Преодоление проблем с подключением автомобильной камеры

Системы камер и технологии связи с камерами внедряются в постоянно расширяющемся диапазоне приложений в транспортных средствах, чтобы помочь водителям и улучшить впечатления от вождения. Традиционные камеры заднего вида (RVC) с одной камерой заменяются системами объемного обзора (SVS) с четырьмя или более камерами, которые обеспечивают обзор автомобиля на 360 °. Регистраторы движения, мониторинг слепых зон, ночное видение, распознавание дорожных знаков, мониторы выезда с полосы движения, адаптивный круиз-контроль, экстренное торможение и системы предотвращения столкновений на низкой скорости - все это помогает облегчить нагрузку на водителя. Чтобы улучшить впечатления от вождения, камеры также внедряются для таких разнообразных приложений, как мониторинг показателей жизнедеятельности водителя, обнаружение пассажиров и распознавание жестов для взаимодействия с человеком и машиной (HMI). Развитие систем камер даже позволяет производителям автомобилей переосмыслить силуэт автомобиля за счет замены традиционных элементов, таких как боковые зеркала заднего вида.

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рисунок 1. Распространение фотоаппаратов в современных автомобилях. (Источник:Analog Devices)

Многие из перечисленных разнообразных приложений для камер берут начало в системах RVC стандартной четкости (SD), которые до сих пор используются во многих современных автомобилях. Системы SD-камер обычно используются в автомобильных приложениях уже более десяти лет, распространившись от автомобилей премиум-класса до более широкой линейки автомобилей в соответствии с законодательными требованиями и ожиданиями клиентов. Видеосистемы SD предлагали автомобильным OEM-производителям множество ценных преимуществ:низкий риск благодаря зрелости технологии, проверенной на протяжении многих лет в индустрии потребительского телевидения, низкая потребность в полосе пропускания, что позволяет использовать дешевые кабели и разъемы при сохранении контролируемого излучения и зрелая линейка видеокодеров и декодеров с проверенной работой с потенциально нестабильными видеовходами.

Сегодня повсеместное распространение дисплеев сверхвысокой четкости (UHD) на потребительских устройствах вызывает потребность в дисплеях большего и более высокого разрешения во всех типах транспортных средств. Хотя SD-видео может выглядеть удовлетворительно на меньшем дисплее, современные потребители могут легко заметить его недостатки на большом дисплее (например, отсутствие высокочастотных деталей, вызванное ограниченной пропускной способностью SD-видео, или перекрестные цветовые артефакты, возникающие при разделении яркости и сигналы цветности друг от друга в модулированном сигнале). Тенденция к увеличению размеров дисплеев привела к тому, что производители автомобилей столкнулись с проблемой модернизации остальной архитектуры своих камер до высокого разрешения. Одним из ключевых строительных блоков, задействованных в решении этой проблемы, является технология связи камеры, выбранная для передачи данных изображения с камеры на принимающее устройство (например, ЭБУ или дисплей).

Первой характеристикой варианта использования при выборе новой технологии соединения камер для приложения является требуемая полоса пропускания. Системы камер различаются по требованиям к полосе пропускания. Традиционные системы RVC, использующие разрешения видео SD, требуют низкой полосы пропускания (например, 6 МГц). Системы SVM, обычно используемые на низких скоростях, используют низкие частоты обновления (например, 30 Гц) для максимального увеличения экспозиции, что может ограничивать требуемую полосу пропускания. В системах замены крыльев и зеркал, которые работают во всем диапазоне рабочих скоростей транспортного средства, используются более высокие частоты обновления (например, 60 Гц или выше), чтобы минимизировать задержку, которая требует увеличения полосы пропускания. Фронтальные камеры для приложений автономного вождения требуют сверхвысоких разрешений (например, 18+ МПикс) и, следовательно, имеют очень высокие требования к пропускной способности. Существует множество технологий соединения камер, обеспечивающих широкий спектр возможностей пропускной способности - их выбор зависит от некоторых аспектов системы камеры и транспортного средства в целом и может влиять на них.

