Surmonter les problèmes de liaison de caméra automobile

Les systèmes de caméras et les technologies de liaison de caméras sont déployés dans une gamme toujours croissante d'applications dans les véhicules pour aider les conducteurs et améliorer l'expérience de conduite. Les systèmes traditionnels de caméras de recul (RVC) dotés d'une seule caméra sont remplacés par des systèmes de vision panoramique (SVS) dotés de quatre caméras ou plus qui offrent une perspective à 360° du véhicule. Les enregistreurs de conduite, la surveillance des angles morts, la vision nocturne, la reconnaissance des panneaux de signalisation, les moniteurs de sortie de voie, le régulateur de vitesse adaptatif, le freinage d'urgence et les systèmes anticollision à basse vitesse contribuent tous à alléger la charge du conducteur. Pour améliorer l'expérience de conduite, des caméras sont également introduites pour des applications aussi diverses que la surveillance des signes vitaux du conducteur, la détection des occupants et la reconnaissance des gestes pour l'interface homme-machine (IHM). Les développements dans les systèmes de caméras permettent même aux constructeurs automobiles de réimaginer la silhouette du véhicule en remplaçant les caractéristiques traditionnelles comme les rétroviseurs extérieurs.

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Figure 1. Prolifération des caméras dans les véhicules modernes. (Source :Appareils analogiques)

La plupart des diverses applications de caméra répertoriées partagent une genèse dans les systèmes RVC à définition standard (SD) encore présents dans de nombreux véhicules d'aujourd'hui. Les systèmes de caméras SD sont régulièrement déployés dans les applications automobiles depuis plus d'une décennie, proliférant des véhicules haut de gamme vers la gamme de véhicules plus large en réponse aux exigences législatives et aux attentes des clients. Les systèmes vidéo SD offraient aux équipementiers automobiles de nombreux avantages précieux :un faible risque grâce à la maturité d'une technologie éprouvée dans l'industrie de la télévision grand public depuis de nombreuses années, une faible demande de bande passante permettant d'utiliser des câbles et des connecteurs bon marché tout en maintenant des émissions contrôlées, et une gamme mature d'encodeurs et de décodeurs vidéo avec une gestion éprouvée des entrées vidéo potentiellement instables.

Aujourd'hui, l'omniprésence des écrans ultra-haute définition (UHD) dans les appareils grand public entraîne le besoin d'écrans de plus grande et plus haute définition dans tous les types de véhicules. Alors que la vidéo SD peut sembler satisfaisante sur un écran plus petit, les consommateurs d'aujourd'hui peuvent facilement percevoir ses défauts sur un écran plus grand (par exemple, le manque de détails haute fréquence causé par la bande passante limitée de la vidéo SD ou les artefacts de couleurs croisées introduits lors de la séparation de la luminance et les signaux de chrominance les uns des autres dans le signal modulé). La tendance vers des écrans plus grands a amené les constructeurs automobiles à mettre au défi de mettre à niveau le reste de leurs architectures de caméras vers la haute définition. Un élément clé impliqué dans la résolution de ce défi est la technologie de liaison de caméra sélectionnée pour transférer les données d'image de la caméra à l'unité de réception (par exemple, l'ECU ou l'affichage).

La première caractéristique de cas d'utilisation lors de la sélection d'une nouvelle technologie de liaison de caméra pour une application est la bande passante requise. Les systèmes de caméras varient considérablement en termes de besoins en bande passante. Les systèmes RVC traditionnels utilisant des résolutions vidéo SD nécessitent de faibles bandes passantes (par exemple, 6 MHz). Les systèmes SVM, généralement utilisés à basse vitesse, utilisent de faibles taux de rafraîchissement (par exemple, 30 Hz) pour maximiser l'exposition, ce qui peut limiter la bande passante requise. Les systèmes de remplacement de miroir d'aile, qui fonctionnent sur toute la plage de vitesses de fonctionnement d'un véhicule, utilisent des taux de rafraîchissement plus élevés (par exemple, 60 Hz ou plus) pour minimiser la latence, ce qui nécessite une bande passante accrue. Les caméras frontales pour les applications de conduite autonome exigent des résolutions ultra-élevées (par exemple, 18+ MPixel) et ont donc des exigences de bande passante très élevées. De nombreuses technologies de liaison de caméra existent pour offrir une large gamme de capacités de bande passante. Leur sélection est influencée par, et peut influencer, plusieurs aspects du système de caméra et du véhicule dans son ensemble.

