電子后視鏡Camera Monitor System，縮寫為CMS，是一種基于攝像頭和顯示器的產(chǎn)品組合，可以增強駕駛員對車輛周圍及側(cè)后方的視覺感知，進一步增強駕駛安全性和舒適性。其中，外部攝像頭采集的圖像，通過數(shù)據(jù)處理后顯示在艙內(nèi)的顯示屏，同時可以集成類似盲區(qū)預(yù)警、障礙物提示等功能。
CMS認知
電子后視鏡實質(zhì)是一個符合GB15084標準的、滿足汽車D安全等級、專業(yè)單反相機與車載監(jiān)視器組成的系統(tǒng)。電子后視鏡的認知一般分為四個層級：
圖：來源上海豫興電子
第一層級為傳統(tǒng)影像，也就是大家熟悉的傳統(tǒng)影像產(chǎn)品，如倒車后視、中控屏、記錄儀、流媒體后視鏡等。
第二層級為替代關(guān)系，CMS是替代傳統(tǒng)光學后視鏡，必須滿足GB15084。電子后視鏡是傳統(tǒng)光學與電子結(jié)合的跨行業(yè)產(chǎn)品，需要跨學科的人才，尤其光學成像、影像色彩、圖像處理方面的人才，這也就是國際上傳統(tǒng)光學后視鏡企業(yè)與電子企業(yè)聯(lián)合開發(fā)CMS的原因所在。
第三層級為臨時調(diào)整視野（場景隨動），CMS的圖像顯示主要是與車輛姿態(tài)、行駛環(huán)境結(jié)合，滿足法規(guī)規(guī)定的物理鏡視野，還要滿足臨時拓展視野需求。場景隨動是CMS的靈魂，電子后視鏡十倍價格替代傳統(tǒng)視鏡，必須為用戶提供超出傳統(tǒng)后視鏡的增值功能，能夠提供起步、行駛、轉(zhuǎn)彎、停車場景下的臨時調(diào)整視野。
第四層級為安全可靠，傳統(tǒng)光學視鏡是汽車安全件，安全可靠也是CMS產(chǎn)品的基礎(chǔ)。安全是建立在底下三層之上去談的，不會孤立存在，也只有夯實底下三層才會理解敬畏安全。
CMS優(yōu)點與應(yīng)用
電子后視鏡被業(yè)內(nèi)成為“真正具備思考能力的后視鏡”，體積小、可伸縮、風阻小，更具有科技感，同時可以讓駕駛員避免行駛過程中大幅度改變視角，就能獲知周邊路況。與傳統(tǒng)光學后視鏡對比，CMS具體顯著的優(yōu)勢：
1. 整車減重、降阻降噪：
傳統(tǒng)后視鏡中，乘用車單側(cè)1-2公斤左右，商用車單側(cè)5-10公斤左右，支撐如此大的重量必定會增加門的鋼板厚度、整車重量。據(jù)德國某企業(yè)測試數(shù)據(jù)，采用CMS后重卡整車減重60-80公斤，取消外后視鏡可以節(jié)油2%-3%。以奔馳Actros為例，Actros通過CMS將整車油耗降低3%。
此外，CMS外置設(shè)備僅有攝像頭，其體積最多只有傳統(tǒng)后視鏡的1/3，整體設(shè)計更符合空氣動力學原理，可以減少90%的風阻，進一步降低風噪。以奧迪e-tron為例，電子外后視鏡的設(shè)計使車輛的風阻系數(shù)降低到0.27，比傳統(tǒng)設(shè)計的車輛降低0.1個百分點,提升續(xù)航里程。
2. 視覺盲區(qū)痛點：
傳統(tǒng)后視鏡的有效可視面積是固定的，由于駕駛者身高、坐姿、眼點觀察不同，觀察的可視范圍也不同，更不可能在復(fù)雜的路段調(diào)整可視范圍。CMS通過不同的傳感器不同角度的攝像頭，對車身四周進行多角度實時拍攝，顯示車輛情況、視線盲區(qū)及車尾行人，視角更靈活，可視范圍是傳統(tǒng)后視鏡的3倍左右，可以減少盲點約10%（寬視場約50%）。
圖：曼恩MAN OptiView電子后視鏡安裝了數(shù)枚焦段不同的攝像頭，方框中最大的攝像頭為長焦攝像頭，用于捕捉車輛側(cè)面貼身以及掛車車尾的后視圖像。下方斜置布置的攝像頭為廣角攝像頭，彌補長焦攝像頭的不足，將車輛遠景的廣角圖像收集，便于司機提前做出決策。而在擺臂下方，還安裝有一個攝像頭，它的作用是收集車門旁邊的圖像，將最危險的盲區(qū)安全保證起來。
