汽車夜視系統*

張大偉 呂曉江 孫立志 周大永,2 劉衛國,2 馮擎峰,2

（1.浙江吉利汽車研究院有限公司；2.浙江省汽車安全技術研究重點實驗室）

根據中國道路交通事故2012年年報提供的數據來看，汽車夜間行駛的時間只占總駕駛時間的27%，卻有近50%左右的重大交通事故都發生在夜間。2012年我國在夜間發生的交通事故和死亡人數分別占總交通事故和死亡人數的37.60%和45.45%[1]。駕駛員在行車時的駕駛信息90%左右都來源于駕駛員的視覺，而在夜間行車時，夜視系統可以在夜間或弱光線條件下，不用開著遠光燈而避免影響到對向和前方車輛，就可醒目地了解前方的道路情況，獲取到更遠的前方視野和更高的預見能力，它能夠針對潛在危險向駕駛者提供更加全面準確的信息或發出早期警告，使駕駛安全性大為提升，讓駕駛的過程更舒適放松、更人性化。具備行人或車輛識別的夜視系統可以在碰撞危險時，通過顯示屏發現光照外的行人、障礙物、彎道等危險，向駕駛員發送報警信息，從而提前做出處理。比如會車時，若對向車輛燈光太亮造成眩光，可通過夜視系統輔助您看清前方情況。在霧中行車的辨別能力強，夜視系統可通過紅外線監測到前方情況，從而提前避讓潛在危險。

1 夜視系統的開發

1.1 夜視系統的分類

汽車夜視系統是一種利用肉眼看不見的紅外線轉化為可見光，可以輔助駕駛者在黑夜中看清道路，在碰撞5 s前，警示駕駛員采取制動或者避讓措施，從而減少碰撞交通事故發生，增強主動系統的安全。

按照其工作原理不同，又分為主動紅外夜視系統和被動紅外夜視系統，分別采用主動紅外成像技術與熱成像技術，轉化為可見圖像。

1）被動夜視系統。遠紅外攝像頭直接以探測到的物體和行人動物的熱輻射作為影像數據的信息來源，不需提供額外的紅外線光源。

2）主動夜視系統。不依靠物體的溫度熱源，而是通過使用多套照射系統和攝像機來識別紅外光源發出的紅外反射波，并將識別后的數據以圖像的形式傳遞給駕駛者。

兩者的區別在于：主動夜視借助于紅外反射燈，把目標物體反射或自身輻射的紅外輻射圖像轉換為人肉眼可觀察到的圖像；而被動夜視熱成像技術則是基于目標與背景的溫度及輻射率的差別，利用輻射測溫技術進行目標對逐[2]。

1.2 被動夜視系統和主動夜視系統的工作原理

1）被動紅外夜視系統。利用熱成像攝像頭接收人、動物等發熱物體發出的不同的紅外熱輻射原理（遠紅外線）影射出不同的圖像，并對圖像進行放大和處理后輸出[2]。由于不同物體對紅外線反射強弱不同，行人、動物等可以發熱的物體在反射中特別突出，通過傳感器的捕捉，帶有熱源的物體影像輸出到車載顯示屏上。被探測到的物體看起來就像是照相機的底片一樣。但是被動紅外夜視系統本身無法克服的缺點是：對于無生命、無熱源特征的目標，比如道路的標志牌、車道線、車道護欄等物體，被動夜視系統無法檢測到圖像。

此外，由于汽車前擋風玻璃不能傳輸長波的遠紅外線，攝像頭須安裝在車外，需經常去清潔，且在汽車前端碰撞時易受損傷。

被動夜視系統受溫度影響的因素很明顯，當溫度超過攝氏28℃時，成像的功能也會自動關閉。圖1示出被動夜視系統工作原理示意圖。

2）主動紅外夜視系統。將攝像頭安裝到汽車前大燈，通過鹵素燈泡照射，使用多套照射系統和攝像機來識別紅外反射波，利用目標反射紅外光源。紅外光源發出的短紅外線是主動照射目標，紅外CCD（Charge-Coupled Device）探測器接收的目標再反射短紅外光線，通過ECU處理后，可以把圖像信息傳遞給駕駛者。如圖2所示。主動夜視系統對比分辨度高，且圖像較清晰、可靠。由于不依靠物體的熱源，即使不發熱的物體也能清晰可見，比如道路上的行人、車輛、道路標志牌等都可以被發現。主動夜視系統成像，如圖3所示。

1.3 被動夜視系統和主動夜視系統價格及適用性對比

主動夜視系統利用紅外CCD接收紅外光線，但是由于微光放大技術理論暫時沒有突破，使用壽命短，且價格較高。如奔馳的主動紅外夜視系統售價是1925歐元。被動夜視系統根據物體和行人動物的熱輻射，作為影像數據的信息來源，現在紅外熱輻射成像技術已趨于成熟，價格逐漸降低，寶馬的被動紅外夜視系統則為950歐元。

主動夜視系統是利用短紅外成像，可能因提供信息過多，分散掉駕駛者精神注意力。雖然目標清晰，但是照射距離相對近，一般只有200 m有效距離，且成像效果易受環境因素影響，比如圖像可能因為衣服顏色以及空氣中的灰塵受到影響。2輛安裝主動夜視系統的車輛，在逆向會車時，被彼此的紅外線淹沒，短期內會出現顯示屏圖像亮白現象。造成主動夜視系統出現夜視系統的暫時失靈次數要多于被動夜視系統。

被動夜視系統是利用熱輻射遠紅外線成像，作用距離遠，一般有效距離達到300 m，且抗干擾性強。由于不需要借助光源，不會受逆向車道燈光影響，受環境影響小，被動夜視系統可以在霧、雨、雪等惡劣天氣下正常工作。且攝像頭安裝在車外，壞了容易維修。兩者適用性綜合比較來看，被動夜視系統受外界環境影響小，作用距離遠，可靠性更強。

2 結論

主動夜視系統和被動夜視系統作為汽車的主動安全系統，可以提高駕駛者的視野，有效地減少和預防夜間道路交通事故的發生。是目前眾多汽車制造商研究和開發的熱點。在汽車智能化的道路上，隨著短紅外CCD技術與遠紅外線熱輻射技術的不斷成熟，清晰度和靈敏度不斷提高，在不久的將來一定可以開發出低成本、高價值及實用性強的夜視系統。