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汽车夜视系统分类及原理

电子工程世界
2017-02-17
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松下已经开研发出新的图像传感器技术,可以改善汽车的夜视系统,提升汽车夜行的安全性。

据了解,近红外光是非可见光,一般会将红外截止滤光片放在于镜头与传感器之间,让其阻绝近红外光。但是松下研发出的图像传感器技术方案无需使用机械红外截止滤光片,只要在有机CMOS传感器下就可以利用电子调控近红外光的感光度。

所以松下将该项技术应用到汽车当中,汽车夜视系统显示的图像将更为清晰。现在有一些车可以通过夜视系统在黑夜中顺畅行驶,但是这些汽车的比较昂贵,售价一般都超过5万美元,而且如果选择好一点的夜视系统可能还要多花2500美元,这么昂贵的费用绝大多数人还是消费不起。但是随着松下先进的红外技术的不断改善和普及,夜行器对汽车来说就变得习以为常。只是松下并没有透露,这一天何时到来。

那么汽车夜视系统是什么

汽车夜视系统,利用红外线技术能将黑暗变得如同白昼,使驾驶员在黑夜里看得更远更清楚。夜视系统的结构由2部分组成:一部分是红外线摄像机,另一部分是挡风玻璃上的光显示系统。

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奔驰新S级采用了液晶仪表盘,在夜晚时,这个仪表盘会变成夜视系统的显示屏,由于屏幕位置就在驾驶员前,所以观察起来非常方便。宝马7系也有相似的系统, 只不过,红外影像是显示在中控台液晶屏上的,所以观看起来并不如奔驰S级那样方便。但宝马7系夜视系统还有一个很智能的优点,就是当红外探测仪在前方道路 边发现行人时,会用一个醒目的黄色标识提示驾驶员小心,这一点不但体现车辆的科技性也提升主动安全性。

夜视系统分类及工作原理

从技术上来讲,夜视系统分为两种:

1.主动红外照射(短红外 NIR-Near-Infrared Ray)

2.被动红外系统(远红外 FIR-Far Infrared Ray)

主动式夜视系统

主动式夜视系统主要由红外发射装置发射一定强度的红外波束,利用图像传感器感应从目标物体上反射回来的红外波束,并把图像显示在车载显示屏上。被动式夜视系统利用自然界绝大多数物体的温度都大于绝对温度的原理,此情况下的物体都会向外发射一定波长的红外光束,其光谱处于3微米以上范围,由于所发射红外光束的能量很弱,需要利用昂贵的专用红外图像传感器来感知目标物,主要用于军事方面。

夜视系统工作原理

1、红外光与红外成像

自汽车夜视系统问世以来,红外技术一直是其仰仗的基础,红外辐射和红外成像是研究系统最基本的出发点。红外辐射又称红外线、红外光。我们知道太阳光是由彩色光混合而成,光的热效应是由紫光到红光逐渐增大的,而热效应最大的位于红光外面,我们称之为“红外光”,它与我们可以看到的彩色光物理性能相同,我们只是眼睛看不到它。红外线是介于光与微波之间的电磁波,波长0.75—1000微米,更具波长不同,我们又可以把红外线分为三部分:近红外线、中红外线和远红外线。红外技术中,用的是红外线与物质的交互作用。物质内部的原子和分子在不停的运动,都有一定的能量。如有外来刺激和干扰,改变了其运动状态,能量发生了变化,就发生了物理学上的“跃迁”,即能量的释放。释放能量的常见方式就是释放电磁波。因此红外线不只是太阳光的成分之一,所有温度高于绝对零度的物体都会释放红外线。我们把景物反射或自身辐射的红外辐射图样,转换成人眼可观察到的图样,这就是红外成像技术。利用物体自身发出的红外线照出物体的像,称为被动红外成像;而以红外辐射源照射物体,利用被反射的红外辐射摄取物体的像,称为主动式红外成像,与之对应的就是被动夜市技术和主动夜视技术。