3. 特殊環(huán)境：
一般來講，CMS車外攝像頭會采用物理遮擋和電動加熱的方式結(jié)合，做好鏡頭防水防雪功能，剩下的都是由后期算法和車內(nèi)顯示屏完成，這樣就極大提高了在雨雪天氣、眩光、光線不足或夜間行駛等環(huán)境下的能見度。此外，隨著技術(shù)的革新，主動防炫目、夜視功能等更高級的功能都會被集成，車主在夜間的行車安全將更有保障。
4. 智能體驗：
L3+級別的智能駕駛系統(tǒng)，需要采集周邊影像進行分析，甚至接入網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)用于交通調(diào)度與車輛安全管理，車外影像成為不可或缺的信息來源，車輛周邊道路信息的重視程度必然提升到一定高度，CMS可以為其提供底層的硬件支撐。雖然CMS未必是智能駕駛的最終信息采集方案，但CMS對攝像機高安全、高品質(zhì)的要求會提升相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)整體研發(fā)、應(yīng)用技術(shù)提升。同時，CMS也會在人機交互、行車過程上有更舒適的體驗。
隨著智能電動汽車時代的加速到來，CMS越來越被產(chǎn)業(yè)重視。歐盟和日本先后于2016、2017年放開對電子外后視鏡的法規(guī)限制，奧迪、雷克薩斯、本田、柯尼賽格等OEM先后推出成熟應(yīng)用。
表1：已量產(chǎn)/規(guī)劃CMS的車型（焉知汽車制作）
CMS關(guān)鍵部件：攝像頭
CMS是通過攝像頭與顯示器組成的系統(tǒng)，在規(guī)定視野內(nèi)看清車輛后方、側(cè)方或前方視野的間接視野裝置。這就要求CMS系統(tǒng)供應(yīng)商具備攝像頭、顯示器系統(tǒng)完整的設(shè)計能力，尤其是CMS攝像頭的鏡頭設(shè)計、芯片選型、ISP/DSP系統(tǒng)設(shè)計測試能力，如芯片選型滿足AEC-Q100，安全設(shè)計標準參照ISO26262，生產(chǎn)體系滿足IATF16949等等，要求團隊有CMS系統(tǒng)高可靠、長壽命的經(jīng)驗積累與開發(fā)設(shè)計、工程化、安裝測試能力。
圖：CMS系統(tǒng)組成, 來源上海豫興電子
一. 鏡頭選型
國內(nèi)車載攝像機鏡頭生產(chǎn)廠家，起步于安防鏡頭生產(chǎn)，基本是在2016年前后進入車載領(lǐng)域。因為現(xiàn)有車載攝像機對鏡頭性能要求不高，這些廠家雖積累了光學經(jīng)驗、但與CMS對鏡頭的需求還是有很大差異。
圖：車載攝像機模組組成, 來源上海豫興電子
1. 鏡頭材質(zhì)
鏡頭由多組鏡片進行凹凸面角度加工、組合達到光學設(shè)計性能要求，其光學成像質(zhì)量與壽命，由材質(zhì)決定。材料可以是能夠保護多年的全玻璃，也可以是樹脂鏡片，但是樹脂鏡片隨著外部環(huán)境光照射、內(nèi)外溫度交替變化影響大多在2-3年內(nèi)黃變模糊。
CMS鏡頭對解晰力、畸變量、雜光和鬼影、疏水性以及低光成像能力要求要高，同時需要保證優(yōu)秀的溫度特性，一般會采取全玻璃+金屬結(jié)構(gòu)。
2. 鍍膜工藝
鏡片有一道關(guān)鍵工藝是鍍膜，鍍膜材料成分不同、功能不同、壽命不同價格會有很大差異。好的鍍膜材料能降低玻璃反射率，提升玻璃通透度，對提升圖像質(zhì)量非一般鍍膜材料能比。鍍膜工藝還分為冷鍍、熱鍍，樹脂鏡片是冷鍍膜了，兩種鍍膜最大區(qū)別是耐摩擦和壽命。
3. 鏡筒發(fā)黑
