汽车新技术课件：夜视辅助系统

夜视辅助系统1.熟悉汽车夜视辅助系统的概念及作用。2.了解汽车夜视技术的类型及特点。3.理解汽车夜视辅助系统的结构及原理。学习目标有调查显示，60%的交通事故都发生在夜间及天气不良的情况下，死亡性事故中有约50%是在夜间发生的。夜间及不良天气下驾车视线比较差，如果汽车速度较快就很容易发生事故。尤其是在夜间，汽车在没有路灯的道路上行驶，受车灯照射距离的限制，无法保证车辆的行驶安全。为了提高汽车夜间行驶的性能，一些汽车生产厂商首先在高档汽车上研究安装了夜视辅助设备，以保证夜间行车安全。学习导入汽车夜视辅助系统是一个典型的由军事装备转化为民用产品的例子。夜视辅助系统的用途很广，因为造价昂贵，因此主要用于军事方面，如坦克、装甲运输车辆、侦查车辆等。把具有夜视能力的仪器设备安装在坦克上，可以使坦克在夜间能够看清目标，行动自如，提高了坦克等军事装备的夜间机动能力和作战能力。近年来，随着科技的进步，其造价越来越低，而汽车的性能要求越来越高，使一些高端汽车产品优先引入了夜视辅助系统。事实证明，配备有夜视仪的车辆夜间行驶安全性明显提高，是汽车工业技术进步及安全理念进一步提升的新体现。学习导入一、汽车夜视辅助系统的概念及作用汽车夜视辅助系统（NightVisionDevice，NVD）是一种利用微光技术或红外线技术辅助驾驶员在黑夜中看清道路、行人和障碍物，以减少事故发生，增强主动安全的系统。在汽车夜视辅助系统的帮助下，驾驶员在夜间或弱光线的驾驶过程中会获得更广阔的视野和更高的视觉效果，并能针对潜在危险向驾驶员提供更加全面准确的信息或发出早期警告，提升驾驶员的预见性，提高车辆行驶的安全性。汽车夜视辅助系统不仅能够使驾驶员在黑夜（没有任何灯光照明的情况下）也能像白天那样清晰准确地观察到路面情况，而且还具有在两车交会时，能大大降低前方汽车灯强光对驾驶员视觉刺激及提高驾驶员在雾中行车的辨别能力。此外，为看清车后的情况，有些车辆还装备有自动防眩目后视镜，当后方来车的灯光照射在后视镜上时，自动感应装置可使液晶玻璃反光镜表面反光柔和，保护驾驶员眼睛不受后方车辆灯光的刺激。汽车夜视辅助系统还能给驾驶员带来更大的安全感。它通过红外成像技术在黑暗中辨认物体，既可以看到前方道路上人眼难以观察到的危险，也可以看到前照灯照射不到的区域，而耗电量却只有汽车前照灯的1/4。如果夜间汽车行驶前方有一个成年人，视力好的驾驶员用近光灯可以在距行人80～90m处看到他，用远光灯可在150m左右看清他；而用夜视辅助系统却可以在450m外就能发现前方的行人，如图6-3-1所示。而且，即使打开汽车前照灯也不影响夜视辅助系统图像的显示，迎面驶来车辆的强烈灯光也不会使夜视辅助系统致盲。此外，夜视辅助系统是全天候的电子眼，在雾、雨、雪等不良天气条件下，可以非常清楚地观察到前方路面的情况，大大提高了汽车的行驶安全性。装备有夜视辅助系统的车辆汽车夜视辅助系统属于汽车主动安全防护设备，是高新科技在汽车产品上的具体应用，也诠释了汽车发展“以人为本”的理念。越来越多的汽车生产厂商开始开发和应用汽车夜视辅助系统，整体提高了车辆的性能。但由于价格因素的限制，当前各大汽车生产厂商只是在其豪华车型中使用了车载夜视辅助系统，如宝马7系、奔驰S级等。相信在不久的将来，随着科技的发展和生产成本的降低，汽车夜视辅助系统将会全面得到普及。二、汽车夜视技术的类型根据工作原理不同，汽车夜视技术可分为三大类：微光夜视技术（TTI）、被动红外线夜视技术（TIS）和主动红外线夜视技术（CCD）。1.微光夜视技术（TTI）微光夜视技术是利用夜间目标反射的低亮度的月光、星光、大气辉光等自然光，将其亮度增强放大到几十万倍，从而达到能够适用于夜间车辆驾驶的目的。微光夜视技术的优点是：体积小、质量轻、耗能少。缺点是：作用距离和观察效果受天气、环境影响较大。TTI产品目前主流仍是应用在军事领域。2.