Uitdagingen voor autocameralinks overwinnen

Camerasystemen en cameralink-technologieën worden ingezet in een steeds groter aantal toepassingen in voertuigen om bestuurders te helpen en de rijervaring te verbeteren. Traditionele achteruitkijkcamerasystemen (RVC) met een enkele camera worden vervangen door surround-viewsystemen (SVS) met vier of meer camera's die een 360°-perspectief van het voertuig bieden. Rijrecorders, dodehoekbewaking, nachtzicht, herkenning van verkeersborden, monitors voor het verlaten van rijstroken, adaptieve cruisecontrol, noodremmen en systemen om botsingen bij lage snelheden te vermijden, helpen allemaal om de bestuurder te ontlasten. Om de rijervaring te verbeteren, worden er ook camera's geïntroduceerd voor uiteenlopende toepassingen zoals bewaking van vitale functies van bestuurders, detectie van inzittenden en gebarenherkenning voor human machine interfacing (HMI). Dankzij ontwikkelingen op het gebied van camerasystemen kunnen autofabrikanten het silhouet van het voertuig opnieuw vormgeven door traditionele functies zoals buitenspiegels te vervangen.

klik voor grotere afbeelding

Figuur 1. Proliferatie van camera's in moderne voertuigen. (Bron:Analoge apparaten)

Veel van de uiteenlopende reeks cameratoepassingen die worden vermeld, hebben hun oorsprong in de standaarddefinitie (SD) RVC-systemen die nog steeds in veel van de hedendaagse voertuigen voorkomen. SD-camerasystemen worden al meer dan tien jaar routinematig ingezet in automobieltoepassingen en breidden zich uit van premium voertuigen naar de bredere voertuiglijn als reactie op wettelijke vereisten en klantverwachtingen. SD-videosystemen boden OEM's in de auto-industrie veel waardevolle voordelen:laag risico dankzij de volwassenheid van een technologie die zich gedurende vele jaren in de consumententelevisie-industrie heeft bewezen, lage bandbreedtevereisten resulterend in de mogelijkheid om goedkope kabels en connectoren te gebruiken met behoud van gecontroleerde emissies, en een volwassen reeks video-encoders en -decoders met bewezen verwerking voor potentieel onstabiele video-ingangen.

Tegenwoordig drijft de alomtegenwoordigheid van ultrahigh definition (UHD)-beeldschermen in consumentenapparaten de behoefte aan grotere en hogere-definitiebeeldschermen in alle soorten voertuigen. Hoewel SD-video op een kleiner scherm bevredigend kan lijken, kunnen de hedendaagse consumenten de tekortkomingen ervan gemakkelijk waarnemen op een groter scherm (bijvoorbeeld het ontbreken van hoogfrequente details veroorzaakt door de beperkte bandbreedte van SD-video of artefacten in verschillende kleuren die worden geïntroduceerd bij het scheiden van de luminantie en chrominantiesignalen van elkaar in het gemoduleerde signaal). De trend naar grotere schermen heeft ertoe geleid dat OEM's in de auto-industrie voor de uitdaging staan ​​om de rest van hun camera-architecturen te upgraden naar high definition. Een belangrijke bouwsteen bij het aanpakken van deze uitdaging is de cameralinktechnologie die is geselecteerd om beeldgegevens van de camera naar de ontvangende eenheid over te brengen (bijvoorbeeld ECU of display).

