CN103278134A - 一种汽车远红外夜视测距系统 - Google Patents

Abstract

一种汽车夜视测距系统，包括两个远红外相机，分析和控制模块和显示模块。其中两个远红外相机对称安置在汽车发动机舱格栅后，相距0.4~1.5m，其镜头光轴平行且严格朝向车辆正前方，其工作波长为8~14um。车辆在夜间行驶时，两个远红外相机分别探测车辆前方的发热物体，并将远红外影像传递到车内的分析控制模块。分析模块提取出行人或动物的轮廓，同时测量轮廓在两个相机影像中的像素距离，并计算出行人或动物到车辆的距离。整合后的远红外影像会被发送给显示模块。探测到的行人或动物将会被强调显示。根据行人或动物到车辆的距离范围不同，显示模块向驾驶员发出不同程度的声音预警，或同时以加框或轮廓显示。

Description

一种汽车远红外夜视测距系统

技术领域

本发明涉及汽车辅助安全技术领域，尤其涉及一种采用双远红外相机的汽车夜视测距系统。

背景技术

    据美国国家公路交通安全管理局的统计，虽然夜间行车在整个公路交通中只占四分之一，发生的交通死亡事故却占了一般。究其原因，主要是夜间可视距离大大缩短，通过车灯，可视距离只打到80米左右。现有的汽车照明系统在雨夜、雪天、大雾等能见度低的情况下视距不远、效果不佳的弊病也成为汽车行驶的安全隐患之一。正因为这些问题，汽车夜视技术得到了快速的发展。

    汽车夜视分为主动红外夜视和被动红外夜视。主动红外夜视是用波段在800 ~1000nm的近红外光照射车前目标, 利用普通的CCD或CMOS相机探测前方路况，并向影像显示在车辆仪表台的显示器上。主动红外夜视得到的影像较为清晰，但由于受到近红外灯照射范围的限制，其有效探测距离仅为200m左右。当汽车在夜间以高速行驶时，这一探测距离不能完全满足对前方危险做出提前分析和预判的要求。

    被动红外夜视利用远红外照相机探测车辆前方物体自身辐射的远红外光线，其工作波长为8~14um。被动式红外夜视不受辅助探测光的限制，所以有效探测距离可达到400m。这一探测距离完全可以使驾驶员对道路前方的行人或动物做出充分的预判。随着汽车发动机技术的进步和行驶速度的提升，被动远红外夜视将成为汽车夜间安全驾驶的主流技术。但目前的汽车被动红外夜视由于采用单个远红外相机，只能识别行人或动物，但不能测量物体到车辆的距离。另外由于远红外相机的分辨率较低，驾驶员无法根据远红外影像的大小来判断物体距离。如果被动式夜视系统能判定前方道路的行人或动物，并根据物体到车辆距离范围向驾驶员发出不同程度的提示，将进一步提升汽车夜间行驶的安全性。

发明内容

为了克服现有汽车被动红外夜视的不足，本发明的一个目的是提供一种采用双远红外相机的汽车夜视测距系统，从而实现夜间车辆行驶时对道路前方行人或动物的识别和测距功能。

本发明所提供汽车夜视测距系统包括两个远红外相机、分析控制模块和显示模块。其中两个远红外相机对称安置在汽车发动机舱格栅后，相距0.4~1.5m，具体距离取决于车辆大小和格栅的设计。两个远红外相机的镜头光轴平行，并都严格朝向车辆正前方。远红外相机的工作波长为8~14um。

远红外相机的窗口片为双面抛光的圆形平片，其材料由选自单晶锗、多晶锗、硫系玻璃、硅、硫化锌和硒化锌构成的组中一种红外材料构成。窗口片的两个表面镀有减反膜，其在相机外侧的一面在减反膜上还镀有类金刚石膜(DLC)，起到表面强化和抗划伤作用。远红外镜头的有效焦距为10~25mm. 视场角为+/-15到+/-25度之间。 远红外镜头采用2~3片硫系玻璃非球面透镜，硫系玻璃透镜的组分体系包括，但不限于：Ge-As-Se、 Ge-As-Se-Te、 Ge-Sb-Se、 As-Se、As-S和As-Se-Te。非球面硫系玻璃透镜的加工方法为由硫系玻璃球形预制体精密模压而成。远红外相机的影像传感器为红外焦平面阵列探测器(IRFPA)，其像元阵列为320x240到640x480之间，像元间距为20~50um。

