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ISO16505 图像相关层面介绍——导语及相关术语
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    • 2021-06-28
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导语


       ISO 16505旨在为取代道路车辆的强制性车内和车外视镜的摄像机监控系统(Camera Monitor Systems CMS)提供最低安全要求、人体工程学要求和性能要求以及测试方法。如果传统视镜存在相应的要求,ISO 16505会基于提供相应规定视野的传统视镜系统的特性提出相应的提供该视野CMS的要求。


       本文主要对ISO16505图像性能相关层面做介绍,即图像质量要求以及相关测试方法。


术语和定义


车辆相关术语和定义


      a. 车辆坐标系

       x轴正方向指向与车辆向前运动方向相反的方向,z轴垂直于地平面向上,y轴指向向前运动方向上的右侧,由此形成右手坐标系。


     b. 驾驶员眼点以及驾驶员眼参考点(ORP)

       驾驶员眼点是遵守相关规定的,为车辆唯一定义的两个点。驾驶员眼点连线的中点即为驾驶员眼参考点。


1.jpg


说明:

a眼点

b眼参考点

图1-驾驶员眼参考点


2.视镜相关术语和定义

2.png

说明:

1       视镜

图2-视镜水平角尺寸(俯视图)

3.jpg

说明:

1       视镜

图3-视镜垂直角尺寸(俯视图)


    2.1 视镜到驾驶员眼参考点的距离

       驾驶员眼参考点到视镜中心的距离,记为amirror,如图2所示。


          至驾驶员眼参考点的最大视镜距离

        给定视镜种类,现有认可车辆中发现的amirror的最大值,记为amirror/max。具体值见标准及相关文件。

        

     2.2 视镜视角

         离开眼点的光线和从视镜面反射后到达物体之间光线的总角度,即驾驶员视线和视镜面法向之间角度的两倍,记为βmirror,如图2所示。


         a. 最小视镜视角

      给定视镜种类,现有认可车辆中发现的βmirror的最小值,记为βmirror/min。具体值见标准及相关文件。


         b.最大视镜视角

       给定视镜种类,现有认可车辆中发现的βmirror的最大值,记为βmirror/max。具体值见标准及相关文件。

 2.3 视镜到物体距离

视镜到驾驶员所看到的物体的距离,记为dobject


     2.4 视镜面曲率半径

确定球面视镜形状的球体半径,记为rmirror


视镜最小允许曲率半径

由有关国家机构规定的rmirror最小允许值,记为rmirror/min。具体值见标准及相关文件。


2.5 视镜角尺寸

视镜相对人眼的角度。


a. 视镜水平角尺寸

ORP到反射视镜表面左右边缘(Y方向)线之间的角度,记为α’mirror/hor


b. 视镜垂直角尺寸

ORP到反射视镜表面上下边缘(Z方向)线之间的角度,记为α’mirror/ver


 2.6 视野

由所有反射到驾驶员在ORP的假想单目眼点上光线(从物体点到反射视镜表面的线)定义的空间


       a.水平视野

投影到x—y平面的视场最左和最右光线之间的角度,记为αmirror/hor


       b.最小水平视野

由相关国家机构规定αmirror/hor的最小允许值,记为αmirror/hor/min


       c.垂直视野

投影到x—z平面的视场最上面和最下面光线之间的角度,记为αmirror/ver


       d.最小垂直视野

由相关国家机构规定αmirror/ver的最小允许值,记为αmirror/ver/min


  2.7 视镜放大系数

透过视镜看物体的真实尺寸与其感知尺寸之间的关系,取决于ORP到视镜的距离amirror视镜R的半径、到物体的距离dobject和视镜视角β,记为Mmirror


         a.视镜平均放大系数

基于最小半径rmirror/min和到ORP的最大距离amirror/max的视镜的平均放大率,记为Mmirror/avg


        b.视镜最小放大系数

基于最小半径rmirror/min和到ORP的最大距离amirror/max的视镜的放大率最小值;它是从相关范围内视镜水平中心线的最大视角βmirror/max和距离dobject=∞导出的。


