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CMS電子后視鏡時代已到來

jf_C6sANWk1 ? 來源:阿寶1990 ? 2023-09-08 17:18 ? 次閱讀

傳統(tǒng)后視鏡自白:2023年,我要被取代了么?

我是汽車上的玻璃后視鏡,最近遇到了大麻煩,車企跟用戶嫌我礙事,打算用電子后視鏡把我取代,不讓我這個“老家伙”待在車上了。

還記得汽車上那兩個“大耳朵”吧?那就是玻璃后視鏡,是一輛汽車必不可少的功能。我能夠讓駕駛員看到后方的路況,方便他們變線、轉(zhuǎn)向、停車看位......我在汽車上存在了幾十年,幾乎見證了汽車的發(fā)展。

大家有沒有發(fā)現(xiàn),新能源時代下的汽車,外觀設(shè)計(jì)風(fēng)格跟傳統(tǒng)汽車比有了很大的變化,流線感更強(qiáng)了,一些看起來比較“礙眼”的元素也通過一些新科技“隱藏”了起來。車企把我的兄弟“門把手”消滅了之后,開始打起了我的主意。

我也明白車企也做了很多努力,在盡可能保證實(shí)用性的前提下,把我做小,降低視覺上的存在感,兼顧外觀設(shè)計(jì)與實(shí)用性。盡管如此,大家還是希望我能夠像手機(jī)屏幕上的那個挖孔一樣,徹底消失在視野中。

俗話說“科技就是魔法”,人們有什么需求,科技總能滿足,車企已經(jīng)想到了用攝像頭的形式,代替?zhèn)鹘y(tǒng)后視鏡,只不過由于當(dāng)時還沒有相關(guān)的配套規(guī)定落地,電子后視鏡長期以來只能活在概念車上,我依舊活到了現(xiàn)在。

我還沒來得及長舒一口氣,轉(zhuǎn)折點(diǎn)又來了。2022年12月29日,中國汽車后視鏡新國標(biāo) GB 15084-2022 正式發(fā)布, 意味著中國搭載 CMS 的車輛可以從 2023年7月1日起正式合法量產(chǎn)上路——中國汽車電子后視鏡CMS替代傳統(tǒng)玻璃外后視鏡時代正式開啟。

中國在 2020年6月4日發(fā)布了GB 15084征求意見稿, 相比2013年的汽車后視鏡國標(biāo)增加了汽車電子后視鏡 CMS 的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定;在2021年發(fā)布了 GB 15084 報(bào)批稿;在2022年12 月29日工信部正式發(fā)布 GB 15084-2022《機(jī)動車輛間接視野裝置性能和安裝要求》 ,并規(guī)定于 2023年7月1日正式實(shí)施,這意味著搭載CMS 的乘用車和商用車從2023年7 月1日起均可以在中國正式合法量產(chǎn)上路(在此之前搭載 CMS 的車都不允許量產(chǎn)),自此中國 CMS 的量產(chǎn)元年正式開啟。

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全球汽車電子后視鏡CMS國標(biāo)發(fā)展歷程

CMS替代傳統(tǒng)玻璃后視鏡是大勢所趨

2.1 CMS電子后視鏡優(yōu)勢

CMS為Camera Monitor System縮寫,直譯為“攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)”,汽車應(yīng)用上一般指電子外后視鏡系統(tǒng),通常由外部攝像頭(camera)捕捉視野,通過電子控制單元(ECU)發(fā)送信號以進(jìn)一步處理,最后以顯示器(monitor)為駕駛員提供視野,同時可集成盲區(qū)預(yù)警、障礙物提示等功能。

那么CMS電子后視鏡對比傳統(tǒng)后視鏡有什么優(yōu)勢呢?四大優(yōu)勢,讓CMS替代傳統(tǒng)后視鏡成為大勢所趨。

CMS 可以擴(kuò)大 FOV,減小盲區(qū)

