摘要：文章綜述了國內外車用攝像機監視器系統（camera-monitor system，以下簡稱CMS）技術應用的基本情況，國內外標準和法規，CMS的功能性要求以及安裝要求。CMS有助於改善駕駛員的間接視野，改善空氣動力學特性並優化新車的燃油經濟性。根據聯合國第46號法規（UN-R46）[1]的最新版本和新標準ISO 16505[2]確立的標準框架，在歐洲及日本等國家批量生產的車輛中，可以採用CMS替代強制安裝的傳統視鏡。根據傳統後視鏡的特性，設計的CMS必須具有類似功能，包括時間特性、系統解析度、顯示對象的大小和視野。
北京魔方CMS，攝於2021廣州車展
1. 攝像機監視器系統技術背景
1.1 攝像機監視器系統技術現狀
CMS從用途來講就是汽車上用來替代傳統後視鏡的間接視野裝置。隨著智能網聯，自動駕駛，ADAS等新技術的出現，汽車正在向電子化、智能化方向飛速發展，汽車後視鏡也同樣在發展，未來後視鏡將允許被替代，攝像機加監視器的組合將用來解決後視野問題。利用攝像機監視器系統（CMS）替代標準強制規定安裝的後視鏡有助於降低車輛的空氣阻力，減小視野盲區，提高惡劣環境下的視野表現。同時替代後視鏡的攝像頭可以集成ADAS及智能網聯相關功能，並在車內的適當顯示器上實時顯示視覺信息。CMS包括一個攝像頭（camera），用於捕捉視野，並向電子控制單元（ECU）發送信號以進一步處理，然後利用顯示器（monitor）為駕駛員提供視野。
1.2 CMS在中國的情況
GB 15084《機動車輛 間接視野裝置 性能和安裝要求》[3]標準的內容以UN-R46法規中規定的要求和測試方法為基礎。因此，在中國安裝後視鏡也屬於強制性要求，且目前尚不允許用CMS替代此類後視鏡（V類和VI類後視鏡除外）。在2018年國內正式啟動了GB15084標準的修訂工作，在不久的將來國內允許用CMS替代傳統後視鏡成為可能。目前，有消息表示，該標準或將於2022年5月。
1.3 CMS在歐洲的情況
歐洲作為UN-R46法規最先實施的地區，在2016年就已經允許用CMS替代傳統後視鏡，各大整車企業也開始開發相關車型，目前已有乘用車及商用車的量產車型。
1.4 CMS在日本的情況
日本是《1958年協定書》的締約方，已經同步採用UN-R46法規，在此基礎上，日本已允許使用CMS替代車輛傳統視鏡。
1.5 CMS在美國的情況
美國間接視野裝置的法規FMVSS 111規定車輛必須配備物理後視鏡，尚不允許用CMS替代後視鏡。2014年3月，汽車製造商聯盟和特斯拉汽車公司請求NHTSA更新升級FMVSS 111，以使CMS合規。由於NHTSA希望在允許CMS前了解有關該系統的安全性能，汽車製造商聯盟開展了安全影響方面的研究，目前美國汽車製造商聯盟和NHTSA仍在進行有關該方面的溝通。
2.有關CMS的國外標準
根據UN-R46法規的要求，車輛必須配備提供間接視野的系統。通常，利用安裝在車輛上的傳統後視鏡提供間接視野。根據新國際標準ISO 16505《道路車輛—攝像頭監控系統的人機工程學和性能方面—要求和測試程序》，概述了利用攝像頭監控系統替代此類必須配備的後視鏡時相應的技術要求。
根據ISO 16505發布了聯合國第46號法規的最新修正本。該修正本是首個允許在乘用車和商用車輛中使用CMS替代後視鏡的法規。世界車輛法規協調論壇（WP.29）於2015年11月通過了UN-R46的修正提案，並於2016年8月正式生效。
2.1 UN-R46
聯合國歐洲經濟委員會世界車輛法規協調論壇（UN-ECE WP.29）是UN-ECE的其中一個工作組。該工作組在2009年開始著手修訂R46號法規，以使攝像頭監控系統能夠替代所有後視鏡。為了確定技術參數和試驗方法，成立了攝像頭監控系統非正式工作組（IGCMS）。對於商用車輛，自2005年起，就允許使用CMS替代V類後視鏡（補盲後視鏡）和VI類後視鏡（前下視鏡）。這兩種類別的後視鏡僅在車輛處於低速工況（如倒車等）時使用，不宜對所有其他類別的後視鏡執行相同的要求。IGCMS的工作成果之一是在國際標準化組織（ISO）的專家團內對此類系統提出了一項提案。國際專家組於2010年至2014年期間進行了深入的研究，最終起草了ISO 16505，並且於2014年重組了IGCMS（ICGCMS II），根據ISO 16505標準內容，IGCMS II編制了UN R46的修正本，並新增了其他內容，而不是僅僅引用了ISO 16505標準的全部內容。該提案於2016年8月生效，允許替代以下類別的後視鏡：用於乘用車的I類後視鏡（內後視鏡）和III類後視鏡（主要外後視鏡）；用於商用車輛的II類後視鏡（主外後視鏡）、IV類後視鏡（廣角外後視鏡）、V類後視鏡（補盲外後視鏡）和VI類後視鏡（前外後視鏡）。
