环视系统黑屏分析与研究

陈婷 王鑫玥 王科富 杨双全

【摘  要】360全景影像系统广泛应用于智能驾驶汽车上，通过车身周围4个超宽视角的鱼眼摄像头采集车辆周边实时图像，经过拉伸、剪裁、拼接后形成无缝拼接的鸟瞰视图，再投影到车载屏幕上，帮助驾驶员在倒车、低速转弯情况下更直观地观察车周边的障碍物，从而减少由于视野盲区带来的碰撞、剐蹭。在环视系统链路出现瞬断、故障等情况时，会出现某路图像信号缺失情况，从而造成环视系统黑屏。文章针对环视系统使用中偶发画面丢失导致图像黑屏问题，提出一套分析与研究方法。此方法经验证可快速、有效地完成黑屏问题排查及分析。

【关键词】全景影像;环视摄像头;智能化;黑屏

中图分类号：U463.674    文献标识码：A    文章编号：1003-8639（ 2024 ）05-0037-04

Analysis and Research on Black Screen of Surround Vision System

CHEN Ting，WANG Xinyue，WANG Kefu，YANG Shuangquan

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】The 360 panoramic imaging system is widely used in intelligent driving vehicles. Real time images of the vehicle's surroundings are collected through four ultra wide angle fisheye cameras around the vehicle body. After stretching，cutting，and splicing，a seamless bird's-eye view is formed，which is then projected onto the car screen to help drivers observe obstacles around the vehicle more intuitively during reverse and low-speed turning，thereby reducing collisions and scratches caused by blind spots in the field of view. When there is a sudden interruption or malfunction in the link of the surround view system，there may be a loss of certain image signals，resulting in a black screen in the surround view system. The article proposes a set of analysis and research methods to address the problem of occasional image loss leading to black screen in the use of surround view systems. This method has been proven to be fast and effective in troubleshooting and analyzing black screen issues.

【Key words】panoramic imaging;surrounding camera;intelligence;black screen

作者簡介

陈婷，女，工程师，从事新能源汽车智能驾驶系统研究工作。

1  前言

近年来，全景环视系统逐渐成为辅助驾驶系统的研究热门，在驾驶员低速行驶、转弯、倒车或泊车过程中，全景环视系统可根据车身周边图像信息，通过车机屏幕输出实时全景鸟瞰图像，使用户可有效感知周边障碍物，用户还可根据需要切换前后左右视角，最大程度上消除驾驶员盲区，提升驾驶体验及安全性。汽车视觉盲区一般可分成4个部分：由于汽车前引擎盖遮挡视线造成驾驶员视野不佳，无法观察到的车辆前方盲区;由于汽车后侧车体遮挡，驾驶员无法从外后视镜与后挡风玻璃观察到的车辆后方盲区;由于汽车左右车门遮挡视线以及外后视镜限制，驾驶员泊车时无法从两侧车玻璃与车外后视镜观察到的车身两侧盲区;由于AB柱遮挡造成驾驶员不能从外后视镜及左右车门玻璃观察到的左右前方视野盲区。

全景环视系统在各种泊车场景（垂直泊车、侧方位泊车、斜方位泊车等）以及狭窄道路（乡村道路、狭窄桥面、限宽区域）均能帮助驾驶员看清周边障碍物，避免车辆发生剐蹭，同时提高泊车效率。在通过狭窄路面或会车时，全景影像系统可辅助驾驶员看清周边路况，消除盲区，提高安全性。

2  360环视系统工作原理

360环视系统主要包括镜头、图像传感器、编码器、解码器、图像处理器、显示器等。车机通过LVDS（Low Voltage Differential Signaling，低压差分信号）线束连接到360环视控制器，360环视控制器与4个摄像头之间分别通过高清线束连接，进行图像拼接和信号传输。360环视系统芯片架构及信号传输链路如图1所示。

摄像头主要包括镜头、图像传感器、ISP图像信号处理器、编码器4部分 。

1）镜头负责聚焦光线，将视野中的物体投射到成像介质表面，根据成像效果的要求不同，可以要求多层光学镜片。滤光片可以将人眼看不到的光波段进行滤除，只留下人眼视野范围内的实际景物的可见光波段[1]。

2）图像传感器为成像介质，将镜头投射到表面的图像（光信号）转化为电信号，主要分为CCD和CMOS。

3）ISP接收CMOS图像传感器的输出原始数据并完成输入图像视频源RAW格式的前处理，将其转换成YCbCr等格式，并进行颜色转换、噪声抑制、阴影校正、变形处理、色调调整、图像边缘增强等，优化图像品质。目前已量产的某些摄像头图像传感器集成了部分ISP功能，或是摄像头模组未集成ISP功能，主要由全景影像控制器进行图像处理[2]。