攝像頭 FOV 可以是 30°、 90°、 120°是可以調(diào)的,可以在適當(dāng) FOV 下看盡可能遠(yuǎn)的距離( FOV 越小,可見距離越遠(yuǎn)) ,這樣可以補(bǔ)償盲區(qū),特別是在大型運(yùn)輸車輛尤其重要。

CMS 對抗雨雪霧惡劣天氣影響的能力明顯強(qiáng)于傳統(tǒng)玻璃后視鏡

和傳統(tǒng)玻璃后視鏡不同, 外置鏡頭是藏在防護(hù)罩內(nèi)的,鏡頭表面積很小, 所以攝像頭可以做比較小的封裝,另外 CMS 攝像頭還附著了自清潔及水性防護(hù)涂層,工作期間可以自發(fā)熱去除雨霧雪包圍的狀態(tài)。所以外部天氣干擾對 CMS 造成的影響要小很多。

CMS可以通過圖像調(diào)優(yōu)算法(ISP)大幅降低外界光線干擾

夜晚等外界“光線不足”的情況下, CMS 可以通過低光照感光技術(shù)、 畫面矯正和圖像提高,使得黑暗中視覺效果盡可能接近白天的狀態(tài),這一點(diǎn)是傳統(tǒng)后視鏡遠(yuǎn)不能達(dá)到的。針對外界“光線太強(qiáng)”導(dǎo)致的眩目問題,攝像頭可以通過ISP技術(shù)進(jìn)行完美調(diào)校,解決光照強(qiáng)度對駕駛員視線的影響。

降低風(fēng)阻:CMS攝像頭后視鏡橫截面積能縮小為傳統(tǒng)玻璃外后視鏡的二分之一乃至更低,從而降低了風(fēng)阻系數(shù),省油省電。

實(shí)際上,高速續(xù)航一直是新能源車的痛點(diǎn)。當(dāng)汽車以大于80公里的時速行駛時,50%以上的能耗都用于克服空氣阻力。對于新能源車來說,高速行駛時風(fēng)阻對能耗的影響更為突出。

據(jù)研究,燃油車風(fēng)阻平均降低10%,對應(yīng)的油耗至少減少2%;而對純新能源車而言,低風(fēng)阻優(yōu)勢更加明顯,風(fēng)阻平均每降低10%,綜合工況續(xù)航里程可增加3~4%。

但凡是真心想要降低風(fēng)阻系數(shù)的車企,都會知道后視鏡設(shè)計(jì)會產(chǎn)生不小的影響;用電子后視鏡之后,電車?yán)m(xù)航提升至少能有5%左右,馬斯克說的。

從技術(shù)上來看,后視鏡的造型對于整車風(fēng)阻系數(shù)的影響范圍大致在0.01-0.03左右,當(dāng)然燃油車對這點(diǎn)風(fēng)阻可能不太在意,加油方便可以不用在意這些細(xì)節(jié);但對于電動車來說,風(fēng)阻越小越好,所以,對電動車來說以后是必備項(xiàng)目了。

本田e的電子后視鏡將能降低整車3.8%的風(fēng)阻。奧迪etron整車的風(fēng)阻系數(shù)為0.28,選裝電子后視鏡后風(fēng)阻系數(shù)將進(jìn)一步降低至0.27。風(fēng)阻系數(shù)的下降可以使得電動車提升續(xù)航里程,可以使得燃油車更加節(jié)油(以比亞迪漢為例,風(fēng)阻系數(shù)每降低0.01,車的續(xù)航將增加8公里;對于油車而言, 風(fēng)阻系數(shù)每降低0.01, 燃油經(jīng)濟(jì)性可提高2.136%~2.67%,即 10L/百公里的汽車油耗可降低0.2136L~0.267L/百公里)。

