汽车新技术论文汽车夜视系统

汽车新技术

——期末课程报告

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2014 年 6 月 1 日

前言

有调查显示60%的交通事故都发生在夜间及天气不好的情况下，主要是因为驾车的视线比较差，汽车速度比较高引起的。尤其是夜间在没有路灯的道路上行驶，受汽车大灯照射距离的限制，夜间行车会有安全隐患汽车夜视系统主要使用的是热成像技术，也被称为红外线成像技术。其原理就是：任何物体都会散发热量，不同温度的物体散发的热量不同。人类、动物和行驶的车辆与周围环境相比散发的热量要多。夜视系统就能收集这些信息，然后转变成可视的图像，把本来在夜间看不清的物体清楚的呈现在眼前，增加夜间行车的安全性目前，越来越多的汽车厂家开始开发和使用车载夜视系统，这不仅能够提高驾驶安全性，还能够提高其豪华程度。但由于价格的原因，国外各大车厂只是在其顶级豪华车型中使用了车载夜视系统，如宝马7系、奔驰S级等。但是在不久的将来随着科技的发展和夜视系统生产成本的降低，车载夜视系统将会全面普及。

汽车夜视系统

汽车夜视系统，利用红外线技术能将黑暗变得如同白昼，使驾驶员在黑夜里看得更远更清楚。夜视系统的结构由2部分组成：一部分是红外线摄像机，另一部分是挡风玻璃上的光显示系统。

一、简介

装上这种夜行器后，司机通过光显示系统可像白天一样看清路况。当两车交会时，它可以大大降低前方汽车灯强光对司机视觉的不良刺激，还可以提高司机在雾中行车的辨别能力。为看清车后的情况，研制人员又研制出一种新型后视镜，当后方来车的大灯照在前车的后视镜上，自动感应装置，可随之使液晶玻璃反光镜表面反光柔和使驾驶者不眩目。

夜视系统

汽车已有100多年历史，引领历史发展的永远是技术。举些简单的例子，更大功率的发动机让汽车能跑得更快，安全带的出现挽救了大量的生命，车载空调保证车内冬暖夏凉，车载娱乐系统使得长途驾驶不再枯燥无味。总之汽车技术在汽车普及和改善人类生活方面起到至关重要的作用。

在当今，消费者购车时更多地关心车辆的品质和性价比，但其实适当关注一下汽车最新的配置也不无裨益，至少能让你了解现在汽车到底发展到怎样的水平，新技术又提供了怎样的生活。这里收集了八种汽车的超前配置，并一一介绍，它们分别是：汽油柴油发动机、电动汽车&混合动力、自动泊车系统、夜视系统、人车沟通系统、道路偏移警示系统、自适应巡航系统、8速手自一体变速器。

二、特点

夜视系统能使驾驶员辨别出距离210米左右路旁身着浅色衣服的试验假人，比氙气大灯提早41米左右。而在行人身着黑色衣服时，可提早92米左右。这意味着采用夜视辅助系统可

以将夜间行车安全性提高125%以上。同时，由于对于潜在危险信息的充分掌握也能够使驾驶者在夜间驾驶过程中的心理压力大为缓解，进而使驾驶过程更加舒适放松。

夜视系统在夜间可以将车灯照射范围以外的潜在危险情况显示在挡风玻璃上，从而开阔驾车人的视野，避免交通事故的发生。夜视系统也可以帮助驾驶者在夜间会车出现眩光时看清前方情况。

夜视系统不能替代车灯，它只是一种辅助装置。由于夜视系统价格昂贵，在美国也只是作为豪华车的选装件出售。

这项新的研发成果能提供更大的视野范围，而且不会让逆向的车辆感到晃眼。由于采用了夜视辅助系统，可以提前看清近光灯照不到的黑暗中的交通标牌、弯道、行人、汽车、丢失的货物或者道路上其他可以造成危险的事物。这样，驾驶者可以及时采取制动或者避让措施。此外，这个系统能减轻驾驶者在夜间开车的紧张和劳累，保持精神饱满的状态，从而能够在紧要关头迅速而正确地做出反应。

配备了夜视辅助系统的车辆装有两个额外的红外线前照灯，可以照到前方大约200m的距离。

由于夜视辅助系统的前照灯在可见光波长范围之外进行工作，因此不会对人类的视线产生影响。在挡风玻璃内侧，一个小型红外线摄像机可以记录车辆前方的环境，并将其显示在驾驶舱仪表板的显示屏上。

当车速超过每小时15km时，驾驶者就可以启动夜视辅助系统。将前照灯打开，然后只需按下仪表板上的一个按钮，通常情况下显示速度的8 英寸显示器就被切换为摄像机图像的状态。汽车前方的道路情况以一个清楚的灰度级图像出现在人们眼前。

