基于熱成像原理的汽車遠(yuǎn)近燈光自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

蔣攀，姚嘉祺，羊雨丹，郭永義

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基于熱成像原理的汽車遠(yuǎn)近燈光自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

蔣攀，姚嘉祺，羊雨丹，郭永義

（西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621000）

隨著夜間道路上汽車行駛數(shù)量不斷增加，汽車在夜間開啟遠(yuǎn)光燈行駛，影響對(duì)向汽車駕駛員或行人的視野，且在燈光盲區(qū)出現(xiàn)動(dòng)物或其他物體時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的安全隱患急需解決?；跓岢上裨磉M(jìn)行汽車遠(yuǎn)近燈光的自動(dòng)切換，該系統(tǒng)不但能解決頻繁手動(dòng)切換的問題，且相比現(xiàn)有的光感應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，應(yīng)用范圍更加廣泛。該設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，貼近生活，產(chǎn)品易于實(shí)現(xiàn)，能夠?yàn)橐归g行車提供可靠的安全保障。

夜間行駛；遠(yuǎn)近燈光；安全隱患；熱成像原理

1 引言

汽車遠(yuǎn)光是為了讓駕駛者在夜間行駛時(shí)可以看清遠(yuǎn)方的路況，但是在前方出現(xiàn)對(duì)向行駛的車輛和行人時(shí)，未及時(shí)切換近光，其強(qiáng)烈光線會(huì)使對(duì)面車輛的駕駛員和行人無法看清道路，且在燈光盲區(qū)出現(xiàn)動(dòng)物和其他物體時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，極易發(fā)生交通事故。

現(xiàn)有的汽車遠(yuǎn)近光切換系統(tǒng)為手動(dòng)和自動(dòng)切換方式，頻繁手動(dòng)切換會(huì)分散駕駛員的注意力，增加交通事故的發(fā)生概率。自動(dòng)切換雖然解決了頻繁手動(dòng)切換的問題，但是由于發(fā)光體的不確定性，使自動(dòng)切換系統(tǒng)極易出現(xiàn)切換不穩(wěn)定的情況，比如當(dāng)沒有來車時(shí)也可能出現(xiàn)自動(dòng)切換的情況，同時(shí)對(duì)于不能發(fā)光的行人、動(dòng)物和其他物體來說，不能及時(shí)自動(dòng)切換?？梢?，現(xiàn)有的汽車遠(yuǎn)近燈光自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)無法全面解決道路使用者的安全隱患，本文針對(duì)這一現(xiàn)實(shí)問題，提出了一種基于熱成像原理的汽車燈光遠(yuǎn)近調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以期為夜間行車提供安全保障。

2 國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

我國對(duì)于汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的研究起步比較晚，自主研究的成熟產(chǎn)品比較缺乏，現(xiàn)有的汽車前照燈系統(tǒng)距智能化和電子網(wǎng)絡(luò)化還有很長的距離，大多數(shù)汽車廠商只能依靠從外國進(jìn)口來滿足需求，而且由于國內(nèi)的道路狀況與歐美及日本等國家有較大的不同，這些引進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品在應(yīng)用上存在很多障礙。但是可以看到，我國參照國際主流的技術(shù)，正在逐步建立與完善相關(guān)的體制，國內(nèi)越來越重視對(duì)車燈系統(tǒng)智能化的研究，上海小糸車燈有限公司、沈陽北方汽車大燈有限公司、恒潤科技、佛山王氏車燈有限公司等一些機(jī)構(gòu)都正在進(jìn)行自主研發(fā)。其中上海小糸車燈有限公司以及恒潤科技公司研制出的具有自適應(yīng)功能的前照燈系統(tǒng)已經(jīng)在整車上試用。除此以外，目前國內(nèi)產(chǎn)的汽車配有自適應(yīng)智能控制功能的前照燈的車型主要有一汽奧迪A6L、北京奔馳E級(jí)、東風(fēng)雪鐵龍C5、一汽豐田皇冠、豐田銳志 3.0V、比亞迪M6-2.4L等，但大多是引進(jìn)國外的技術(shù)產(chǎn)品，且局限在各自的技術(shù)范疇內(nèi)沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提供的照明功能也有差異而且不夠完善[1-2]。

