红外夜视技术在车灯上的应用及展望

夏卫东

摘  要：红外夜视系统可以有效地减少夜间事故的发生，提高行车安全性。本文介绍了主动红外夜视系统的结构组成，重点分析了主动红外夜视系统中的红外灯设计原理及应用。

关键词：主动红外夜视系统;近红外（NIR）; 卤素红外灯

引言

尽管汽车照明系统已经取得前所未有的成果，如氙气大灯的使用，但夜间行驶时发生交通事故的风险仍高于白天。据美国国家公路交通安全管理局统计，汽车夜间行驶的时间只占总驾驶时间的25%，却有50%的重大交通事故发生在夜间。

有很大一部分交通事故时在夜间发生的。行车时的驾驶信息90%来源于视觉，在夜间由于光照不足、视野小，尤其是会车时的远光灯会使驾驶员产生眩目，形成盲区，缩小了驾驶员的可视距离，影响了夜间的行车安全。采用红外成像、图像处理及图像显示技术的红外夜视系统，使驾驶员在低可见度或黑暗中清楚观察到车辆前方的信息，也可以看见汽车前照灯照射不到的区域、强光阴影中的行人、车辆，并对可能出现的危险情况发出报警。

按照成像原理，红外夜视系统分为被动红外夜视系统和主动红外夜视系统。被动红外夜视系统利用热成像相机接受人、动物等发热物体发出的不同的红外辐射（远红外线）影射不同的图像，进行放大和处理后输出到显示装置上。行人等发热物体在图像中特别突出，图像对比度高，但是详细的道路信息，如车道标线和边界，由于是“无生命”的冷目标而探测不到。

由于汽车前挡风玻璃不能传输长波的远红外线，相机必须安装在车外，需要经常清洁，并且当汽车前端碰撞时易受损伤。由于其成本昂贵，一般车并不配置。目前，宝马、 克莱斯勒等高档车上可以选配远红外夜视仪。

主动红外夜视系统采用红外光源发出的近红外线主动照射目标，红外CCD或CMOS探测器接受目标反射的红外光线，通过ECU处理后输出到显示装置上，成像清晰、自然，能显示道路的详细信息（如行人、车辆、车道标志线、交通信号、道路上散落的物体等），即使不发热的物体也能清晰可见。

按照技术分类：近红外，即 CCD 技术， 微光技术（TTI 微光放大），和远红外技术（TIS 热成像）。与另外两种技术相比，CCD技术是最便宜的，并且能够接收穿过挡风玻璃的近红外线，相比较而言更有潜力普遍配置在车灯上。

本文将借助本公司开发研制的一款能够配合CCD技术实现红外夜视的灯具（C131组合前照灯）进行介绍红外夜视技术在灯具上的应用。

红外灯的工作原理

目前，车载红外夜视仪的原理主要是基于远红外（FIR）和近红外（NIR）。由于远红外不能穿透挡风玻璃，而近红外可以，那么作为发射红外光的灯具，必须要穿透配光镜，并且要保证物体反射回的光能够让CCD接收，那么近红外就是我们灯具首先的光，其他范围的光就是多余的。

近红外摄像头将对波长为850nm的光起作用，因此近红外照明灯应匹配该光谱。为了避免看到可见光，近红外照明燈应当有过滤特性，近红外照明灯应对下图所示的光谱响应曲线进行过滤，使得只有近红外光传输出去。

卤素红外灯是卤素灯加红外滤光片，吸收可见光，只发出近红外光。汽车照明中最常用的光源是卤素灯，它发出的光线是包含可见光和近红外的连续光谱，并且近红外光的输出量比较大，约占总能量的1/3，可根据需要选用不同波长的红外滤光片得到不同波长和不同带宽的红外线，目前主动汽车夜视系统中大都采用卤素光源作为汽车红外灯光源，它具有照射距离远，辐射均匀，连续波长，体积小等优点，缺点是寿命短，约为8000个小时。C131组合前照灯就是卤素红外灯。

由车灯发出的近红外光在遇到物体时反射回来，由车载的红外照相机接收，然后经图像技术的处理在车载显示仪上形成图像，为用户提供可视化的界面信息。

卤素红外灯C131的应用

红旗C131是定位于高端豪华轿车的车型，是一款基于H平台的车型，其将肩负着重振红旗品牌的重任。是一款具有“复兴”使命的红旗车型。

C131组合前照灯通过对H8灯泡发出的光进行特殊的技术处理，使反射镜反射出红外光。该红外光是不可见的，不会对对面行使的汽车或行人造成影响，而发出的红外光经过物体反射回来通过特定的装置成像，驾驶员就可以看到可见光照射不到的区域，这样对周边的环境就有一个更好的了解。

结论与展望

汽车夜视系统作为预防夜间事故发生的一个有效的主动安全系统，已成为汽车主动安全应用领域的研究热点，众多的汽车制造商，汽车零部件商以及研发单位投身其中。目前国外已有一些红外夜视产品上市，但只是作为一些高档车的选装件，并且价格昂贵，本文从提高产品的性价比出发针对中档小型轿车和商务车开发的主动红外夜视系统，采用卤素红外灯解决晚上夜视差的问题，提高行车安全性。在夜间，汽车在高速行驶的过程中，驾驶员不可能一直盯着显示屏看前方是否有行人或者障碍物，故红外成像技术在汽车的应用上从某种意义上讲还有一定的局限性。

如果发生交通事故，行人将是最大的受害者，未来车灯的发展方向将增加行人识别，并根据本车的车速和行人相对本车的位置进行危险性判断，对可能出现的危险发出声光报警，以提示驾驶员注意行驶安全，达到一定距离后，让驾驶员根据肉眼就能看到行人的动向，从而有效避免安全事故。