芯片三部分組成，其傳遞的信號類型通常以連續(xù)變化的電壓/電流等模擬信號形式輸出，屬于弱信號中易被干擾的類型[1]，因此后視攝像頭應(yīng)通過EMC 試驗，并且后視攝像頭安裝在拖拉機上之后還需要進行EMC 匹配試驗，避免其在整車上出現(xiàn)黑屏、閃屏等顯示異常現(xiàn)象。同時，組合儀表也需要通過EMC 試驗，確保不被其他部件干擾，能夠正常顯示后視影像的相關(guān)圖像[7]。

2）要保證后視攝像頭有穩(wěn)定的12 V 直流電源電壓，如果供電電壓不穩(wěn)定，則后視攝像頭難以維持正常的顯示效果。通過組合儀表給攝像頭提供電源電壓，應(yīng)避免攝像頭與其他電路共用電源，以保證電源的穩(wěn)定性[2-3]。

4 拖拉機后視影像系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

配備單個后視攝像頭的后視影像系統(tǒng)只能使駕駛員看到拖拉機后方的部分影像，而無法看清車身周圍的全部情況，存在視覺盲區(qū)[8-9]。

360°車載環(huán)視系統(tǒng)已在汽車領(lǐng)域應(yīng)用非常成熟，且被廣泛應(yīng)用到車輛中來輔助司機安全駕駛。車載環(huán)視系統(tǒng)主要是利用安裝在車身的多路相機所拍攝的圖像，拼接成一幅360°全景圖像來消除車輛的視野盲區(qū)[10]。由于360°環(huán)視系統(tǒng)的價格比單一圖像的后視影像系統(tǒng)要貴至少3 倍，因此在拖拉機上應(yīng)用受限。

隨著拖拉機智能化、自動化水平的不斷提高，高端拖拉機也將逐步配備360°環(huán)視系統(tǒng)，成像效果360°無死角，駕駛員的視野非常好。如圖5 所示，拖拉機360°環(huán)視系統(tǒng)由智能化組合儀表、環(huán)視控制器、連接線束和前后左右4 個魚眼攝像頭等組成。環(huán)視系統(tǒng)工作時，4 個魚眼攝像頭分別采集拖拉機前面、后面、左側(cè)和右側(cè)的視頻圖像數(shù)據(jù)，輸出同步信號到控制器，控制器解碼信號并將圖像數(shù)據(jù)拼接合成，最終將合成后的圖像數(shù)據(jù)輸出給組合儀表；組合儀表上設(shè)置有按鍵和液晶屏，當駕駛員按下按鍵時，合成后的360°環(huán)視影像即可實時顯示在組合儀表的液晶顯示屏上。

圖5 拖拉機360°環(huán)視系統(tǒng)原理框圖

5 結(jié)語

由于后視影像系統(tǒng)的便利性，近年來越來越多的拖拉機用戶提出對后視影像功能的需求。拖拉機后視影像系統(tǒng)在前裝市場和后裝市場中的裝車率逐年提高。本文首先介紹了拖拉機用后視影像系統(tǒng)的組成、工作原理以及設(shè)計選型注意事項，然后重點討論了采用單獨的LCD 顯示器和組合儀表的液晶顯示屏來實現(xiàn)拖拉機后視影像功能的原理、方法和注意事項，最后介紹了拖拉機后視影像系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，闡述了拖拉機360°環(huán)視系統(tǒng)的設(shè)計思路。