Het eerste use case-kenmerk bij het selecteren van een nieuwe cameralink-technologie voor een toepassing is de benodigde bandbreedte. Camerasystemen lopen sterk uiteen in termen van bandbreedtevereisten. Traditionele RVC-systemen die SD-videoresoluties gebruiken, vereisen lage bandbreedtes (bijvoorbeeld 6 MHz). SVM-systemen, die doorgaans met lage snelheden worden gebruikt, gebruiken lage verversingsfrequenties (bijvoorbeeld 30 Hz) om de blootstelling te maximaliseren, waardoor de vereiste bandbreedte kan worden beperkt. Vervangende systemen voor vleugelspiegels, die over het hele bereik van de rijsnelheden van een voertuig werken, gebruiken hogere verversingsfrequenties (bijvoorbeeld 60 Hz of hoger) om de latentie te minimaliseren, wat een grotere bandbreedte vereist. Camera's aan de voorzijde voor autonoom rijden vereisen ultrahoge resoluties (bijvoorbeeld 18+ MPixel) en hebben daarom zeer hoge bandbreedtevereisten. Er bestaan ​​veel cameralink-technologieën om een ​​breed scala aan bandbreedtemogelijkheden te bieden - hun selectie wordt beïnvloed door en kan invloed hebben op verschillende aspecten van het camerasysteem en het algehele voertuig.

Beeldkwaliteit

De beeldkwaliteit die een cameralink-technologie mogelijk maakt, is een kritische factor in het architectuurontwerp. Het verzenden van videogegevens via een cameralinktechnologie die niet voldoende bandbreedte biedt, kan leiden tot verlies van beeldintegriteit of volledig beeldverlies. Beelddegradatie veroorzaakt door de cameralink-technologie kan worden beoordeeld door factoren zoals beeldscherpte en dynamisch bereik te meten.

Kabelkenmerken

De complete kabelassemblage of kabelboom van een modern voertuig is een van de meest complexe, zware en moeilijk te installeren componenten. Met een gemiddelde auto met meer dan een kilometer bedrading, vraagt ​​het harnas om serieuze overwegingen. Ten eerste:toepassingen met hogere bandbreedtevereisten (bijvoorbeeld camera's aan de voorzijde met ultrahoge resolutie voor autonome voertuigen) vereisen zware kabels van hoge kwaliteit. Het gewicht van de kabel is de laatste jaren een onderwerp van verhoogde controle geworden, gezien de focus op het lichter en efficiënter maken van auto's in een poging om de actieradius voor voertuigen met verbrandingsmotor en elektrische voertuigen te vergroten. Voor toepassingen waarbij sprake is van complexe geleiding door een voertuig, kan de door een kabel ondersteunde buigradius belangrijk zijn. Voor toepassingen waarbij de camera zich in een scharnierend lichaamsdeel bevindt (bijvoorbeeld de deur voor SVM-systemen of het kofferdeksel voor RVC- en SVM-systemen), is de robuustheid van de kabel voor het openen en sluiten van cycli van cruciaal belang. Voor toepassingen waarbij de kabel kan worden blootgesteld aan ruwe omgevingen, kan waterbestendigheid vereist zijn.

Ongeacht de cameralinktechnologie en het geselecteerde kabeltype, heeft elke centimeter kabel een prijs en, wanneer alle kosten van het harnas worden verzameld, kan dit ertoe leiden dat het harnas een van de drie duurste elementen van het voertuig wordt.

Traditionele SD-videosystemen vergemakkelijken, vanwege hun lage bandbreedtevereisten, het gebruik van uiterst kosteneffectieve, lichte kabels. In veel gevallen worden niet-afgeschermde UTP-kabels (twisted pair), vergelijkbaar met de kabels die normaal worden gebruikt voor lagesnelheidsbesturingsverbindingen zoals CAN, gebruikt voor SD-video.

Verbindingen

Een ander cruciaal element van de kabelboom en de aangesloten modules zijn de elektrische connectoren. Naast het aansluiten van de kabelboom op regelmodules, sensoren of motoren, worden de connectoren ook gebruikt om verschillende delen van dezelfde kabel binnen de kabelboom met elkaar te verbinden (in-line connectoren). In-line connectoren worden veel gebruikt in de auto-industrie om de constructie, installatie en onderhoudsgemak van het harnas te vereenvoudigen. Als u bijvoorbeeld een in-line connector heel dicht bij een camera gebruikt, betekent dit dat als de camera beschadigd is, deze kan worden vervangen zonder noemenswaardige verstoring van de rest van de bedrading van het voertuig.