2.2 ISO 16505
ISO 16505規定了CMS作為替代強制安裝的後視鏡而必須滿足的最低技術要求，包括有關安全、人體工程學設計、性能要求以及測試方法。該新標準是未來標準CMS設計以及檢測機構對CMS進行檢測的依據。ISO 16505:2015標準文件於2015年5月首次發布，並於2019年出了修訂版ISO 16505:2019,主要進行了一些編輯性修改，主要技術內容沒有變化。ISO 16505:2019第2章為規範性引用文件，第3章描述了該標準所用術語和定義，其中一部分術語和定義與車輛及後視鏡有關，一部分術語和定義與各組件（包括攝像頭和監控器等）以及整個CMS有關的術語。標準第6章重點介紹並討論了詳細的系統技術要求，涉及到部件級及整車安裝要求。第7章明確規定了各項技術要求的測試方法及合格判定要求。ISO 16505:2019最後討論了功能安全問題，CMS是一個與安全相關的系統。
3 CMS的技術要求
3.1 功能要求
功能要求以圖像質量為主,雖然對V類和VI類CMS的功能要求主要包括亮度對比度和高光溢出，但因考慮到CMS不同的使用情形，對一類至四類CMS制定了幾項新要求。功能要求考核項如下:亮度調整、監視器各向同性、亮度和對比度復現、灰度等級復現、色彩還原、偽影、銳度和視野深度、幾何變形、閃變、時間特性、放大倍數和解析度。此方面要求重在考核CMS在不同環境光照條件下的圖像表現能力。
亮度調整，是CMS監視器基礎的亮暗調整功能校驗;監視器各向同性，以亮度為基準考核了CMS監視器的人機功能能效:亮度和對比度復現，對日間、黃昏、夜間、陽光直射四種狀態下的監視器圖像辨識度實施亮度解像;灰度等級復現，屬於判別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範圍的能力;色彩還原，即CMS真實重現被攝物體顏色的能力;偽影點光源重現了CMS在夜間對於後方250m遠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對於視野內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成像中心區域和70%視場區域的MTF50值，表徵了CMS圖像的銳化清晰程度;視野深度(解析度)，要求CMS在4m、6m和10m的距離上有足夠的清晰度:幾何變形，表徵了CMS作為汽車用攝像頭系統的終端圖像畸變程度;閃變，要求CMS監視器的閃爍對於人眼有足夠的」親和」程度;時間特性，保證了CMS在開機和正常運行下的及時反應:放大倍數，使CMS確認具備與傳統間接視野裝置同樣的實景縮放能力[4]。
3.2 整車安裝要求
除了針對CMS部件級的要求，還需要滿足整車安裝的要求，以便能符合車輛人機工程設計及給用戶提供穩定可靠的視野。
系統的開啟及關閉:規定了何時系統必須運行以及何時可以停用系統。大多數車輛乘員將在發動機點火鑰匙關閉後很快離開車輛。考慮到動力管理並結合安全性，在關閉圖像前（T1=）120秒以上的延時將允許大部分車輛乘員離開車輛。並且通過附加（T2=）300秒時間，直到乘員決定是否希望繼續或恢復CMS運行，圖像恢復時間低於（RT=）1秒，將在關閉點火鑰匙後乘員延遲離開車輛時，能夠使用CMS。未經繼續使用需求重新確認的延遲將被關閉，恢復時間不長於7秒，恢復時間也被定義為CMS冷啟動最大時間限值。
覆蓋圖：各覆蓋圖（例如圖標、標籤、彩色線條等）的最大尺寸限值為所需最小視野顯示區域的2.5%。此外，對於I類裝置，所需視野範圍內所有障礙物的最大總面積限值為15%，而對於所有其他類別的裝置，該限值為10%。