被动红外夜视技术（TIS）被动红外夜视技术也称远红外线（FarInfraredRay，FIR）技术，是将物体发出的不可见红外光线转变为可见的热图像。自然界存在着温度的变化，任何绝对零度以上的物体都会有热辐射，此情况下的物体都会向外发射一定波长的红外波束光谱，但不同温度的物体散发的热量是不同的。人类、动物和行驶的车辆与周围环境相比，散发的热量要更多。被动红外夜视系统可以收集这些信息，然后将其转变成可视的图像，把本来在夜间看不清的物体清楚地呈现在人们眼前。被动红外夜视系统不依赖热源，而是利用红外探测器和光学成像物镜，接收被测目标的红外线辐射能量分布图形，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。由于被动红外夜视系统利用热敏图像，其探测距离较远，不会受到逆向车道灯光的影响。但也有不足之处：其图像清晰度变化较大，完全取决于天气条件和不同的时间段；图像与实际景象不完全相符；道路标志很难看到或者看不到。由于物体所发射的红外光束的能量很弱，被动红外夜视系统需要利用昂贵的红外图像传感器来感知目标物，会使系统成本大幅提高。3.主动红外夜视技术（CCD）主动红外夜视技术也称近红外（NearInfraredRay，NIR）技术，采用自身携带的红外探照灯，发射一定强度肉眼看不见的红外波束，主动照射被探测的景物，利用红外热像管的接收模块感应从目标物体上反射回来的红外波束，并进行探测处理，将其转换成可见光图像，通过系统中的图像处理算法，可以提高清晰度，使道路标志清晰可见。主动红外夜视技术的优点是：图像反差较大且清晰，与背景有较大反差；CCD的寿命很长，可达10000h，且价格较低，应用最广。缺点是：采用主动红外光源，耗能大。三、汽车夜视辅助系统的结构及原理1.主动夜视辅助系统主动夜视辅助系统通过增加驾驶员在夜间的视野范围来提高驾驶安全性，因此系统的探测区域比较大，适用性强，能在夜间的任何光照环境下工作，包括本车前照灯使用不当、迎面有强光或红外光照射、穿过无外界灯光的黑暗道路以及前方道路未知等情况。汽车主动夜视辅助系统主要由红外发射单元、红外成像单元、电子控制单元、图像显示单元等组成，如下图所示。汽车主动夜视辅助系统的组成红外发射单元位于两个前照灯内，当它被激活时，产生的红外线用于照射车辆前方区域，其形成的夜视图等同于在远光灯下驾驶员透过风窗玻璃所见到的情景。红外成像单元主要是指红外图像摄像头，采用动态范围高且对近红外敏感的CMOS图像传感器，记录车辆前方区域内的图像，并提供其探测范围内是否存在行人的信息，然后通过数字视频线将数据发送给ECU。ECU分析红外成像单元传来的数据，再通过集成化数据处理，将画面传输给图像显示单元，其中识别的行人和动物以高亮度显示。图像显示界面为基于车载LCD的中央仪表盘，当车辆白天行驶或夜间红外系统关闭时，以虚拟仪表盘方式显示车速信息；当启动夜视辅助系统时，则显示前方道路图像，车速以速度条的方式显示在图像的下方。这种设计可以缩短驾驶员眼睛离开道路的时间，以提高行驶安全性。一般对于数字化的CCD摄像头，采集到信号后会进行必要的去噪声、信号增强等处理，然后再传送给图像显示单元。这样，驾驶员就可以清晰地看到前照灯照射范围之外的景物，避免出现意外。2.被动夜视辅助系统汽车被动夜视辅助系统无红外发射单元，红外成像单元直接将探测到的物体和行人的热辐射作为影像数据的来源，而无须车辆提供额外的红外线光源。其他部分的组成和原理与主动夜视辅助系统相似，ECU将这种热量信息转换为可视的影像并显示在车辆的图像显示单元上。同时在汽车被动夜视辅助系统中，采用远红外线技术，系统集中于最重要的信息，避免一些无关紧要的细节干扰。在图像显示单元上，热影像的图形化描述方法使信息大大精简，驾驶员探测行人和动物时信息处理速度更快。在被动夜视辅助系统中，关键部件是红外摄像头，它与主动夜视辅助系统的红外摄像头原理相同，但接收对象存在差异，因此其软硬件设计也有所不同。主动夜视辅助系统红外摄像头主要接收物体对红外光源