基于紅外圖像采集技術(shù)的車載預(yù)警記錄系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系 許美玨 李 慶 陳 剛

本文設(shè)計一種基于紅外圖像采集技術(shù)的車載預(yù)警記錄系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)建了一種基于紅外圖像采集技術(shù)的模型，實現(xiàn)了各種極端天氣和復(fù)雜情況下的汽車防撞預(yù)警功能和行車記錄以及安全預(yù)警功能，設(shè)置有可以靈活安裝并根據(jù)實際需要更改安裝位置的紅外補光燈，有效保障了紅外成像效果，運行顯示效果良好。

1.背景分析

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要問題之一。汽車在社會生活中的地位日益提高，在汽車保有輛逐年增長的情況下，汽車安全問題則被普遍地關(guān)注,行車記錄和行車安全成為車載設(shè)備的重要發(fā)展方向,家庭使用車輛基本實現(xiàn)了行車記錄儀的普及。

目前業(yè)界采用的行車記錄儀主要由運動攝像機發(fā)展而來,在車輛行駛過程中實現(xiàn)記錄行程錄像，回看等功能，行車記錄儀采用內(nèi)部或外部存儲設(shè)備進(jìn)行存儲，用戶可通過行車記錄儀本身屏幕查看回放,或通過手機或電腦讀取存儲設(shè)備進(jìn)行查看，部分行車記錄儀具有短距離網(wǎng)絡(luò)傳輸功能,可以通過手機等設(shè)備連接行車記錄儀進(jìn)行操控、查看回放等功能。而普通行車記錄儀針對較差環(huán)境，如夜晚微光環(huán)境，霧霾，暴雨等天氣時，其記錄錄像達(dá)不到可辨別事故或基本記錄的效果，此時普通行車記錄儀就形同虛設(shè)。

而對于車輛安全來說，最主要的判斷依據(jù)是兩車之間的相對距離和相對速度信息，高速行駛中的車輛如果距離過近，則容易造成追尾事故。因此，常用的防撞設(shè)備都將對車輛之間的相對距離的測量作為主要的檢測任務(wù)。在汽車防撞雷達(dá)當(dāng)中，根據(jù)工作原理和工作過程不同，分為超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、激光雷達(dá)以及毫米波雷達(dá)。其中這幾種雷達(dá)，都是對通過對回波的檢測，與發(fā)射信號相比較，得到脈沖或相位的差值，從而計算出發(fā)射與接收信號的時間差。再分別對應(yīng)于超聲波、紅外線、激光在空氣中的傳播速度，計算出與障礙物的距離與相對速度。而前三種雷達(dá)都在不同程度上由于發(fā)射功率，本身原理接收設(shè)備范圍的制約，易受到天氣變化和灰塵、雨雪、陽光等的影響，毫米波雷達(dá)雖然精度較高，但成本高，設(shè)備復(fù)雜，只在部分高端車輛上采用。

2.原理及硬件

2.1 原理分析

為了解決行車記錄和行車安全的問題，我們綜合目前業(yè)界各種技術(shù)手段，提出采用紅外成像技術(shù)實現(xiàn)行車記錄和防撞報警功能。實驗?zāi)Ｐ椭屑t外光源選擇了基于LED的可調(diào)功率發(fā)光組件。相對于鹵素?zé)?，LED具備壽命長的特點，利用散列方式排放的LED，使用850nm 的波長?？梢宰龅?00—150米范圍內(nèi)的物體監(jiān)測，滿足車輛運行的基本要求。通過調(diào)整LED發(fā)光組件的功率，可以提高其距離。同時，由于該組件和CCD模塊沒有必然聯(lián)系，在特殊的場合可以配置成熟的鹵素?zé)艏t外照明方案。紅外光屬于不可見光，而黑白CCD圖像傳感器具有更寬的感光光譜范圍，對波長為76O一110Onto、人眼不可見的近紅外光也有一定的光譜響應(yīng)。利用此特性，可以在夜間無可見光照明的情況下，利用物體對紅外光源照明的反射，使CCD圖像傳感器清晰地成像。

