某車型車載夜視儀的設計與實現

曹軍濤，黃柯，董少君，柯章俊

(安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽合肥 230601)

0 引言

汽車夜視儀是一個由軍事技術轉為民用的產品。安裝具有夜間視覺能力的設備儀器可以讓軍用車輛在夜間行動自如，大大提高軍用車輛的夜間機動能力。進入21世紀，各大汽車公司紛紛把夜視設備安裝在高檔小汽車上，如寶馬、美洲豹、奔馳等，都是一個目的，就是提高汽車在夜間駕駛的安全系數。

夜間駕駛時，在遠光燈為駕駛者照亮的車輛前方一定距離范圍內，路況清晰可辨，但在前面的黑暗中時刻潛伏著危險。汽車夜視儀就是為了解決汽車安全駕駛問題，利用微光和紅外線兩個條件，把來自被測物體的人眼看不見的光信號轉換成電信號，然后再把電信號放大并轉換成人眼可見的光信號，屬于一種主動安全設備。同時通過智能化的光學技術，實現路況預警和眩光屏蔽等功能，從而避免因遠光燈干擾造成眩光而引起的交通事故。

主要研究內容為基于低照度CCD技術的乘用車車載夜視儀產品技術方案設計，包括結構方案設計、功能方案設計、硬件方案設計、軟件技術方案設計及人機交互方案設計。

1 系統方案

低照度CCD技術利用低照度圖像傳感器CCD，即電荷耦合器件，將微弱的可見光轉換為電信號，然后進行編碼、處理、壓縮形成視頻數據，最后在顯示屏上進行顯示。其原理與數碼相機一致，只不過數碼相機使用的是普通圖像傳感器。

如圖1所示，低照度CCD微光夜視儀可以分成攝像頭、CCD光電轉換模塊、視頻信號處理模塊、顯示模塊、操作模塊這5個部分。低照度CCD微光夜視儀的原理和數碼攝像機相同，主要區別是CCD不同，是低照度的。一般普通的攝像機(行車記錄儀、倒車后視攝像頭)的最低照度為0.5 Lux，而低照度CCD微光夜視儀的最低照度可達到為0.001 Lux。

圖1 低照度CCD夜視儀模塊組成

此精品車載夜視儀設計通過原車音響主機顯示夜視視頻信息，因原車音響視頻格式為LVDS，與夜視儀視頻格式CVBS不一致，需增加解碼器將夜視儀CVBS信號解碼成為原車顯示屏顯示的協議代碼，將CVBS信號在原車顯示屏顯示并通過解碼器內部開關即視頻切換開關，控制原車顯示屏顯示原車的LVDS信號或是經過解碼之后的CVBS信號，且該視頻切換開關需布置在方便駕駛員操作的位置。該方案原理圖見圖2。

圖2 音響顯示方案原理圖

2 控制方案

電源控制。夜視儀系統電源接入電池B+、B-，汽車ACC接通后，激活夜視系統進入工作模式，反之處于待機模式。夜視儀硬件支持電壓為9～16 V，軟件檢測到夜視儀電源電壓大于(16±0.3)V、小于(9±0.3)V為故障，此時電源指示燈(紅色)以5 Hz的頻率進行閃爍，直至故障修復。

CAN通信信號檢測。系統通過CAN總線獲取車速，遠、近光燈，霧燈等數據，通過獲取的數據進行相應功能的實現及切換。夜視儀主機會循環檢測夜視儀CAN總線通信是否正常，檢測到CAN故障，軟件會復位CAN模塊嘗試恢復，并進行故障顯示。故障顯示方式為電源指示燈(紅色)以10 Hz的頻率進行閃爍，直至故障修復。

模式切換。系統通過CAN信號檢測大燈開啟時開啟夜視模式，通過解碼器的視頻切換開關控制原車MP5顯示屏顯示原車信息或夜視系統信息。軟件檢測夜視儀主機無視頻輸出或MP5顯示屏沒有視頻輸入為故障，此時電源指示燈(紅色)以1 Hz頻率進行閃爍，直至故障修復。