车辆在夜间行驶时，两个远红外相机分别探测车辆前方的发热物体，并将远红外影像传递到车内的分析控制模块。分析控制模块提取出行人或动物的轮廓，同时测量轮廓在两个相机影像中的像素距离，并计算出行人或动物到车辆的距离。设像素距离为d,两个远红外相机的安装距离为H,远红外相机的有效焦距为f,行人或动物到汽车的实际距离为L,则具体的计算公式为L=H*f/d。

分析控制模块将两个相机的远红外影像整合，并发送给安装于汽车仪表台的显示模块。其中探测到的行人或动物将会被强调显示，强调显示的方法包括，但不限于：加方框显示，轮廓显示。显示模块根据探测到的物体到车辆距离范围向驾驶员发出不同程度的声音预警提示，同时加框或轮廓显示以不同的颜色。

附图说明

图1是远红外相机在汽车的安装示意图；

图2是汽车夜视测距系统组成示意图；

图3是远红外相机结构剖面示意图；

图4是远红外镜头光学设计示意图；

图5是远红外影像测距示意图。

其中附图标记

1为远红外相机；

2为分析控制模块；

3为显示模块；

4为远红外窗口片；

5为硫系玻璃非球面透镜；

6为硫系玻璃非球面透镜；

7为透镜套筒；

8为红外焦平面阵列探测器 (IRFPA) ；

9为相机外壳；

10为影像传感器电路和制冷模块；

11为传输电缆；

12为左远红外相机拍摄的影像；

13为右远红外相机拍摄的影像；

14为用于测距的比对影像。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对发明作详细说明。附图中相同标记表示相同部件。为了更好的理解，附图中所示的部件是示意性表示，它们是按比例绘制的，即该附图的部件不表示真实尺寸，这些真实尺寸对本领域普通技术人员来说都是公知的，因此这里不做详细描述。

图1为远红外相机在汽车的安装示意图。其中两个远红外相机1对称安置在汽车发动机舱格栅后，相距0.4~1.5m，具体距离取决于车辆大小和格栅的设计。两个远红外相机的光轴平行，并都严格朝向车辆正前方。

图2为汽车夜视测距系统组成示意图。汽车夜视测距系统包括两个远红外相机1、分析控制模块2和显示模块3. 车辆在夜间行驶时，两个远红外相机分别探测车辆前方的发热物体，并将远红外影像传递到车内的分析控制模块。分析控制模块提取出行人或动物的轮廓，同时测量轮廓在两个相机影像中的像素距离，并计算出行人或动物到车辆的距离。分析控制模块将两个相机的远红外影像整合，并发送给安装于汽车仪表台的显示模块。其中探测到的行人或动物将会被强调显示，强调显示的方法包括，但不限于：加方框显示，轮廓显示。根据行人或动物到车辆的距离范围不同，显示模块向驾驶员发出不同程度的声音预警提示，或同时以加框或轮廓显示不同的颜色。

图3为远红外相机结构剖面示意图。远红外相机由远红外窗口片4，硫系玻璃非球面透镜5和6，透镜套筒7，红外焦平面阵列探测器(IRFPA)8，影像传感器的电路和制冷模块10，相机外壳9和传输电缆11组成。其中窗口片4为双面抛光的圆形平片，其材料由选自单晶锗、多晶锗、硫系玻璃、硅、硫化锌和硒化锌构成的组中一种红外材料构成。窗口片4的两个表面镀有减反膜，其在相机外侧的一面在减反膜上还镀有类金刚石膜(DLC)，起到表面强化和抗划伤作用。本实施例的远红外镜头采用2片硫系玻璃非球面透镜，由图中5和6表示，其中硫系玻璃透镜的组分体系包括，但不限于：Ge-As-Se、 Ge-As-Se-Te、 Ge-Sb-Se、 As-Se、As-S和As-Se-Te。非球面硫系玻璃透镜的加工方法为由硫系玻璃球形预制体精密模压而成。远红外窗口片4，硫系玻璃非球面透镜5和6都由透镜套筒7定位和固定。远红外相机的影像传感器为红外焦平面阵列探测器(IRFPA)8，其像元阵列为320x240到640x480之间，像元间距为20~50um。影像传感器的电路和制冷模块10安置在IRFPA的后面，并由相机的外壳9固定。传输电缆11内置相机的供电电缆和信号传输电缆，并与分析和控制模块相连。

