汽车倒车影像抗干扰电路设计研究

摘要:在汽车电子技术领域,机器视觉的各种应用也在对汽车设计进行着逐步的科技武装,倒车影像就是汽车机器视觉最早的应用之一,但是由于车身环境复杂多变,倒车影像的显现质量多为不太理想,为了提高汽车音响娱乐系统模拟视频信号抗干扰性能,通过对干扰路径的有效理论分析,进行总结归纳,创新采用差分电路设计方式,并经过电磁干扰,整车环境等各种模拟验证,充分验证了可靠性,从而有效提供出了高质量、低成本的车载模拟视频信号抗干扰电路的设计方案。

关键词:车载倒车影像;低成本;高性能;抗干扰电路

引言

汽车电子行业正处于大刀阔斧的改革创新时代,“互联网+冶及“机器视觉冶的浪潮不断改变人们的生活,影响着汽车电子的发展。汽车音响娱乐系统是汽车电子中的重要部分,近些年发展迅猛,视频技术也在汽车音响娱乐系统上有了越来越多的应用。随着视频显示技术的不断提高,车载视频产品已经开始迅猛的充斥着整个汽车电子市场。我们熟知的倒车影像已经不再是中高端以上轿车的专利,在一些小型车和微客上也已经配置倒车影像系统,倒车影像技术的应用也越来越趋于普遍化。这也让更多商用用途的消费者体验到科技配置给倒车入车位带来的方便。随着产品的普及,越来越多的终端用户对显示的质量要求也越来越高。同时各大汽车制造车厂对汽车零部件成本控制要求也越来越严格,传统的倒车视频设计方案越来越多的不能满足终端用户及汽车制造厂的要求。所以低成本,高质量的倒车影像设计方案也显得尤为重要,采用廉价的模拟视频信号无疑是最佳的控制成本的选择,但在模拟视频的无损耗传输过程中,同时还要考虑更好地应对整车环境中错综复杂的电磁干扰环境,确保模拟视频信号的显示质量。因此必须在了解整车电磁干扰环境的情况下,改进传统的电路设计方案,并通过模拟整车环境的各种电磁干扰实验,确保倒车影像能够抵抗整车的电磁干扰和众多电子设备的互扰,从而更好地提高当前倒车影像的视频显示质量。

1硬件设计

1.1当前常规设计前常用的倒车影像系统传输电路设计方案有以下几种:(1)显示模块和倒车摄像头通过平衡电路方式来传输视频信号。如果两个导体及其所连接的电路相对于地线或其他电路参考点具有相同的阻抗,则这个电路称为平衡电路。任何电路在高频时要做到完全平衡是很困难的,因为实际的电路中会有很多杂散参数,这些参数对电路阻抗的影响较大。由于这些杂散参数的不确定性,电路的阻抗也是不确定的,很难保证两个导体的阻抗完全相同。因此,对传输电缆的要求很高,大大提高了倒车影像系统的成本。随着商用摄像头用途的越来越广泛,非平衡CVBS视频信号输出的摄像头已经成为市场主流。整车厂也越来越多地采用非平衡CVBS视频信号输出的摄像头了;(2)显示模块和倒车摄像头通过非平衡电路方式来传输视频信号(如图1)。非平衡传输方式对电缆的要求大大降低。但是由于信号线CVBS-分别连接到显示模块GND2和摄像头GND3,形成了一个很大的地环路。两个接地点(GND2和GND3)电位的不同(由显示模块工作电流I1导致,现在显示模块的功能越来越多,有时I1甚至会超过10A)以及环境中交变的电磁场都会在环路上形成电流I2。导致显示模块和摄像头参考地之间形成电位差V1。如果V1包含模拟视频信号频率带宽内的成分,则会对视频信号形成干扰并且无法滤除,直接影响显示效果,用户体验差。一般的解决方案是在摄像头端增加共模扼流圈,通过增加地环路的阻抗来减小地环路电流,从而减小了地环路电流的影响,也可以认为一部分电压降在了共模扼流圈上,减小了对电路的影响。共模扼流圈的电感量越大,这个共模扼流圈的效果越好,扼流圈的尺寸也越大。摄像头本身尺寸较小,共模扼流圈也受到限制,电感量没有办法做到很大。在极端情况下,用户就会感受到画面的抖动,严重影响了使用感受。

