汽车Camera Link技术的挑战与解决方案

摄像头系统和摄像头链接技术正越来越多地应用于车辆中，以辅助驾驶员并增强驾驶体验。具有单个摄像头的传统后视摄像头(RVC)系统已被具有四个或更多可提供360°车辆视角的摄像头的环视系统(SVS)取代。行车记录仪、盲点监控、夜视、道路标志识别、车道偏离监控器、自适应巡航控制、紧急制动和低速防撞系统都有助于减轻驾驶员的负担。

为了增加驾驶体验，汽车企业还针对各种应用引入了摄像头，例如驾驶员生命体征监控、乘员检测以及人机界面(HMI)的手势识别。摄像头系统的发展甚至使得汽车制造商可以通过替换后视镜等传统功能来重新构想车辆轮廓。

图1：现代车辆中摄像机的扩散。

而上述许多不同的相机应用都具有标准定义(SD)RVC系统的起源，而该标准仍在当今许多车辆中都采用。SD摄像头系统已在汽车应用中常规部署了十多年，根据立法要求和客户期望，SD摄像头系统已从高级车辆扩展到更广泛的车辆系列。标清视频解决方案为汽车OEM带来了许多宝贵的好处：由于在消费电视行业已多年被证明技术成熟，因此风险较低;对带宽的要求较低，因此可以使用廉价的电缆和连接器，同时保持受控的发射;以及成熟的视频编码器和解码器系列，具有经过验证的处理能力，可以处理潜在的不稳定视频输入。

如今，消费类设备中无处不在的超高清(UHD)显示器推动了对所有类型车辆中更大和更高清晰度显示器的需求。尽管SD视频解决方案在较小的显示屏上看起来令人满意，但是今天的消费者很容易在较大的显示屏上地感知到它的缺点(例如当在调制信号中将亮度和色度信号彼此分离时，SD视频的带宽有限或引入的跨色伪像会导致高频细节不足)。更大尺寸显示器的趋势已导致汽车OEM面临将其余相机架构升级到高清的挑战。解决这一难题的一个关键要素是摄像机链接技术，该技术被用于将图像数据从摄像机传输到接收单元(例如ECU或显示器)。

为应用选择新的相机链接技术时，第一个用例特征是所需的带宽。摄像机系统的带宽要求范围很广。使用SD视频分辨率的传统RVC系统需要低带宽(例如6 MHz)。通常以低速使用的SVM系统使用低刷新率(例如30 Hz)来最大化曝光，这可能会限制所需的带宽。机翼后视镜更换系统可在车辆的整个运行速度范围内运行，它使用更高的刷新率(例如60 Hz或更高)来最大程度地减少等待时间，这需要增加带宽。用于自动驾驶应用的前置摄像头需要超高分辨率(例如18 MPixel)，因此对带宽的要求很高。存在许多摄像机链接技术来提供广泛的带宽功能——它们的选择受摄像机系统和整个车辆的多个方面影响，并且可能会受到影响。

画面质量

相机链接技术实现的图像质量是体系结构设计中的关键因素。通过未提供足够带宽的摄像机链接技术发送视频数据可能会导致图像完整性下降或完全图像丢失。可以通过测量图像清晰度和动态范围等因素来评估由相机链接技术引起的图像质量下降。

电缆属性

完整电缆组件或线束是现代车辆最复杂、最重且最难安装的组件之一。由于普通汽车的配线长度超过一公里，因此线束需要认真考虑。首先，对带宽有更高要求的应用(例如，用于自动驾驶车辆的超高分辨率前置摄像头)需要高质量的重型电缆。

近年来，由汽车于致力于更轻、更高效，以扩大内燃机汽车和电动汽车的续航里程，电缆重量已成为越来越受到关注的话题。对于涉及车辆的复杂布线的应用，电缆的弯曲半径可能很重要。对于摄像机位于铰链式身体部位的应用(例如，用于SVM系统的门或用于RVC和SVM系统的行李箱盖)，电缆打开和关闭循环的坚固性至关重要。对于电缆可能暴露于恶劣环境的应用，可能需要防水。

无论选择哪种摄像机链接技术和电缆类型，每厘米电缆都会产生成本，并且如果将线束的所有成本汇总在一起，则可能导致线束成为车辆三大成本最高的元件之一。

传统的SD视频解决方案由于对带宽的要求较低，因此有助于使用经济高效的光缆。在许多情况下，非屏蔽双绞线(UTP)电缆(类似于低速控制链路电缆)被用于SD视频解决方案。

连接器

线束及其连接模块的另一个关键要素是电连接器。除了将线束连接到控制模块、传感器或电动机外，连接器还用于将同一电缆的不同部分连接到线束中(串联连接器)。串联连接器在汽车工业中广泛使用，以简化线束的构造、安装和维修保养。例如，使用非常靠近摄像头的嵌入式连接器意味着，如果摄像头损坏，则可以在不严重干扰车辆其余线束的情况下进行更换。

与上述电缆选择相同，连接器的选择可能会严重影响相机系统的总体成本。高分辨率系统通常需要支持更高带宽的连接器，因此价格更高。

连接器的其他考虑因素包括连接器在PCB和ECU表面上的占地面积，连接器是否必须密封或未密封，以及是否需要颜色编码/键控。

传统的SD视频解决方案有助于在摄像机和ECU或主机单元(HU)上使用经济高效的连接器解决方案。例如，SD视频RVC系统的视频信号通常与多引脚连接器上的其他信号(例如，控制网络和所需的电源信号)一起路由到ECU或HU。数字链路通常需要专用的连接器，这会在ECU上引入PCB和封装限制。

车辆架构

所涉及的车辆的结构可能会影响合适的相机链接技术的选择。标准车辆的电缆长度通常可以达到几米长，并且随着消费者趋向于更大的运动型多功能车，电缆长度还会继续增加。一些车辆架构具有其他功能可能带来新的电缆长度挑战，例如拖车倒车辅助系统——支持拖车的倒车和机动。商用车是摄影机系统将电缆延伸到最大长度的另一种架构挑战。大多数相机链接技术可以支持这些车辆架构和功能中的任何一种，但有些可能需要其他模块(例如中继器或转发器)来支持较长的电缆长度。

电磁兼容

电缆解决方案的电磁辐射和抗干扰能力是摄像机链接技术选择过程中的另一个关键因素，因为电缆可能会成为车辆内的天线，从而产生有害的结果。车辆中电气和电子系统的激增，会导致对此类系统(以兼容的方式共同存在)的依赖性越来越高。当一个系统(例如RVC系统)启用时，会影响另一个系统(例如，电动汽车牵引电动机或电动座椅机构)，或产生受不可接受的影响。为此，在选择链路技术解决方案之前，至关重要的是要考虑其发射和抗干扰性能。