從紅外攝像頭采集的數(shù)據(jù)送到信號處理器作分析處理，得出障礙物的相對距離、速度等數(shù)據(jù)，并把該數(shù)據(jù)輸送給處理中心，處理中心再與由本車傳感器輸入的有關(guān)信號（結(jié)合近距離通信設(shè)備（WIFI/BT）從車輛OBD接口采集到的數(shù)據(jù)），如車速、制動氣壓等綜合處理并發(fā)出兩種指令：一種指令給本車操作設(shè)備，如自動減速、換檔、制動等；另一種指令則是給駕駛員的警示信號，如通過揚聲器向駕駛員發(fā)出減速、制動、轉(zhuǎn)向、停車等語音信號。從而起到操作汽車防止與障礙物相撞之目的。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)

本設(shè)計包括有本體設(shè)備、紅外攝像頭、紅外補光燈、顯示器以及內(nèi)部組件；設(shè)備本體包括有塑料材質(zhì)或者鋁鎂合金材質(zhì)的外殼，該外殼為長方形扁平狀結(jié)構(gòu)的盒體，紅外攝像頭固定安裝在本體設(shè)備的正面，紅外補光燈可拆卸的安裝在本體設(shè)備的正面并位于紅外攝像頭的周圍，顯示器設(shè)置在本體設(shè)備的背面，內(nèi)部組件包括有主板、柔性電路板、電池、揚聲器和天線。

圖1 設(shè)計正面圖

圖2 設(shè)計背面圖

圖3 PCB正面圖

圖4 PCB背面圖

2.3 設(shè)計算法

如圖5為本設(shè)計的工作原理的基本構(gòu)架圖，主控制芯片為控制中樞，負(fù)責(zé)控制各處理模塊和采集設(shè)備，控制方式可以是GPIO總線控制或者mipi控制等方式；基帶處理芯片負(fù)責(zé)處理WIFI收發(fā)處理芯片傳送過來的信息以及圖像處理芯片傳輸過來的信息，并對信息進(jìn)行處理；WIFI收發(fā)處理芯片（此處為短距離傳輸設(shè)備的一種實例，不限于WIFI收發(fā)設(shè)備）負(fù)責(zé)接收從車輛OBD無線適配器（對應(yīng)相同的短距離通信模式，如WIFI）傳輸過來的車輛實時信息，并對其進(jìn)行下變頻處理為基帶信號；圖像處理芯片負(fù)責(zé)接收紅外攝像頭采集到的圖像數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行處理并傳輸給基帶處理芯片；紅外光源負(fù)責(zé)對前方區(qū)域進(jìn)行紅外線照明以及補光；紅外攝像頭負(fù)責(zé)采集前方紅外圖像數(shù)據(jù)；主控制芯片、基帶處理芯片和圖像處理芯片可以兩兩集成，或者三者集成為一個芯片。

圖5 工作原理基本框架圖

3.結(jié)論

如圖6所示，為本設(shè)計產(chǎn)品在車輛上安裝位置示意圖，本體設(shè)備安裝在前擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)B區(qū)域，位于車廂內(nèi)部，也可以通過吸盤安裝在前擋風(fēng)玻璃上或置于控制臺上，或安裝在反光鏡上（或替代反光鏡一體），安裝位置和方案不受上述方式的限制；紅外補光燈可以外接增加數(shù)量，可以安裝在A，B，C其中任何區(qū)域，或者其中多個區(qū)域，對前方進(jìn)行照射，是本設(shè)備在惡劣天氣情況或夜晚捕捉到良好的紅外圖像和視頻信息。

圖6 安裝位置示意圖

該設(shè)計采用紅外成像采集技術(shù)，成本較低，綜合車輛信息采集設(shè)備，可以實現(xiàn)各種極端天氣和復(fù)雜情況下的防撞預(yù)警功能和行車記錄以及安全報警功能，設(shè)置有可以靈活安裝并根據(jù)實際需要更改安裝位置的紅外補光燈，有效保障了紅外成像效果。