CMS相比于傳統(tǒng)玻璃外后視鏡的優(yōu)勢

2.2主機(jī)廠搭載概述和市場規(guī)模

從2016年全球第一個CMS法規(guī)歐洲ECE R46標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布以來,全球已經(jīng)有7款搭載CMS的車量產(chǎn)。2018年日本豐田雷克薩斯發(fā)布的Es300h搭載了CMS,左右外后視鏡攝像頭采集到的畫面顯示在2個獨(dú)立的5英寸顯示屏上;奧迪E-tron、北汽魔方、吉利路特斯ELETRE等車型都將CMS顯示屏設(shè)置在門護(hù)板上;本田e電動車則將CMS攝像頭畫面顯示在儀表臺兩側(cè)的6英寸顯示屏上;東風(fēng)汽車“車慧眼” CMS 也是顯示在儀表臺兩側(cè);梅賽德斯-奔馳品牌申報(bào)了兩款奔馳Actros卡車,這兩款卡車最大的亮點(diǎn)就是使用了電子后視鏡。

已經(jīng)量產(chǎn)/發(fā)布的乘用車和商用車 CMS 方案

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已量產(chǎn)/規(guī)劃CMS的車型

由于國內(nèi)2023年7月1日起新國標(biāo)才正式實(shí)施,搭載 CMS 的車才能量產(chǎn)上市, 今年上市的有廣汽埃安Hyper GT、北汽魔方、吉利路特斯、東風(fēng)風(fēng)神等車型,因此今年滲透率我們預(yù)計(jì)1%。但是根據(jù)上述分析,CMS替代傳統(tǒng)玻璃后視鏡是大勢所趨,而且目前相當(dāng)長時間來看域控制直接集成CMS的功能還不太可能,另外長期來看隨著法規(guī)落地以及行業(yè)供應(yīng)鏈完善,之后成本可以得到下降,因此足以往銷量更大的中端車滲透。根據(jù)我們了解,小鵬、蔚來、比亞迪、長安汽車、上汽、東風(fēng)汽車等主流自主OEM都已經(jīng)在規(guī)劃CMS 量產(chǎn)車型。預(yù)計(jì) 2025 年 CMS 滲透率將達(dá)到15%,單價(jià)2500元,對應(yīng)中國CMS市場規(guī)模86億元。

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中國CMS市場規(guī)模測算

CMS系統(tǒng)架構(gòu)

3.1CMS的構(gòu)成

商用車和乘用車后視鏡分類有所不同,商用車數(shù)量更多更復(fù)雜。無論是傳統(tǒng)的玻璃后視鏡還是 CMS,按照乘用車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 內(nèi)后視鏡是一類鏡,外后視鏡是三類鏡;商用車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,二類鏡是主后視鏡、四類鏡是廣角后視鏡、五類鏡是補(bǔ)盲鏡、六類鏡是前視鏡(看前車頭下方) ,裝在卡車的不同方向。

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商用車和乘用車后視鏡分類

商用車和乘用車 CMS 系統(tǒng)都是由攝像頭、顯示屏、控制器三部分構(gòu)成, 但是商用車方案比乘用車更復(fù)雜,新國標(biāo) 3/4 都在講商用車要求,只有 1/4 在講乘用車要求。

乘用車CMS方案

一般由2個顯示屏+2個左右外耳攝像頭+集成1個流媒體后視鏡(選配)+控制器構(gòu)成;中間的一類鏡可以是流媒體后視鏡,也可以是原來傳統(tǒng)玻璃內(nèi)后視鏡的形式,但是2個三類鏡都是“攝像頭+顯示屏”形式,顯示屏一般是 5/6/7 英寸屏。

商用車CMS方案

商用車CMS系統(tǒng)復(fù)雜度更高,因?yàn)樯逃密嚻聊缓退尸F(xiàn)的區(qū)域會多一些(前盲區(qū)+下盲區(qū)+左盲區(qū)+右盲區(qū)), 因此商用車CMS方案在外側(cè)攝像頭通道數(shù)會更多, 由左側(cè)2個+右側(cè)2個+前面1個(選裝)+后側(cè)1個(選裝)攝像頭構(gòu)成;商用車顯示屏比乘用車更大,左右2個主顯示屏一般是12.3寸屏,可以在同一塊屏的上下兩個不同區(qū)域分屏顯示同一側(cè)二類鏡和四類鏡畫面,而五類鏡、六類鏡可以同時分屏顯示在1個顯示屏中。根據(jù)寅家科技推出的方案,其商用車標(biāo)準(zhǔn)版 CMS 系統(tǒng)由左右側(cè)2個 12.3寸顯示屏+4個攝像頭+控制器構(gòu)成,增強(qiáng)版CMS系統(tǒng)由左右側(cè)2個12.3寸顯示屏+6個攝像頭+控制器構(gòu)成,增強(qiáng)版多出來的2個攝像頭分別安裝在車頭正前方與車尾。

