汽车夜视系统发展历程与工作原理解读

2013-12-30 17:44:10来源: 互联网

    电影中经常能够看到一些神秘的特工在夜间山路上驾驶着炫酷的跑车穿梭自如,为了执行任务,甚至不打开前照灯。实际上,其能够依靠夜视系统看清前方路况。夜视设备在军事中有大量运用。例如驾驶一辆阿帕奇直升机的士兵其一般都会佩戴一副夜视护目镜,其作用甚至要大于飞机上装载的武器和其他装备;步枪与狙击枪的镜头是目前夜视技术的尖端应用。

    而本文将讲述也是系统是如何在汽车中运用的。众所周知昏暗环境下交通事故发生率要高于光线充足的时候。近年来,美国及欧洲的研究者做了大量的研发,希望通过夜视系统能够让夜晚等光线昏暗时的交通事故发生率下降。

    当夜幕降临时仍能保持白天的驾驶视野是一件令司机安心的事,目前宝马、奔驰、丰田、通用都在开发各自的夜视系统。那么夜视系统究竟为何物,它是如何工作的呢?

    人眼能看到图像是因为其能够识别电磁光谱中紫色到红色区间内的反射波。而人眼无法识别的光被称为短红外波。“短红外波”其实就是我们熟知的红外线的术语表达方式,其包括3个类别。

    近红外光、中红外光和远红外光。三种光之间的区别在于波长不同。近红外光波长小于1.5微米,它是最接近人眼可识别光的一种。远红外光的波长最大可达30微米,它是由物体自身发出的光线而不是反射光。也就是说,可以利用远红外光的这一特性作为热信号使用,这也是它与其他两种光区别最大的一点。

    实现“夜视”的两种主要方法是利用热成像和光子探测(或称影像增强)的方法。两种方法都有很明显的优缺点。热成像形成的图片清晰度不高,不过其能够敏感地捕捉到物体发出的热信号。例如,士兵利用狙击步枪中的热成像夜视镜头可以看到躲避在建筑物或障碍物后方的敌人。但同时,热成像中看到的发光人体也可能是友军,而由于其图像粗糙,根本无法从镜头中分辨出敌我。

    相反地,影像增强能够让图像的清晰度很高。通常这类夜视装置的图像为绿色,除此以外,其图像和白天几乎没有区别。这类方法通过从环境光中提取光子并将其在图像增强管中转化为电子。当电子通过管道时,管中的原子会释放相似的电子,利用管道内的微通道板(MCP)将电子能量放大几千倍。

    在图像增强管的末端,电子会撞击一个具有磷光质涂层的屏幕。这些电子会保持它们通过微通道时的相对位置,这会确保图像的完好,因为电子排列的方式同起初光子排列的方式相同。这些电子带有的能量会使磷光质达到激发状态并释出光子。这些磷光质会在屏幕上生成绿色图像,这也成了夜视仪的一大特色。

    2000年,通用汽车在凯迪拉克品牌汽车中加入了热成像夜视系统。当时这项系统非常昂贵,并且它不能产生清晰的图像。丰田集团也紧随其后,至今其豪华子品牌雷克萨斯车型中仍配备先进的夜视系统。不过既然夜视系统如此有用,为何不在每辆车上都配备呢?还是成本问题。众所周知,汽车制造商不可能在一款低端车中配备成本高昂的设备,这会使其市场地位模糊。

    2006年起,奔驰与宝马两个豪华车品牌的汽车产品中也开始采用夜视系统。

汽车夜视系统工作原理

    虽然奔驰与宝马均拥有汽车夜视系统,但两者的工作原理并不相同。奔驰采用一个主动夜视系统或称为近红外光系统,与上文提到的军队使用的影像增强技术相似。而宝马则采用的是被动夜视系统,也就是利用远红外光技术。

    宝马夜视系统能够分辨出物体是人类或动物,但却无法分辨出其是死是活,换句话说,就是热成像夜视系统探测到的物体完全可能是一块巨石或一颗倒下的树。系统基于安装在车辆前方的互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器从物体上获取热信号,并在中控台显示屏上输出320×240像素的图像。物体蕴含的热量越多,那么其在图像中的亮度也越强。该系统最远可探测300米范围内的物体。其缺点是清晰度较差。

    奔驰的近红外光夜视系统则能在夜间提供高清晰度的画面。任何汽车远光灯照射到的物体通过一系列的投影灯和摄像头夜视系统都能转变为犹如白天的高亮清晰画面。其相比宝马被动夜视系统的优势在于,不仅能够检测发热物体,也能检测不具备发热信号能力的物体。不过该系统的检测范围仅为183米,不如宝马的被动夜视系统。奔驰夜视系统的另一个缺陷在于,其在雾天的夜视效果不佳。其不同于宝马夜视系统的另一点是,系统的检测设备位于方向盘后方,与司机的视线几乎保持同一直线,而不是在中控台处。这样设置的优势在于司机能够更轻松地观察到夜视系统处理过后的图像。

    两款夜视系统均可通过位于远光灯切换装置附近的按钮进行开/关。另外它们也不会受到迎面车辆灯光照射的影响。奔驰与宝马两家公司的研究者目前正致力于完善夜视系统警示标记的工作。目前的挑战在于,系统尚不能分辨一个热信号是否会对车辆有威胁——可能夜视系统检测到的热信号只是路边一个静止的物体而已。

关键字:汽车  发展

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/1230/article_8421.html
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