車載攝像頭系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系

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(cè)裝置、全景視覺泊車輔助系統(tǒng)、倒車影像、智能前照燈、高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）、駕駛員監(jiān)測(cè)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(píng)價(jià)體系

目前國(guó)內(nèi)可采用的汽車用攝像頭系統(tǒng)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)可分為兩個(gè)體系:一是以 QC/T《汽車用攝像頭》為基礎(chǔ)和參照的中國(guó)國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)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(cè)試布置相類似，且此種測(cè)試布置也是攝像頭類產(chǎn)品進(jìn)行圖像測(cè)試的基礎(chǔ)布置，如圖 1 所示。

根據(jù)測(cè)試項(xiàng)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?cái)?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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)中，用于處理分析的圖像來源于行車記錄儀的存儲(chǔ)器，而在視覺泊車輔助系統(tǒng)的圖像評(píng)價(jià)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(gè)評(píng)價(jià)體系均從產(chǎn)品性能與安全角度出發(fā)對(duì)汽車用攝像頭類系統(tǒng)進(jìn)行圖像評(píng)價(jià)，但國(guó)內(nèi)的體系更多地考量了產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中的量化性能指標(biāo)，而 UN-R46/ISO 16505 評(píng)價(jià)體系則更多地考量了產(chǎn)品在實(shí)際使用環(huán)境下的安全功效。

2. ?國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)體系?

QC/T《汽車用攝像頭》作為國(guó)內(nèi)首個(gè)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(bào)批，預(yù)計(jì) 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(jí)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(jí)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(duì)整車認(rèn)證的參考性標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)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(xiàng)如下：幀率、有效像素、視場(chǎng)角、 MTF 值、SNR、動(dòng)態(tài)范圍、最高照度、最低照度、光軸中心精度、自動(dòng)增益、白平衡、啟動(dòng)時(shí)間、系統(tǒng)延時(shí)、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(shí)間特性以及對(duì)亮暗不同光照環(huán)境下的圖像處理性能。

此評(píng)價(jià)體系將汽車用攝像頭系統(tǒng)的圖像質(zhì)量逐項(xiàng)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(cè)試的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果，參考了照相攝像行業(yè)、安防及消費(fèi)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(shí)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(chǎng)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(diǎn)大小相關(guān)，是視頻信號(hào)的大小與噪聲信號(hào)（無用信號(hào)）
• 大小的比例；動(dòng)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(yàn)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(yàn)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(dòng)增益，要求攝像頭系統(tǒng)在亮暗、暗亮切換條件下響應(yīng)時(shí)間不高于 1s，使 車輛在進(jìn)出隧道涵洞時(shí)保持連續(xù)的記錄能力；
• 白平衡，描述了攝像頭系統(tǒng)對(duì)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(dòng)時(shí)間和系統(tǒng)延時(shí)，保證了攝像頭系統(tǒng)開機(jī)和正常運(yùn)行下的及時(shí)反應(yīng)；
• 色彩還原，即攝像頭系統(tǒng)真實(shí)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(shí)間上存在極端的亮度對(duì)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(diǎn)光源引發(fā)的附加像的情況下的亮度處理能力。

MTF 值、SNR、動(dòng)態(tài)范圍、最高照度、最低照度、自動(dòng)增益、白平衡、色彩還原均采用如圖 1 所示的基礎(chǔ)測(cè)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(dòng)時(shí)間作為攝像頭系統(tǒng)的時(shí)間特性，多數(shù)采用秒拍法試驗(yàn)；有效像素、視場(chǎng)角、光軸中心精度屬于攝像頭系統(tǒng)的硬件參數(shù)驗(yàn)證，分別由圖像播放器、多軸云臺(tái)測(cè)定；

炫光、鬼像源于實(shí)際使用時(shí)的惡劣光學(xué)環(huán)境，需要特定的太陽光模擬器與鬼像點(diǎn)光源來模擬光照條件，再對(duì)拍攝圖像進(jìn)行亮度解像。

