CN101470328A - 采用红外半导体激光光源的汽车辅助夜视系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种采用红外半导体激光光源的汽车辅助夜视系统，包括：主激光光源(1)，用于目标照明；补光激光光源(2)和(3)，用于提高背景照度，使CCD成像时光照均匀；强光抑止处理滤光片(4)，用于抑止强光；CCD摄像机(5)以及液晶显示器(6)，用于图像传感和显示。其中，所述主激光光源和补光激光光源都含有2个或者2个以上的红外半导体激光阵列。本发明提出的采用红外半导体激光光源的汽车辅助夜视系统，使得激光器在准直发散角25°～40°的大视场范围内可以获得10W的光功率，满足0～300m夜视照明的需要。

Description

采用红外半导体激光光源的汽车辅助夜视系统

技术领域

本发明涉及汽车辅助安全驾驶技术，它能够保障汽车在夜间或者雾、雪、雨等低照度情况下，实现作用距离为0～300m的目标探测。

背景技术

目前的汽车夜视辅助安全驾驶技术分为两类：热成像技术、红外卤素灯主动照明技术。

热成像技术的代表车型有：卡迪拉克DeVille型汽车、宝马旗舰车型bmw 760li等，这些车的夜视系统采用了对长波红外(8～14m波段)敏感的热成像相机，摄像头直接以探测到的物体和行人的热辐射作为影像数据的来源，而无需车辆提供额外的红外线光源，是一种被动成像技术。虽然该类技术善于探测热目标(运动的人和动物等)，但对于冷目标(道路标牌，道路指示路标等)而言，图像对比度却很差。而且汽车挡风玻璃不能传输长波红外辐射，相机需安装在车外，因此，相机必须承受天气变化的影响，并受到汽车前端碰撞和路面碎片损伤的威胁。

红外卤素灯主动照明技术的代表车型有：LX470型跑车、梅赛德斯—奔驰s550夜视仪等，其中梅赛德斯—奔驰s550夜视仪被美国《时代》杂志公布为2006年十大最时尚的高科技产品。该类车型采用的夜视系统是一个含近红外照明器(目前主要以带有红外滤光片的卤素灯为主)和CCD摄像机的主动夜视系统。该类技术能够使驾驶员获得近似于人眼观看的图像。该系统的缺点一是观察距离较近，一般的目标探测识别距离也就只有100米左右。二是CCD摄像机会对逆向行驶的车灯响应，引起CCD饱和。

为了解决上述两种方法存在的问题，本发明提出了采用半导体激光器作为近红外光源的激光夜视系统的研制，半导体激光器体积小，能量集中，便于安装且易于实现远距离目标探测。由于激光器发射的光基本上是单波长，因此CCD摄像机采用窄带滤光片可以允许大部分激光通过，并消除逆向行驶汽车照明灯的大部分近红外光。这种方法也能消除在加滤光片的卤素灯系统中出现的图像闪光，使驾驶员可以清楚地看到迎面来车的近区和车后的交通情况。

发明内容

为了在汽车行驶时获得更远距离的高对比度的目标探测图像，我们主要研制了汽车照明用红外半导体激光光源，并在此基础上研制了汽车激光辅助夜视系统。该系统主要采用红外半导体激光器作为照明光源，该照明光源采用了光源照度均匀化技术，大范围远距离照明技术(从0～300m)。在相同目标照度下所需要的红外半导体激光光源的功率只有卤素灯以及红外灯的十分之一，大大节约了能源，此外我们采用的车前补光技术很好的解决了逆向行驶大灯对夜视系统的影响。从而使得驾驶员在汽车行驶中能够提前对潜在的威胁做出判断。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：首先根据汽车照明的特点，确定汽车照明光源适用的动态范围从0～300m，在这么大的视场范围内，我们首先对激光光源阵列进行第一次准直，准直后再进行多光束融合，以保证光照的均匀。在此基础上再进行二次准直，以保证准直的角度满足汽车照明的需要。激光器准直好后，放置在散热片上，再用带有温度控制的驱动电路驱动激光器发光，以保证光源的稳定性。在汽车用激光照明光源的基础上，将红外半导体激光光源、激光器驱动电路，电源转换模块、CCD以及滤光片等都装在一起，在使用时将其装在汽车前挡风玻璃中间的观后镜背面，另外在车前保险杠上或者车前灯处的位置再加上补光用的激光光源，用准直好的激光器照射目标，激光打在目标上的反射信号用CCD来接收，接收到的视频信号通过装在汽车合适位置上的显示器来显示，从而使驾驶员对潜在的目标做出判断。

具体的，本发明体出了一种采用红外半导体激光光源的汽车辅助夜视系统，包括：

主激光光源1，用于目标照明；

补光激光光源2和3，用于提高背景照度，使CCD成像时光照均匀；

强光抑止处理滤光片4，用于抑止强光；

CCD摄像机5以及液晶显示器6，用于图像传感和显示；

其特征在于，所述主激光光源和补光激光光源都含有2个或者2个以上的红外半导体激光阵列。

进一步，所述主光源和所述补光激光光源相互切换或者同时开启。

进一步，所述滤光片与红外半导体激光器阵列的峰值波长相匹配。

进一步，所述红外半导体激光阵列采用二次准直的方法和光束均匀化方法，使得激光器在准直发散角25°～40°的大视场范围内可以获得10W的光功率，满足0～300m夜视照明的需要。

