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汽車用攝像頭類系統(tǒng)，包含但不限于攝像監(jiān)視系統(tǒng)（CMS）、車載視頻行駛記錄系統(tǒng)、汽車流媒體后視鏡、汽車用紅外探測裝置、全景視覺泊車輔助系統(tǒng)、倒車影像、智能前照燈、高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）、駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)等。諸多汽車用攝像頭類系統(tǒng)，均以視覺圖像的采集分析傳遞為核心功能，有效提升汽車出行的效率和質(zhì)量。
1. ?現(xiàn)有評價體系
目前國內(nèi)可采用的汽車用攝像頭系統(tǒng)圖像質(zhì)量評價可分為兩個體系:一是以 QC/T《汽車用攝像頭》為基礎(chǔ)和參照的中國國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)、國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)體系；二是以 UN-R46/ISO 16505 為核心的攝像監(jiān)視系統(tǒng)（CMS）安全法規(guī)。?
QC/T《汽車用攝像頭》與 UN-R46/ISO 16505 雖面向的攝像頭產(chǎn)品不同，但其大體的測試布置相類似，且此種測試布置也是攝像頭類產(chǎn)品進(jìn)行圖像測試的基礎(chǔ)布置，如圖 1 所示。
根據(jù)測試項目不同，選取不同的圖卡，將攝像頭光軸調(diào)整至與圖卡法線重合，在既定光照條件和滿足圖卡體現(xiàn)在終端圖像中像素數(shù)量要求的情況下進(jìn)行拍攝，根據(jù)攝像頭產(chǎn)品種類的不同，選擇不同的圖像來源進(jìn)行圖像數(shù)值量化的處理分析。
例如，在 CMS 的圖像評價中，用于處理分析的圖像來源于 CMS 的監(jiān)視器，在行車記錄儀的圖像評價中，用于處理分析的圖像來源于行車記錄儀的存儲器，而在視覺泊車輔助系統(tǒng)的圖像評價中，用于處理分析的圖像來源于產(chǎn)品內(nèi)部的視頻流。當(dāng)用于處理分析的圖像來源于產(chǎn)品監(jiān)視器的情況下，產(chǎn)品監(jiān)視器同樣存在既定光照條件。
兩個評價體系均從產(chǎn)品性能與安全角度出發(fā)對汽車用攝像頭類系統(tǒng)進(jìn)行圖像評價，但國內(nèi)的體系更多地考量了產(chǎn)品在設(shè)計中的量化性能指標(biāo)，而 UN-R46/ISO 16505 評價體系則更多地考量了產(chǎn)品在實際使用環(huán)境下的安全功效。
2. ?國內(nèi)評價體系?
QC/T《汽車用攝像頭》作為國內(nèi)首個將影視技術(shù)導(dǎo)入汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，自 2015 年年初開始調(diào)研，已報批，預(yù)計 2019 年年底發(fā)布。
QC/T《汽車用攝像頭》是現(xiàn)行正在制定的流媒體后視鏡、全景視覺泊車輔助系統(tǒng)、高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）、車載視頻行駛記錄系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)的零部件級的支持性標(biāo)準(zhǔn)和引用標(biāo)準(zhǔn)，也可作為第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)對整車認(rèn)證的參考性標(biāo)準(zhǔn)和檢測依據(jù)，也可作為準(zhǔn)入管理的引用標(biāo)準(zhǔn)。
此體系的圖像考核項如下：幀率、有效像素、視場角、 MTF 值、SNR、動態(tài)范圍、最高照度、最低照度、光軸中心精度、自動增益、白平衡、啟動時間、系統(tǒng)延時、色彩還原、炫光、鬼像，包含了攝像頭系統(tǒng)的色彩性能、分辨率性能、時間特性以及對亮暗不同光照環(huán)境下的圖像處理性能。
此評價體系將汽車用攝像頭系統(tǒng)的圖像質(zhì)量逐項細(xì)化至底層指標(biāo)，以這些指標(biāo)來限制汽車用攝像頭系統(tǒng)最終輸出的圖像質(zhì)量。諸多指標(biāo)的要求往往來源于以往測試的經(jīng)驗結(jié)果，參考了照相攝像行業(yè)、安防及消費類電子行業(yè)的相關(guān)系統(tǒng)要求，理論推算較少。
- 幀率，攝像頭系統(tǒng)單位時間內(nèi)成像的次數(shù)；
- 有效像素，表征攝像頭系統(tǒng)的像素分布與數(shù)量；視場角，是攝像頭系統(tǒng)的水平垂直視野范圍；
- MTF 值，表征攝像頭系統(tǒng)在正常光照條件下的分辨率質(zhì)量；
- SNR，信噪比，表征攝像頭系統(tǒng)成像的噪點大小相關(guān)，是視頻信號的大小與噪聲信號（無用信號）
- 大小的比例；動態(tài)范圍，表征攝像頭系統(tǒng)影像層次的分明程度，是攝像設(shè)備能夠記錄的從最黑到最白之間的最大影調(diào)范圍；
- 最高照度，可試驗攝像頭系統(tǒng)在午間大照度下的成像能力；
- 最低照度，可試驗夜間低照度條件下分辨率質(zhì)量；