2.2 國外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

歐、美、日等發(fā)達(dá)國家對(duì)智能前照燈系統(tǒng)的研究開始得比較早，20世紀(jì)90年代起就相繼有公司及科研機(jī)構(gòu)對(duì)智能前照燈系統(tǒng)投入研究。1992年歐洲共同體EUREKA的1 403號(hào)項(xiàng)目將靜態(tài)自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)（Adaptive Front-lighting System，即AFS系統(tǒng)）立項(xiàng)，正式展開了對(duì)前照燈系統(tǒng)智能化的研究，并于20世紀(jì)90年代末在部分豪華轎車上試裝；2003年意大利瑪涅蒂瑪瑞利車燈公司在汽車上試裝了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)燈，并在2006年首次將這種自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)投放市場(chǎng)[3]。

國外汽車用汽車燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟，但價(jià)格比較貴。其技術(shù)主要采用微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)、分析進(jìn)行智能控制，經(jīng)光電傳感器檢測(cè)環(huán)境光線和汽車行駛的狀態(tài)進(jìn)行分析判斷，根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱自動(dòng)開閉示寬燈、儀表燈、近光燈或遠(yuǎn)光燈，實(shí)現(xiàn)光電感應(yīng)的最佳智能轉(zhuǎn)換。該技術(shù)解決了汽車在行駛過程中環(huán)境光線變幻莫測(cè)、在錯(cuò)綜復(fù)雜的光線環(huán)境下達(dá)到變換自如的功能和各種狀態(tài)下的自適應(yīng)能力[4]。

可見，我國國內(nèi)對(duì)于汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的研究起步比較晚，技術(shù)成熟度偏低，系統(tǒng)的可靠性較差；雖然國外汽車用汽車燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化相對(duì)比較成熟，但引進(jìn)費(fèi)用昂貴，很難滿足我國國內(nèi)汽車制造行業(yè)對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的需求，必須依靠自主創(chuàng)新來解決這一問題。

3 基于熱成像原理的汽車燈光遠(yuǎn)近自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路及工作原理

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路如下：在汽車擋風(fēng)玻璃前方安裝一套熱成像儀器（圖像采集模塊），系統(tǒng)分布如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

當(dāng)熱成像儀器探測(cè)到道路前方有行駛車輛、行人、動(dòng)物或其他物體時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸至車內(nèi)后視鏡（圖像識(shí)別模塊）成像，根據(jù)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)辨別獲取的圖像是否滿足系統(tǒng)所設(shè)定的物體圖像，并傳出信號(hào)至車載電腦（ECU控制模塊），車載電腦根據(jù)信號(hào)控制車燈調(diào)節(jié)器（包括燈光檢測(cè)模塊與燈光切換模塊）自動(dòng)調(diào)整汽車前車燈燈光為近光燈，如果熱成像儀器未識(shí)別到以上物體，自動(dòng)調(diào)為遠(yuǎn)光燈。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 熱成像技術(shù)

在自然界中，只要物質(zhì)溫度高于0°，在其內(nèi)就會(huì)存在能量轉(zhuǎn)換，并對(duì)外產(chǎn)生輻射。光學(xué)鏡片進(jìn)行第一道篩選，篩選完成后進(jìn)行信息處理，使人眼可以直觀分辨溫度圖。熱成像技術(shù)利用光學(xué)鏡頭篩選，將可識(shí)別波的輻射能量反饋到探測(cè)器上。探測(cè)器經(jīng)過一系列處理后將收集到的信息發(fā)送到機(jī)器內(nèi)部負(fù)責(zé)圖像處理的部分進(jìn)行二次處理。圖像處理部分把從探測(cè)器收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合與分析，處理完后可以通過目鏡或標(biāo)準(zhǔn)視頻監(jiān)視器或液晶顯示屏看到成像[5]。