本发明的有益效果如下：

1)提供一种用于大角度宽动态范围的汽车夜视激光照明光源，可以作为目前车灯的有益补充。

2)在相同的目标照度下，该光源所需的功率只有目前通用汽车远光灯的十分之一，大大节约了能源。

3)能够有效抑止逆向车强光对摄像系统的影响，能够在显示器上观察到清晰的目标图像。

4)在车灯出现故障、没有任何光照的情况下，能够探测0~300m内的目标，这样会大大降低因为车灯故障而带来的安全隐患。

5)能够在夜晚或者雾、雪、雨等低照度条件下，实现300m内目标的探测，从而使汽车驾驶员可以在安全距离内对潜在的危险做出及时判断。

附图说明

图1是本发明光源部分的原理框图；

图2是本发明整机部分的原理框图；

图3是本发明整机部分的侧面装置图；

图4是本发明的整机部分的正面装置图。

具体实施方式

按图1所示激光器1，激光器2……激光器n都是近红外波段的半导体激光器，波长可以从808nm～980nm，透镜组为微透镜的组合，透镜为二次准直平凸透镜。，光源部分激光器阵列首先必须根据实际需要进行准直和多光束融合，例如，要探测0～100m距离范围内的目标，如果每个激光器准直发散角设定为3°，那么可以将8～10个激光器倾斜的布在一个底座上，使得总体发散角为30°左右，这样多个激光器会实现混斑，实现多光束融合。准直好的激光器固定在散热片上，再用带有温控的驱动电路驱动激光器发光，采用的红外半导体激光器波段在近红外，可以是有红爆的也可以是无红爆的。这样的光源需要三个，一个作为主激光光源，另外两个作为补光激光光源。

图2中的1为主激光光源，2和3为补光激光光源，4为抑止强光处理所需的特殊滤光片，5为CCD接收系统，6为液晶显示器。打开主激光光源1，根据地面照度(例如无月晴朗天气条件下，景物照度为10—3)，选择开启补激光光源2和3，在激光照射目标后回来的回波信号经滤光片4滤出杂散光的影响后，由CCD接收系统5接收，在显示器6上显示目标图像。

图3中的7为车1，8为车2，车1(7)上的主激光光源1和补光激光光源3同时开启，激光发出的红外光打在对面来车2上(8)，红外激光经车2反射后，反射同来的光打在车1上，被车1上的夜视系统捕获，使得车1上的驾驶员能够及早的对对面来车作出判断。

图4中的9为后视镜。根据图4，作为整机系统的红外激光辅助夜视系统在工作时，首先将1、4、5以及激光器驱动电路和电源转换模块装在一起(外形和所需配置的车型配套即可)置于汽车前挡风玻璃上方的后视镜7所在位置的背面。图4中的主激光光源1，抑止强光处理的特殊滤光片4以及CCD接收系统5对着前挡风玻璃，且必须和前挡风玻璃贴紧。以防止激光照射光被前挡风玻璃反射引起CCD的饱和。在安装时整个系统和地面应该保持一定的倾角，以保证目标有最佳的回波信号。显示器6可以被固定在前挡风玻璃上，角度以方便驾驶员观察为准。此外在汽车大灯的位置再加装2个补光激光光源，一是保证目标在远处时获得更高的照度，二是对于对面过来的强光有补光抑止的作用。这样在激光灯的照射下，地面或者目标的反射、散射光就会通过特殊处理的滤光片回到装在后视镜部位的CCD接收系统，并在显示器上显示目标图像，以便驾驶员对潜在的危险做出及时判断。主激光光源1和补光光源2和3可以切换，也可以同时开启。在光照足够的情况下可以只开启主激光光源，在偏僻路段逆向车大灯开启的情况下，可同时开启补光光源，以增加背景光，同时结合特殊处理的滤光片的作用，实现强光抑止功能。

本发明并不局限于上述实施方式，比如整个激光照明夜视系统可以置于车顶，作为外部器件用于特殊设备，例如：军车、警车以及坦克等。另外补光光源在不方便安装的情况下，也可以置于前保险杠。此外也可以采用多光源多摄像机系统实现其他方位的目标的成像。整机系统也可以不用显示器，而是和目前装有GPS的汽车内的显示器实现视频对接。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种采用红外半导体激光光源的汽车辅助夜视系统，其特征在于，包括：

主激光光源(1)，用于目标照明；

补光激光光源(2)和(3)，用于提高背景照度，使CCD成像时光照均匀；

强光抑止处理滤光片(4)，用于抑止强光；

CCD摄像机(5)以及液晶显示器(6)，用于图像传感和显示；

其中，所述主激光光源和补光激光光源都含有2个或者2个以上的红外半导体激光阵列。

2.根据权利要求1所述的汽车激光照明辅助夜视系统，其特征在于，所述主光源和所述补光激光光源相互切换或者同时开启。

3.根据权利要求1所述的汽车激光照明辅助夜视系统，其特征在于，所述滤光片与红外半导体激光器阵列的峰值波长相匹配。

4.根据权利要求1所述的汽车激光照明辅助夜视系统，其特征在于，所述红外半导体激光阵列采用二次准直的方法和光束均匀化方法，使得激光器在准直发散角25°～40°的大视场范围内可以获得10W的光功率，满足0～300m夜视照明的需要。

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