- 光軸中心精度，是攝像頭系統(tǒng)的鏡頭光學(xué)校核；
- 自動增益，要求攝像頭系統(tǒng)在亮暗、暗亮切換條件下響應(yīng)時間不高于 1s，使 車輛在進(jìn)出隧道涵洞時保持連續(xù)的記錄能力；
- 白平衡，描述了攝像頭系統(tǒng)對于不同光源照明條件下的被拍攝物體所得到的影像還原應(yīng)具有與人眼在相同照明條件下觀察被拍攝物體相符合的
色彩再現(xiàn)的能力；
- 啟動時間和系統(tǒng)延時，保證了攝像頭系統(tǒng)開機(jī)和正常運行下的及時反應(yīng)；
- 色彩還原，即攝像頭系統(tǒng)真實重現(xiàn)被攝物體顏色的能力，基于 CIE 1976 色度空間；
- 炫光，由于視野中不適宜的亮度分布，在空間或時間上存在極端的亮度對比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件，表征了攝像
- 頭系統(tǒng)在極端的亮光照射下的亮度處理能力，炫光模擬了日常成像條件中最為嚴(yán)苛的一種；
- 鬼像，代表了攝像頭系統(tǒng)在視界中存在高亮度點光源引發(fā)的附加像的情況下的亮度處理能力。
MTF 值、SNR、動態(tài)范圍、最高照度、最低照度、自動增益、白平衡、色彩還原均采用如圖 1 所示的基礎(chǔ)測試布置，取得不同光照條件（光源類型與照度）下拍攝不同圖卡的圖像進(jìn)行色度、亮度以及調(diào)制傳遞函數(shù)方面的數(shù)字解像；
而幀率、啟動時間作為攝像頭系統(tǒng)的時間特性，多數(shù)采用秒拍法試驗；有效像素、視場角、光軸中心精度屬于攝像頭系統(tǒng)的硬件參數(shù)驗證，分別由圖像播放器、多軸云臺測定；
炫光、鬼像源于實際使用時的惡劣光學(xué)環(huán)境，需要特定的太陽光模擬器與鬼像點光源來模擬光照條件，再對拍攝圖像進(jìn)行亮度解像。
國內(nèi)評價體系，為兼顧多種汽車用攝像頭類系統(tǒng)，評價項較多而雜，覆蓋了目前世界上主流的圖像評價項目，但未能針對不同汽車用攝像頭類系統(tǒng)的實際使用場景進(jìn)行足夠的模擬測試，也未能根據(jù)當(dāng)前汽車用攝像頭類系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計而提出全新的測試評價方法。
3. ?UN-R46/ISO 16505 評價體系?
自 UN-R46 更新至 ECE R46/Rve.1/Add.45/rev6/2016 版本，世界上首次在安全法規(guī)領(lǐng)域大體明確了攝像監(jiān)視系統(tǒng)（CMS）作為間接視野的最低圖像質(zhì)量要求，規(guī)定了 CMS 替代傳統(tǒng)光學(xué)視鏡的情況下也必須提供最低限度的行駛安全以及人體工程學(xué)的性能要求。
攝像監(jiān)視系統(tǒng)（CMS），是目前汽車工業(yè)為減輕傳統(tǒng)間接視野裝置的風(fēng)阻、風(fēng)噪、重量，改變目前傳統(tǒng)間接視野裝置固定反射率、存在視野盲區(qū)、直接視野需穿過車窗的劣勢，而推出的汽車用攝像頭系統(tǒng)，基本由攝像單元與監(jiān)視器單元構(gòu)成，可針對不同天氣道路環(huán)境具備多種工作模式，提升惡劣道路環(huán)境下的視野能力。
此體系下的圖像考核項如下：亮度調(diào)整、監(jiān)視器各向同性、亮度和對比度復(fù)現(xiàn)、灰度等級復(fù)現(xiàn)、色彩還原、偽影、銳度和視野深度、幾何變形、閃變、時間特性、放大倍數(shù)和分辨率。此體系重在考核 CMS 在惡劣光照條件下的圖像工作能力。
亮度調(diào)整，是 CMS 監(jiān)視器基礎(chǔ)的亮暗調(diào)整功能校驗；監(jiān)視器各向同性，以亮度為基準(zhǔn)考核了 CMS 監(jiān)視器的人機(jī)功能能效；
亮度和對比度復(fù)現(xiàn)，對日間、黃昏、夜間、陽光直射四種狀態(tài)下的監(jiān)視器圖像辨識度實施亮度解像；
灰度等級復(fù)現(xiàn)，屬于判別 CMS 對不同光密度值灰度塊的真實反映能力，也在一定程度上代表了動態(tài)范圍的能力；
色彩還原，即 CMS 真實重現(xiàn)被攝物體顏色的能力；偽影點光源重現(xiàn)了 CMS 在夜間對于后方 250m 遠(yuǎn)處的車輛近光燈的識別能力，偽影漏光、偽影光暈和鏡頭耀光辨別了 CMS 對于視野內(nèi)存在高亮點光源的情況下的偽影處理能力和保留足夠正常視界的能力；
銳度，要求計算 CMS 成像中心區(qū)域和 70%視場區(qū)域的 MTF50 值，表征了 CMS 圖像的銳化清晰程度；視野深度（分辨率），要求 CMS 在 4m、6m 和 10m 的距離上有足夠的清晰度；
幾何變形，表征了 CMS 作為汽車用攝像頭系統(tǒng)的終端圖像畸變程度；閃變，要求 CMS 監(jiān)視器的閃爍對于人眼有足夠的“親和”程度；時間特性，保證了 CMS 在開機(jī)和正常運行下的及時反應(yīng)；放大倍數(shù)，使 CMS 確認(rèn)具備與傳統(tǒng)間接視野裝置同樣的實景縮放能力。
此體系下近乎所有的測試均采用如圖 1 所示的基礎(chǔ)測試布置，取得不同光照條件下拍攝不同圖卡的圖像進(jìn)行色度、光度以及調(diào)制傳遞函數(shù)方面的數(shù)字解像，與國內(nèi)評價體系最大的不同在于 UN-R46/ISO 16505 評價體系針對監(jiān)視器提出了特別的光照條件和專攻的測試項目，例如監(jiān)視器各向同性。?