國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)體系，為兼顧多種汽車用攝像頭類系統(tǒng)，評(píng)價(jià)項(xiàng)較多而雜，覆蓋了目前世界上主流的圖像評(píng)價(jià)項(xiàng)目，但未能針對(duì)不同汽車用攝像頭類系統(tǒng)的實(shí)際使用場(chǎng)景進(jìn)行足夠的模擬測(cè)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(jì)而提出全新的測(cè)試評(píng)價(jià)方法。

3. ?UN-R46/ISO 16505 評(píng)價(jià)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(shì)，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(duì)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(xiàng)如下：亮度調(diào)整、監(jiān)視器各向同性、亮度和對(duì)比度復(fù)現(xiàn)、灰度等級(jí)復(fù)現(xiàn)、色彩還原、偽影、銳度和視野深度、幾何變形、閃變、時(shí)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(yàn)；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(duì)比度復(fù)現(xiàn)，對(duì)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(shí)度實(shí)施亮度解像；

灰度等級(jí)復(fù)現(xiàn)，屬于判別 CMS 對(duì)不同光密度值灰度塊的真實(shí)反映能力，也在一定程度上代表了動(dòng)態(tài)范圍的能力；

色彩還原，即 CMS 真實(shí)重現(xiàn)被攝物體顏色的能力；偽影點(diǎn)光源重現(xiàn)了 CMS 在夜間對(duì)于后方 250m 遠(yuǎn)處的車輛近光燈的識(shí)別能力，偽影漏光、偽影光暈和鏡頭耀光辨別了 CMS 對(duì)于視野內(nèi)存在高亮點(diǎn)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(jì)算 CMS 成像中心區(qū)域和 70%視場(chǎng)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(duì)于人眼有足夠的“親和”程度；時(shí)間特性，保證了 CMS 在開機(jī)和正常運(yùn)行下的及時(shí)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(shí)景縮放能力。

此體系下近乎所有的測(cè)試均采用如圖 1 所示的基礎(chǔ)測(cè)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(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)體系最大的不同在于 UN-R46/ISO 16505 評(píng)價(jià)體系針對(duì)監(jiān)視器提出了特別的光照條件和專攻的測(cè)試項(xiàng)目，例如監(jiān)視器各向同性。?

UN-R46/ISO 16505 評(píng)價(jià)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(cè)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(píng)價(jià)體系規(guī)避了對(duì) CMS 的產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行底層評(píng)價(jià)（例如明確的信噪比與動(dòng)態(tài)范圍測(cè)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(cè)試。

4. 思考與建議?
現(xiàn)行的汽車用攝像頭圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)體系最大的問題在于未能及時(shí)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(jì)改善，但相應(yīng)的測(cè)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(dòng)態(tài)范圍的圖像特點(diǎn)，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(cè)試方法與自動(dòng)化動(dòng)態(tài)測(cè)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(hào)驅(qū)動(dòng)，可以每秒脈沖數(shù)百次，且具有變化的占空比，這類光源對(duì)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(shí)段”更短的成像時(shí)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(shí)，會(huì)輸出給駕駛員或車輛錯(cuò)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(hào)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(shí)用性的平衡。例如，為了獲得對(duì)實(shí)景細(xì)節(jié)有足夠反饋的夜間圖像，會(huì)不得不降低圖像的信噪比，出現(xiàn)明顯噪點(diǎn)，而人眼對(duì)于噪點(diǎn)非常敏感，人眼更傾向于觀看高對(duì)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(shí)滿足圖像實(shí)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(píng)估。高級(jí)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(jí)別圖像評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)、高動(dòng)態(tài)范圍與色彩穩(wěn)定性、SNR 穩(wěn)定性、運(yùn)動(dòng)模糊度關(guān)聯(lián)下的評(píng)價(jià)，也都需要進(jìn)一步的研究發(fā)展。