De keuze van de connector kan, evenals de hierboven beschreven kabelkeuze, een belangrijke bepalend zijn voor de totale kosten van een camerasysteem. Systemen met een hoge resolutie vereisen doorgaans connectoren die hogere bandbreedtes ondersteunen en zijn daarom duurder.

Andere overwegingen met betrekking tot connectoren zijn onder meer de voetafdruk van de connector op het PCB- en ECU-oppervlak, of de connector moet worden verzegeld of ontzegeld, en of kleurcodering/sleuteling vereist is.

Traditionele SD-videosystemen vergemakkelijken het gebruik van kosteneffectieve connectoren op zowel de camera als de ECU of head-unit (HU). Zo worden de videosignalen van een SD-video RVC-systeem vaak naar de ECU of HU geleid met andere signalen (bijvoorbeeld besturingsnetwerken en de benodigde voedingssignalen) op een meerpolige connector; een digitale link vereist typisch speciale connectoren, die PCB- en verpakkingsbeperkingen op een ECU introduceren.

Voertuigarchitectuur

De architectuur van het betrokken voertuig kan verschillende invloeden hebben op de selectie van geschikte cameralinktechnologie. Kabellengtes in standaardvoertuigen kunnen vaak oplopen tot enkele meters en nu consumenten neigen naar grotere SUV's, nemen de kabellengten toe. Sommige voertuigarchitecturen hebben extra functies die nieuwe kabellengtes met zich mee kunnen brengen, zoals achteruitrijhulp voor aanhangwagens om het achteruitrijden en manoeuvreren van aanhangwagens te ondersteunen.

Bedrijfsvoertuigen zijn een andere architectuuruitdaging waarbij camerasystemen kabels tot hun maximale lengte uitrekken. De meeste cameralinktechnologieën kunnen elk van deze voertuigarchitecturen en -functies ondersteunen, maar sommige vereisen mogelijk extra modules zoals repeaters of herzenders om lange kabellengtes te ondersteunen.

EMC

De elektromagnetische emissies en immuniteitsrobuustheid van de kabel is een andere kritische factor in het selectieproces van cameralinktechnologie, aangezien de kabel een antenne in het voertuig kan worden met nadelige resultaten. De wildgroei aan elektrische en elektronische systemen in het voertuig heeft geleid tot een toenemende afhankelijkheid van dergelijke systemen die op een compatibele manier naast elkaar bestaan. Het is niet acceptabel dat een systeem (bijvoorbeeld een RVC-systeem) een ander systeem (bijvoorbeeld een tractiemotor voor een elektrisch voertuig of een elektrisch stoelmechanisme) beïnvloedt of laat beïnvloeden wanneer een van beide is ingeschakeld. Hiertoe is het van cruciaal belang dat verbindingstechnologieën worden overwogen voor hun emissies en immuniteitsprestaties voordat ze worden geselecteerd.

Om ervoor te zorgen dat interne of externe agressors de systemen in het voertuig niet verstoren, zullen autofabrikanten alle systemen testen volgens hun specifieke EMC-normen. Deze tests worden eerst gedaan op systeemniveau (bijvoorbeeld een achteruitkijkcamera of surround-viewsysteem). Deze tests zijn duur, tijdrovend en uitdagend, maar zorgen ervoor dat elke module een hoge mate van robuustheid heeft voordat deze in het voertuig wordt geïntegreerd. Nadat de tests op systeemniveau met succes zijn voltooid, moet de autofabrikant ook de werking en prestaties van het systeem in het voertuig verifiëren door het vermogen van het systeem te testen om te werken wanneer het wordt gebombardeerd door uitgestraalde signalen met hoog vermogen (stralingsimmuniteit). De fabrikant meet ook de ontvangstbanden van alle antennes in het voertuig (bijvoorbeeld FM, GPS, mobiel, wifi, enz.) om er zeker van te zijn dat er geen storende signalen aanwezig zijn. Het oplossen van EMC-problemen op voertuigniveau kan duur en tijdrovend zijn.

