汽车夜视系统技术路线分析及功能应用

张正轩， 刘 萍， 李 波

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院， 陕西 西安 710200）

近年来，随着汽车保有量的增加，以及设计车速的提高，导致交通事故频发，特别是在夜间以及雨雪雾等能见度较低的恶劣天气情况下行车，更易引发严重的交通事故。据统计，夜间驾驶车辆时间约占总驾驶时间的20%，但55%的交通事故却发生在夜间，而在夜间事故中，70%是由于视线不良造成的［1］。汽车夜视系统 （NVS：Night View System）作为驾驶员辅助驾驶的一部分，可以通过视频形式对道路前方的路况进行显示及提醒，提高行车安全。

1 汽车夜视系统类型及特点

1.1 微光夜视系统

微光技术是低照度环境下通过感光器件将微弱的星光、月光等放大进行成像显示。低照度（0.05Lux） 环境下行车，能够显示车辆前方障碍物信息；能清晰显示在距离车辆50m、80m位置标志牌及人物信息；开近光灯情况下，能清晰分辨前方80m距离的浅色着装成年人四肢、体态及路面障碍物。由于微光技术的放大原理，摄像头在面对道路上车灯、路灯时，容易产生眩光。

通过宽动态与强光抑制处理，将对向车灯图像过滤，达到亮度平衡，从而实现眩光屏蔽功能。强光抑制主要应用在低照度环境下，遇到极其强烈的光源时采用的一种“抑光”的处理。通过调整曝光时间、背光补偿参数、宽动态的上下限阈值、亮度值、GAMMA值等参数，对图像进行动态调整。强光处理时会把过爆的光源变为黑色，从而达到亮度平衡，产生日蚀式强光抑制的效果。

1.2 近红外（主动红外） 夜视系统

采用近红外原理的夜视摄像头属于有源夜视系统，不依靠物体本身的热源，而是通过车辆安装主动发射的红外光源，摄像头通过感知物体反射的红外反射波在红外CCD探测器上形成灰度图像，并输出到显示设备提供给驾驶者。

近红外夜视系统典型的应用案例是在奔驰S级轿车上，如图1所示，系统由前照灯上的红外辐射光源模组、红外感应摄像机、滤光器以及显示器组成，滤光器通过过滤其他光线，只允许波长780～1100nm的红外线通过，红外辐射光源模组集成有透镜，对红外辐射光进行二次配光，达到照射前方远度和宽度的要求，其作用与远近光透镜相同。

图1 主动式汽车红外夜视系统

近红外不依赖于物体温度，且显示的物体轮廓清晰，分辨率及对比度高，即使不主动发热的目标物体仍可以清晰可见，如道路上的行人、车辆以及道路标牌。但必须依托于主动发射的红外配光，一般照射距离最大只能达到200m。采用滤光器后，可以大大减少可见光 （远近光） 对图像的影响，但无法避免同样配备近红外的车辆对向会车造成的眩光，而且车辆需额外配置红外发射模组，需对该模组进行详细的配光模拟设计，增加了整车功耗以及道路光污染，因此目前配备车型并不多。

1.3 远红外（热成像） 夜视系统

远红外是通过非接触的方式探测红外能量 （热量），并将其转换为电信号，进而在显示屏上生成热图像。热成像系统对于光的感应和传统相机不同，它只感应热或温度的差异。当车辆在行驶时，热像仪感应视线内行人、车辆及其它物体的外部辐射的被动红外线差异，并用白色 （或者轻度灰） 来显示较热物体，用黑色 （或重度灰） 来显示较冷物体。当环境温度高于人体温度时，系统会自动调整以适应场景的变换，自动优化图像并提供最佳的对比度和亮度。

在视野良好情况下，远红外夜视系统的作用距离可达300m，与此相比，非对称近光灯在相向车道侧的照射距离约为60m，靠近路沿侧的照射距离约为120m。即使是远光灯，照射距离也只有200m，均低于夜视系统的作用距离。

远红外夜视系统通过采集外部红外辐射能量而形成相应影像，所以会车时对面来车的远光灯对红外成像无影响，有效地降低驾驶员因炫目带来的行车安全隐患，提升会车时驾驶员的安全性，如图2所示。

远红外系统适应各种恶劣天气 （小雨、雾、霾、沙尘等），并且不受光线影响，适合于各种时段、各种天气环境下使用，如图3所示。

2 夜视系统效果对比

为了验证微光、近红外、远红外3种技术路线的显示效果，依托车辆的远近光，对行人检测效果进行测试。车前分别设置100m、150m、200m处的行人进行活动，同时150m处路旁设置一个假人，试验结果表明，车辆灯光即使打开时，行人均不可见。而微光、近红外、远红外均可清晰显示150m内的行人，近红外的200m处行人已比较模糊，远红外可以清晰显示200m以上的行人，但150m处的假人不可见。从可辨识度分析，采用近红外技术路线的图像有清晰的行人轮廓，且高亮显示，更容易辨识。微光图像中虽然行人可见，但与道路环境复杂时，行人不易被发现。远红外的图像行人高亮显示，但轮廓较为模糊。如图4所示。

图2 使用红外热成像汽车驾驶辅助系统防迎面眩光效果

图3 使用红外热成像汽车驾驶辅助系统雾天效果

图4 微光、 近红外、 远红外显示效果对比

3 夜视系统的功能应用

工作模式的设定：从夜视系统的测试情况可知，车辆灯光特别是近光的可视距离远不及红外夜视系统，为了获得各种驾驶场景的需要，可对夜视系统按车速划分不同的模式。如高速模式：当车速高于80km/h，且汽车直行时，图像中心区域放大1.5倍显示，可以有效地提升驾驶员的观测距离；非高速模式：当车速低于30km/h，车辆左转信号有效时图像左侧区域放大1.5倍显示，右转信号有效时，图像右侧区域放大1.5倍显示。从而在高速行驶时获得最大远处物体识别度，在低速行驶时又可以兼顾到转弯侧更大的视野。

算法融合与显示：夜视系统的最终目的是提醒驾驶员可能存在危险因素，因此图像控制器通过对行人、车辆等信息的提取与识别，将信息以高亮框的形式显示在液晶仪表或者HUD上，对高危情况进行蜂鸣提醒，使驾驶员更便捷地了解到夜视系统的提示信息。经过搭载整车进行静态及动态路测后，系统可以达到较好的视野增强及提醒作用，如图5所示。

4 结语

红外夜视系统的应用，可以大大提高驾驶员的视野，使驾驶员提前预判前方路况危险因素。随着红外探测器的国产化，系统成本也将逐年降低。近年来，随着图像处理技术的发展，将微光与远红外技术进行双光融合的夜视系统陆续在测试中，其综合了微光和远红外的优点，即提高了远度又增强了物体轮廓度，使显示效果更加清晰。目前夜视系统的标准发布也已经提上日程，在不久的将来，夜视系统定能应用到更多的车型。

图5 算法融合的夜视画面