4）编码器接收图像数据，并将并行图像数据编码后转换成串行数据，输出至高清线束进行传输，可用于传输YUV、RGB等多种图像数据种类。

全景控制器主要包括解码器、SOC、编码器3部分。解码器接收摄像头输入的视频数据，并将串行数据转换为并行数据。SOC高清图像处理器对解码器传过来的视频数据进行校正、剪裁、图像处理、拼接，经过编解串后，投影到车机显示屏上。编码器将SOC处理后的视频数据流转换成串行数据，输出至车机显示屏，经过解串后投影至屏幕显示。

360环视影像作为用户泊车、低速行驶、低速变道的安全辅助系统，可实时、流畅地提供车辆周边的高清影像，这些应用同时也对360环视系统稳定性提出了更高要求，要求环视图像无黑屏、卡滞、延时等故障，环视链路的某一个环节不良均可能造成环视图像不良，影响行车安全。

3  360环视影像黑屏故障分析

在360環视系统故障中，黑屏为最常见的故障现象。在排查黑屏问题时，通常需要从整个系统链路着手，链路中一旦有环节出现问题，都会导致黑屏现象。环视系统黑屏现象如图2所示。

3.1  视频链路问题分析

3.1.1  故障环节

以美信编解串芯片为例，对360环视系统链路中可能出故障的环节进行拆分，如图3所示。

1）全景控制器与车机娱乐系统之间的传输信号问题。全景控制器输出的是经处理拼接后的图像，再将图像投影至显示器进行显示。尝试断掉某一正常路，如传输的对应画面黑屏，则可排除问题。

2）控制器编码器与SOC之间通信问题。编码器接收控制器SOC拼接之后的图像，车机应有实时的图像显示，如车机正常显示实时图像，则可排除问题。

3）AVM的SOC软件判断逻辑问题。需检查上电配置、巡检逻辑、自恢复机制运作是否正常。从Log读取分析，链路正常时，360影像可正常工作，制造短暂链路断开再重新连接工况，链路恢复后，360影像可自动恢复正常工作，则可排除问题。

4）控制器SOC和解码器之间的通信有问题。查看是否可正常读取寄存器状态，在链路正常时数值正确无报错，在链路断开时，对应寄存器标志位数值可正确反映当前故障，则可排除问题。

5）控制器解码器/PCB LAYOUT问题。要求回波损耗满足GMSL等传输协议规范，可互换控制器查看故障是否复现。

6）AVM控制器接插件问题。要求卡扣无变形，卡扣尺寸、型号满足配对要求，正确接插，线束接头处无断裂、变形等导致线束受损情况。

7）线束FAKRA接插件问题。测试特性阻抗，满足50Ω±5Ω;回波损耗，要求满足美信对链路传输规范;线路电阻值，屏蔽层<1.3Ω;护套和接插件卡接牢固，无松动、断裂等问题。

8）高清线束问题。测试特性阻抗，满足50Ω±5Ω;回波损耗，要求满足美信对链路传输规范;线路电阻值，屏蔽层<1.3Ω;护套和接插件卡接牢固。接插件尾部100mm固定，折弯角>5D（线径），无变形。线束布置远离干扰源。

9）摄像头接插件问题。插针无变形，卡扣尺寸、型号满足配对要求，正确接插，线束接头处无断裂、变形等导致线束受损情况。可通过开关门试验、振动试验等进行故障复现验证。

10）控制器解码器与摄像头编码器信号传输问题。满足不同系统要求，对应链路满足GMSL要求。

11）摄像头编码器问题/PCB LAYOUT问题。回波损耗，要求满足美信对链路传输规范。

12）摄像头编码器与SENSOR/ISP通信问题。要求通过电磁干扰试验及电性能测试。

3.1.2  视频信号传输线路要求

1）回波损耗：主要测试链路对传输信号的反射情况，是检查线束链路是否连接良好的重要手段。360全景系统工作使用的频段在0～1.2GHz。其中I2C信号在低频段传输（9.6～1000kHz）。同步信号工作频段在2MHz以内。视频信号在高频段传输（500～800MHz）。根据美信传输要求，链路回波损耗技术要求如下：在372MHz以下，S11需小于 -12dB;在375～750MHz之间，S11需小于-6dB;在大于1GHz区域，S11需小于-3dB。正常回波损耗示意图如图4所示。

