張金梅 ，姜子剛 ，楊偉博

（1.第一拖拉機(jī)股份有限公司大拖公司，河南 洛陽 471004；2.洛陽拖拉機(jī)研究所有限公司，河南 洛陽 471039）

拖拉機(jī)在田間作業(yè)過程中需要攜帶各種機(jī)具，駕駛員在駕駛室內(nèi)工作時(shí)需要頻繁轉(zhuǎn)身和扭頭，向后查看機(jī)具的工作狀態(tài)以及拖拉機(jī)的運(yùn)行狀況，極大地增加了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在拖拉機(jī)上加裝后視影像系統(tǒng)，其攝像頭可以實(shí)時(shí)采集車身周圍的影像數(shù)據(jù)并傳遞給顯示器成像，輔助駕駛員在作業(yè)過程中查看拖拉機(jī)周圍的情況。駕駛員不用頻繁改變駕駛姿勢(shì)就能方便地查看拖拉機(jī)和機(jī)具的作業(yè)情況，很大程度上緩解了駕駛員的疲勞感。

1 拖拉機(jī)后視影像系統(tǒng)的組成及工作原理

1.1 拖拉機(jī)后視影像系統(tǒng)的組成

拖拉機(jī)上的后視影像系統(tǒng)由熔斷器、LCD 顯示器、后視攝像頭和連接線束等組成，如圖1 所示。LCD 顯示器由蓄電池提供電源，電源接入端安裝了熔斷器，用來保護(hù)LCD 顯示器，防止輸入電流過大造成損壞；LCD 顯示器電源輸出端接地或搭鐵；LCD 顯示器與后視攝像頭通過連接線束連接。

圖1 拖拉機(jī)用后視影像系統(tǒng)原理框圖

1.2 拖拉機(jī)后視影像系統(tǒng)的工作原理

后視影像系統(tǒng)通過裝在拖拉機(jī)上的后視攝像頭獲取車輛后部的影像情況，再通過連接線束將影像信號(hào)傳遞至LCD 顯示器。LCD 顯示器上設(shè)置有電源按鍵，駕駛員在作業(yè)過程中或者掛接機(jī)具時(shí)，可根據(jù)需要隨時(shí)按下LCD 顯示器上的電源按鍵來查看拖拉機(jī)后部的工作情況；當(dāng)不需要查看后部作業(yè)情況時(shí)，再次按下電源按鍵即可退出顯示。與汽車倒車影像系統(tǒng)不同的是，拖拉機(jī)上的后視影像系統(tǒng)不受擋位的限制，即使在前進(jìn)擋也可以實(shí)時(shí)查看拖拉機(jī)后部的工作狀況。

后視影像系統(tǒng)能取代駕駛員頻繁扭頭來觀察拖拉機(jī)后部狀態(tài)的操作，不僅可以減輕駕駛員的頸部疲勞，而且可以使駕駛員的視線始終在拖拉機(jī)行駛方向，保證了行車安全。

2 后視影像系統(tǒng)在拖拉機(jī)中的應(yīng)用

在拖拉機(jī)上應(yīng)用后視影像系統(tǒng)，要綜合考慮LCD顯示器和后視攝像頭的安裝位置、尺寸大小、分辨率等多種因素。后視影像系統(tǒng)作為拖拉機(jī)上的一種選裝配置，如果成本太高，則用戶接受度不高，因此也要保證產(chǎn)品有較高的性價(jià)比。

LCD 顯示器的安裝位置既要在駕駛員不用大幅度扭頭就能看到的位置，同時(shí)又不能遮擋駕駛員的視線。在某款拖拉機(jī)上，將LCD 顯示器設(shè)計(jì)在駕駛室右側(cè)A 柱上，如圖2 所示。該位置既能保證駕駛員視線始終在拖拉機(jī)行進(jìn)方向上，同時(shí)又不影響駕駛員觀察拖拉機(jī)前方的環(huán)境狀況。

圖2 某拖拉機(jī)用LCD顯示器實(shí)際安裝位置

LCD 顯示器的尺寸應(yīng)合理，尺寸過大不僅會(huì)遮擋駕駛員的視野，也增加了成本；尺寸過小又會(huì)影響顯示效果，降低駕駛員的體驗(yàn)感。該拖拉機(jī)后視影像系統(tǒng)選擇7 寸LCD 顯示器，既可以保證較佳的顯示效果、性價(jià)比高，又不遮擋駕駛員的視野，保證了行車安全。