三、工作原理

夜视系统的原理是将人们肉眼看不见的红外线转化成为可见光。绝对0度以上的物体都要辐射能量。温度越低，波长越长。一般室温时，为红外线。当温度为800度左右，辐射为可见光，就是为什么铁烧红了人能看到亮光。红外线是看不见的，到了晚上没有可见光，但是仍在辐射红外线，人和周围的树木的温度不同，辐射的红外线波长也不同。因为辐射的红外线很弱，所以转化成的可见光也很弱。

目前汽车夜视系统主要使用的是热成像技术，也被称为红外线成像技术。其原理就是：任何物体都会散发热量，不同温度的物体散发的热量不同。人类、动物和行驶的车辆与周围环境相比散发的热量要夜视系统就能收集这些信息，然后转变成可视的图像，把本来在夜间看不清的物体清楚的呈现在眼前，增加夜间行车的安全性。

车载夜视系统给驾驶者带来了极大的安全感。据实验表明，一般汽车等只能照射100m左右，而夜视系统至少可看到450m以外的路况信息，耗电量却是前照灯的四分之一。如果汽车行驶前方有一个成年行人，一个视力好的司机用近光灯可以在距他88m处看到他，用远光灯可达到164m，而用夜视系统却能在458m外发现前方的行人，尽管它在屏幕上只是一个小发光点。另一方面，即使打开汽车前灯也不影响图像的显示，迎面驶来汽车的强烈车灯光也不会使夜视系统致盲。此外，夜视系统是全天候的电子眼，在雨雪、浓雾天气公路上的物体及路旁的一切也都能尽收眼底，大大提高汽车行驶的安全性。

目前，越来越多的汽车厂家开始开发和使用车载夜视系统，这不仅能够提高驾驶安全性，还能够提高其豪华程度。但由于价格的原因，国外各大车厂只是在其顶级豪华车型中使用了车载夜视系统，如宝马7系、奔驰S级等。但是在不久的将来随着科技的发展和夜视系统生产成本的降低，车载夜视系统将会全面普及。

四、夜视系统分类及工作原理详解

1、红外光与红外成像

自汽车夜视系统问世以来，红外技术一直是其仰仗的基础，红外辐射和红外成像是研究系统最基本的出发点。红外辐射又称红外线、红外光。我们知道太阳光是由彩色光混合而成，光的热效应是由紫光到红光逐渐增大的，而热效应最大的位于红光外面，我们称之为“红外光”，它与我们可以看到的彩色光物理性能相同，我们只是眼睛看不到它。红外线是介于光与微波之间的电磁波，波长0.75—1000微米，更具波长不同，我们又可以把红外线分为三部分：近红外线、中红外线和远红外线。红外技术中，用的是红外线与物质的交互作用。物质内部的原子和分子在不停的运动，都有一定的能量。如有外来刺激和干扰，改变了其运动状态，能量发生了变化，就发生了物理学上的“跃迁”，即能量的释放。释放能量的常见方式就是释放电磁波。因此红外线不只是太阳光的成分之一，所有温度高于绝对零度的物体都会释放红外线。我们把景物反射或自身辐射的红外辐射图样，转换成人眼可观察到的图样，这就是红外成像技术。利用物体自身发出的红外线照出物体的像，称为被动红外成像；而以红外辐射源照射物体，利用被反射的红外辐射摄取物体的像，称为主动式红外成像，与之对应的就是被动夜市技术和主动夜视技术。

2、被动红外夜视技术

被动红外夜视技术也称为红外成像技术，利用物体的红外辐射来得到物体的像。热成像系统的作用就是基于目标与背景的温度及辐射发射率的差异，利用辐射测温技术对目标逐点测定辐射强度，而形成可见目标的热图像。被动红外夜视系统装置的远红外照相机主要接收物体自身辐射的远红外光线波长80—14000nm。完成从扫描到最终成像的核心设备就是热像仪。热像仪所摄景物包括目标及背景，两者辐射的差别是构成热图像的基础，目标及背景的

辐射通过大气被吸收或散射之后再反射到热像仪。一般，热像仪的接收元件采用单个或线列

型的红外探测器，只摄取景物一部分的辐射，为了获得被射景物全体的图像，必须用光学扫描方法使红外探测器顺序扫视整个被摄景物空间，接受的按空间变化的红外辐射由红外探测器转换成按时间顺序变化的电信号，经放大处理后，再在阴极射线管上转换成可见的图像。

3、主动红外夜视技术

主动红外夜视技术是指工作时用较强的红外辐射源照射目标, 利用目标反射回来的红外线来得到物体的像。与被动式红外夜视系统相比,主动式红外成像系统体积大,能耗多,但却可以提升图像的清晰度和分辨率。红外光源发出的红外辐射照射前方目标，经反射光学系统的物镜组接收，并在红外变像管光阴极面上形成目标的红外图像，变像管对红外图像进行光谱转换、电子成像和亮度增强，最终在荧光屏上显示出目标的可见图像。主动式红外系统的工作波段在800 一1000nm的近红外区域，其核心部件为红外变像管，它起着光电图像转换及增强作用。主动式红外夜视系统的最大优点在于能充分利用红外灯源发出的狭窄光束照明目标，目标与背景反差大。