    2.8 视镜角分辨率

描述视镜在反射场景中解析小细节的能力的参数。


    2.9 人眼视觉灵敏度

人眼和视觉系统分辨细节的能力,每个人都不同,且通常随着年龄的增长而退化。在验光师处使用LandoltC测试测量人眼灵敏度,该值是人眼角分辨率的倒数,记为Veye,单位为[1/arcmin]。通常,国家机构会规定最低获得驾驶执照的视力。


       最小人眼灵敏度

Veye最小值,记为Veye/min


3. 摄像机有关术语和定义


       3.1 摄像机光轴

定义光通过系统的路径的虚线;对于由简单透视镜组成的系统,轴穿过每个表面的曲率中心,并与旋转对称轴重合。


       3.2 摄像机参考方向

CMS摄像机的方向为使摄像机的光轴指向车辆的正X轴的方向。


       3.3 摄像机入瞳

通过系统前透视镜看到的物理孔径光阑的光学图像;为简单起见,它被近似为最外层透视镜表面的中心。


       3.4 摄像机视场

4.png


图4-摄像机水平和垂直张角


由投射到成像仪上的所有光线(从摄像机入口瞳孔中心到目标点的线)定义的空间;对于满足最小几何畸变建议、处于参考方向的摄像机,该空间可以近似为顶点位于入瞳中心,底部位于y—z平面上的金字塔。


        a. 摄像机水平视野

对处于参考方向的摄像机,投影到x—y平面的视野中最左边和最右边光线之间的角度,记为αcamera/hor,单位为度。它有时也被称为摄像机的水平张角。


         b. 摄像机垂直视野

处于参考方向的摄像机,投影到x—z平面的视场最上面和最下面光线之间的角度,记为αcamera/ver,单位为度。它有时也被称为摄像机的垂直张角。

       

          3.5 摄像机角分辨率

描述摄像机在捕捉到的场景中分辨小细节的能力的参数;它不仅考虑到成像仪的分辨率,而且还将其与摄像机捕捉到的视野联系起来;摄像机的角分辨率越小,能分辨的细节越小,即与像素分辨率相比,角度分辨率值越小,表示摄像机图像越详细。


显示器相关术语和定义

4.1 显示器坐标系

显示器的球面坐标系(amonitorΘmonitorΦmonitor球面坐标系的原点位于显示器有效显示区域的中心。

5.png



图5-显示器球坐标系

       

     4.2 显示器观察方向

观察显示器的方向;从观察者的眼睛中点到显示器坐标系中心的一条线。眼睛中点是驾驶员眼睛之间的实际中点。这一点随驾驶员头部运动而变动。


4.3 显示器视距

观察者眼睛中点到显示器坐标系中心的距离,记为amonitor


4.4 显示器观察倾角

显示器观察方向在显示器标系中的倾角,记为Θmonitor。从显示器的水平视角和显示器的垂直视角,该值可以如下导出:

6.png

 4.5 显示器方位角

显示器观察方向方位角,记为Φmonitor;它是逆时针测量的,从3点钟开始。从驾驶员的角度看,3点钟是显示器的右边缘,12点钟是显示器的上边缘。从显示器的水平视角和显示器的垂直视角,该值可以如下导出:

7.png

4.6 显示器水平视角

投影到由显示器表面法向量和12点钟方向组成的平面的显示器观察倾角,记为θmonitor/hor

8.png

 4.7 显示器垂直视角

投影到由显示器表面法向和三点钟方向构成的平面的显示器观察倾角,记为θmonitor/ver

9.png

4.8 显示器设观察方向相关值

10.png


6-显示器定义尺寸示例


         以下标“D”记为特定车辆设计的显示器的设计值,如显示器设计视距amonitor/D,显示器设计观察倾角Θmonitor/D等。


         4.9 显示器定义尺寸

       至少显示所需视野的显示器有效显示区域的部分。显示器有效显示区域以及显示的摄像机图像可能超出此区域。


               a. 显示器定义的水平尺寸

从9点到3点沿轴至少显示所需的水平视野的显示器有效显示区域的部分,如图6所示,记为Wmonitor/hor


                b. 显示器定义的垂直尺寸

从6点到12点沿轴至少显示所需的垂直视野的显示器有效显示区域的部分,如图6所示,记为Hmonitor/ver

        