顯示屏安裝位置

顯示屏放在A柱在整車廠和消費(fèi)者看來會像是后裝的產(chǎn)品, 另外還會面臨A柱盲區(qū)等問題;顯示屏如果是7寸屏在整車造型的設(shè)計(jì)人員看來看來是非常大的干擾, 但是由于國標(biāo)對放大倍數(shù)、視野校核的要求沒辦法將顯示屏再縮小;如果放在門護(hù)板上會涉及到門板的重開。

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商用車和乘用車CMS系統(tǒng)組成:攝像頭+顯示屏+控制器

3.2CMS技術(shù)方案

CMS可以分為純顯示型和顯示+ BSD輔助預(yù)警型;純顯示型即字面意思,單純作為顯示功能;顯示+ BSD輔助預(yù)警型,除顯示外能夠檢測車輛或行人,比毫米波雷達(dá)盲點(diǎn)探測更直觀更準(zhǔn)確;早期的技術(shù)方案以純顯示型為主,隨著汽車智能化的發(fā)展,功能逐步發(fā)展為顯示+BSD輔助預(yù)警,CMS技術(shù)發(fā)展可大致分為三個階段,不同階段使用的技術(shù)方案也有所不同。

3.2.1 早期CMS技術(shù)方案

早期的技術(shù)方案可以分為三種:FPGA方案、MCU+ISP方案、編解碼SoC方案。

FPGA方案

以前FPGA首選Lattice的,價(jià)格比較低。下圖為Lattice的Crosslink系列FPGA的內(nèi)部框架圖,F(xiàn)PGA的靈活度最高,適應(yīng)面最廣,比較適合4攝像頭的商用車CMS,這個FPGA的門數(shù)較少,但畢竟是FPGA,使用起來還是需要比較高的技術(shù)水平的。歐洲的商用車基本都是采用FPGA方案。

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MCU+ISP方案

瑞薩在2019年9月量產(chǎn)RAA278842和RAA278843。RAA278842框架圖如下圖所示,輸入方面擁有MIPI CSI 4通道最高4Gbps的帶寬,輸出有單雙LVDS通道,最高支持1920*1080分辨率,還有YCbCr 42輸出,也有一個MIPI CSI 4lanes輸出,也支持YUV422和24比特RGB輸出。還有OSD顯示,無需外加微控制器基于SPI Flash的屏幕顯示(OSD),能夠在九個窗口中顯示位圖圖形任意水平和垂直縮放器,可顯示汽車制造商的徽標(biāo)或?qū)崟r攝像頭視頻。控制器的屏幕顯示功能還可以模擬儀表盤應(yīng)用中的傳統(tǒng)警示燈檢查。

RAA278842和RAA278843可與瑞薩R-Car系列SoC、RH850系列MCU和RL78系列MCU相結(jié)合,也可以使用ISL78302雙LDO、ISL78322雙2A/1.7A同步降壓穩(wěn)壓器和ISL78228雙800mA同步降壓穩(wěn)壓器為汽車信息娛樂系統(tǒng)板載的RAA27884x及其它IC供電

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薩瑞電子的ASIC框架圖

除了瑞薩外,GEO的ISP芯片GW5200也是MCU+ISP的典型方案,這里就不再一一贅述。

編解碼SoC方案

視頻編解碼方案在早期也是主流的,顯示和編碼通過數(shù)字LVDS或者AHD解串芯片實(shí)現(xiàn)。

下圖框架為TI的TDA2Eco,編解碼SoC的典型方案;TDA2Eco片上系統(tǒng) (SoC) 基于異構(gòu)、可擴(kuò)展的架構(gòu)而開發(fā),架構(gòu)包涵了TI的定點(diǎn)和浮點(diǎn)TMS320C66x數(shù)字信號處理器 (DSP) 內(nèi)核、ARM Cortex-A15 MPCore以及Quad-Cortex-M4處理器,能夠以更低的成本為更多類型的汽車開發(fā)視圖應(yīng)用。