Qualité d'image

La qualité d'image que permet une technologie de liaison de caméra est un facteur critique dans la conception de l'architecture. L'envoi de données vidéo via une technologie de liaison de caméra qui ne fournit pas une bande passante suffisante peut entraîner la perte de l'intégrité de l'image ou une perte complète de l'image. La dégradation de l'image causée par la technologie de liaison de caméra peut être évaluée en mesurant des facteurs tels que la netteté de l'image et la plage dynamique.

Attributs de câble

L'ensemble complet de câbles ou faisceau de câbles d'un véhicule moderne est l'un de ses composants les plus complexes, les plus lourds et les plus difficiles à installer. Avec la voiture moyenne comportant bien plus d'un kilomètre de câblage, le faisceau exige des considérations sérieuses. Dans un premier temps, les applications nécessitant une bande passante plus élevée (par exemple, les caméras frontales ultra haute résolution pour les véhicules autonomes) nécessitent des câbles lourds et de haute qualité. Le poids des câbles est devenu un sujet d'examen minutieux ces dernières années, étant donné l'accent mis sur la fabrication de voitures plus légères et plus efficaces dans le but d'augmenter l'autonomie des véhicules à moteur à combustion et des véhicules électriques. Pour les applications impliquant un routage complexe à travers un véhicule, le rayon de courbure supporté par un câble peut être important. Pour les applications où la caméra est située dans une partie du corps à charnière (par exemple, la porte pour les systèmes SVM ou le couvercle de coffre pour les systèmes RVC et SVM), la robustesse du câble pour ouvrir et fermer les cycles est essentielle. Pour les applications où le câble peut être exposé à des environnements difficiles, une résistance à l'eau peut être requise.

Quels que soient la technologie de liaison de caméra et le type de câble choisis, chaque centimètre de câble a un coût et, lorsque tous les coûts du faisceau sont rassemblés, cela peut faire du faisceau l'un des trois éléments les plus chers du véhicule.

Les systèmes vidéo SD traditionnels, en raison de leurs faibles besoins en bande passante, facilitent l'utilisation de câbles légers extrêmement économiques. Dans de nombreux cas, des câbles à paires torsadées non blindées (UTP), similaires à ceux normalement utilisés pour les liaisons de contrôle à faible vitesse telles que CAN, sont utilisés pour la vidéo SD.

Connecteurs

Un autre élément crucial du faisceau de câbles et de ses modules connectés sont les connecteurs électriques. En plus de connecter le faisceau aux modules de commande, aux capteurs ou aux moteurs, les connecteurs sont également utilisés pour joindre différentes sections du même câble à l'intérieur du faisceau (connecteurs en ligne). Les connecteurs en ligne sont largement utilisés dans l'industrie automobile pour simplifier la construction, l'installation et la facilité d'entretien du faisceau. Par exemple, l'utilisation d'un connecteur en ligne très proche d'une caméra signifie que, si la caméra est endommagée, elle peut être remplacée sans perturber significativement le reste du faisceau de câblage du véhicule.

Le choix du connecteur, en commun avec le choix du câble décrit ci-dessus, peut être un facteur déterminant du coût global d'un système de caméra. Les systèmes haute résolution exigent généralement des connecteurs prenant en charge des bandes passantes plus élevées et sont donc plus chers.

D'autres considérations concernant le connecteur incluent l'empreinte du connecteur sur la surface du PCB et de l'ECU, si le connecteur doit être scellé ou non scellé, et si un codage couleur/saisie est requis.

Les systèmes vidéo SD traditionnels facilitent l'utilisation de connecteurs économiques sur la caméra et l'ECU ou l'unité principale (HU). Par exemple, les signaux vidéo d'un système RVC vidéo SD sont souvent acheminés dans l'ECU ou l'HU avec d'autres signaux (par exemple, les réseaux de contrôle et les signaux d'alimentation requis) sur un connecteur multibroches ; une liaison numérique nécessite généralement des connecteurs dédiés, qui introduisent des contraintes de PCB et d'emballage sur un calculateur.

Architecture du véhicule

L'architecture du véhicule concerné peut avoir plusieurs influences sur le choix de la technologie de liaison de caméra appropriée. Les longueurs de câble dans les véhicules standard peuvent souvent aller jusqu'à plusieurs mètres de long et, les consommateurs tendant vers des véhicules utilitaires sportifs plus gros, les longueurs de câble augmentent. Certaines architectures de véhicules ont des fonctionnalités supplémentaires qui peuvent poser de nouveaux problèmes de longueur de câble, telles que l'assistance à la marche arrière de la remorque pour prendre en charge la marche arrière et la manœuvre des remorques.