2、被动红外夜视技术

被动红外夜视技术也称为红外成像技术,利用物体的红外辐射来得到物体的像。热成像系统的作用就是基于目标与背景的温度及辐射发射率的差异,利用辐射测温技术对目标逐点测定辐射强度,而形成可见目标的热图像。被动红外夜视系统装置的远红外照相机主要接收物体自身辐射的远红外光线波长80—14000nm。完成从扫描到最终成像的核心设备就是热像仪。热像仪所摄景物包括目标及背景,两者辐射的差别是构成热图像的基础,目标及背景的辐射通过大气被吸收或散射之后再反射到热像仪。一般,热像仪的接收元件采用单个或线列型的红外探测器,只摄取景物一部分的辐射,为了获得被射景物全体的图像,必须用光学扫描方法使红外探测器顺序扫视整个被摄景物空间,接受的按空间变化的红外辐射由红外探测器转换成按时间顺序变化的电信号,经放大处理后,再在阴极射线管上转换成可见的图像。

3、主动红外夜视技术

主动红外夜视技术是指工作时用较强的红外辐射源照射目标, 利用目标反射回来的红外线来得到物体的像。与被动式红外夜视系统相比,主动式红外成像系统体积大,能耗多,但却可以提升图像的清晰度和分辨率。红外光源发出的红外辐射照射前方目标,经反射光学系统的物镜组接收,并在红外变像管光阴极面上形成目标的红外图像,变像管对红外图像进行光谱转换、电子成像和亮度增强,最终在荧光屏上显示出目标的可见图像。主动式红外系统的工作波段在800 一1000nm的近红外区域,其核心部件为红外变像管,它起着光电图像转换及增强作用。主动式红外夜视系统的最大优点在于能充分利用红外灯源发出的狭窄光束照明目标,目标与背景反差大。

4、主动式与被动式夜视技术比较

比较使用近红外和远红外辐射技术对行人的探测, 结果表明远红外辐射夜视仪具有更大的优势,因为行人的辐射热量大,适宜远红外探测技术。

5、图像处理技术

对近红外传感器需要降低眩光效应和增强图像比度长。智能自动图像处理技术是一更加先进的技术,可以对远红外传感图像的低对比起补偿作用,可以用于检测和增强热物体的轮廓在一个基于知识分类的处理进程中,可以用电脑程序加以辨认物体,举例来说,可以辨认行人。甚至可以将可获得的光学和声学信号结合起来处理,增强认知性可以进一步防止危险。夜视系统有黑白显示屏和彩色显示屏两种,对黑白显示屏而言,前方不同温度的物体在屏上以黑白深浅灰度色成像彩色的夜视系统,则可显示前方物体的颜色包括十字路口的交通信号灯颜色,可象放电影似的给出模拟的连续清晰显示。图像处理技术的发展对夜视系统起着至关重要的作用。未来的图像处理技术应该能使图像更接近真实环境,更好辨清环境中的障碍物,帮助驾驶员更好的夜间驾驶,进一步提高夜间驾驶的安全性。

结语

当你夜晚驱车赶路,在远光灯为你照亮车前的有限距离内,景物尚依稀可辩,但在前面的黑暗中时刻潜伏着危险。特别是在下大雨、下雪、有雾的天气,或者在尘土飞扬、能见度底的夜间行驶,更是造成交通事故频发的主要原因。尽管这些年来汽车照明技术取得了不小的进步,如具有自动调整光轴的前照灯系统和三光柱前照灯系统,虽增加了照射距离和照准误差,但夜间行车的风险仍比白天大得多。据美国国家公路交通安全管理局统计,虽然夜间行车在整个公路交通中只占四分之一,但发生的死亡事故却占了一半。因此车载夜视系统的应用主要是防患于未然。可以这样说:车载夜视系统将是继安全气囊和防抱死制动系统之后,具有更高使用价值的安全系统。

原文链接:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/article_2017021716964.html

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