汽车夜视系统*

张大伟 吕晓江 孙立志 周大永,2 刘卫国,2 冯擎峰,2

（1.浙江吉利汽车研究院有限公司；2.浙江省汽车安全技术研究重点实验室）

根据中国道路交通事故2012年年报提供的数据来看，汽车夜间行驶的时间只占总驾驶时间的27%，却有近50%左右的重大交通事故都发生在夜间。2012年我国在夜间发生的交通事故和死亡人数分别占总交通事故和死亡人数的37.60%和45.45%[1]。驾驶员在行车时的驾驶信息90%左右都来源于驾驶员的视觉，而在夜间行车时，夜视系统可以在夜间或弱光线条件下，不用开着远光灯而避免影响到对向和前方车辆，就可醒目地了解前方的道路情况，获取到更远的前方视野和更高的预见能力，它能够针对潜在危险向驾驶者提供更加全面准确的信息或发出早期警告，使驾驶安全性大为提升，让驾驶的过程更舒适放松、更人性化。具备行人或车辆识别的夜视系统可以在碰撞危险时，通过显示屏发现光照外的行人、障碍物、弯道等危险，向驾驶员发送报警信息，从而提前做出处理。比如会车时，若对向车辆灯光太亮造成眩光，可通过夜视系统辅助您看清前方情况。在雾中行车的辨别能力强，夜视系统可通过红外线监测到前方情况，从而提前避让潜在危险。

1 夜视系统的开发

1.1 夜视系统的分类

汽车夜视系统是一种利用肉眼看不见的红外线转化为可见光，可以辅助驾驶者在黑夜中看清道路，在碰撞5 s前，警示驾驶员采取制动或者避让措施，从而减少碰撞交通事故发生，增强主动系统的安全。

按照其工作原理不同，又分为主动红外夜视系统和被动红外夜视系统，分别采用主动红外成像技术与热成像技术，转化为可见图像。

1）被动夜视系统。远红外摄像头直接以探测到的物体和行人动物的热辐射作为影像数据的信息来源，不需提供额外的红外线光源。

2）主动夜视系统。不依靠物体的温度热源，而是通过使用多套照射系统和摄像机来识别红外光源发出的红外反射波，并将识别后的数据以图像的形式传递给驾驶者。

两者的区别在于：主动夜视借助于红外反射灯，把目标物体反射或自身辐射的红外辐射图像转换为人肉眼可观察到的图像；而被动夜视热成像技术则是基于目标与背景的温度及辐射率的差别，利用辐射测温技术进行目标对逐[2]。

1.2 被动夜视系统和主动夜视系统的工作原理

1）被动红外夜视系统。利用热成像摄像头接收人、动物等发热物体发出的不同的红外热辐射原理（远红外线）影射出不同的图像，并对图像进行放大和处理后输出[2]。由于不同物体对红外线反射强弱不同，行人、动物等可以发热的物体在反射中特别突出，通过传感器的捕捉，带有热源的物体影像输出到车载显示屏上。被探测到的物体看起来就像是照相机的底片一样。但是被动红外夜视系统本身无法克服的缺点是：对于无生命、无热源特征的目标，比如道路的标志牌、车道线、车道护栏等物体，被动夜视系统无法检测到图像。

此外，由于汽车前挡风玻璃不能传输长波的远红外线，摄像头须安装在车外，需经常去清洁，且在汽车前端碰撞时易受损伤。

被动夜视系统受温度影响的因素很明显，当温度超过摄氏28℃时，成像的功能也会自动关闭。图1示出被动夜视系统工作原理示意图。

2）主动红外夜视系统。将摄像头安装到汽车前大灯，通过卤素灯泡照射，使用多套照射系统和摄像机来识别红外反射波，利用目标反射红外光源。红外光源发出的短红外线是主动照射目标，红外CCD（Charge-Coupled Device）探测器接收的目标再反射短红外光线，通过ECU处理后，可以把图像信息传递给驾驶者。如图2所示。主动夜视系统对比分辨度高，且图像较清晰、可靠。由于不依靠物体的热源，即使不发热的物体也能清晰可见，比如道路上的行人、车辆、道路标志牌等都可以被发现。主动夜视系统成像，如图3所示。

1.3 被动夜视系统和主动夜视系统价格及适用性对比

主动夜视系统利用红外CCD接收红外光线，但是由于微光放大技术理论暂时没有突破，使用寿命短，且价格较高。如奔驰的主动红外夜视系统售价是1925欧元。被动夜视系统根据物体和行人动物的热辐射，作为影像数据的信息来源，现在红外热辐射成像技术已趋于成熟，价格逐渐降低，宝马的被动红外夜视系统则为950欧元。

主动夜视系统是利用短红外成像，可能因提供信息过多，分散掉驾驶者精神注意力。虽然目标清晰，但是照射距离相对近，一般只有200 m有效距离，且成像效果易受环境因素影响，比如图像可能因为衣服颜色以及空气中的灰尘受到影响。2辆安装主动夜视系统的车辆，在逆向会车时，被彼此的红外线淹没，短期内会出现显示屏图像亮白现象。造成主动夜视系统出现夜视系统的暂时失灵次数要多于被动夜视系统。

被动夜视系统是利用热辐射远红外线成像，作用距离远，一般有效距离达到300 m，且抗干扰性强。由于不需要借助光源，不会受逆向车道灯光影响，受环境影响小，被动夜视系统可以在雾、雨、雪等恶劣天气下正常工作。且摄像头安装在车外，坏了容易维修。两者适用性综合比较来看，被动夜视系统受外界环境影响小，作用距离远，可靠性更强。

2 结论

主动夜视系统和被动夜视系统作为汽车的主动安全系统，可以提高驾驶者的视野，有效地减少和预防夜间道路交通事故的发生。是目前众多汽车制造商研究和开发的热点。在汽车智能化的道路上，随着短红外CCD技术与远红外线热辐射技术的不断成熟，清晰度和灵敏度不断提高，在不久的将来一定可以开发出低成本、高价值及实用性强的夜视系统。