TDA2 ECO SoC可通過并行,串行和CSI-2接口支持多達(dá)8個攝像頭,這些接口與T的FPD-Link III串行器兼容,為視圖系統(tǒng)提供完整的解決方案。另外它還集成了許多外圍設(shè)備,如CAN,千兆以太網(wǎng)AVB和顯示模塊接口。

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雷克薩斯ES300h電子后視鏡電路架構(gòu)如下圖所示;需要兩對解串行芯片,成本不低。POC即通過同軸電纜供電,德州儀器的解串行提供POC收發(fā)器,減少供電電路布設(shè)的麻煩。德州儀器推薦使用DS90UB953和DS90UB954,帶寬4.16Gbps,最高支持200萬像素每秒60幀或400萬像素每秒30幀。

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雷克薩斯CMS架構(gòu)

3.2.2 當(dāng)前主流CMS技術(shù)方案

隨著汽車智能化的發(fā)展,用戶對于CMS電子后視鏡要求已經(jīng)不單單只滿足于單純的顯示,還希望具備實(shí)現(xiàn)車輛的盲區(qū)檢測功能;以此同時,考慮到畫面延遲、減少圖像失真、拼接畸變糾正、播放幀數(shù)、傳遞速率等等一系列涉及到功能安全問題,這對處理器提出了更高的挑戰(zhàn)。因此不是任意一款芯片都可以拿來做CMS的,像安防芯片、座艙芯片看上去與CMS需求類似,但實(shí)際上距離CMS的要求還是相差甚遠(yuǎn),傳統(tǒng)技術(shù)方案已無法滿足設(shè)計(jì)要求。

目前在研CMS項(xiàng)目大多采用的芯片方案為安霸的CV22AQ,該芯片使用安霸CVflow計(jì)算機(jī)視覺架構(gòu),目標(biāo)應(yīng)用包括前置ADAS攝像頭、帶有盲點(diǎn)檢測(BSD)功能的電子鏡、車內(nèi)駕駛員和駕駛艙監(jiān)控?cái)z像頭以及具停車輔助功能的全景式監(jiān)控系統(tǒng)(AVM)。該新型片上系統(tǒng)在車道保持、自動緊急制動(AEB)、智能大燈控制和速度輔助功能方面的應(yīng)用,超出了歐洲新車評測系統(tǒng)(NCAP)的性能要求。此外,其采用先進(jìn)的10納米工藝技術(shù)打造,功耗低,支持擋風(fēng)玻璃前置ADAS攝像頭在尺寸和散熱方面的要求。

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但說到底CMS主流的技術(shù)方案還是以獨(dú)立控制器為主,目前CMS控制器產(chǎn)品雖然采用了AI SoC芯片,但都是其他領(lǐng)域的芯片挪用到CMS產(chǎn)品中來或者兼容其他駕駛輔助功能(如安霸CV22AQ除可實(shí)現(xiàn)CMS功能外,還可作為其他駕駛輔助設(shè)計(jì)方案),冗余規(guī)格比較多,芯片成本和BOM成本都高;市場上CMS專用芯片其實(shí)并不多。

在國內(nèi),最看好的是歐冶CMS專用芯片;最近在相關(guān)展會和新聞上有看到國內(nèi)一家新勢力芯片廠家歐治半導(dǎo)體,推出了針對智能汽車的第三代E/E架構(gòu)芯片解決方案,為電動汽車和燃油汽車的智能車燈及基本型端側(cè)智能部件、CMS電子后視鏡及增強(qiáng)型端側(cè)智能部件,以及L2/L2+行泊一體ADAS和ZCU區(qū)域處理器應(yīng)用提供高性能、低成本車規(guī)級SoC芯片解決方案。