Качество изображения

Качество изображения, обеспечиваемое технологией соединения камер, является критическим фактором при проектировании архитектуры. Отправка видеоданных по технологии связи камеры, не обеспечивающей достаточной полосы пропускания, может привести к потере целостности изображения или полной потере изображения. Ухудшение качества изображения, вызванное технологией связи камеры, можно оценить путем измерения таких факторов, как резкость изображения и динамический диапазон.

Атрибуты кабеля

Полная кабельная сборка или жгут проводов современного автомобиля - один из самых сложных, тяжелых и трудных в установке компонентов. В среднестатистическом автомобиле длина проводки превышает километр, поэтому обвязка требует серьезного внимания. В первую очередь приложениям с более высокими требованиями к полосе пропускания (например, фронтальные камеры сверхвысокого разрешения для автономных транспортных средств) требуются высококачественные и толстые кабели. В последние годы вес кабеля стал предметом повышенного внимания, учитывая стремление сделать автомобили более легкими и эффективными, чтобы увеличить дальность полета как для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, так и для электромобилей. Для приложений, включающих сложную прокладку по транспортному средству, радиус изгиба, поддерживаемый кабелем, может быть важным. Для приложений, в которых камера расположена в шарнирной части корпуса (например, дверь для систем SVM или крышка багажника для систем RVC и SVM), надежность кабеля для циклов открытия и закрытия имеет решающее значение. Для приложений, в которых кабель может подвергаться воздействию суровых условий окружающей среды, может потребоваться водонепроницаемость.

Независимо от выбранной технологии подключения камеры и типа кабеля, каждый сантиметр кабеля имеет свою стоимость, и, если сопоставить все затраты на привязь, она может привести к тому, что привязь станет одним из трех самых дорогих элементов транспортного средства.

Традиционные видеосистемы SD из-за низкой пропускной способности позволяют использовать чрезвычайно экономичные световые кабели. Во многих случаях для SD-видео используются кабели неэкранированной витой пары (UTP), аналогичные тем, которые обычно используются для низкоскоростных каналов управления, таких как CAN.

Коннекторы

Еще одним важным элементом жгута проводов и подключенных к нему модулей являются электрические разъемы. Помимо подключения жгута к модулям управления, датчикам или двигателям, разъемы также используются для соединения разных участков одного и того же кабеля внутри жгута (линейные разъемы). Линейные соединители широко используются в автомобильной промышленности для упрощения конструкции, установки и удобства обслуживания жгута. Например, использование линейного разъема очень близко к камере означает, что в случае повреждения камеры ее можно заменить без значительного нарушения остальной части жгута проводов автомобиля.

Выбор разъема, как и выбор кабеля, описанный выше, может существенно повлиять на общую стоимость системы камеры. Для систем с высоким разрешением обычно требуются соединители с более высокой пропускной способностью и, следовательно, более дорогие.

Другие соображения по поводу разъема включают в себя посадочную поверхность разъема на печатной плате и поверхности ЭБУ, необходимость герметизации или распечатки разъема, а также необходимость цветовой кодировки / кодирования.

Традиционные видеосистемы SD упрощают использование экономичных разъемов как на камере, так и на блоке управления или головном устройстве (HU). Например, видеосигналы системы SD-видео RVC часто направляются в ECU или HU с другими сигналами (например, управляющими сетями и необходимыми сигналами источника питания) на многополюсном разъеме; цифровая связь обычно требует специальных разъемов, которые вводят ограничения на печатную плату и упаковку ЭБУ.

Архитектура автомобиля

Архитектура задействованного транспортного средства может несколько повлиять на выбор подходящей технологии связи камеры. Длина кабеля в стандартных транспортных средствах часто может достигать нескольких метров, а с учетом того, что потребители предпочитают более крупные внедорожники, длина кабеля увеличивается. В некоторых архитектурах транспортных средств есть дополнительные функции, которые могут создавать проблемы с длиной кабеля, например помощь при заднем ходе прицепа для поддержки движения задним ходом и маневрирования прицепов.

Коммерческие автомобили - еще одна архитектурная проблема, когда системы камер растягивают кабели до максимальной длины. Большинство технологий соединения камер могут поддерживать любую из этих архитектур и функций транспортных средств, но для некоторых могут потребоваться дополнительные модули, такие как ретрансляторы или ретрансляторы, для поддержки кабелей большой длины.