后視攝像頭的安裝位置決定了駕駛員能夠觀察到的視野，由于拖拉機(jī)駕駛員在作業(yè)過程中重點(diǎn)關(guān)注拖拉機(jī)后部機(jī)具的作業(yè)情況，同時(shí)還要避免泥水、塵土遮擋攝像頭，因此將攝像頭布置在駕駛室后部中間位置，如圖3 所示。該位置既能滿足監(jiān)視機(jī)具工作狀況的功能，又能避免攝像頭被泥水、塵土遮擋，并且可以防雨、雪、冰雹等惡劣天氣對(duì)攝像頭造成的破壞。

圖3 某拖拉機(jī)用后視攝像頭安裝位置

另外，LCD 顯示器和后視攝像頭的分辨率均能直接影響顯示效果，從而影響駕駛員的使用體驗(yàn)。攝像頭的分辨率體現(xiàn)了攝像頭解析圖像的能力，分辨率太低，成像效果不佳，而提高分辨率必然會(huì)增加成本。分辨率的選擇應(yīng)綜合考慮價(jià)格和圖像的色彩參數(shù)等因素。最常關(guān)注的圖像色彩參數(shù)是色彩還原度、對(duì)比度、亮度等。同時(shí)，后視攝像頭的使用環(huán)境也是需要關(guān)注的，如室內(nèi)、室外、晴天、雨天等。色彩還原度差，看到的圖像就會(huì)失真，顯示的物體與實(shí)際的物體就會(huì)有出入[1]。在評(píng)價(jià)圖像色彩時(shí)，不論在何種環(huán)境下，最基本的要求是色彩還原要真實(shí)，整體畫面亮度適中、不偏色。連接線束要保證牢固可靠、耐熱耐腐蝕、防水防塵，因此線束外皮包裹有線束防護(hù)套。同時(shí)，為了避免信號(hào)發(fā)生干擾，連接線束不與整車大電流線束平行走線[2]；為了避免信號(hào)傳輸不穩(wěn)定或中斷，應(yīng)避免連接線束過度折彎，且線束不宜過長(zhǎng)。

3 通過組合儀表實(shí)現(xiàn)后視影像的方法

采用獨(dú)立的LCD 顯示器的后視影像系統(tǒng)，在安裝時(shí)要考慮布線、鉆孔、固定等諸多問題，尤其是布線、鉆孔較為麻煩。同時(shí)，選擇LCD 顯示器的安裝位置也有一定難度，既要方便駕駛員查看，又不能阻擋駕駛員的視線，還要美觀漂亮。因此，采用獨(dú)立的LCD 顯示器的后視影像系統(tǒng)具有一定的局限性。隨著組合儀表的智能化水平不斷提升、功能不斷增多，具備大屏幕顯示屏的組合儀表在拖拉機(jī)上的應(yīng)用越來越普遍。因此，取消后視影像系統(tǒng)中獨(dú)立的LCD顯示器，借用組合儀表上的液晶顯示屏作為后視影像系統(tǒng)顯示器的設(shè)想成為一種可能，該方案能減少一個(gè)獨(dú)立的LCD 顯示器，節(jié)約成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.1 組合儀表的功能要求

為了使顯示圖像達(dá)到最佳效果，具備后視影像功能的組合儀表應(yīng)滿足以下條件：

1）組合儀表上具備7 寸以上液晶顯示屏，且液晶屏的分辨率不低于800×480，為保證后視影像畫面顯示清晰，攝像頭的像素應(yīng)與組合儀表的像素占用區(qū)相匹配[3]。

2）組合儀表上設(shè)置有視頻切換按鍵，保證組合儀表在開機(jī)狀態(tài)下，駕駛員能夠通過視頻切換按鍵隨時(shí)在液晶顯示屏上查看拖拉機(jī)的后視影像，并且不能影響組合儀表的其他功能[4]。

3）組合儀表上設(shè)置有視頻接入端口，保證連接線束正常接入儀表，同時(shí)也方便用戶在后裝市場(chǎng)加裝后視影像系統(tǒng)。

3.2 通過組合儀表顯示后視影像的原理

通過組合儀表上的液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)后視影像功能的原理如圖4 所示，該后視系統(tǒng)由具備后視影像功能的組合儀表、連接線束和后視攝像頭組成。其中，具備后視影像功能的組合儀表設(shè)置有液晶顯示屏和后視影像切換按鍵。后視攝像頭通過連接線束與組合儀表上預(yù)留的接口相連，其拍攝到的畫面信號(hào)通過連接線束傳送到組合儀表電路中。當(dāng)駕駛員按下后視影像切換按鍵時(shí)，拖拉機(jī)后部機(jī)具作業(yè)狀態(tài)的相關(guān)畫面即可顯示在組合儀表的液晶顯示屏上，幫助駕駛員了解拖拉機(jī)后部情況[5]。

