張大偉 呂曉江 孫立志 周大永,2 劉衛(wèi)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(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

根據(jù)中國道路交通事故2012年年報(bào)提供的數(shù)據(jù)來看，汽車夜間行駛的時(shí)間只占總駕駛時(shí)間的27%，卻有近50%左右的重大交通事故都發(fā)生在夜間。2012年我國在夜間發(fā)生的交通事故和死亡人數(shù)分別占總交通事故和死亡人數(shù)的37.60%和45.45%[1]。駕駛員在行車時(shí)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(shí)，夜視系統(tǒng)可以在夜間或弱光線條件下，不用開著遠(yuǎn)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(yuǎn)的前方視野和更高的預(yù)見能力，它能夠針對潛在危險(xiǎn)向駕駛者提供更加全面準(zhǔn)確的信息或發(fā)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(shí)別的夜視系統(tǒng)可以在碰撞危險(xiǎn)時(shí)，通過顯示屏發(fā)現(xiàn)光照外的行人、障礙物、彎道等危險(xiǎn)，向駕駛員發(fā)送報(bào)警信息，從而提前做出處理。比如會(huì)車時(shí)，若對向車輛燈光太亮造成眩光，可通過夜視系統(tǒng)輔助您看清前方情況。在霧中行車的辨別能力強(qiáng)，夜視系統(tǒng)可通過紅外線監(jiān)測到前方情況，從而提前避讓潛在危險(xiǎn)。

1 夜視系統(tǒng)的開發(fā)

1.1 夜視系統(tǒng)的分類

汽車夜視系統(tǒng)是一種利用肉眼看不見的紅外線轉(zhuǎn)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(dòng)或者避讓措施，從而減少碰撞交通事故發(fā)生，增強(qiáng)主動(dòng)系統(tǒng)的安全。

按照其工作原理不同，又分為主動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)和被動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)，分別采用主動(dòng)紅外成像技術(shù)與熱成像技術(shù)，轉(zhuǎn)化為可見圖像。

1）被動(dòng)夜視系統(tǒng)。遠(yuǎn)紅外攝像頭直接以探測到的物體和行人動(dòng)物的熱輻射作為影像數(shù)據(jù)的信息來源，不需提供額外的紅外線光源。

2）主動(dòng)夜視系統(tǒng)。不依靠物體的溫度熱源，而是通過使用多套照射系統(tǒng)和攝像機(jī)來識(shí)別紅外光源發(fā)出的紅外反射波，并將識(shí)別后的數(shù)據(jù)以圖像的形式傳遞給駕駛者。

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

1.2 被動(dòng)夜視系統(tǒng)和主動(dòng)夜視系統(tǒng)的工作原理

1）被動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)。利用熱成像攝像頭接收人、動(dòng)物等發(fā)熱物體發(fā)出的不同的紅外熱輻射原理（遠(yuǎn)紅外線）影射出不同的圖像，并對圖像進(jìn)行放大和處理后輸出[2]。由于不同物體對紅外線反射強(qiáng)弱不同，行人、動(dòng)物等可以發(fā)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(jī)的底片一樣。但是被動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)本身無法克服的缺點(diǎn)是：對于無生命、無熱源特征的目標(biāo)，比如道路的標(biāo)志牌、車道線、車道護(hù)欄等物體，被動(dòng)夜視系統(tǒng)無法檢測到圖像。

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

被動(dòng)夜視系統(tǒng)受溫度影響的因素很明顯，當(dāng)溫度超過攝氏28℃時(shí)，成像的功能也會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。圖1示出被動(dòng)夜視系統(tǒng)工作原理示意圖。

2）主動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)。將攝像頭安裝到汽車前大燈，通過鹵素?zé)襞菡丈洌褂枚嗵渍丈湎到y(tǒng)和攝像機(jī)來識(shí)別紅外反射波，利用目標(biāo)反射紅外光源。紅外光源發(fā)出的短紅外線是主動(dòng)照射目標(biāo)，紅外CCD（Charge-Coupled Device）探測器接收的目標(biāo)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(dòng)夜視系統(tǒng)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(fā)熱的物體也能清晰可見，比如道路上的行人、車輛、道路標(biāo)志牌等都可以被發(fā)現(xiàn)。主動(dòng)夜視系統(tǒng)成像，如圖3所示。

1.3 被動(dòng)夜視系統(tǒng)和主動(dòng)夜視系統(tǒng)價(jià)格及適用性對比

主動(dòng)夜視系統(tǒng)利用紅外CCD接收紅外光線，但是由于微光放大技術(shù)理論暫時(shí)沒有突破，使用壽命短，且價(jià)格較高。如奔馳的主動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)售價(jià)是1925歐元。被動(dòng)夜視系統(tǒng)根據(jù)物體和行人動(dòng)物的熱輻射，作為影像數(shù)據(jù)的信息來源，現(xiàn)在紅外熱輻射成像技術(shù)已趨于成熟，價(jià)格逐漸降低，寶馬的被動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)則為950歐元。

主動(dòng)夜視系統(tǒng)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(biāo)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(huán)境因素影響，比如圖像可能因?yàn)橐路伾约翱諝庵械幕覊m受到影響。2輛安裝主動(dòng)夜視系統(tǒng)的車輛，在逆向會(huì)車時(shí)，被彼此的紅外線淹沒，短期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)顯示屏圖像亮白現(xiàn)象。造成主動(dòng)夜視系統(tǒng)出現(xiàn)夜視系統(tǒng)的暫時(shí)失靈次數(shù)要多于被動(dòng)夜視系統(tǒng)。

被動(dòng)夜視系統(tǒng)是利用熱輻射遠(yuǎn)紅外線成像，作用距離遠(yuǎn)，一般有效距離達(dá)到300 m，且抗干擾性強(qiáng)。由于不需要借助光源，不會(huì)受逆向車道燈光影響，受環(huán)境影響小，被動(dòng)夜視系統(tǒng)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(dòng)夜視系統(tǒng)受外界環(huán)境影響小，作用距離遠(yuǎn)，可靠性更強(qiáng)。

2 結(jié)論

主動(dòng)夜視系統(tǒng)和被動(dòng)夜視系統(tǒng)作為汽車的主動(dòng)安全系統(tǒng)，可以提高駕駛者的視野，有效地減少和預(yù)防夜間道路交通事故的發(fā)生。是目前眾多汽車制造商研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。在汽車智能化的道路上，隨著短紅外CCD技術(shù)與遠(yuǎn)紅外線熱輻射技術(shù)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(fā)出低成本、高價(jià)值及實(shí)用性強(qiáng)的夜視系統(tǒng)。