车用摄像头监视器系统(CMS)的质量测试:确保满足汽车行业标准
几周前,我购买了一辆新车。这是一款油电混合动力汽车。在此之前,我的旧车已驾驶了17年。令我兴奋的是,除了具有高燃料效率和低排放优点外,这款新车还提供多种高级驾驶辅助系统(ADAS)功能,包括:备用摄像头、传感器和预警系统以及各种车用摄像头监视器系统(CMS)功能。这些先进功能在17年前尚未面世。
如今,有些车辆配备了数十个传感器和摄像头, 以提供全系列ADAS功能。(图片 © Onsemi)
车用摄像头监视器系统(CMS):一种新型反光镜
作为汽车侧视镜和后视镜的替代组件,CMS系统可以显著提升车辆安全性和功能,包括消除盲点、减少眩光和改进空气动力学。自20世纪60年代中后期以来,反光镜一直是汽车标配组件。自那时起,我们开始看到车辆间接可视性安全标准得到提高。数十年来,汽车内部和外部均必须安装侧视镜和后视镜。
然而,在过去几年里,乘用车和商用车上强制安装的侧视镜和后视镜已被基于显示器的系统所取代。作为新型反光镜,CMS型后视镜提供多种安全优点,包括:
- 改进环境感知 – CMS系统可以消除盲点,因为摄像头可以“看到”车辆外部驾驶员视野被遮挡的区域。摄像头还可用于扩展视场(FOV),突破单个反光镜存在的反射范围限制。
- 提高物体可视性 – 不同于在反光镜中看到的影像,我们可以增强摄像头采集的数字图像,以提高显示给驾驶员的视频的亮度、色度和对比度。摄像头系统还可以自动减少前照灯的眩光(无需再为了避免被后方车辆挡住视线而改变后视镜角度)。
在欧洲、亚洲和北美市场上,CMS系统已开始被用于取代车辆反光镜及其他间接可视组件。全球车载摄像头市场整体上呈现蓬勃发展势头。据预计,到2027年,该市场的复合年增长率(CAGR1)将达到12%;到2028年,复合年增长率(CAGR2)将达到24.3%;在未来5至6年内,该细分市场的总收入预计将增长2倍到4倍以上。
传统后视镜(左)和基于显示器的CMS系统(右)示例。
但在日本和欧洲,直到最近几年,以摄像头系统取代受法规监管的传统反光镜才实现合法化,而在美国和加拿大,这一做法仍在审核中。跟任何其他新型车载功能一样,监管机构正在密切关注这些技术及其性能和实际使用情况。用于间接可视功能的车载组件必须满足严格的合规标准,CMS系统也不例外。
汽车OEM制造商和CMS制造商们必须确保其产品质量测试方案符合所有最新标准。“每种相机都有自己独特的功能,包括不同的分辨率、光学格式、滤色片阵列(CFA)、镜头类型、汽车安全完整性等级(ASIL)功能和传输协议”3,这可能会使问题变得复杂化。
与机动车辆新标准及监管条例保持一致
尽管以CMS系统取代强制安装的后视镜这一做法目前在美国尚未合法化,但如今行驶在路上的许多车辆都已安装车载CMS系统- 备用摄像头。事实上,自2018年5月1日起,美国生产的所有新车都要求安装CMS备用摄像头系统。这些系统必须满足美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)发布的“FMVSS 111后视可视性监管标准”。
在美国,汽车后视可视系统适用美国联邦第111号机动车辆安全标准(FMVSS)。美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)在CMS系统作为汽车后视可视系统的批准方面已取得快速进展。为确保合规性,美国汽车工程师学会(SAE)最近发布了J3155推荐做法——“车用摄像头监视器系统测试标准和性能要求”,其中概述了测试CMS系统光学、电气、机械和功能有效性的方法。
所有计划配置CMS系统的汽车制造商们需要了解SAE J3155测试标准以及如何应用这些标准。特别是,相比传统反光镜系统,汽车制造商们选择用于测试CMS系统内置显示器光学性能的设备(SAE未进行指定)对于总体测试成本、速度和易用性存在较大的影响。
美国SAE标准以及欧盟和其他国家的同类标准和监管法规都非常详细和严格。制造商们必须测试显示器性能的多个方面,包括:
- 图像质量 – 均匀性、色度、对比度、亮度、分辨率、清晰度、畸变等。
- 时间特性 – 帧率、成像时间、系统延时等。
- 伪影– 光晕、镜头光晕和漏光、斑点源、闪烁源等
- 耐久性和人体工程学 – 耐久性、光泽、眩光等。
• 根据ISO 16505标准进行CMS系统测试示例,图像以伪彩色标度显示。左:测量x,y点的亮度偏差,从0,0垂直角度观察(水平均匀性)。右:测量不同视角下的亮度偏差(方向均匀性)。
如需了解更多有关CMS系统内置显示器测试标准、制造商们如何应对这些新测试要求以及不同的测试解决方案的信息,请观看由 Engineering360 (GlobalSpec)主办的以下网络研讨会:“了解和应用满足行业标准的车用摄像头监视器系统(CMS)内置显示器测试解决方案”。在该网络研讨会上,瑞淀销售经理Bret Stonebridge探讨了美国汽车工程师学会(SAE)最近发布的根据美国监管法规测试CMS系统内置显示器的J3155推荐做法,并谈到了用户在选择具有最佳效率的显示器测量系统时需要考虑的因素。
引用文献
- Automotive Camera Market – Growth, Trends, COVID-19 Impact, and Forecast (2022-2027), Mordor Intelligence. (Accessed September 8, 2022)
- Automotive Camera Market Forecast to 2028, Insight Partners, July 5, 2022.
- “Optimizing the Automotive Camera Development Phase Using a Modular Design Approach,” Onsemi website: https://www.onsemi.com/company/news-media/blog/automotive/optimizing-automotive-camera-development. (Accessed September 8, 2022)