圖4 通過組合儀表實(shí)現(xiàn)后視影像系統(tǒng)功能的原理框圖

與具有獨(dú)立LCD 顯示器的后視影像系統(tǒng)相比，通過組合儀表實(shí)現(xiàn)后視影像的系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢(shì)：組合儀表自帶的液晶顯示屏取代了獨(dú)立的LCD 顯示器，不僅降低了成本，而且使拖拉機(jī)駕駛室更加簡(jiǎn)潔美觀；即使拖拉機(jī)出廠時(shí)不帶后視影像系統(tǒng)，用戶后期自己加裝后視影像系統(tǒng)時(shí)也會(huì)更加方便，省去了打孔、布線、固定等一系列流程[6]。

3.3 通過組合儀表顯示后視影像的注意事項(xiàng)

1）通過組合儀表顯示后視影像時(shí)應(yīng)注意考慮系統(tǒng)的電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility,EMC）。后視攝像頭一般由外殼、鏡頭、芯片三部分組成，其傳遞的信號(hào)類型通常以連續(xù)變化的電壓/電流等模擬信號(hào)形式輸出，屬于弱信號(hào)中易被干擾的類型[1]，因此后視攝像頭應(yīng)通過EMC 試驗(yàn)，并且后視攝像頭安裝在拖拉機(jī)上之后還需要進(jìn)行EMC 匹配試驗(yàn)，避免其在整車上出現(xiàn)黑屏、閃屏等顯示異?，F(xiàn)象。同時(shí)，組合儀表也需要通過EMC 試驗(yàn)，確保不被其他部件干擾，能夠正常顯示后視影像的相關(guān)圖像[7]。

2）要保證后視攝像頭有穩(wěn)定的12 V 直流電源電壓，如果供電電壓不穩(wěn)定，則后視攝像頭難以維持正常的顯示效果。通過組合儀表給攝像頭提供電源電壓，應(yīng)避免攝像頭與其他電路共用電源，以保證電源的穩(wěn)定性[2-3]。

4 拖拉機(jī)后視影像系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

配備單個(gè)后視攝像頭的后視影像系統(tǒng)只能使駕駛員看到拖拉機(jī)后方的部分影像，而無法看清車身周圍的全部情況，存在視覺盲區(qū)[8-9]。

360°車載環(huán)視系統(tǒng)已在汽車領(lǐng)域應(yīng)用非常成熟，且被廣泛應(yīng)用到車輛中來輔助司機(jī)安全駕駛。車載環(huán)視系統(tǒng)主要是利用安裝在車身的多路相機(jī)所拍攝的圖像，拼接成一幅360°全景圖像來消除車輛的視野盲區(qū)[10]。由于360°環(huán)視系統(tǒng)的價(jià)格比單一圖像的后視影像系統(tǒng)要貴至少3 倍，因此在拖拉機(jī)上應(yīng)用受限。

隨著拖拉機(jī)智能化、自動(dòng)化水平的不斷提高，高端拖拉機(jī)也將逐步配備360°環(huán)視系統(tǒng)，成像效果360°無死角，駕駛員的視野非常好。如圖5 所示，拖拉機(jī)360°環(huán)視系統(tǒng)由智能化組合儀表、環(huán)視控制器、連接線束和前后左右4 個(gè)魚眼攝像頭等組成。環(huán)視系統(tǒng)工作時(shí)，4 個(gè)魚眼攝像頭分別采集拖拉機(jī)前面、后面、左側(cè)和右側(cè)的視頻圖像數(shù)據(jù)，輸出同步信號(hào)到控制器，控制器解碼信號(hào)并將圖像數(shù)據(jù)拼接合成，最終將合成后的圖像數(shù)據(jù)輸出給組合儀表；組合儀表上設(shè)置有按鍵和液晶屏，當(dāng)駕駛員按下按鍵時(shí)，合成后的360°環(huán)視影像即可實(shí)時(shí)顯示在組合儀表的液晶顯示屏上。

圖5 拖拉機(jī)360°環(huán)視系統(tǒng)原理框圖

5 結(jié)語

由于后視影像系統(tǒng)的便利性，近年來越來越多的拖拉機(jī)用戶提出對(duì)后視影像功能的需求。拖拉機(jī)后視影像系統(tǒng)在前裝市場(chǎng)和后裝市場(chǎng)中的裝車率逐年提高。本文首先介紹了拖拉機(jī)用后視影像系統(tǒng)的組成、工作原理以及設(shè)計(jì)選型注意事項(xiàng)，然后重點(diǎn)討論了采用單獨(dú)的LCD 顯示器和組合儀表的液晶顯示屏來實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)后視影像功能的原理、方法和注意事項(xiàng)，最后介紹了拖拉機(jī)后視影像系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，闡述了拖拉機(jī)360°環(huán)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。