EMC

Электромагнитное излучение и устойчивость кабеля к помехам являются еще одним критическим фактором в процессе выбора технологии соединения камеры, поскольку кабель может стать антенной внутри транспортного средства с пагубными последствиями. Распространение электрических и электронных систем в автомобиле привело к возрастающей зависимости от таких систем, существующих вместе совместимым образом. Недопустимо, чтобы одна система (например, система RVC) влияла или подвергалась влиянию другой системы (например, тягового двигателя электромобиля или электрического механизма сиденья), когда любая из них включена. В связи с этим крайне важно, чтобы перед выбором технологии связи учитывались их излучение и характеристики устойчивости.

Чтобы гарантировать, что внутренние или внешние злоумышленники не вмешиваются в работу систем в автомобиле, производители автомобилей будут тестировать все системы в соответствии со своими конкретными стандартами EMC. Эти тесты сначала выполняются на системном уровне (например, камера заднего вида или система объемного обзора). Это тестирование является дорогостоящим, трудоемким и трудоемким, но гарантирует, что каждый модуль будет иметь высокий уровень надежности перед интеграцией в автомобиль. После успешного завершения тестирования на уровне системы производитель автомобилей должен также проверить работу системы и ее характеристики в транспортном средстве, проверив способность системы работать при бомбардировке излучаемыми сигналами большой мощности (излучаемая устойчивость). Производитель также измеряет диапазоны приема всех антенн в автомобиле (например, FM, GPS, сотовая связь, Wi-Fi и т. Д.), Чтобы убедиться в отсутствии сигналов помех. Решение проблем с электромагнитной совместимостью на уровне транспортного средства может быть дорогостоящим и трудоемким.

Другие требования

В дополнение к уже изложенным требованиям, при выборе технологии связи с камерой руководствуется множество других требований, таких как доступность канала управления, точность пикселей и рейтинги ASIL.

Выбор технологии Camera Link

Выбор технологии соединения камер при проектировании системы камер зависит от множества факторов. Выбор технологии подключения камеры также влияет на несколько аспектов автомобиля, в который она встроена. Традиционные системы RVC, основанные на технологиях SD-видео, предлагали OEM-производителям автомобилей чрезвычайно надежный и экономичный способ передачи видео в автомобиле. Однако в последние годы возникла потребительская тенденция к тому, что видеосистемы SD становятся все менее приемлемыми на больших дисплеях. Законодательные изменения и ожидания потребителей также объединились, чтобы продолжить увеличение количества камер в каждом новом автомобиле.

Эти тенденции и разработки служат фоном для появления нескольких технологий соединения камер, которые используются в современных автомобилях во всем спектре автомобильных камер. Сегодняшние технологии соединения камер по-прежнему варьируются от технологий SD-видео (например, CVBS), испытанных в традиционных системах SD RVC, до технологий аналоговых каналов высокой четкости и технологий цифровых каналов высокой четкости.

Технологии SD-видео могут работать только с приложениями с низкой пропускной способностью, но, наоборот, требуют очень экономичных кабелей и разъемов. Технологии цифровой связи позволяют использовать приложения с высокой пропускной способностью и предлагают такие преимущества, как точность пикселей, но обычно требуют более дорогих кабелей и разъемов. Технологии аналоговой связи высокого разрешения, такие как Car Camera Bus (C ² Б) предлагает компромисс между двумя вышеупомянутыми подходами - доставку видео высокого разрешения, соответствующего требованиям EMC, по экономичным кабелям и разъемам.

Технология аналоговой камеры высокого разрешения

Одно из преимуществ использования технологии передачи аналогового видео высокой четкости C ² В заключается в том, что они с самого начала были разработаны для использования в качестве автомобильной камеры связи. С ² B поддерживает HD-видео по кабелям неэкранированной витой пары (UTP) и неэкранированным разъемам. Это позволяет переходить с камер SD на HD без изменения существующей инфраструктуры кабелей и разъемов.

