基于熱成像原理的汽車遠近燈光自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

蔣攀，姚嘉祺，羊雨丹，郭永義

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基于熱成像原理的汽車遠近燈光自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

蔣攀，姚嘉祺，羊雨丹，郭永義

（西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621000）

隨著夜間道路上汽車行駛數(shù)量不斷增加，汽車在夜間開啟遠光燈行駛，影響對向汽車駕駛員或行人的視野，且在燈光盲區(qū)出現(xiàn)動物或其他物體時不能及時發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的安全隱患急需解決。基于熱成像原理進行汽車遠近燈光的自動切換，該系統(tǒng)不但能解決頻繁手動切換的問題，且相比現(xiàn)有的光感應自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，應用范圍更加廣泛。該設計經(jīng)濟實用，貼近生活，產(chǎn)品易于實現(xiàn)，能夠為夜間行車提供可靠的安全保障。

夜間行駛；遠近燈光；安全隱患；熱成像原理

1 引言

汽車遠光是為了讓駕駛者在夜間行駛時可以看清遠方的路況，但是在前方出現(xiàn)對向行駛的車輛和行人時，未及時切換近光，其強烈光線會使對面車輛的駕駛員和行人無法看清道路，且在燈光盲區(qū)出現(xiàn)動物和其他物體時不能及時發(fā)現(xiàn)，極易發(fā)生交通事故。

現(xiàn)有的汽車遠近光切換系統(tǒng)為手動和自動切換方式，頻繁手動切換會分散駕駛員的注意力，增加交通事故的發(fā)生概率。自動切換雖然解決了頻繁手動切換的問題，但是由于發(fā)光體的不確定性，使自動切換系統(tǒng)極易出現(xiàn)切換不穩(wěn)定的情況，比如當沒有來車時也可能出現(xiàn)自動切換的情況，同時對于不能發(fā)光的行人、動物和其他物體來說，不能及時自動切換?？梢?，現(xiàn)有的汽車遠近燈光自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)無法全面解決道路使用者的安全隱患，本文針對這一現(xiàn)實問題，提出了一種基于熱成像原理的汽車燈光遠近調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以期為夜間行車提供安全保障。

2 國內(nèi)外研究及應用現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)研究及應用現(xiàn)狀

我國對于汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的研究起步比較晚，自主研究的成熟產(chǎn)品比較缺乏，現(xiàn)有的汽車前照燈系統(tǒng)距智能化和電子網(wǎng)絡化還有很長的距離，大多數(shù)汽車廠商只能依靠從外國進口來滿足需求，而且由于國內(nèi)的道路狀況與歐美及日本等國家有較大的不同，這些引進的技術和產(chǎn)品在應用上存在很多障礙。但是可以看到，我國參照國際主流的技術，正在逐步建立與完善相關的體制，國內(nèi)越來越重視對車燈系統(tǒng)智能化的研究，上海小糸車燈有限公司、沈陽北方汽車大燈有限公司、恒潤科技、佛山王氏車燈有限公司等一些機構(gòu)都正在進行自主研發(fā)。其中上海小糸車燈有限公司以及恒潤科技公司研制出的具有自適應功能的前照燈系統(tǒng)已經(jīng)在整車上試用。除此以外，目前國內(nèi)產(chǎn)的汽車配有自適應智能控制功能的前照燈的車型主要有一汽奧迪A6L、北京奔馳E級、東風雪鐵龍C5、一汽豐田皇冠、豐田銳志 3.0V、比亞迪M6-2.4L等，但大多是引進國外的技術產(chǎn)品，且局限在各自的技術范疇內(nèi)沒有統(tǒng)一的技術標準，提供的照明功能也有差異而且不夠完善[1-2]。

2.2 國外研究及應用現(xiàn)狀

歐、美、日等發(fā)達國家對智能前照燈系統(tǒng)的研究開始得比較早，20世紀90年代起就相繼有公司及科研機構(gòu)對智能前照燈系統(tǒng)投入研究。1992年歐洲共同體EUREKA的1 403號項目將靜態(tài)自適應前照燈系統(tǒng)（Adaptive Front-lighting System，即AFS系統(tǒng)）立項，正式展開了對前照燈系統(tǒng)智能化的研究，并于20世紀90年代末在部分豪華轎車上試裝；2003年意大利瑪涅蒂瑪瑞利車燈公司在汽車上試裝了動態(tài)調(diào)節(jié)燈，并在2006年首次將這種自適應前照燈系統(tǒng)投放市場[3]。

國外汽車用汽車燈光自動控制系統(tǒng)技術和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟，但價格比較貴。其技術主要采用微機自動檢測、分析進行智能控制，經(jīng)光電傳感器檢測環(huán)境光線和汽車行駛的狀態(tài)進行分析判斷，根據(jù)環(huán)境光線的強弱自動開閉示寬燈、儀表燈、近光燈或遠光燈，實現(xiàn)光電感應的最佳智能轉(zhuǎn)換。該技術解決了汽車在行駛過程中環(huán)境光線變幻莫測、在錯綜復雜的光線環(huán)境下達到變換自如的功能和各種狀態(tài)下的自適應能力[4]。

可見，我國國內(nèi)對于汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的研究起步比較晚，技術成熟度偏低，系統(tǒng)的可靠性較差；雖然國外汽車用汽車燈光自動控制系統(tǒng)技術和產(chǎn)業(yè)化相對比較成熟，但引進費用昂貴，很難滿足我國國內(nèi)汽車制造行業(yè)對此項技術的需求，必須依靠自主創(chuàng)新來解決這一問題。