3.2.2 智能識(shí)別技術(shù)

智能識(shí)別技術(shù)利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、掃描設(shè)備、照相機(jī)以及其他設(shè)備技術(shù)等，對(duì)相關(guān)的目標(biāo)指令、數(shù)據(jù)信息以及口令等進(jìn)行智能自動(dòng)識(shí)別，可以從根本上滿足當(dāng)前時(shí)代的智能識(shí)別需求[6]。

3.2.3 燈光檢測(cè)技術(shù)

采用CCD感光檢測(cè)技術(shù)，利用CCD攝像頭的感光技術(shù)，將采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的原理，并最終通過圖像采集卡將模擬的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，輸出到計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，就可測(cè)出前照燈遠(yuǎn)光發(fā)光強(qiáng)度和近光偏移量。采用CCD對(duì)光檢測(cè)技術(shù)，其檢測(cè)精度完全可以滿足國標(biāo)±15′的要求[7-8]。

3.2.4 燈光自動(dòng)切換技術(shù)

車燈切換模塊包括手動(dòng)切換模塊和自動(dòng)切換模塊，自動(dòng)切換模塊由電源、繼電器與所述電源并聯(lián)的遠(yuǎn)光燈和近光燈組成，自動(dòng)切換模塊與ECU控制模塊相連接。

當(dāng)ECU控制模塊輸出高電壓時(shí)，繼電器中的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，將電路控制開關(guān)與近光燈線路觸點(diǎn)相連接，完成遠(yuǎn)近燈的切換；當(dāng)ECU控制模塊輸出低電壓時(shí)，繼電器中不產(chǎn)生磁場(chǎng)，使電路控制開關(guān)與遠(yuǎn)光燈線路觸點(diǎn)相連接，從而完成燈光的自動(dòng)切換[9-10]。

4 本設(shè)計(jì)的特色及應(yīng)用前景

通過紅外熱像儀將被測(cè)目標(biāo)物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，根據(jù)熱圖像反饋的信息，再對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別處理，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近燈光的目的。與現(xiàn)有的光感應(yīng)車燈燈光自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，本作品的應(yīng)用范圍不僅局限于發(fā)光體，還包括行人、動(dòng)物等對(duì)象，并且具有靈活、智能、快速、精確等特點(diǎn)。

在夜晚，該系統(tǒng)能夠通過紅外熱成像儀器感知行駛車輛前方出現(xiàn)的車輛、行人或其他物體，并自動(dòng)轉(zhuǎn)換燈光遠(yuǎn)近，同時(shí)還能增大駕駛員在夜間行駛時(shí)的視野范圍，從而提高車輛駕駛員和道路行人的安全；通過智能控制，能有效減少駕駛員頻繁手動(dòng)控制燈光而產(chǎn)生的交通隱患，從而保證駕駛員及行人的安全。

［1］戎輝，龔進(jìn)峰，曹健，等.AFS 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.汽車電器，2008（5）：15-18.

［2］吳兆源.基于圖像處理技術(shù)的汽車前照燈檢測(cè)儀的研制［D］.錦州：遼寧工學(xué)院，2007.

［3］蘭琳，陳釗.汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸，2009（02）：114-116.

［4］陳兆龍，魯業(yè)平.汽車燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究［J］.巢湖學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（6）：73-76.

［5］李宏棋.紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用研究［J］.科教導(dǎo)刊（上旬刊），2017（10）：49-50.

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［7］徐柱.汽車前照燈檢測(cè)技術(shù)探討［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（3）：7.

［8］王軼蘇，王林強(qiáng).汽車前照燈檢測(cè)相關(guān)問題的探究［J］.汽車維修與保養(yǎng)，2017（12）：80-83.

［9］宋朋朋.汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的研究［D］.南京：南京林業(yè)大學(xué)，2012.

［10］劉洋明，劉大誠.汽車前照燈照明自動(dòng)控制裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.科技視界，2016（13）：63，66.

2095－6835（2019）01－0130－02

U463.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.130

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