Andere vereisten

Naast de reeds geschetste vereisten, zijn er talloze andere vereisten die de selectie van een cameralinktechnologie bepalen, zoals de beschikbaarheid van het besturingskanaal, pixelnauwkeurigheid en ASIL-classificaties.

Selectie van een Camera Link-technologie

De keuze voor een cameralink-technologie bij het ontwerpen van een camerasysteem wordt door een groot aantal factoren beïnvloed. De keuze voor een cameralinktechnologie heeft ook invloed op verschillende aspecten van het voertuig waarin deze is geïntegreerd. Traditionele RVC-systemen, gebouwd op SD-videotechnologieën, boden automobiel-OEM's een uiterst betrouwbare en kosteneffectieve methode voor het overbrengen van video binnen het voertuig. In de afgelopen jaren zijn er echter consumententrends ontstaan ​​om SD-videosystemen steeds minder acceptabel te maken op grotere schermen. Wetgevende ontwikkelingen en verwachtingen van de consument hebben ook geleid tot een steeds groter aantal camera's in elk nieuw voertuig.

Deze trends en ontwikkelingen dienen als achtergrond voor de opkomst van verschillende cameralink-technologieën die worden gebruikt in moderne voertuigen over het hele spectrum van camerasystemen voor auto's. Tegenwoordig variëren cameralinktechnologieën nog steeds van de SD-videotechnologieën (bijvoorbeeld CVBS) die zich hebben bewezen in traditionele SD RVC-systemen, via high-definition analoge link-technologieën, tot high-definition digitale link-technologieën.

SD-videotechnologieën kunnen alleen toepassingen met een lage bandbreedte mogelijk maken, maar vereisen daarentegen zeer kostenefficiënte kabels en connectoren. Digitale verbindingstechnologieën maken toepassingen met hoge bandbreedte mogelijk en bieden voordelen zoals pixelnauwkeurigheid, maar vereisen doorgaans duurdere kabels en connectoren. High-definition analoge link-technologieën zoals de Car Camera Bus (C ² B) een compromis bieden tussen de twee bovengenoemde benaderingen:het leveren van EMC-compatibele high-definition video via kosteneffectieve kabels en connectoren.

High Definition Analoge Camera Link-technologie

Een voordeel van het gebruik van een high-definition analoge videotransmissietechnologie C ² B is dat ze vanaf het begin zijn ontworpen voor gebruik als een auto-cameralink. C ² B ondersteunt HD-video via Unshielded Twisted Pair (UTP)-kabels en niet-afgeschermde connectoren. Dit maakt het mogelijk om van SD- naar HD-camera's te upgraden zonder de bestaande kabel- en connectorinfrastructuur te hoeven wijzigen.

C ² B ondersteunt de overdracht van HD-video van zender naar ontvanger met resoluties tot 2 MPixel (1920 × 1080). Het is ontworpen om gebruik te maken van de maximale bandbreedtecapaciteit van de UTP-kabels en connectoren die traditioneel worden gebruikt voor SD-videosystemen en maakt het gebruik van kabellengtes tot 30 m mogelijk zonder hertransmissie. Om ervoor te zorgen dat C ² B voldoet aan alle auto-eisen, het maakt gebruik van verschillende optimalisaties voor EMC, waaronder geoptimaliseerde signaalconstructie, anti-aliasfilters en spectrumvormende filters.