Les véhicules commerciaux sont un autre défi d'architecture dans lequel les systèmes de caméras tendent les câbles à leur longueur maximale. La plupart des technologies de liaison de caméra peuvent prendre en charge n'importe laquelle de ces architectures et fonctionnalités de véhicule, mais certaines peuvent nécessiter des modules supplémentaires tels que des répéteurs ou des retransmetteurs pour prendre en charge de longues longueurs de câble.

CEM

La robustesse des émissions électromagnétiques et de l'immunité du câble est un autre facteur critique dans le processus de sélection de la technologie de liaison de caméra, car le câble peut devenir une antenne dans le véhicule avec des résultats préjudiciables. La prolifération des systèmes électriques et électroniques dans le véhicule a entraîné une dépendance croissante vis-à-vis de ces systèmes coexistant de manière compatible. Il n'est pas acceptable qu'un système (par exemple, un système RVC) influence ou soit influencé par un autre système (par exemple, un moteur de traction de véhicule électrique ou un mécanisme de siège électrique), lorsque l'un ou l'autre est activé. À cette fin, il est essentiel que les technologies de liaison soient prises en compte pour leurs émissions et leurs performances d'immunité avant la sélection.

Pour s'assurer que les agresseurs internes ou externes n'interfèrent pas avec les systèmes du véhicule, les constructeurs automobiles testeront tous les systèmes selon leurs normes CEM spécifiques. Ces tests sont d'abord effectués au niveau du système (par exemple, une caméra de recul ou un système de vision panoramique). Ces tests sont coûteux, longs et difficiles, mais garantissent que chaque module a un haut niveau de robustesse avant d'être intégré dans le véhicule. Une fois les tests au niveau du système terminés avec succès, le constructeur automobile doit également vérifier le fonctionnement et les performances du système dans le véhicule en testant la capacité du système à fonctionner lorsqu'il est bombardé par des signaux rayonnés de haute puissance (immunité rayonnée). Le fabricant mesurera également les bandes de réception de toutes les antennes du véhicule (par exemple, FM, GPS, cellulaire, Wi-Fi, etc.) pour s'assurer qu'aucun signal brouilleur n'est présent. Résoudre les problèmes EMC au niveau du véhicule peut être coûteux et prendre du temps.

Autres exigences

En plus des exigences déjà décrites, une myriade d'autres exigences guident le choix d'une technologie de liaison de caméra, telles que la disponibilité du canal de contrôle, la précision des pixels et les évaluations ASIL.

Sélection d'une technologie Camera Link

Le choix d'une technologie de liaison de caméra lors de la conception d'un système de caméra est influencé par une multitude de facteurs. Le choix d'une technologie de liaison de caméra influence également plusieurs aspects du véhicule dans lequel elle est intégrée. Les systèmes RVC traditionnels, basés sur les technologies vidéo SD, offraient aux équipementiers automobiles une méthode extrêmement fiable et économique pour transférer la vidéo dans le véhicule. Ces dernières années, cependant, des tendances de consommation ont émergé pour rendre les systèmes vidéo SD de moins en moins acceptables sur des écrans plus grands. Les évolutions législatives et les attentes des consommateurs se sont également conjuguées pour continuer à augmenter le nombre de caméras dans chaque nouveau véhicule.

Ces tendances et développements servent de toile de fond à l'émergence de plusieurs technologies de liaison de caméras qui sont utilisées dans les véhicules d'aujourd'hui à travers le spectre des systèmes de caméras automobiles. Aujourd'hui encore, les technologies de liaison de caméra vont des technologies vidéo SD (par exemple, CVBS) éprouvées dans les systèmes SD RVC traditionnels aux technologies de liaison analogique haute définition, en passant par les technologies de liaison numérique haute définition.

Les technologies vidéo SD ne peuvent permettre que des applications à faible bande passante mais nécessitent à l'inverse des câbles et des connecteurs très économiques. Les technologies de liaison numérique permettent des applications à large bande passante et offrent des avantages tels que la précision des pixels, mais nécessitent généralement des câbles et des connecteurs plus coûteux. Technologies de liaison analogique haute définition telles que le bus de caméra de voiture (C ² B) offrent un compromis entre les deux approches susmentionnées :fournir une vidéo haute définition conforme à la CEM sur des câbles et des connecteurs économiques.

Technologie de liaison de caméra analogique haute définition

Un avantage d'utiliser une technologie de transmission vidéo analogique haute définition C ² B est qu'ils ont été conçus dès le départ pour être utilisés comme lien de caméra automobile. C ² B prend en charge la vidéo HD sur des câbles à paires torsadées non blindées (UTP) et des connecteurs non blindés. Cela permet de passer des caméras SD aux caméras HD sans avoir à modifier l'infrastructure de câbles et de connecteurs existante.