UN-R46/ISO 16505 評價體系著重于 CMS 替代傳統(tǒng)間接視野裝置的安全性能，以人眼觀看 CMS 監(jiān)視器為基準(zhǔn)，以 CMS 監(jiān)視器顯示亮度為基礎(chǔ)測試來源，可以保證 CMS 至少具備所替代的傳統(tǒng)間接視野裝置的圖像性能，并在夜間、強(qiáng)光照射下具備更優(yōu)的成像能力。
但，UN-R46/ISO 16505 評價體系規(guī)避了對 CMS 的產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)進(jìn)行底層評價（例如明確的信噪比與動態(tài)范圍測試），也未包含詳盡的道路燈光環(huán)境與天氣環(huán)境進(jìn)行模擬測試。
4. 思考與建議?
現(xiàn)行的汽車用攝像頭圖像質(zhì)量評價體系最大的問題在于未能及時跟隨汽車用攝像頭系統(tǒng)的產(chǎn)品進(jìn)步。汽車用攝像頭系統(tǒng)產(chǎn)品已為適應(yīng)復(fù)雜多變的天氣氣候、光照條件和道路環(huán)境進(jìn)行了設(shè)計改善，但相應(yīng)的測試手段和方法還停留在傳統(tǒng)影像行業(yè)的水平，未能匹配汽車用攝像頭系統(tǒng)大廣角、高動態(tài)范圍的圖像特點，且未能完全重現(xiàn)當(dāng)前交通道路的光學(xué)環(huán)境。
為適應(yīng)當(dāng)今和未來交通道路的光學(xué)環(huán)境、為駕駛員和車輛提供信息足夠且令人滿意的圖像，應(yīng)著力發(fā)展相應(yīng)的測試方法與自動化動態(tài)測試設(shè)備解決以下問題：
（1）LED 閃爍問題。交通道路的光學(xué)環(huán)境充斥著越來越多的各色 LED 光源，LED 光源由不同頻率和占空比的信號驅(qū)動，可以每秒脈沖數(shù)百次，且具有變化的占空比，這類光源對于人眼是恒定發(fā)光的，但是如若汽車用攝像頭系統(tǒng)沒有比 LED 光源“開啟時段”更短的成像時間，也就是當(dāng)汽車用攝像頭系統(tǒng)成像定位與 LED 光源不匹配時，會輸出給駕駛員或車輛錯誤的燈光信息，例如觀察到后方車輛閃爍的前照燈或無法辨別交通信號燈的狀態(tài)，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患。
（2）圖像愉悅度與圖像實用性的平衡。例如，為了獲得對實景細(xì)節(jié)有足夠反饋的夜間圖像，會不得不降低圖像的信噪比，出現(xiàn)明顯噪點，而人眼對于噪點非常敏感，人眼更傾向于觀看高對比度、高信噪比的圖像。需要定義甚至是重新提出足夠平衡的參數(shù)來同時滿足圖像實用性與人眼觀看圖像愉悅度的矛盾要求。
（3）機(jī)器視覺成像評估。高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）所用的機(jī)器視覺目前不存在專用的系統(tǒng)級別圖像評價方法，如若 ADAS 圖像鏈出現(xiàn)失誤，將導(dǎo)致嚴(yán)重的道路交通安全事故。其他例如全景視覺泊車輔助系統(tǒng)的全景圖像評價、高動態(tài)范圍與色彩穩(wěn)定性、SNR 穩(wěn)定性、運動模糊度關(guān)聯(lián)下的評價，也都需要進(jìn)一步的研究發(fā)展。