鏡筒發(fā)黑工藝決定了圖像的炫光、鬼影面積。氧化發(fā)黑成本最低，單反相機鏡頭采用特殊生產(chǎn)工藝發(fā)黑。
4. 組裝工藝
鏡片組裝最體現(xiàn)鏡頭廠家的生產(chǎn)工藝水平，如鏡片與鏡筒的公差、鏡片的固定、成像調(diào)配等。
5. CMS攝像機鏡頭
玻璃成分、球面、非球面、鍍膜、鏡桶發(fā)黑、玻璃固定、防水性能都決定攝像機的成本，攝像機材料、工藝，都會決定攝像機的性能與壽命。CMS攝像機鏡頭相當于批量制造的專業(yè)單反鏡頭，這也是CMS攝像機鏡頭價格不菲的原因。
二. CMOS選型
作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全件，CMS場景的復(fù)雜性將對ISP信號處理器的硬件統(tǒng)計、算法處理提出了更高的要求，例如多彩的車身、后車燈的照射等。
當前，市場上很多零部件供應(yīng)商在評估傳統(tǒng)的 SoC 芯片，例如IVI 中控顯示芯片、 DVR 記錄儀領(lǐng)域的器件甚至是消費類安防監(jiān)控芯片來實現(xiàn) CMS 的設(shè)計。不過，根據(jù)目前搭載 CMS 并已經(jīng)量產(chǎn)的幾款車型的效果來看，傳統(tǒng)的 SoC 芯片類方案在 CMS 系統(tǒng)的表現(xiàn)似乎有些 “水土不服”，比如在復(fù)雜光環(huán)境影響下的畫面偏色、暗態(tài)噪點、彌散和鬼影，時延大等問題。那么究竟一款真正能適應(yīng)實際用車情況的 CMS 方案應(yīng)該考慮哪些因素？目前 CMS 系統(tǒng)理想的芯片方案又是什么？
據(jù)多位業(yè)內(nèi)人士和主機廠相關(guān)專家表示，在法規(guī)標準還在陸續(xù)更新的特定環(huán)境下，具備極低時延、硬件可升級、可靈活適配等優(yōu)勢的FPGA方案，應(yīng)該是當前CMS系統(tǒng)的最佳選擇。快速上車Demo和法規(guī)實施后快速合規(guī)審查，不需要改變原來的設(shè)計，可以最大限度地滿足不同客戶的差異化需求，即便是屏幕或者攝像機等核心物料的更換，只需要針對硬件特性直接更新邏輯單元和核心功能即可，這樣就大幅降低了CMS廠商、整車廠的開發(fā)周期和成本，加速了CMS產(chǎn)品的量產(chǎn)上車。
圖：AMD Xilinx 車規(guī)級芯片產(chǎn)品系列
據(jù)了解，AMD-Xilinx 聯(lián)合其合作伙伴iWaySense共同打造了針對CMS產(chǎn)品專用的核心圖像處理器IP，針對CMS應(yīng)用的場景進行了專門的設(shè)計，具有優(yōu)秀的圖像質(zhì)量的同時，還可以實現(xiàn)極低的時延。此外再結(jié)合圖像調(diào)試伙伴iWayLab的先進圖像實驗室和調(diào)試服務(wù)保障能力，以及國內(nèi)本土化團隊，可以進一步加速主機廠CMS項目的上車和量產(chǎn)。
此外，在攝像頭的結(jié)構(gòu)上也需要一些特殊處理。比如，外置攝像頭的組件外殼設(shè)計要防止水珠落在鏡頭上，鏡頭上還需要額外覆蓋了一層防水涂層；為了減少暴露在灰塵和雨水中攝像頭的性能失效，配備了內(nèi)置的加熱器，以防止結(jié)冰或起霧，一些方案還配備了光線傳感器，可以自動減少其他汽車前大燈的眩光等。
目前，國外電子外后視鏡供應(yīng)商主要有法雷奧、麥格納、東海理化、博世等，均將其作為ADAS或智能駕駛系統(tǒng)的重要組成部分。 國內(nèi)電子外后視鏡供應(yīng)商主要有上海豫興電子、森鵬、遠峰科技、華陽電子、航盛、德賽西威等。其中上海豫興已為宇通，森鵬已為比亞迪K9提供電子外后視鏡+傳統(tǒng)后視鏡一體化解決方案；今年1月遠峰科技也正式獲得小鵬汽車CMS項目定點；2月豫興電子獲得了Deepway智慧卡車CMS項目定點。