3 基于熱成像原理的汽車燈光遠近自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計

3.1 設計思路及工作原理

本系統(tǒng)的設計思路如下：在汽車擋風玻璃前方安裝一套熱成像儀器（圖像采集模塊），系統(tǒng)分布如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊設計

當熱成像儀器探測到道路前方有行駛車輛、行人、動物或其他物體時，數(shù)據(jù)傳輸至車內(nèi)后視鏡（圖像識別模塊）成像，根據(jù)自動識別系統(tǒng)辨別獲取的圖像是否滿足系統(tǒng)所設定的物體圖像，并傳出信號至車載電腦（ECU控制模塊），車載電腦根據(jù)信號控制車燈調(diào)節(jié)器（包括燈光檢測模塊與燈光切換模塊）自動調(diào)整汽車前車燈燈光為近光燈，如果熱成像儀器未識別到以上物體，自動調(diào)為遠光燈。

3.2 關鍵技術

3.2.1 熱成像技術

在自然界中，只要物質(zhì)溫度高于0°，在其內(nèi)就會存在能量轉(zhuǎn)換，并對外產(chǎn)生輻射。光學鏡片進行第一道篩選，篩選完成后進行信息處理，使人眼可以直觀分辨溫度圖。熱成像技術利用光學鏡頭篩選，將可識別波的輻射能量反饋到探測器上。探測器經(jīng)過一系列處理后將收集到的信息發(fā)送到機器內(nèi)部負責圖像處理的部分進行二次處理。圖像處理部分把從探測器收集到的數(shù)據(jù)信息進行整合與分析，處理完后可以通過目鏡或標準視頻監(jiān)視器或液晶顯示屏看到成像[5]。

3.2.2 智能識別技術

智能識別技術利用計算機系統(tǒng)、掃描設備、照相機以及其他設備技術等，對相關的目標指令、數(shù)據(jù)信息以及口令等進行智能自動識別，可以從根本上滿足當前時代的智能識別需求[6]。

3.2.3 燈光檢測技術

采用CCD感光檢測技術，利用CCD攝像頭的感光技術，將采集到的光信號轉(zhuǎn)化為電信號的原理，并最終通過圖像采集卡將模擬的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，輸出到計算機，由計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理，就可測出前照燈遠光發(fā)光強度和近光偏移量。采用CCD對光檢測技術，其檢測精度完全可以滿足國標±15′的要求[7-8]。

3.2.4 燈光自動切換技術

車燈切換模塊包括手動切換模塊和自動切換模塊，自動切換模塊由電源、繼電器與所述電源并聯(lián)的遠光燈和近光燈組成，自動切換模塊與ECU控制模塊相連接。

當ECU控制模塊輸出高電壓時，繼電器中的線圈產(chǎn)生磁場，將電路控制開關與近光燈線路觸點相連接，完成遠近燈的切換；當ECU控制模塊輸出低電壓時，繼電器中不產(chǎn)生磁場，使電路控制開關與遠光燈線路觸點相連接，從而完成燈光的自動切換[9-10]。

4 本設計的特色及應用前景

通過紅外熱像儀將被測目標物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒釄D像，根據(jù)熱圖像反饋的信息，再對圖像進行識別處理，從而達到自動調(diào)節(jié)遠近燈光的目的。與現(xiàn)有的光感應車燈燈光自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，本作品的應用范圍不僅局限于發(fā)光體，還包括行人、動物等對象，并且具有靈活、智能、快速、精確等特點。

在夜晚，該系統(tǒng)能夠通過紅外熱成像儀器感知行駛車輛前方出現(xiàn)的車輛、行人或其他物體，并自動轉(zhuǎn)換燈光遠近，同時還能增大駕駛員在夜間行駛時的視野范圍，從而提高車輛駕駛員和道路行人的安全；通過智能控制，能有效減少駕駛員頻繁手動控制燈光而產(chǎn)生的交通隱患，從而保證駕駛員及行人的安全。

［1］戎輝，龔進峰，曹健，等.AFS 系統(tǒng)關鍵技術研究［J］.汽車電器，2008（5）：15-18.

［2］吳兆源.基于圖像處理技術的汽車前照燈檢測儀的研制［D］.錦州：遼寧工學院，2007.

［3］蘭琳，陳釗.汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的設計［J］.拖拉機與農(nóng)用運輸，2009（02）：114-116.

［4］陳兆龍，魯業(yè)平.汽車燈光自動控制系統(tǒng)的研究［J］.巢湖學院學報，2008（6）：73-76.

［5］李宏棋.紅外熱成像技術應用研究［J］.科教導刊（上旬刊），2017（10）：49-50.

［6］姜貝貝.計算機人工智能識別技術的應用［J］.科技與創(chuàng)新，2018（9）：153-154.

［7］徐柱.汽車前照燈檢測技術探討［J］.中國新技術新產(chǎn)品，2012（3）：7.

［8］王軼蘇，王林強.汽車前照燈檢測相關問題的探究［J］.汽車維修與保養(yǎng)，2017（12）：80-83.

［9］宋朋朋.汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的研究［D］.南京：南京林業(yè)大學，2012.

［10］劉洋明，劉大誠.汽車前照燈照明自動控制裝置的設計與實現(xiàn)［J］.科技視界，2016（13）：63，66.

2095－6835（2019）01－0130－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.130

〔編輯：嚴麗琴〕