1.2改善电路设计

本电路设计目的在于克服上述现有技术中的不足之处,提供一种新型的车载模拟视频信号抗干扰电路,有效地提高了模拟视频信号的抗干扰能力,从而提供一种高效、低成本模拟视频信号抗干扰电路的设计方案。显示模块接口电路为差分电路,CVBS-不再连接到GND2,切断了地环路,环路电流无法产生。另外将摄像头的GND3直接连接到显示模块GND2,保证了不会由于显示模块工作电流较大,显示模块和整车地电位不一致而影响到显示效果。并且摄像头本身电流很小(及I3很小),保证了摄像头和显示模块电位差V2足够小。但是如果干扰的频率较高时,这种单点接地的方法效果不明显,因为虽然不存在明显的地环路,但是由于杂散电容的原因会有隐含的地环路。因此本设计在OPA电路之后增加了一个低通滤波电路,来滤除这些较高频率的干扰信号。如图2所示,摄像头输出的模拟视频信号线连接到显示模块的差分接口电路上,地环路消失。摄像头电源地直接连接到显示模块,保证两模块之间参考地电位差足够小,不会受到其它模块的影响,不再影响显示效果。模拟视频信号经过OPA电路之后,通过低通滤波器滤除模拟视频信号上因为隐含地环路而存在的高频干扰。从而提高了模拟视频信号的抗干扰能力。以下结合图3对电路设计进行进一步的说明:如图3所示,R1、R2、R3根据AD转换器对输入信号幅度的要求进行分压,并且一起组成了模拟视频信号的终端匹配电阻。R9、C5、C6组成了运放供电电源上的滤波电路。C2、C3、C9为电路的隔直电容,阻隔电路上的直流成分。R4、R5、R6、R7、R8、C1、C7、IC1组成运放电路,将输入的模拟视频信号的参考地CVBS-转变为显示模块参考地GND2。R10、L1、C8构成低通滤波器,滤除视频模拟信号中的高频干扰成分。通过运放电路,CVBS-信号不需要连接到GND2,切断了地环路;增加低通滤波器滤除模拟信号中的高频干扰信号。提高了模拟视频信号的抗干扰能力。1郾3摇电路设计验证及结果对电路进行了电磁干扰及整车环境变化的性能验证。淤在电磁干扰试验中,进行了大电流注入干扰实验,输入了200mA的干扰电流,在整个实验过程中,倒车影像性能没有任何堕落,满足各项性能指标要求。同时进行了电源,地平面波动实验,注入50mS的电源,地变化波动周期,通过500个循环的注入实验,各项性能指标都符合要求。于整车环境变化模式实验,在整车上进行了发动机启停循环,电动雨刮频率变化,电动车窗,电动后视镜工作等实验,均没有发现倒车影像收到任何干扰,满足整车要求。综上,对于电路进行了电磁抗干扰和整车环境模拟实验,通过各项实验,电路设计性能可靠稳定,没有发现任何倒车影像显示质量问题。

2结束语

图像去噪是一种图像退变处理,而任何滤波技术对不同的噪声类型有不同的处理能力。一般来说对滤波技术性能优劣的质量评价主要用细节和边缘的保护、噪声滤除性能及滤波复杂性等指标来衡量。其中细节和边缘的保护是该技术的一个重要特性。同时主观的判断也是一种有效的衡量判定方式。总之,性能优良的滤波技术应具有在较好保护图像细节和边缘前提下,能有效去除图像噪声,尽最大可能恢复局部相关像素的原来特性,尽量满足符合人类视觉系统特征规律。但是对滤波技术主观评价具有一定的个体差异性和片面性,所以探索对滤波技术客观全面的评价体系是一项长期而艰巨的研究任务。但是到目前为止,除了利用人眼视觉系统对滤波结果直接主观观察评价外,还没有一个比较理想的客观标准对滤波效果能够全面有效地评价。在汽车复杂环境下,模拟视频信号极其容易受到干扰,倒车后视影像的显示质量对于驾驶客户来说,也是尤为重要的,通过使用信号差分电路的设计,可以有效的减去隐性的地环路,避免模拟信号收到外部的各种干扰,保证视频影像的显示质量。该电路设计也在实际产品上在整车环境上进行了了实验验证,达到了预期的效果,大大提高了终端客户使用的满意度。

作者：张园 朱康 林荣生 单位：延锋伟世通汽车电子科技有限公司