中國CMS法規(guī)進展
GB15084-2013標準實施5年來，暴露了一些問題，如測試方法不完善、引用標準版本更新、不能適應(yīng)當前汽車技術(shù)的發(fā)展等問題。為了規(guī)范行業(yè)健康發(fā)展和技術(shù)提升，達到同國際標準接軌的目的，規(guī)范和提高國內(nèi)汽車間接視野裝置產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2018年12月，全國汽車標準化技術(shù)委員會在工業(yè)和信息化部的指導(dǎo)下，啟動了該標準的研究與修訂工作。
2020年6月3日，工信部發(fā)布了國家強制性安全標準GB15084（機動車輛間接視野裝置性能和安裝要求）征求意見稿，新標準在CMS板塊增加了CMS凸出高度要求及突出高度的測量方法；增加了Ⅰ至Ⅳ類CMS的功能性要求，修改了Ⅴ類和Ⅵ類CMS的功能性要求；增加了對于CMS的撞擊要求及試驗方法。
從目前公開信息顯示，標準有望在今年年中公布，在2023年1月1日起開始實施。2022年下半年，汽車制造商可以開始申報搭載CMS的新車型并開展定點實驗，CMS市場將進入快速量產(chǎn)階段。
表2：各區(qū)域法規(guī)進展
面臨的挑戰(zhàn)和痛點
CMS系統(tǒng)需要滿足GB15084標準、滿足汽車D安全等級，其技術(shù)門檻、安全等級、性能指標等苛刻要求，絕非是倒監(jiān)屏、行車記錄儀、流媒體等汽車輔助件可同日而語。另，按照全部取代傳統(tǒng)后視鏡測算，國內(nèi)電子后視鏡商用車和乘用車前裝市場接近千億元規(guī)模。前景雖然很廣闊，但是現(xiàn)實也存在一些亟待攻克的難關(guān)：
1. 解決低光復(fù)雜環(huán)境條件下的成像
所有汽車成像系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)是改進低光條件下成像，同時提高分辨率和成像的動態(tài)范圍。為避免后方車輛靠近時其大燈導(dǎo)致圖像過飽和，CMS必須具有良好的成像品質(zhì),低照度必須在1Lux以下，動態(tài)范圍需超過110db。同時，成像系統(tǒng)必須具有充足的像素來填充具有高水平分辨率的監(jiān)視器，這些條件都超越了傳統(tǒng)像素技術(shù)的限制。
車載攝像頭不同于安防監(jiān)控與其他視頻類相機，應(yīng)對炫光可以選擇安裝遮光罩或改變攝像機安裝位置避開強光源的照射。如何保證清晰的成像畫質(zhì)對系統(tǒng)技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。
2. 車燈閃爍對攝像機的影響
另一重大挑戰(zhàn)是LED車燈或路燈閃爍時對當前圖像傳感器的影響。在顯示屏后視鏡中，日間行車燈會因脈寬調(diào)制(PWM)而呈現(xiàn)閃爍狀態(tài)，可能會導(dǎo)致駕駛員誤以為發(fā)生緊急狀況或警車正在靠近而影響安全。許多日間行車燈的PWM頻率在90-300Hz，在日間條件下傳感器曝光量較小時，在該范圍成像十分困難。
3. 長時間使用的可靠成像
攝像機替換了后視鏡，既要解決“有無”的問題，看見的范圍要覆蓋傳統(tǒng)的后視鏡盲區(qū)；更加要解決“看得清”的問題，在視野里有其它汽車大燈，但仍要看清其它障礙物。替代后視鏡的攝像機，只要汽車一上電，就在工作，工作時間長，而且高速行駛時仍需要進行使用。對攝像機的各方面要求更高，在高像素、無畸變、寬動態(tài)、低照度、高幀率、高可靠性都帶來更高的挑戰(zhàn)。
4. 線纜和連接器選擇匹配問題