C ² B beschikt over een besturingskanaal dat de overdracht van I2C-signalen tot 400 kHz, tot vier GPIO-signalen en interruptsignalen van de cameramodule aankan. Dit vergemakkelijkt systeemarchitecturen, waaronder niet alleen de lokale configuratie bestaande uit een microcontroller-eenheid (MCU) in de cameramodule en een MCU in de ECU/HU, maar ook de configuratie op afstand met behulp van een MCU in de ECU/HU die de cameramodule configureert. De vier GPIO's worden gebruikt voor het overbrengen van statische signalen over de C ² Knipperen. Er worden twee interruptsignalen geleverd om de C ² B-zender communiceert statusinformatie naar de C ² B ontvanger. C ² B past CRC-controle toe op de gegevens van het besturingskanaal en kan automatisch opnieuw verzenden starten als er een probleem optreedt.

klik voor grotere afbeelding

Figuur 2. C ² B architectuur overzicht. (Bron:Analoge apparaten)

C ² B ondersteunt waardetoevoegende functies voor automobielklanten, zoals kabeldiagnose (informatieverzameling over het optreden van kabelkortsluiting naar batterij en kortsluiting naar aarde) en het verzamelen, genereren, decoderen en verzenden van frametellingen om inzicht te geven in de integriteit van de verzonden gegevens.

Gedefinieerd en ontworpen voor automobieltoepassingen, C ² B maakt gebruik van verschillende blokken om EMC-conformiteit te garanderen over goedkope UTP-kabels en goedkope niet-afgeschermde connectoren. Deze omvatten echo-onderdrukking voor impedantie-mismatch, breedband common-mode-onderdrukking (belangrijk bij gebruik van UTP-kabels) en spectrumvorming van het uitgangssignaal om verminderde emissies te bieden. C ² B is getest en voldoet aan internationale EMC-normen op apparaatniveau en internationale EMC-normen op systeemniveau (CISPR 25 klasse 5 [emissies], ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9, ISO 7637-3 [immuniteit] , ISO 10605 [ESD]).

Deze functies maken C ² B een aantrekkelijke oplossing voor twee soorten autofabrikanten:degenen die nog steeds SD-camera-oplossingen gebruiken en op zoek zijn naar een upgradepad met een laag risico, en degenen die al zijn overgestapt op op digitale linktechnologie gebaseerde camera-oplossingen en op zoek zijn naar een kostenreductiepad van een high-definition analoge link-technologie.

Toepassingsruimten waarin C ² B biedt aanzienlijke systeemkostenvoordelen ten opzichte van alternatieve technologieën, zoals achteruitkijkcamera's, surround-camerasystemen, e-spiegel en inzittendenbewakingssystemen. Het onafhankelijk gevalideerde visueel verliesvrije karakter van C ² B kan een vergelijkbare high-definition prestatie bieden als digitale linktechnologieën en tegelijkertijd aanzienlijke kostenbesparingen op systeemniveau opleveren.

klik voor grotere afbeelding

Figuur 3. Vergelijking van videoframe-opnames voor een digitale link versus een C ² Knipperen. (Bron:Analoge apparaten)

klik voor grotere afbeelding

Figuur 4. Vergelijking van videoframe-opnames voor een digitale link versus C ² Knipperen. (Bron:Analoge apparaten)

C ² B stelt autofabrikanten in staat om bestaande SD-camera's te upgraden naar HD of vergemakkelijkt de migratie van een systeem met behulp van een digitale verbindingstechnologie om de systeemkosten te verlagen. Met evaluatieborden voor de C ² B-zender (ADV7992) en C ² B-ontvanger (ADV7382/ADV7383), zoals verkrijgbaar bij Analog Devices, kunnen OEM's technologieonderzoek en systeemprototyping versnellen. Tijdens het prototypen van het systeem kan de C ² B zender evaluatie board kan worden gebruikt als een C ² B-bron bij het ontwikkelen van een ontvanger, terwijl de C ² B ontvanger evaluatiebord kan worden gebruikt als een C ² B zinken bij het ontwikkelen van een camera.