C ² B prend en charge le transfert de vidéo HD de l'émetteur au récepteur à des résolutions allant jusqu'à 2 MPixel (1920 × 1080). Il est conçu pour utiliser la capacité de bande passante maximale des câbles et connecteurs UTP traditionnellement utilisés pour les systèmes vidéo SD et permet d'utiliser des longueurs de câble jusqu'à 30 m sans retransmission. Pour s'assurer que C ² B répond à toutes les exigences automobiles, il utilise plusieurs fonctionnalités d'optimisation pour la CEM, notamment une construction de signal optimisée, des filtres anticrénelage et des filtres de mise en forme du spectre.

C ² B dispose d'un canal de contrôle qui peut gérer la transmission de signaux I2C jusqu'à 400 kHz, jusqu'à quatre signaux GPIO et les signaux d'interruption du module de caméra. Cela facilite les architectures système, y compris non seulement la configuration locale comprenant une unité de microcontrôleur (MCU) dans le module de caméra et un MCU dans l'ECU/HU, mais également la configuration à distance à l'aide d'un MCU dans l'ECU/HU configurant le module de caméra. Les quatre GPIO sont utilisés pour transférer des signaux statiques à travers le C ² Clignoter. Deux signaux d'interruption sont fournis pour permettre au C ² L'émetteur B communique les informations d'état au C ² récepteur B. C ² B applique la vérification CRC aux données du canal de contrôle et peut automatiquement lancer la retransmission en cas de problème.

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Figure 2. C ² Présentation de l'architecture B. (Source :Appareils analogiques)

C ² B prend en charge des fonctionnalités à valeur ajoutée pour les clients automobiles, telles que le diagnostic des câbles (collecte d'informations sur l'occurrence d'événements de court-circuit à la batterie et à la terre) et la collecte, la génération, le décodage et la transmission du nombre de trames pour donner un aperçu de l'intégrité du données transmises.

Défini et conçu pour les applications automobiles, C ² B utilise plusieurs blocs pour assurer la conformité CEM sur les câbles UTP à faible coût et les connecteurs non blindés à faible coût. Ceux-ci incluent l'annulation d'écho pour la non-concordance d'impédance, le rejet de mode commun à large bande (important lors de l'utilisation de câbles UTP) et la mise en forme du spectre du signal de sortie pour fournir des émissions réduites. C ² B est testé et conforme aux normes CEM internationales au niveau de l'appareil et aux normes CEM internationales au niveau du système (CISPR 25 classe 5 [émissions], ISO 11452-2/ISO 11452-4/ISO 11452-9, ISO 7637-3 [immunité] , ISO 10605 [ESD]).

Ces fonctionnalités font de C ² B une solution attrayante pour deux types de constructeurs automobiles :ceux qui utilisent encore des solutions de caméras SD et recherchent une voie de mise à niveau à faible risque, et ceux qui sont déjà passés à des solutions de caméras basées sur la technologie de liaison numérique et recherchent une voie de réduction des coûts de une technologie de liaison analogique haute définition.

Espaces applicatifs dans lesquels C ² B offre des avantages significatifs en termes de coût du système par rapport aux technologies alternatives, notamment les caméras de recul, les systèmes de caméras panoramiques, les miroirs électroniques et les systèmes de surveillance des occupants. La nature visuellement sans perte validée de manière indépendante de C ² B peut fournir des performances haute définition similaires à celles des technologies de liaison numérique tout en permettant d'importantes économies au niveau du système.

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Figure 3. Comparaison des captures d'images vidéo pour un lien numérique par rapport à un C ² Clignoter. (Source :Appareils analogiques)

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Figure 4. Comparaison des captures d'images vidéo pour un lien numérique vs C ² Clignoter. (Source :Appareils analogiques)

C ² B permet aux constructeurs automobiles de mettre à niveau les caméras SD existantes vers la HD ou facilite la migration d'un système à l'aide d'une technologie de liaison numérique pour réduire le coût du système. Avec des tableaux d'évaluation pour le C ² Émetteur B (ADV7992) et C ² récepteur B (ADV7382/ADV7383), comme ceux disponibles auprès d'Analog Devices, les OEM peuvent accélérer l'investigation technologique et le prototypage du système. Lors du prototypage du système, le C ² La carte d'évaluation de l'émetteur B peut être utilisée comme C ² B source si développement d'un récepteur, tandis que le C ² La carte d'évaluation du récepteur B peut être utilisée comme C ² B évier si vous développez une caméra.