基于紅外圖像采集技術的車載預警記錄系統設計與實現

安徽商貿職業技術學院電子信息工程系 許美玨 李 慶 陳 剛

本文設計一種基于紅外圖像采集技術的車載預警記錄系統，系統構建了一種基于紅外圖像采集技術的模型，實現了各種極端天氣和復雜情況下的汽車防撞預警功能和行車記錄以及安全預警功能，設置有可以靈活安裝并根據實際需要更改安裝位置的紅外補光燈，有效保障了紅外成像效果，運行顯示效果良好。

1.背景分析

隨著社會經濟的發展，交通成為制約經濟發展的主要問題之一。汽車在社會生活中的地位日益提高，在汽車保有輛逐年增長的情況下，汽車安全問題則被普遍地關注,行車記錄和行車安全成為車載設備的重要發展方向,家庭使用車輛基本實現了行車記錄儀的普及。

目前業界采用的行車記錄儀主要由運動攝像機發展而來,在車輛行駛過程中實現記錄行程錄像，回看等功能，行車記錄儀采用內部或外部存儲設備進行存儲，用戶可通過行車記錄儀本身屏幕查看回放,或通過手機或電腦讀取存儲設備進行查看，部分行車記錄儀具有短距離網絡傳輸功能,可以通過手機等設備連接行車記錄儀進行操控、查看回放等功能。而普通行車記錄儀針對較差環境，如夜晚微光環境，霧霾，暴雨等天氣時，其記錄錄像達不到可辨別事故或基本記錄的效果，此時普通行車記錄儀就形同虛設。

而對于車輛安全來說，最主要的判斷依據是兩車之間的相對距離和相對速度信息，高速行駛中的車輛如果距離過近，則容易造成追尾事故。因此，常用的防撞設備都將對車輛之間的相對距離的測量作為主要的檢測任務。在汽車防撞雷達當中，根據工作原理和工作過程不同，分為超聲波雷達、紅外雷達、激光雷達以及毫米波雷達。其中這幾種雷達，都是對通過對回波的檢測，與發射信號相比較，得到脈沖或相位的差值，從而計算出發射與接收信號的時間差。再分別對應于超聲波、紅外線、激光在空氣中的傳播速度，計算出與障礙物的距離與相對速度。而前三種雷達都在不同程度上由于發射功率，本身原理接收設備范圍的制約，易受到天氣變化和灰塵、雨雪、陽光等的影響，毫米波雷達雖然精度較高，但成本高，設備復雜，只在部分高端車輛上采用。

2.原理及硬件

2.1 原理分析

為了解決行車記錄和行車安全的問題，我們綜合目前業界各種技術手段，提出采用紅外成像技術實現行車記錄和防撞報警功能。實驗模型中紅外光源選擇了基于LED的可調功率發光組件。相對于鹵素燈，LED具備壽命長的特點，利用散列方式排放的LED，使用850nm 的波長?？梢宰龅?00—150米范圍內的物體監測，滿足車輛運行的基本要求。通過調整LED發光組件的功率，可以提高其距離。同時，由于該組件和CCD模塊沒有必然聯系，在特殊的場合可以配置成熟的鹵素燈紅外照明方案。紅外光屬于不可見光，而黑白CCD圖像傳感器具有更寬的感光光譜范圍，對波長為76O一110Onto、人眼不可見的近紅外光也有一定的光譜響應。利用此特性，可以在夜間無可見光照明的情況下，利用物體對紅外光源照明的反射，使CCD圖像傳感器清晰地成像。

從紅外攝像頭采集的數據送到信號處理器作分析處理，得出障礙物的相對距離、速度等數據，并把該數據輸送給處理中心，處理中心再與由本車傳感器輸入的有關信號（結合近距離通信設備（WIFI/BT）從車輛OBD接口采集到的數據），如車速、制動氣壓等綜合處理并發出兩種指令：一種指令給本車操作設備，如自動減速、換檔、制動等；另一種指令則是給駕駛員的警示信號，如通過揚聲器向駕駛員發出減速、制動、轉向、停車等語音信號。從而起到操作汽車防止與障礙物相撞之目的。

2.2 硬件結構

本設計包括有本體設備、紅外攝像頭、紅外補光燈、顯示器以及內部組件；設備本體包括有塑料材質或者鋁鎂合金材質的外殼，該外殼為長方形扁平狀結構的盒體，紅外攝像頭固定安裝在本體設備的正面，紅外補光燈可拆卸的安裝在本體設備的正面并位于紅外攝像頭的周圍，顯示器設置在本體設備的背面，內部組件包括有主板、柔性電路板、電池、揚聲器和天線。

圖1 設計正面圖

圖2 設計背面圖

圖3 PCB正面圖

圖4 PCB背面圖

2.3 設計算法

如圖5為本設計的工作原理的基本構架圖，主控制芯片為控制中樞，負責控制各處理模塊和采集設備，控制方式可以是GPIO總線控制或者mipi控制等方式；基帶處理芯片負責處理WIFI收發處理芯片傳送過來的信息以及圖像處理芯片傳輸過來的信息，并對信息進行處理；WIFI收發處理芯片（此處為短距離傳輸設備的一種實例，不限于WIFI收發設備）負責接收從車輛OBD無線適配器（對應相同的短距離通信模式，如WIFI）傳輸過來的車輛實時信息，并對其進行下變頻處理為基帶信號；圖像處理芯片負責接收紅外攝像頭采集到的圖像數據并對其進行處理并傳輸給基帶處理芯片；紅外光源負責對前方區域進行紅外線照明以及補光；紅外攝像頭負責采集前方紅外圖像數據；主控制芯片、基帶處理芯片和圖像處理芯片可以兩兩集成，或者三者集成為一個芯片。

圖5 工作原理基本框架圖

3.結論

如圖6所示，為本設計產品在車輛上安裝位置示意圖，本體設備安裝在前擋風玻璃內側B區域，位于車廂內部，也可以通過吸盤安裝在前擋風玻璃上或置于控制臺上，或安裝在反光鏡上（或替代反光鏡一體），安裝位置和方案不受上述方式的限制；紅外補光燈可以外接增加數量，可以安裝在A，B，C其中任何區域，或者其中多個區域，對前方進行照射，是本設備在惡劣天氣情況或夜晚捕捉到良好的紅外圖像和視頻信息。

圖6 安裝位置示意圖

該設計采用紅外成像采集技術，成本較低，綜合車輛信息采集設備，可以實現各種極端天氣和復雜情況下的防撞預警功能和行車記錄以及安全報警功能，設置有可以靈活安裝并根據實際需要更改安裝位置的紅外補光燈，有效保障了紅外成像效果。