С ² B поддерживает передачу HD-видео от передатчика к приемнику с разрешением до 2 МП (1920 × 1080). Он предназначен для использования максимальной пропускной способности кабелей и разъемов UTP, традиционно используемых для видеосистем SD, и позволяет использовать кабели длиной до 30 м без повторной передачи. Чтобы убедиться, что C ² B соответствует всем автомобильным требованиям, в нем реализованы некоторые функции оптимизации для электромагнитной совместимости, в том числе оптимизированная конструкция сигнала, фильтры сглаживания и фильтры формирования спектра.

С ² B имеет канал управления, который может обрабатывать передачу сигналов I2C с частотой до 400 кГц, до четырех сигналов GPIO и прерывать сигналы от модуля камеры. Это упрощает архитектуру системы, включая не только локальную конфигурацию, включающую блок микроконтроллера (MCU) в модуле камеры и MCU в ECU / HU, но также удаленную конфигурацию с использованием MCU в ECU / HU, конфигурирующую модуль камеры. Четыре GPIO используются для передачи статических сигналов через C ² B ссылка. Предусмотрены два сигнала прерывания, позволяющие C ² Передатчик B передает информацию о состоянии на C ² Ресивер B. С ² B применяет проверку CRC к данным канала управления и может автоматически инициировать повторную передачу в случае возникновения проблемы.

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рис. 2. C ² Обзор архитектуры B. (Источник:Analog Devices)

С ² B поддерживает функции, добавляющие ценность для клиентов автомобильной промышленности, такие как диагностика кабеля (сбор информации о возникновении короткого замыкания кабеля на батарею и замыкание на землю) и сбор, генерация, декодирование и передача количества кадров, чтобы обеспечить понимание целостности кабеля. передаваемые данные.

Определен и разработан для автомобильных приложений, C ² B использует несколько блоков для обеспечения соответствия требованиям ЭМС по недорогим кабелям UTP и недорогим неэкранированным разъемам. К ним относятся эхоподавление для рассогласования импеданса, подавление широкополосного синфазного сигнала (важно при использовании кабелей UTP) и формирование спектра выходного сигнала для уменьшения излучения. С ² B протестирован и соответствует международным стандартам EMC на уровне устройств и международным стандартам EMC на уровне системы (CISPR 25, класс 5 [выбросы], ISO 11452-2 / ISO 11452-4 / ISO 11452-9, ISO 7637-3 [невосприимчивость] , ISO 10605 [ESD]).

Эти особенности делают C ² B - привлекательное решение для двух типов производителей автомобилей:тех, кто все еще использует решения для камер SD и ищет путь обновления с низким уровнем риска, и тех, кто уже перешел на решения для камер на основе технологии цифровой связи и ищет путь снижения затрат от технология аналоговой связи высокого разрешения.

Области приложений, в которых C ² B предлагает значительные преимущества по стоимости системы по сравнению с альтернативными технологиями, включая камеры заднего вида, системы камер объемного обзора, электронные зеркала и системы наблюдения за пассажирами. Независимо подтвержденная природа C ² без визуальных потерь B может обеспечить такую ​​же производительность высокой четкости, что и технологии цифровой связи, при этом обеспечивая значительную экономию на уровне системы.

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рис. 3. Сравнение захвата видеокадров для цифрового канала и C ² B ссылка. (Источник:Analog Devices)

щелкните, чтобы увеличить изображение

Рис. 4. Сравнение захвата видеокадров для цифрового канала и C ² B ссылка. (Источник:Analog Devices)

С ² B позволяет производителям автомобилей модернизировать существующие SD-камеры до HD или упрощает миграцию системы с использованием технологии цифровой связи для снижения стоимости системы. С оценочными платами для C ² Передатчик B (ADV7992) и C ² Приемник B (ADV7382 / ADV7383), например, доступный от Analog Devices, OEM-производители могут ускорить исследование технологий и создание прототипов системы. Во время создания прототипа системы C ² Оценочную плату передатчика B можно использовать как C ² Источник B при разработке приемника, в то время как C ² Оценочную плату приемника B можно использовать как плату C ² B тонет, если проявлять камеру.