图4为远红外镜头光学设计示意图。本实施例中远红外镜头的工作波长为8~14um。镜头的有效焦距为10~25mm，视场角为+/-15到+/-25度之间。

图5为远红外影像测距示意图。左远红外相机拍摄的影像12和右远红外相机拍摄的影像13经过分析和控制模块处理，得到用于测距的比对影像13，并测量出行人或动物的轮廓在两幅远红外影像的像素距离为d。假设两个远红外相机的安装距离为H,远红外相机的有效焦距为f,则行人或动物到汽车的实际距离L的计算公式为：L=H*f/d。

上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不受所述实施例的限制，任何其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式。一般工程技术人员对本实施例的光学设计所做的改动，比如改变镜头的有效焦距，调整视场角度，增加透镜数量到3片，或改变光澜的位置，都应该在本专利的保护范围内。

Claims (8)

1.一种汽车夜视测距系统，包括：两个远红外相机，分析和控制模块和显示模块；车辆在夜间行驶时，两个远红外相机分别探测车辆前方的发热物体，并将远红外影像传递到车内的分析控制模块；分析控制模块提取出行人或动物的轮廓，同时测量轮廓在两个相机影像中的像素距离，并计算出行人或动物到车辆的距离；分析控制模块将两个相机的远红外影像整合，并发送给安装于汽车仪表台的显示模块；其中探测到的行人或动物将会被强调显示，强调显示的方法包括，但不限于：加方框显示，轮廓显示；根据行人或动物到车辆的距离范围不同，显示模块向驾驶员发出不同程度的声音预警提示，或同时以加框或轮廓显示不同的颜色。

2.根据权利要求1所述的远红外相机，其特征在于，其中两个远红外相机对称安置在汽车发动机舱格栅后，相距0.4~1.5m，具体距离取决于车辆大小和格栅的设计，两个远红外相机的光轴平行，并都严格朝向车辆正前方。

3.3根据权利要求1和权利要求2所述的远红外相机，其特征在于，远红外相机由远红外窗口片，硫系玻璃非球面透镜，透镜套筒，红外焦平面阵列探测器 (IRFPA) ，影像传感器的电路和制冷模块，相机外壳和传输电缆组成。

4.根据上述权利要求中任意一项所述的远红外相机，其特征在于，相机的工作波长为8~14um，镜头的有效焦距为10~25mm，视场角为+/-15到+/-25度之间。

5.根据上述权利要求中任意一项所述的汽车夜视测距系统，其特征在于，左远红外相机拍摄的影像和右远红外相机拍摄的影像经过分析和控制模块处理，得到用于测距的比对影像，并测量出行人或动物的轮廓在两幅远红外影像的像素距离为d；假设两个远红外相机的安装距离为H, 远红外相机的有效焦距为f, 则行人或动物到汽车的实际距离L的计算公式为：L=H*f/d。

6.根据上述权利要求中任意一项所述的的远红外窗口片，其特征在于，窗口片为双面抛光的圆形平片，其材料由选自单晶锗、多晶锗、硫系玻璃、硅、硫化锌和硒化锌构成的组中一种红外材料构成；窗口片的两个表面镀有减反膜，其在相机外侧的一面在减反膜上还镀有类金刚石膜 (DLC) 。

7.根据上述权利要求中任意一项所述的硫系玻璃非球面透镜，其特征在于，硫系玻璃透镜的组分体系包括，但不限于：Ge-As-Se、 Ge-As-Se-Te、 Ge-Sb-Se、 As-Se、As-S和As-Se-Te；非球面硫系玻璃透镜的加工方法为由硫系玻璃球形预制体精密模压而成。

8.根据上述权利要求中任意一项所述的红外焦平面阵列探测器 (IRFPA)，其特征在于，其像元阵列为320x240到640x480之间，像元间距为20~50um。

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