电子外后视镜开闸后的严峻挑战

汽车电子外后视镜CMS新国标GB15084-2022将于2023年7月1日正式实施。新标准《机动车辆间接视野装置性能和安装要求》是在2022年12月29日正式发布的，届时新国标将全部替代2013年发布的旧标准。新标准一大亮点便是规定了不仅可以安装电子外后视镜，还可以取代传统的光学后视镜。

上图为吉利路特斯配套开发的电子外后视镜，产品包括了流媒体后视镜、电子外后视镜，其中流媒体外后视镜采用了1280*720分辨率LCD屏，支持15档亮度调节，摄像头部分采用斥水材质，还可加热融化积雪，以及盲区监测、开门预警、后方横穿辅助等功能。

实际日本和欧洲早就允许电子外后视镜系统代替玻璃视镜。欧洲法规方面主要有UN ECE R46-2016《关于间接视野装置及安装间接视野装置车辆认证的统一规定》和ISO 16505-2019《摄像头监视系统的人体工程学和性能方面的要求和试验程序》。美国NHTSA在2014年允许使用CMS，但不能完全取代传统玻璃反射镜。商用车方面特别开了绿灯，2019年1月起，可以试用5年，用CMS取代传统的玻璃反射镜。SAE正在制定的J3155标准则允许乘用车也用CMS取代传统的玻璃反射镜。

不过欧美和日本并没有大规模流行电子外后视镜，原因很简单，想做好电子外后视镜太难了，成本也太高了，因此除了本田旗下首款纯电动微型车本田e标配CMS外，其他如奥迪已经量产的e-tron纯电动SUV提供的类似功能的选装（1250欧元，折合人民币约9500元）以及雷克萨斯选装（1900美元）。奔驰2019年6月推出的新一代顶级卡车Actors则是全球第一款标配CMS的卡车，CMS系统由博世提供。顶级跑车阿斯顿·马丁则采用了Gentex的CMS系统，与众不同的是其屏幕与电子外后视镜合二为一，没有单独屏幕。大众非常冷门车型，柴油混动近乎概念车的XL1也标配CMS，这款车在2013年上市，2019年复出，特别增加CMS。

奥迪e-tron上的CMS由西班牙Ficosa供应，据说历时十年动用近百人才研发成功，Ficosa在2015年被松下收购了49%的股份，2017年再被收购20%的股份，松下已经控股该公司。用户图形界面则是由中科创达旗下的Rightware公司提供的Kanzi软件做支持。

已经上市的CMS缺点很明显，首先是噪点和偏色，夜晚塞车时大量的红色尾车灯会让显示屏整个染红，噪点很大。再有就是LCD屏色彩不正，色调偏冷。其次是不够流畅，人们从传统玻璃反光镜中看到的景物是光速的，但如果采用数字摄像机系统，整个系统的时延控制将会面临巨大的挑战。时延不仅仅会影响到用户对于“流畅度”的朴素认知，更重要的是时延还涉及到安全性。按照人类图像感知的最佳帧率60fps来计算，输入延时的上限为16.667毫秒。所谓的“输入延时”，指的是被摄物体影像从摄像头到ISP、图像处理以及转换成显示器支持的格式、最终传输到屏幕驱动芯片等一系列过程等待刷新的延迟。而目前的CMS系统好的能做到大约50毫秒，差的近100毫秒。

要做一款好的电子外后视镜，难度和成本都很高。笔者设计了一款理想的电子外后视镜。先是图像传感器的选择，必须选择高动态范围的图像传感器，至少140dB，这样才能避免夜间的噪点，同时进出隧道时也能避免致盲。再有像素也要有200万像素，否则也容易有噪点。帧率也要是60fps。像素也不能太高，CMS显示屏的尺寸通常是7英寸或8英寸，像素太高也显示不出来优点，对处理器负担也有点重。豪威的OX03C10是首选，还有索尼的IMX490，不过IMX490有540万像素。

接下来选择显示屏，目前车载液晶显示屏最高为60Hz，也就是说至少有16.7毫秒延迟。这也是为什么游戏笔记本电脑屏幕不断提高的原因，目前游戏笔记本电脑屏幕最高有165Hz的。

奥迪很奢侈地订制了三星7英寸OLED显示屏，分辨率1280*1080。OLED显示屏响应时间最高不低于2毫秒，大部分都是微秒级的，OLED的另一个好处是色彩比较正，OLED屏最差也能达到105%NTSC色域，而车载LCD屏一般是45-75%的NTSC色域。OLED的功耗也略低，同时也稍微薄一点。

CMS显示屏最佳选择是OLED。目前量产的最小尺寸的OLED车载屏只有和辉光电的M800FBM1.A.