隨著攝像機傳感器分辨率的增加，將攝像機數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示器的成本也會增加。在使用標清攝像頭系統(tǒng)情況下，視頻數(shù)據(jù)以模擬復(fù)合視頻一起傳輸，這是目前市場上常見的攝像機系統(tǒng)。因為數(shù)據(jù)帶寬也非常低，這種情況下的線纜和連接器成本比較低。在引入高清攝像機后，根據(jù)所使用的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的類型，線纜和連接器成本也會增加。
目前，最常見的車載高清視頻傳輸技術(shù)是數(shù)字串行器/解串器稱為“SerDes”。現(xiàn)有SerDes的問題是與模擬復(fù)合視頻系統(tǒng)相比，它所需線纜和連接器類型相對昂貴。SerDes的另一個挑戰(zhàn)是目前市場上有多種SerDes標準（功能類似），而且它們并不相互兼容，所以O(shè)EM和一級系統(tǒng)制造商通常需要選擇一種特定SerDes標準并堅持使用，無論競爭標準是否具有更出色的特性。由于基于IP的系統(tǒng)產(chǎn)生的延遲，IP攝像頭系統(tǒng)在此類應(yīng)用中表現(xiàn)不佳。人們要求后視鏡取代系統(tǒng)具有最低延遲，模擬視頻和SerDes可以做到。
5. 更高的運算能力及存儲器需求
圖像傳感器和成像處理器首先要能通過車用規(guī)范(AEC-Q100),以符合車用零件規(guī)定,其所需的測試頗為復(fù)雜。另外消耗功率及散熱的問題在高清晰度的圖像傳感器設(shè)計上也需要注意。搭配越來越多的高清車用攝影機會帶來許多的新的應(yīng)用和豐富的影像資料，這也代表處理器需要更高的運算能力及存儲器。目前高清圖像傳感器需求越來越多，傳統(tǒng)CVBS界面無法支持高清圖像，新的LVDS和Ethe.NETAVB界面可能會是下一代車用智能攝像機的主流。
6. 專業(yè)分工
國內(nèi)攝像機模組專業(yè)分工非常專業(yè)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、ISP調(diào)校、模組生產(chǎn)。目前傳統(tǒng)后視鏡供應(yīng)商主要是在物理結(jié)構(gòu)、光學領(lǐng)域擅長，但是不具備電子電路、影像處理技術(shù)，因此很難提供高安全標準的CMS系統(tǒng)。而提供汽車中控的IVI供應(yīng)商缺乏傳統(tǒng)光學視鏡知識技術(shù)積累、影像光學處理基礎(chǔ)、提供高安全要求系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗，也很難進入CMS系統(tǒng)市場。
目前能夠自己掌握終端客戶需求，且能根據(jù)需求匹配COMS、鏡頭、外結(jié)構(gòu)，且有專職ISP工程師負責圖像調(diào)配的企業(yè)寥寥可數(shù)。
此外，CMS的量產(chǎn)普及，除了CMS供應(yīng)商在技術(shù)的突破、提供更安全可靠的產(chǎn)品外，更需要主機廠車型前期設(shè)計的匹配支持。
總結(jié)
電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化，汽車行業(yè)正在進行著百年不遇的大變革， 影像光學基礎(chǔ)技術(shù)及汽車智能化的發(fā)展讓電子后視鏡取代傳統(tǒng)光學后視鏡成為可能，類似當年觸屏手機取代按鍵手機重構(gòu)手機生態(tài)一樣，對玻璃后視鏡產(chǎn)業(yè)進行變革，建立以攝像機高品質(zhì)影像+5G+AI為核心的生態(tài)環(huán)境賦能駕駛安全。CMS拐點已至，大幕正在徐徐拉開，誰將拔得頭籌，讓我們將拭目以待。