其中,基于歐冶半導(dǎo)體全球首款CMS專用芯片龍泉560 Mini打造的電子外后視鏡系統(tǒng),采用一套芯片平臺方案即可同時滿足乘用車和商用車的全應(yīng)用場景需求,產(chǎn)品特點(diǎn)如下:

●為CMS系統(tǒng)提供業(yè)界最佳的圖像質(zhì)量,包括:60fps高幀率、強(qiáng)光抑制、高動態(tài)場景、暗處提亮、LED閃爍抑制、色彩還原等。

● 實(shí)現(xiàn)實(shí)際部署場景下的業(yè)界最低延時,從攝像頭到顯示屏端到端時延小于60毫秒。

● 業(yè)界最快的開機(jī)速度,Linux系統(tǒng)冷啟動情況下開機(jī)時間小于1秒。

● 支持去霧功能。

● 支持BSD輔助預(yù)警信息提醒(行人檢測、車輛檢測、三級距離告警)。

● 支持默認(rèn)視野顯示和手動調(diào)整,以及臨時視野的自動切換(轉(zhuǎn)彎、倒車)。

3.2.3 未來CMS技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著汽車電動化智能化浪潮來襲,整車電子電氣產(chǎn)品應(yīng)用的增加,單車ECU數(shù)量激增,分布式電子電氣架構(gòu)由于算力分散、布線復(fù)雜、軟硬件耦合深、通信帶寬瓶頸等缺點(diǎn)而無法適應(yīng)汽車智能化的進(jìn)一步發(fā)展。

為了適應(yīng)發(fā)展,同時也為了降本,汽車E/E架構(gòu)由分布式 ECU 向域控制/中央集中架構(gòu)方向發(fā)展;其中特斯拉 Model3 開啟電子電氣架構(gòu)的全面變革,已進(jìn)入第三代E/E架構(gòu),即中央計(jì)算+區(qū)域(Zonal)控制器架構(gòu)。

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中央計(jì)算+區(qū)域控制架構(gòu)

基于整車E/E架構(gòu)升級,未來CMS的技術(shù)方案也會有所不同;當(dāng)前的CMS是獨(dú)立控制器的存在,因?yàn)楝F(xiàn)在無論是座艙域控制器、還是智能駕駛域控制器,在開發(fā)的時候已經(jīng)定義好了,沒有預(yù)留CMS接口,因此CMS控制器不會在短期內(nèi)馬上和座艙/智駕域控制器進(jìn)行融合;北汽認(rèn)為在短期5~10年內(nèi)融合方案不太好實(shí)現(xiàn),未來的事情誰也說不準(zhǔn)。

在第三代E/E架構(gòu)上,將CMS功能接入到區(qū)域控制器上實(shí)現(xiàn),提供了另外一種可行的方案。區(qū)域控制器是汽車中的節(jié)點(diǎn),在汽車的一個物理區(qū)域內(nèi),為各傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備提供電源分配,數(shù)據(jù)連接和I/O采集與驅(qū)動需求以及可實(shí)現(xiàn)對應(yīng)區(qū)域端側(cè)的相關(guān)功能。

當(dāng)前大部分車型的區(qū)域處理器采用的還是MCU芯片,還不能支持CMS功能的實(shí)現(xiàn)。也有不少芯片廠商的下一代ZCU芯片將升級到SoC芯片,具備強(qiáng)大的處理能力和一定的AI算力,有很豐富的通訊接口,同時具備一定功能安全和信息安全等級,說不定可以支持CMS功能的實(shí)現(xiàn)。

因此從發(fā)展趨勢來看專用芯片的獨(dú)立CMS控制器目前仍然是主流;總之,CMS電子后視鏡是一種具有廣泛應(yīng)用前景和重要意義的汽車后視鏡技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣,CMS電子后視鏡有望成為汽車行業(yè)的重要創(chuàng)新點(diǎn)和發(fā)展動力,為汽車產(chǎn)業(yè)的升級和轉(zhuǎn)型提供新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

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原文標(biāo)題:CMS電子后視鏡時代已到來

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