一、汽车夜视辅助系统定义。 汽车夜视辅助系统是一种利用红外成像技术辅助驾驶员在黑夜中看清道路、行人和障碍物等,减少事故发生,增强主动安全的系统,如图7-41所示。
二、汽车夜视辅助系统类型。
按照工作原理不同,汽车夜视辅助系统可以分为主动夜视辅助系统和被动夜视辅助两种。
(1)主动夜视辅助系统主动夜视辅助系统采用主动红外成像技术,把目标物体反射或自身辐射的红外辐射图像转换成人眼可观察的图像,这种系统本身必须具备光源,不发出热量的物体也可以看到,通过图像处理提高清晰度,道路标志清晰可见。
(2)被动夜视辅助系统被动夜视辅助系统采用热成像技术,基于目标与背景的温度和辐射率差别,利用辐射测温技术对目标逐点测定辐射强度而形成可见的目标热图像,这种系统本身没有光源,仅依靠对物体本身发出的光线进行识别,不发出热量的物体看不清或看不到。图像清晰度取决于天气条件和时间段，图像与实际景象不完全符合。
三、汽车夜视辅助系统组成。
汽车主动夜视辅助系统主要由红外发射单元、红外成像单元、电子控制单元ECU和图像显示单元等组成,如图7-42所示。
(1)红外发射单元红外发射单元位于两个前照灯内,当它被激活时,产生的红外线用于照射车辆前方区域,相应的夜视图等同于在远光灯下透过风挡玻璃所见到的情景。
(2)红外成像单元红外成像单元主要是红外图像摄像头,记录车辆前方区域内的图像,并提供其探测范围内是否存在行人或障碍物的信息,然后通过数字视频线将数据发送给ECU。
(3)电子控制单元ECU分析红外成像单元传来的数据,再通过集成化数据处理,将画面传输给图像显示单元,其中识别的行人和动物以高亮度显示。一般对于数字化的CD摄像头,采集到信号后,会进行必要的去噪声、信号增强等处理,然后再送给图像显示单元。
(4)图像显示单元图像显示单元接收控制单元传来的信号并显示,驾驶员就可以清晰地看到前大灯照射范围之外的景物,避免出现意外。
汽车被动夜视辅助系统没有红外发射单元,主要由红外成像单元、电子控制单元(ECU)和图像显示单元等组成。
四、汽车夜视辅助系统原理。
1.汽车主动夜视辅助系统原理。
汽车主动夜视辅助系统将摄像头安装到汽车前大灯,通过卤素灯泡照射,使用多套照射系统和摄像机来识别红外反射波,利用目标反射红外光源。红外光源发出的短红外线是主动照射目标,红外CCD探测器接收的目标再反射短红外光线,通过ECU处理后,可以把图像信息传递给驾驶员。主动夜视系统对比分辨度高,且图像较清晰、可靠。由于不依靠物体的热源,即使不发热的物体也能清晰可见,比如道路上的行人、车辆、道路标志牌等都可以被发现。
2.汽车被动夜视辅助系统原理。
汽车被动夜视辅助系统利用热成像摄像头接收人、动物等发热物体发出的不同的红外热辐射原理(远红外线)映射出不同的图像,并对图像进行放大和处理后输出。由于不同物体对红外线反射强弱不同,行人、动物等可以发热的物体在反射中特别突出,通过传感器的捕捉,带有热源的物体影像输出到车载显示屏上。被探测到的物体看起来就像是照相机的底片一样。但是被动红外夜视系统本身无法克服的缺点是,对于无生命、无热源特征的目标,比如道路的标志牌、车道线、车道护栏等物体,被动夜视系统无法检测到图像。此外,由于汽车前风挡玻璃不能传输长波的远红外线,摄像头必须安装在车外,需经常去清洁,且在汽车前端碰撞时易受损伤。
在被动夜视辅助系统中,关键零部件是红外摄像头,它与主动夜视辅助系统的红外摄像头原理相同,但接收对象存在差异,因此其软硬件设计也有不同。主动夜视辅助系统红外摄像头主要接收物体对红外光源的反射光线,而被动夜视辅助系统红外摄像头主要接收物体本身发出的红外辐射。被动夜视辅助系统红外摄像头主要装配于车辆前保险杠,一般安装在一个防撞击的盒子里,风挡玻璃清洗系统同时负责相机的清洁。当外界气温低于5℃时,镜头盖则被加热,拍摄距离300m,部分车型红外摄像头也可以随着车速的增加,通过镜头焦距的改变使得远距离的目标放大,使目标更清晰。
五、汽车夜视辅助系统应用实例。
目前,在奥迪、宝马、奔驰等车型上,都装备了夜视辅助系统。
奥迪A8L夜视辅助系统主要元件是控制单元和摄像头。控制单元是夜视辅助系统的核心,位于左前座椅前方的汽车底板内,装在那里的一个塑料盒内,如图7-43所示。
汽车夜视辅助系统控制单元主要完成以下任务:处理夜视辅助系统摄像头的原始图像;识别出热敏图像上的人并将其做上标记;持续不断地对摄像头图像进行分析,并测算车辆与识别出的行人的碰撞可能性;在识别出有碰撞危险时发出警告;将已处理完的热敏图像传送给组合仪表;使用CAN扩展总线接收并处理夜视辅助系统功能所需要的数值和信息:为摄像头供电(蓄电池电压);持续地对系统进行诊断,并将识别出的故障记录到故障存储器内;通过测量数据块、自适应和执行元件诊断来帮助查找夜视辅助系统故障;通过软件对售后中和生产中的系统进行校准;行车中在某些条件下进行动态校准;存储用户对夜视辅助系统所做的设置。
奥迪A8L.夜视辅助系统的摄像头是一种红外热敏图像摄像头,如图7-44所示,为防止石击,摄像头的镜头前有一个锗制成的保护窗;摄像头有加热元件，防止结冰,加热电流可根据温度来调节。
奥迪A8L夜视辅助系统的摄像头安装在车辆散热器隔栅的奥迪环中,如图7-45所示。
该摄像头配有自己的运算器,除了录下原始图像并把图像传给控制单元,还要储存校准数据。这些校准数据并不是存储在控制单元内,而是存储在摄像头内,这样,在更换损坏的夜视辅助系统控制单元后,就不必重新进行校准。该摄像头的图像是黑白图像,其分辨率水平为320像素,垂直为240像素,每秒20帧照片。夜视辅助系统的探测范围约300m,摄像头的水平探测张角约为24°。
奥迪A8L夜视辅助系统除了可以让驾驶员看清近光灯照不到的黑暗中的交通标牌、弯道、车辆、障碍物等会造成危险的事物,正确判断出前方道路的情况,还可以通过远红外热成像摄像头捕捉到车辆前方0~24°、0~300m范围内的热源(包括人和动物),让驾驶员提前做出反应,避免交通事故的发生。当热源(人或者动物)出现在捕捉范围内时,系统会将拍摄到的热信号送交电控单元处理,处理后的图像就会在仪表盘的显示器中显示出来。当行人有横穿车辆前方的意图时,系统会迅速做出判断并以红色突出显示,同时发出声音警告,如图7-46所示。
奥迪A8L夜视辅助系统是全天候的电子眼,在雨雪、浓雾天气公路上的物体及路旁的一切也都能尽收眼底,大大提高汽车行驶的安全性。
目前,越来越多的汽车厂家开始开发和使用汽车夜视辅助系统,这不仅能够提高驾驶安全性,还能够提高其豪华程度。随着科技的发展和夜视辅助系统生产成本的降低,汽车夜视辅助系统将会全面普及。