4、主动式与被动式夜视技术比较

Tsimhomi等人比较了使用近红外和远红外辐射技术对行人的探测, 结果表明远红外辐射夜视仪具有更大的优势,因为行人的辐射热量大,适宜远红外探测技术。Parks研究则表明远红外探测技术太过于依赖热量, 因此可能导致不可预知的结果。

5、图像处理技术

对近红外传感器需要降低眩光效应和增强图像比度长。智能自动图像处理技术是一更加先进的技术,可以对远红外传感图像的低对比起补偿作用,可以用于检测和增强热物体的轮廓在一个基于知识分类的处理进程中,可以用电脑程序加以辨认物体,举例来说,可以辨认行人。甚至可以将可获得的光学和声学信号结合起来处理,增强认知性可以进一步防止危险。夜视系统有黑白显示屏和彩色显示屏两种

,对黑白显示屏而言,前方不同温度的物体在屏上以黑白深浅灰度色成像彩色的夜视系统,则可显示前方物体的颜色包括十字路口的交通信号灯颜色,可象放电影似的给出模拟的连续清晰显示。图像处理技术的发展对夜视系统起着至关重要的作用。未来的图像处理技术应该能使图像更接近真实环境,更好辨清环境中的障碍物,帮助驾驶员更好的夜间驾驶,进一步提高

夜间驾驶的安全性。

五、红外成像技术在汽车夜视系统中的应用

凯迪拉克型的帝威牌轿车也把红外成像技术用到了汽车上。红外成像系统是由雷希恩公司制造的。在汽车前格栅的后面安装有一个起摄影像机作用的传感器 ,实际上是用来探测前面物体热量的。热能被集中到一个可以通过各种红外线波长的探测器 ,由探测器的众多红外线敏感元件所吸收。每一个敏感元件都是一个与温度有关的电容器,其电容大小随所接收的红外线的多少而变化。这种电容的变化通过微处理,就形成了由种深浅不同的灰色调组成的黑白图像较热的物体颜色浅,较凉的物沐颜色深。一个德尔科公司生产的显示器将图像投影到司机一侧的风挡玻璃的底部。安装在仪表板上的手动开关可以控制夜视系的开启,调整图像的亮度以适合你的眼睛,还可以把屏幕上下调整到适合不同司机的最佳位置。目前夜视系统有黑白显可、屏和彩色显示屏两种。黑白显示屏是以黑白深浅灰度色成像彩色夜视系统则可显示前方物体的颜色,包括前方路口的交通信号灯颜色 ,可像电影似的给出模拟的连续清晰显示。汽车安装了夜视系统是想把司机的视野扩大到前灯光照的范围以外。因此，在使用夜视系统之前，必项先把前大灯或刹车灯打开 ,否则它将不起作用。夜视系统是不能代替

用眼睛透过风挡玻璃所获取的视觉信息的,它只是在天黑时为你提供辅助信息。据通用公司试验夜间道路上有一个穿深色衣服的成年人,一个视力好的司机,用近光灯可以在米处看见他 ,用远光这个距离为,米一个视力差的司机用近光灯的距离为米,用远光灯的距离为米。但是用汽车夜视系统却能在米外发现他,尽管在屏幕上这个人只是道路中的一个点。由于汽车夜视系统赋予了穿透夜幕的犀利目光,远方的景物都可以在你眼前的屏幕上一览无余,因此专家们预测,汽车夜视系统的推广将会非常迅速,到时将会全面普及。

目前国内各地区的省道、国道、高速或准高速公路以及各地正在大批兴建的高速或准高速公路，都没有照明设备---路灯，由于汽车速度高，汽车本身的照明又非常近，这就给夜间行车安全带来隐患，汽车夜视系统能够使黑暗（即使没有任何灯光照明的情况下）也能像白天那样，可以清晰准确地观察到路面的情况，它是通过红外线成像技术在黑暗中辨认物体。它即可以看到前方道路内人眼难以观察到的危险，亦可以看到前大灯照射不到的区域。

结语

车载夜视系统是一种集光学、物理、电子、信号处理于一体的智能主动安全型汽车电子产品。在下雨、下雪、大雾、沙尘暴或夜间等能见度较低的情况下提供驾驶者前方清晰图像信息，减少交通事故发生。该系统的成功应用将会对汽车行驶安全系统带来较高使用价值和社会价值。

参考文献：

诸葛晓宇《汽车夜视技术研究分析》

姚其、林燕丹《汽车夜视技术与发展》

李栋梁《汽车夜视系统研究》

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