汽車夜視系統(tǒng)*

張大偉 呂曉江 孫立志 周大永,2 劉衛(wèi)國,2 馮擎峰,2

（1.浙江吉利汽車研究院有限公司；2.浙江省汽車安全技術(shù)研究重點實驗室）

根據(jù)中國道路交通事故2012年年報提供的數(shù)據(jù)來看，汽車夜間行駛的時間只占總駕駛時間的27%，卻有近50%左右的重大交通事故都發(fā)生在夜間。2012年我國在夜間發(fā)生的交通事故和死亡人數(shù)分別占總交通事故和死亡人數(shù)的37.60%和45.45%[1]。駕駛員在行車時的駕駛信息90%左右都來源于駕駛員的視覺，而在夜間行車時，夜視系統(tǒng)可以在夜間或弱光線條件下，不用開著遠光燈而避免影響到對向和前方車輛，就可醒目地了解前方的道路情況，獲取到更遠的前方視野和更高的預(yù)見能力，它能夠針對潛在危險向駕駛者提供更加全面準(zhǔn)確的信息或發(fā)出早期警告，使駕駛安全性大為提升，讓駕駛的過程更舒適放松、更人性化。具備行人或車輛識別的夜視系統(tǒng)可以在碰撞危險時，通過顯示屏發(fā)現(xiàn)光照外的行人、障礙物、彎道等危險，向駕駛員發(fā)送報警信息，從而提前做出處理。比如會車時，若對向車輛燈光太亮造成眩光，可通過夜視系統(tǒng)輔助您看清前方情況。在霧中行車的辨別能力強，夜視系統(tǒng)可通過紅外線監(jiān)測到前方情況，從而提前避讓潛在危險。

1 夜視系統(tǒng)的開發(fā)

1.1 夜視系統(tǒng)的分類

汽車夜視系統(tǒng)是一種利用肉眼看不見的紅外線轉(zhuǎn)化為可見光，可以輔助駕駛者在黑夜中看清道路，在碰撞5 s前，警示駕駛員采取制動或者避讓措施，從而減少碰撞交通事故發(fā)生，增強主動系統(tǒng)的安全。

按照其工作原理不同，又分為主動紅外夜視系統(tǒng)和被動紅外夜視系統(tǒng)，分別采用主動紅外成像技術(shù)與熱成像技術(shù)，轉(zhuǎn)化為可見圖像。

1）被動夜視系統(tǒng)。遠紅外攝像頭直接以探測到的物體和行人動物的熱輻射作為影像數(shù)據(jù)的信息來源，不需提供額外的紅外線光源。

2）主動夜視系統(tǒng)。不依靠物體的溫度熱源，而是通過使用多套照射系統(tǒng)和攝像機來識別紅外光源發(fā)出的紅外反射波，并將識別后的數(shù)據(jù)以圖像的形式傳遞給駕駛者。

兩者的區(qū)別在于：主動夜視借助于紅外反射燈，把目標(biāo)物體反射或自身輻射的紅外輻射圖像轉(zhuǎn)換為人肉眼可觀察到的圖像；而被動夜視熱成像技術(shù)則是基于目標(biāo)與背景的溫度及輻射率的差別，利用輻射測溫技術(shù)進行目標(biāo)對逐[2]。

1.2 被動夜視系統(tǒng)和主動夜視系統(tǒng)的工作原理

1）被動紅外夜視系統(tǒng)。利用熱成像攝像頭接收人、動物等發(fā)熱物體發(fā)出的不同的紅外熱輻射原理（遠紅外線）影射出不同的圖像，并對圖像進行放大和處理后輸出[2]。由于不同物體對紅外線反射強弱不同，行人、動物等可以發(fā)熱的物體在反射中特別突出，通過傳感器的捕捉，帶有熱源的物體影像輸出到車載顯示屏上。被探測到的物體看起來就像是照相機的底片一樣。但是被動紅外夜視系統(tǒng)本身無法克服的缺點是：對于無生命、無熱源特征的目標(biāo)，比如道路的標(biāo)志牌、車道線、車道護欄等物體，被動夜視系統(tǒng)無法檢測到圖像。

