紅外夜視技術在車燈上的應用及展望

夏衛東

摘 ?要：紅外夜視系統可以有效地減少夜間事故的發生，提高行車安全性。本文介紹了主動紅外夜視系統的結構組成，重點分析了主動紅外夜視系統中的紅外燈設計原理及應用。

關鍵詞：主動紅外夜視系統;近紅外（NIR）; 鹵素紅外燈

引言

盡管汽車照明系統已經取得前所未有的成果，如氙氣大燈的使用，但夜間行駛時發生交通事故的風險仍高于白天。據美國國家公路交通安全管理局統計，汽車夜間行駛的時間只占總駕駛時間的25%，卻有50%的重大交通事故發生在夜間。

有很大一部分交通事故時在夜間發生的。行車時的駕駛信息90%來源于視覺，在夜間由于光照不足、視野小，尤其是會車時的遠光燈會使駕駛員產生眩目，形成盲區，縮小了駕駛員的可視距離，影響了夜間的行車安全。采用紅外成像、圖像處理及圖像顯示技術的紅外夜視系統，使駕駛員在低可見度或黑暗中清楚觀察到車輛前方的信息，也可以看見汽車前照燈照射不到的區域、強光陰影中的行人、車輛，并對可能出現的危險情況發出報警。

按照成像原理，紅外夜視系統分為被動紅外夜視系統和主動紅外夜視系統。被動紅外夜視系統利用熱成像相機接受人、動物等發熱物體發出的不同的紅外輻射（遠紅外線）影射不同的圖像，進行放大和處理后輸出到顯示裝置上。行人等發熱物體在圖像中特別突出，圖像對比度高，但是詳細的道路信息，如車道標線和邊界，由于是“無生命”的冷目標而探測不到。

由于汽車前擋風玻璃不能傳輸長波的遠紅外線，相機必須安裝在車外，需要經常清潔，并且當汽車前端碰撞時易受損傷。由于其成本昂貴，一般車并不配置。目前，寶馬、 克萊斯勒等高檔車上可以選配遠紅外夜視儀。

主動紅外夜視系統采用紅外光源發出的近紅外線主動照射目標，紅外CCD或CMOS探測器接受目標反射的紅外光線，通過ECU處理后輸出到顯示裝置上，成像清晰、自然，能顯示道路的詳細信息（如行人、車輛、車道標志線、交通信號、道路上散落的物體等），即使不發熱的物體也能清晰可見。

按照技術分類：近紅外，即 CCD 技術， 微光技術（TTI 微光放大），和遠紅外技術（TIS 熱成像）。與另外兩種技術相比，CCD技術是最便宜的，并且能夠接收穿過擋風玻璃的近紅外線，相比較而言更有潛力普遍配置在車燈上。

本文將借助本公司開發研制的一款能夠配合CCD技術實現紅外夜視的燈具（C131組合前照燈）進行介紹紅外夜視技術在燈具上的應用。

紅外燈的工作原理

目前，車載紅外夜視儀的原理主要是基于遠紅外（FIR）和近紅外（NIR）。由于遠紅外不能穿透擋風玻璃，而近紅外可以，那么作為發射紅外光的燈具，必須要穿透配光鏡，并且要保證物體反射回的光能夠讓CCD接收，那么近紅外就是我們燈具首先的光，其他范圍的光就是多余的。

近紅外攝像頭將對波長為850nm的光起作用，因此近紅外照明燈應匹配該光譜。為了避免看到可見光，近紅外照明燈應當有過濾特性，近紅外照明燈應對下圖所示的光譜響應曲線進行過濾，使得只有近紅外光傳輸出去。

鹵素紅外燈是鹵素燈加紅外濾光片，吸收可見光，只發出近紅外光。汽車照明中最常用的光源是鹵素燈，它發出的光線是包含可見光和近紅外的連續光譜，并且近紅外光的輸出量比較大，約占總能量的1/3，可根據需要選用不同波長的紅外濾光片得到不同波長和不同帶寬的紅外線，目前主動汽車夜視系統中大都采用鹵素光源作為汽車紅外燈光源，它具有照射距離遠，輻射均勻，連續波長，體積小等優點，缺點是壽命短，約為8000個小時。C131組合前照燈就是鹵素紅外燈。

由車燈發出的近紅外光在遇到物體時反射回來，由車載的紅外照相機接收，然后經圖像技術的處理在車載顯示儀上形成圖像，為用戶提供可視化的界面信息。

鹵素紅外燈C131的應用

紅旗C131是定位于高端豪華轎車的車型，是一款基于H平臺的車型，其將肩負著重振紅旗品牌的重任。是一款具有“復興”使命的紅旗車型。

C131組合前照燈通過對H8燈泡發出的光進行特殊的技術處理，使反射鏡反射出紅外光。該紅外光是不可見的，不會對對面行使的汽車或行人造成影響，而發出的紅外光經過物體反射回來通過特定的裝置成像，駕駛員就可以看到可見光照射不到的區域，這樣對周邊的環境就有一個更好的了解。

結論與展望

汽車夜視系統作為預防夜間事故發生的一個有效的主動安全系統，已成為汽車主動安全應用領域的研究熱點，眾多的汽車制造商，汽車零部件商以及研發單位投身其中。目前國外已有一些紅外夜視產品上市，但只是作為一些高檔車的選裝件，并且價格昂貴，本文從提高產品的性價比出發針對中檔小型轎車和商務車開發的主動紅外夜視系統，采用鹵素紅外燈解決晚上夜視差的問題，提高行車安全性。在夜間，汽車在高速行駛的過程中，駕駛員不可能一直盯著顯示屏看前方是否有行人或者障礙物，故紅外成像技術在汽車的應用上從某種意義上講還有一定的局限性。

如果發生交通事故，行人將是最大的受害者，未來車燈的發展方向將增加行人識別，并根據本車的車速和行人相對本車的位置進行危險性判斷，對可能出現的危險發出聲光報警，以提示駕駛員注意行駛安全，達到一定距離后，讓駕駛員根據肉眼就能看到行人的動向，從而有效避免安全事故。