如图5所示，低频信号传输频段S11大于-12dB，造成低频通信不畅，编串器与解串器无法正常通信，图像信号不良，从而造成黑屏现象。

如视频传输线路出现高清线损坏、接插件损坏、接插不良等问题都会造成视频信号传输不良，在设计布置阶段，线束弯折角度过大、受到外力挤压会容易导致高清线内部屏蔽层受损，导致短路、断路等，故要求折弯角>5D（线径）。接插件布置过于靠近频繁活动的零件，在用户使用过程中容易造成接插件相对运动，导致接插件松动或线束受损，从而引起传输回波损耗不达标，造成图像信号传输不稳定或中断，故在进行线束布置时，接插件位置应避开活动频繁区域，并且做好固定。

2）特性阻抗：射频传输线影响无线电波电压、电流的幅值和相位变化的固有特性。环视摄像头图像信号通过同轴线进行传输。同轴线的特性阻抗与导体内、外径大小及导体间的介质的介电常数有关。同轴电缆的典型特性阻抗为50Ω±5Ω。实车线束正常阻抗如图6所示，故障车辆特性阻抗如图7所示。

3）线路电阻值：屏蔽层（G）<1.3Ω。

4）驻波比：可通过观察各个连接器处的驻波比波形判断故障点（可参考定位故障点）。

环视摄像头与AVM控制器端之间由同轴线及若干个FAKRA连接器进行连接，如图8所示。当环视链路正常工作时，线路驻波比示意如图9所示。

当接插件由于松动、退针、断裂等问题导致线束接插不良时，360环视链路出现瞬断，造成图像信号传输不良，从而导致黑屏的发生。这种异常情况可在线束驻波比上观察到，如图10所示。

3.2  常见360环视黑屏故障类型

3.2.1  永久性黑屏

1）摄像头故障。环视摄像头内部芯片因电力损坏、芯片虚焊、进水等问题引起环视摄像头永久性无视频信号输出，导致360环视影像黑屏。

2）线束故障。线束接插护套松脱、同轴线束屏蔽层损坏、线束断裂、接插件未接插到位和接插件电腐蚀等，造成编串器和解串器无法正常通信，高清视频信号无法传输，从而导致环视摄像头无图像输出。若线束在布置时，弯折角度过大、接插件位置布置在频繁活动区域，会导致高清线束被反复弯折、拉扯，引起屏蔽层损坏，接插件因线束拉扯反复转动，造成损坏。在接插件选型阶段，需满足接插件型号匹配，并通过相关的接插件实验，避免因接插件内部进入腐蚀性液体或气体导致出现电位差和中心针被腐蚀。如图11所示。

3）控制器端故障。控制器内部芯片损坏、虚焊、软件刷新失败引起环视影像无法输出，导致360环视影像黑屏故障。

3.2.2  间歇性故障

1）控制器与环视摄像头配置失败。当配置失败时，控制器与环视摄像头无法通信，造成环视影像黑屏。待系统重新上电，重新配置成功后，控制器与环视摄像头可正常通信，输出视频流。在控制器软件中可加入上电配置恢复工作逻辑，即当配置不成功时，控制器将对摄像头进行循环配置，当循环3次后仍无法配置成功，则控制器输出此路图像为黑屏，同时监测是否有视频信号，如有视频信号则重新配置摄像头。此逻辑可大大减少由于系统配置失败带来的间歇性黑屏故障。

2）线束瞬断。接插件接插不良、线束装配扭曲、反复弯折等问题导致线束传输瞬断，间歇性黑屏故障发生。

4  結论

随着360环视影像越来越得到用户的认可，装车率也逐渐增高，对360环视系统的稳定性也提出了更高要求。在由环视摄像头、高清线束、360控制器组成的360环视系统链路中，一旦其中某个环节出了问题，将会导致黑屏现象。针对此问题，需要从整车布置阶段开始严格把关，应遵循线束布置规范，需注意接插件选型匹配、线束布置、线束转弯角控制、线束及接插件固定等问题，如存在运动处接插件，应做好固定。对于360控制器，应做好配置逻辑、巡检逻辑、故障自恢复逻辑，在应对瞬断问题时能及时恢复图像。对于摄像头传感器，应能稳定输出图像信号。本文提供了一种360环视系统产品设计及故障分析方法，针对360环视系统黑屏、卡滞、瞬断等，提出了一些问题排查思路，可帮助快速定位问题根源，对产品开发及售后维修人员有很大的借鉴价值。

参考文献：

[1] 程增木. 自动驾驶之“眼”——车载摄像头技术的现在与未来（上）[J]. 汽车维修与保养，2022（8）：43-46.

[2] 王家才. 车载高清全景环视系统量产化方案研究[J]. 数字技术与应用，2021，39（9）：86-88，91.

[3] 杨汉飞. 车载360高清环视系统故障分析模型[J]. 时代汽车，2022（11）：13-15.

（编辑  杨凯麟）

收稿日期：2023-08-22