此外，由于汽車前擋風(fēng)玻璃不能傳輸長波的遠紅外線，攝像頭須安裝在車外，需經(jīng)常去清潔，且在汽車前端碰撞時易受損傷。

被動夜視系統(tǒng)受溫度影響的因素很明顯，當(dāng)溫度超過攝氏28℃時，成像的功能也會自動關(guān)閉。圖1示出被動夜視系統(tǒng)工作原理示意圖。

2）主動紅外夜視系統(tǒng)。將攝像頭安裝到汽車前大燈，通過鹵素?zé)襞菡丈?，使用多套照射系統(tǒng)和攝像機來識別紅外反射波，利用目標(biāo)反射紅外光源。紅外光源發(fā)出的短紅外線是主動照射目標(biāo)，紅外CCD（Charge-Coupled Device）探測器接收的目標(biāo)再反射短紅外光線，通過ECU處理后，可以把圖像信息傳遞給駕駛者。如圖2所示。主動夜視系統(tǒng)對比分辨度高，且圖像較清晰、可靠。由于不依靠物體的熱源，即使不發(fā)熱的物體也能清晰可見，比如道路上的行人、車輛、道路標(biāo)志牌等都可以被發(fā)現(xiàn)。主動夜視系統(tǒng)成像，如圖3所示。

1.3 被動夜視系統(tǒng)和主動夜視系統(tǒng)價格及適用性對比

主動夜視系統(tǒng)利用紅外CCD接收紅外光線，但是由于微光放大技術(shù)理論暫時沒有突破，使用壽命短，且價格較高。如奔馳的主動紅外夜視系統(tǒng)售價是1925歐元。被動夜視系統(tǒng)根據(jù)物體和行人動物的熱輻射，作為影像數(shù)據(jù)的信息來源，現(xiàn)在紅外熱輻射成像技術(shù)已趨于成熟，價格逐漸降低，寶馬的被動紅外夜視系統(tǒng)則為950歐元。

主動夜視系統(tǒng)是利用短紅外成像，可能因提供信息過多，分散掉駕駛者精神注意力。雖然目標(biāo)清晰，但是照射距離相對近，一般只有200 m有效距離，且成像效果易受環(huán)境因素影響，比如圖像可能因為衣服顏色以及空氣中的灰塵受到影響。2輛安裝主動夜視系統(tǒng)的車輛，在逆向會車時，被彼此的紅外線淹沒，短期內(nèi)會出現(xiàn)顯示屏圖像亮白現(xiàn)象。造成主動夜視系統(tǒng)出現(xiàn)夜視系統(tǒng)的暫時失靈次數(shù)要多于被動夜視系統(tǒng)。

被動夜視系統(tǒng)是利用熱輻射遠紅外線成像，作用距離遠，一般有效距離達到300 m，且抗干擾性強。由于不需要借助光源，不會受逆向車道燈光影響，受環(huán)境影響小，被動夜視系統(tǒng)可以在霧、雨、雪等惡劣天氣下正常工作。且攝像頭安裝在車外，壞了容易維修。兩者適用性綜合比較來看，被動夜視系統(tǒng)受外界環(huán)境影響小，作用距離遠，可靠性更強。

2 結(jié)論

主動夜視系統(tǒng)和被動夜視系統(tǒng)作為汽車的主動安全系統(tǒng)，可以提高駕駛者的視野，有效地減少和預(yù)防夜間道路交通事故的發(fā)生。是目前眾多汽車制造商研究和開發(fā)的熱點。在汽車智能化的道路上，隨著短紅外CCD技術(shù)與遠紅外線熱輻射技術(shù)的不斷成熟，清晰度和靈敏度不斷提高，在不久的將來一定可以開發(fā)出低成本、高價值及實用性強的夜視系統(tǒng)。