图片来源：和辉光电

确定了显示屏和图像传感器后就是图像处理了。

德州仪器的CMS系统框架图

图片来源：德州仪器

德州仪器的CMS系统框架图，这里选择解串行，如果不怕软件太复杂，还可以选择以太网连接，在摄像头上加入以太网物理层芯片，或许还需要加一个以太网交换机芯片。

不计成本的话，图像处理的最佳选择是Xilinx的XAZU4EV，这与其说是一个FPGA，不如说是SoC。它是针对车载环境设计的视频处理芯片。

XAZU4EV简介如上表，内含4核Cortex-A53，双核Cortex-R5实时核心，特别内嵌H.264/H.265视频编解码单元，也有车规级标准封装的SFVC784封装。FPGA可以自行定义接口，避免增加外围视频转换芯片，也减少了延时。据称基于AMD-Xilinx图像IP合作伙伴iWaySense提供的iWayCam CMS系列专用图像处理IP解决方案，CMS待机暗电流极低，整机功能安全可以达到ASIL-B，系统时延在常温下极限可以做到≤9.6ms（受限于屏幕显示的瓶颈）。

XAZU4EV一切都好，就是太贵，差不多要400美元，CMS的精密注塑外壳开模（能抵挡高压水枪的冲击）、加解串行8颗芯片（视频输出还需要4颗加解串行芯片）、加上车规级摄像模组、昂贵的连接器和线缆、两个OLED显示屏，整套CMS估计BOM成本要650美元，这个价格显然太高了。

次优选择采用Nextchip的NVP2650D做主芯片，BOM成本估计可以降低到200美元左右。

NVP2650的内部框架图

图片来源：Nextchip

上图是NVP2650的内部框架图，Nextchip的NVP2650D图像信号处理器（ISP）将两个NVP2650 ISP内核集成在一个封装中，可同时处理两个OX03C10传感器捕捉的图像，并使用单个ISP以60帧/秒的帧率提供双重完整LFM图像输出。此外，NVP2650D提供10/12位压缩RAW输出和24位未压缩HDR 输出，以进一步提高明暗对比强烈的场景的图像质量。NVP2650D缺点是两路1920*1080分辨率下只能30fps，因此需要用两颗NVP2650D。考虑到将来需要OTA，恐怕还得再加一片以太网物理层芯片与NV2650D的PCIe连接。

这样的成本还是有点高。如果采用混合后视镜，就是玻璃后视镜加电子外后视镜，那就可以降低标准，不用OLED显示屏，采用1280*800的LCD屏，也不采用昂贵的高动态图像传感器，像素低至130万像素，BOM成本可以大大降低到150美元乃至更低。

瑞萨的AHD示意图

图片来源：瑞萨

瑞萨的AHD示意图，只做电子外后视镜，中间的V3H可以不要。所谓AHD就是模拟高清，NVP2650D也支持AHD。新型RAA279971 AHL编码器和RAA279972解码器使用调制模拟信号传输视频，传输速率仅为以数字方式传输高清信号所需传输速率的1/10。较低的传输速率意味着可以使用非屏蔽双绞线（UTP）电缆和标准低成本连接器，也可使用现有的传统模拟视频电缆和连接器。RAA279972可以直接输出BT.565格式的合成视频信号，TW8846/8847都可直接接收。这样省了4颗加解串行芯片。

TW8846/8847内部框架图

图片来源：瑞萨

TW8846/TW8847内部具备OPEN-LDI也就是液晶屏最常用的LVDS接口，无需任何转换芯片，也无需解串行芯片。这样省了4颗加解串行芯片。

电子外后视镜的研发成本也不低，主要是需要长时间的车内车外标定和调试。未来电子外后视镜恐怕还是高端奢侈品，以选装为主，选装的价格估计也要1万人民币左右。玻璃与电子双重外后视镜或许是更好的选择。