眩光屏蔽。通過CAN信號檢測近、遠光燈信號，系統自動開啟/關閉眩光屏蔽功能。

霧天透視。通過CAN信號檢測霧燈開啟時，系統自動開啟霧天透視功能。

路況預警。車輛點火成功，系統自動通過CAN信號獲取車速信號，視車速大小確定是否開啟路況預警功能。

3 硬件方案

3.1 硬件規格

所采用的硬件規格如表1所示。

表1 硬件規格

3.2 硬件安裝方案

該夜視儀系統的主要零部件有夜視主機、解碼器及改裝線束。

夜視主機布置在汽車內后視鏡右側的前擋風玻璃上，頂部貼緊頂棚邊緣以保證整體美觀度；

解碼器布置在儀表臺內原車導航主機下方，以3M膠的形式貼在導航主機下方。

改裝線束接線示意圖如圖3所示。

圖3 夜視系統接線示意圖

4 人機交互方案設計

夜視儀電源指示燈為紅色LED燈，常亮時表示系統正常工作，閃爍時表示診斷出系統問題。

夜視儀錄像指示燈為綠色LED燈，閃爍時表示錄像進行中。

系統啟動。整車打開ACC時，夜視儀進入工作狀態，關聯導航菜單界面，處于待機模式。此時，原車MP5系統按原車狀態工作。

進入夜視系統。按解碼器的夜視切換按鍵，進入夜視系統。夜視切換按鍵見圖4。

圖4 夜視切換按鍵

遠程夜視。汽車開啟近光燈時，系統進入遠程夜視模式，顯示屏顯示黑白夜視圖像；當汽車近光燈關閉時，系統恢復白天模式，顯示屏顯示彩色圖像。

眩光屏蔽。汽車近光燈開啟狀態下，遠光燈開啟3～6 s，關閉遠光燈，眩光屏蔽功能開啟，顯示畫面示例如圖5所示；再次開啟遠光燈3～6 s，關閉遠光燈，此功能關閉，顯示畫面示例如圖6所示。

霧天透視。汽車霧燈開啟時，該功能自動啟動，顯示畫面示例如圖7所示；霧燈關閉時，該功能自動關閉，顯示畫面示例如圖8所示。

路況預警。夜視系統通過CAN信號檢測汽車車速，當車速大于30 km/h時，自動開啟路況預警功能；當車速小于30 km/h時，該功能不開啟。

圖5 眩光屏蔽功能開啟圖例

圖6 眩光屏蔽功能關閉圖例

圖7 霧天透視功能開啟圖例

圖8 霧天透視功能關閉圖例

行車記錄。汽車啟動后，夜視系統默認自動進行循環錄像。

5 結論

從夜視儀的技術實現路線入手，詳細地闡述了一款精品車載夜視儀的設計方案。在此設計中，利用低照度圖像傳感器技術，不僅實現了夜視功能，還實現了眩光屏蔽、霧天透視、行車記錄、路況預警、6倍變焦夜視等功能，極大地滿足了市場客戶的需求，且此方案最大化地利用原車的音響系統結構，在保證功能的基礎上實現了成本節約。

根據此設計方案設計的產品已成功搭載在江淮某車型上。經過實車驗證，該產品實現了全部設計要求，功能完善、運行高效、系統穩定，畫質清晰穩定、無噪點、無曝光、無干擾，變焦過程流暢，變焦完成后整個畫面清晰穩定，能清楚辨別300 m內人和物輪廓；完美實現了眩光屏蔽、霧天透視、行車記錄功能。

參考文獻:

[1]郭暉，向世明，田民強.微光夜視技術發展動態評述[J].紅外技術,2013,35(2):63-68.

GUO H,XIANG S M,TIAN M Q.A Review of the Development of Low-light Night Vision Technology[J].Infrared Technology,2013,35(2):63-68.

[2]張敬賢，李玉丹，金偉其.微光與紅外成像技術[M].北京：北京理工大學出版社,1994.

[3]胡曉華，周曉中，劉松濤，等.星載微光立體成像技術及實現[J].中國光學,2013,6(5):701-709.

HU X H,ZHOU X Z,LIU S T,et al.Spaceborne Shimmer Tridimensional Imaging Technology and Its Implementation[J].Chinese Journal of Optics,2013,6(5):701-709.

[4]李才平,鄒永星,楊松齡.基于微光與紅外的夜視技術[J].國外電子元器件,2006(2):72-75.

LI C P,ZOU Y X,YANG S L.Night Vision Technology Based on Low Light Level and Infrared[J].International Electronic Elements,2006(2):72-75.

[5]王永忠.現代軍用光學技術[M].北京:科學出版社,2004.