          4.10 显示器角尺寸

         Θmonitor=0°amonitor=amonitor/D时驾驶员感知到的显示器规定尺寸的角度。


            a. 显示器水平角尺寸

Θmonitor=0amonitor=amonitor/D时从ORP到显示器左右边缘的线之间的角度定义的水平尺寸。


       b. 显示器垂直角尺寸

Θmonitor=0amonitor=amonitor/D时从ORP到显示器上下边缘的线之间的角度定义的垂直尺寸。


     4.11 显示器设计角度尺寸

在具体车辆设计中,从驾驶员处观察到的显示器定义尺寸的实际角度尺寸(即从显示器设计观察方向看,Θmonitor=Θmonitor/DΦmonitor=Φmonitor/D,和amonitor=amonitor/D


a.显示器设计水平角尺寸

在具体车辆设计中,显示器水平方向测量的由驾驶员观察到的显示器定义尺寸的实际角尺寸,如下图所示:


11.png

注:Wmonitor/hor <<amonitor/D时 ,式7可以简化为α’monitor/hor/D=cos(θmonitor/hor/D)·α‘monitor/hor


12.png


图示:

1       Wmonitor/hor,显示器水平尺寸,在中心处倾斜

2       amonitor/D

3       α’monitor/hor/D

4       α’monitor/hor,从θmonitor/hor = 0处观察的显示器水平角尺寸

5       θmonitor/hor/D

6       1/2·Wmonitor/hor*sin(θmonitor/hor/D)

图7-显示器设计水平角尺寸

                  

          b.显示器设计垂直角尺寸

在具体车辆设计中,显示器垂直方向测量的由驾驶员观察到的显示器定义尺寸的实际角尺寸,如图示


13.png

注:Hmonitor/ver <<amonitor/D时 ,式7可以简化为α’monitor/ver/D=cos(θmonitor/ver/D)·α‘monitor/ver


15.png

图示:

1       Hmonitor/ver,显示器垂直尺寸,在中心处倾斜

2       amonitor/D

3       α’monitor/ver/D

4       α’monitor/ver,从θmonitor/ver = 0方向观察的显示器垂直角尺寸

6       1/2·Hmonitor/ver*sin(θmonitor/ver/D)

8-显示器设计垂直角尺寸


4.12 显示器显示的视野

       摄像机视场中实际显示在显示器定义尺寸上的部分。


              a. 显示器显示的摄像机视野的水平百分比

在显示器定义的水平尺寸上实际可见的摄像机水平视野的百分比,记为pcamera/hor


              b. 显示器显示的摄像机视野的垂直百分比

在显示器定义的垂直尺寸上实际可见的摄像机垂直视野的百分比,记为pcamera/ver


         c. 在显示器定义的水平尺寸中显示的视野

实际显示在显示器定义的水平尺寸上摄像机视场的部分


               d. 在显示器定义的垂直尺寸中显示的视野

实际显示在显示器定义的垂直尺寸上摄像机视场的部分


         4.13 各向同性


     a.显示器标准各向同性范围

显示器设计垂直视角向上6°和向下6°的特定垂直范围,以及显示器设计水平视角向右7°和向左7°的特定水平范围


           b. 显示器扩展各向同性范围

垂直和水平方向的标准各向同性范围增加5°。


  4.14 CMS视野

使用CMS的驾驶员真正能够观察到的视场;它等于显示的视场;对于带有一个摄像机和一个显示器的CMS,此值始终小于或等于摄像机视场。


          a. CMS水平视野

使用CMS的驾驶员能够沿显示器定义的水平方向观察的实际视场大小,与显示器水平尺寸显示的视场相等。

16.png


                b. CMS垂直视野

使用CMS的驾驶员能够沿显示器定义的垂直方向观察的实际视场大小,与显示器垂直尺寸显示的视场相等。

17.png

         4.15 CMS放大系数

定义摄像机所看到的物体的角度大小与驾驶员在CMS显示器上所看到的物体的角度大小之间的关系,记为Msystem

       

         a. CMS平均放大系数

基于αmonitor,即显示视场和α’monitor/D,即显示器设计角尺寸之间关系的CMS放大率平均值,记为Msystem/avg

       

         b. CMS水平平均放大系数

通过CMS观测到的场景的水平平均放大率如下:

18.png

其中:

θmonitor/hor/D           是显示器的设计水平视角;

amonitor/D                是ORP到显示器坐标系中心的距离;

Wmonitor/hor             是显示器定义的水平尺寸;

αcamera/hor              是摄像机的水平视野;

pcamera/hor              是显示器上显示的摄像机视野的百分比。

         

c. 垂直平均放大系数

通过CMS观察到的场景的垂直平均放大率如下:

19.png

其中:

θmonitor/ver/D        是显示器的设计垂直视角;

amonitor/D             是显示器到ORP的设计距离;

Hmonitor/ver           是显示器定义的垂直尺寸;

αcamera/ver             是摄像机的垂直视野;

pcamera/ver             是显示器上显示的摄像机视野的百分比。

    

4.16 最小放大系数

水平方向记为Msystem/hor/min,垂直方向记为Msystem/ver/min


5. 点光源

亮度大于300cd/m2,大约2arcmin的小角度光源。


6. 调制传递函数MTF

       以信号幅度的模数的方式测量空间频率解析能力的定量方法


       a. MTF10

其平均调制值等于其黑白参考幅值的10%对应的空间频率,单位为[LW/PH]即线宽/像高。调制是黑白信号电平之差除以这些电平之和。


       b. MTF10(1:1)/hor

测试测量的CMS的水平空间频率,并转换到使得横纵比为1:1的假设的显示器垂直尺寸H'monitor/ver=Wmonitor/hor上描述的空间频率。转换如下图所示:

20.png


说明:

A       Wmonitor/hor

B       Hmonitor/ver

C       H’monitor/ver

9-假定的MTF10(1:1)/hor显示器尺寸示意图


       c. MTF10(1:1)/ver

测试测量的CMS的垂直空间频率,并转换到使得横纵比为1:1的假设的显示器水平尺寸W'monitor/hor=Hmonitor/ver上描述的空间频率。


21.png


说明:

A       Wmonitor/hor

B       Hmonitor/ver

C       W’monitor/ver

10-假定的MTF10(1:1)/ver显示器尺寸示意


         d.  MTF10MIN(1:1)/hor

              水平空间频率的要求,即MTF10 (1:1)/hor的要求。计算如下:

22.png

其中,23.png即为由对应传统视镜得出的空间频率的要求。由于实际显示器显示的视野可能大于对应传统视镜的视野,因而需要对其进行校正24.png在无畸变的,在整个显示器定义尺寸内具有恒定放大率的CMS中,可应用以下25.png近似。算式可简化为:


26.png


 e. MTF10MIN(1:1)/ver

              类似地,可以给出垂直空间频率的要求。计算如下:

27.png


在无畸变的,在整个显示器定义尺寸内具有恒定放大率的CMS中,可应用以下28.png近似。算式可简化为:


       f. MTF50MIN(1:1)

         为平均幅值为黑白参考电平的50%的对应的空间频率。在显示的视野在显示器定义的尺寸中的,横纵比为1:1的显示器中表示该值。该值用于描述CMS的锐度性能。


研鼎致力于协助研发工程师更好的测试及解决品质管控的问题,目前定制整套ISO16505相关测试所需的测试设备。


整套方案中包含图卡切换支架,图卡,光源,示波器,亮度计,定制支架等多种设备。


整套方案设备示意图(例举):

29.png

30.png


如您有CMS测试需求,请联系上海研鼎获取:sales@rdbuy.com。


#CMS #UN ECE R46 #GB15084 #电子后视镜 #摄像头后视镜
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