放大比例高寬比：本條款的目的是避免與實際景物差異巨大的水平及垂直高寬比視野的CMS設計，這種設計可能導致對車外視野的誤判。
監視器車內的集成：ISO 16505中視野顯示位置與監控裝置有關（在監控裝置左側顯示左側視野，在其右側顯示右側視野），而R46法規則規定根據相對於駕駛員基準眼點的位置布置監視器（在基準眼點左側顯示左側視野，在其右側顯示右側視野）。根據R46法規，可以安裝類似於目前車外後視鏡的監視器，而安裝在中控位置的替代傳統視鏡的監視器不被允許。
功能安全：由於攝像頭監控系統是一種與安全相關的電子系統，ISO 16505要求在開發過程中考慮其功能安全要求，因此ISO 16505參考了其他現行功能安全標準。R46法規未引用其他標準,該法規有自己的框架,該框架支持採用可以避免或控制軟體和硬體系統和隨機故障的方法。因此，該法規提供了經技術機構驗證的幾項標準，用於制定適當的安全方案，包括文件和驗證。安全方案的關鍵要求是確保在CMS出現任何電氣/電子故障時通知駕駛員（例如通過發出報警信號等方式）。
4 有關CMS的其他相關聯合國法規
除了R46法規之外，還有一些其他聯合國法規也會影響CMS在車輛中的一體化安裝。本節概述了開發過程中必須考慮的其他要求，以確保產品符合相關法規。
4.1 UN-R10（電磁兼容性）
UN-ECE R10描述了有關電磁兼容性（EMC）（即電磁輻射的發射和抗擾度）的要求。由於攝像頭監控系統是與一種與安全相關的電子系統，其必須具備抗磁場或電場特性。因此，R46法規要求攝像頭監控系統符合R10的技術要求。
4.2 UN-R21（內飾）
R46中要求涉及乘員對車內間接視野裝置（例如I類車內後視鏡等）的影響以及其他道路使用者（例如行人等）對車外間接視野裝置（例如III類車外後視鏡等）的影響。通過動態擺錘衝擊測試驗證衝擊要求。R46法規明確規定，只要車輛根據R21法規的要求獲得批准，CMS的監控器就無需做擺錘衝擊測試。
R21法規規定了避免乘員因身體碰撞內飾而受到傷害的要求。該法規僅限於M1類車輛（乘用車）。雖然車內後視鏡不受R21法規的約束，但由於CMS的監控器在該法規的範圍內，因此需要考慮該法規。R21法規中有幾項要求（例如凸起部分的曲率半徑、材料硬度和材料的能量耗散等）與不同頭部碰撞區有關。因此，不能籠統地回答要求和測試是否適用於CMS監控器以及哪些要求和測試適用於CMS監控器。具體取決於監控器在車輛內的位置。因此，監控器的一體化安裝需要仔細評估，以確保符合R21法規中有關頭部碰撞的要求。
4.3 UN-R48（照明和燈光信號裝置的安裝）
R48規定了M類和N類車輛（包括掛車（O類））照明和燈光信號裝置的安裝要求。該法規的目的是首先確保最低道路照明，其次是確保其他道路使用者可以充分識別車輛。法規要求乘用車（M1）配備兩個側轉向指示燈。在車輛上安裝時，這些燈具必須符合有關幾何可見度（角度）和光度（照度）的特定要求。在某些乘用車中，側轉向指示燈一體化安裝在車外後視鏡（III類）外殼中。如果用CMS替代後視鏡，則需要重新布置轉向指示燈。因此，轉向指示燈的重新布置需要仔細評估，以確保符合R48法規的相關要求。
4.4 UN-R95（側面碰撞保護）
根據R95法規對CMS的要求，在衝擊測試後，任何內部裝置或部件不得有明顯增加乘員傷害風險的尖銳突出物或鋸齒狀邊緣,該要求與監控器在車內的一體化安裝有關。
4.5 UN-R125（前方視野）
間接視野裝置的安裝而引起的對駕駛員直接視野的遮擋應該被減小至最低。對監控器一體化安裝的影響，由於較低的座椅位置和相對較高的前車門上邊緣，儀錶板和這些平面之間有限的可用空間顯然不適用於一體化安裝CMS的監視器，R125最新的修改單提出監視器在以下情況下可以獲得豁免：車輛配有經認證的傳統後視鏡作為標準配置，可以選擇用CMS替代經認證的後視鏡。CMS的遮擋程度不超過後視鏡的遮擋程度，監視器的位置儘可能接近被替換的後視鏡位置。
5 結語
隨著汽車電子化智能化的發展及相關標準體系的完善，越來越多的車企開始配備CMS來替代傳統視鏡，而國內隨著國標修訂工作的推進及相關檢測認證能力的完善，在不久的將來國內將會出現配備CMS的量產車型。
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