CN201187718Y - 近红外会车照明波长自动切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种近红外会车照明波长自动切换装置，包括可变波长红外照明装置、波长自动转换系统、超焦距红外成像光学装置、红外成像及信号处理系统、车辆电子控制单元以及投影或屏幕显示与目标提示系统。通过车辆电子控制单元控制变换红外照明装置的照明波长，同时变换对应的带防护镀层的红外窗口进入超焦距红外成像光学装置的滤光片组，以阻隔相向光源的干扰，该装置能在同类车辆交会时自动选择不同的成像波长，避免红外照明系统对成像系统的干扰，实现清晰成像，进而降低事故率，提高红外成像的照明条件，可以适应更为复杂的路面状况，低成本、系统化和紧凑化。可以用于所有机动车辆的夜间行驶辅助照明。

Description

近红外会车照明波长自动切换装置

技术领域

本实用新型属于汽车会车照明与控制技术领域，主要涉及照明波长自动切换技术领域，进一步讲是涉及采用多波长辅助红外照明系统并能通过电子控制系统实现自动切换的照明系统领域，具体是一种近红外会车照明波长自动切换装置。

背景技术

在公路交通中，黄昏和夜间行驶时发生事故的风险远远高于日间行驶。虽然夜间公路上的车流比白天少得多，据调查数据显示，平均交通密度在夜间降低到了15％左右，但夜间发生重大交通事故的几率却比白天高出一倍，而且1/3以上的重大交通事故发生在夜间。夜间驾驶带来的主要安全隐患在于路面的照明状况，特别是在人车混行的路面上及时发现行人及路面障碍，对于道路安全至关重要。普通车辆在夜间驾驶时采取的措施主要是通过增强车灯照度，这在一定程度上缓解了对驾驶者的安全压力，但是带来的副作用是相向行进的车辆、行人受到强光照射易产生短暂的视觉弱化，越强的光线刺激，产生的视觉弱化恢复时间越长，所以这种方式不是有效的安全措施。

利用红外光线在夜间可以提供清晰成像的特点，可以开发出车辆驾驶辅助系统。其原理是借助人眼不可见的红外光线，利用红外成像探测器，获得不受路面照明条件影响的夜间驾驶辅助系统。可以借助的原理有两类：一是被动式红外成像，完全利用车辆、行人、障碍物等自身辐射的红外能量成像，不需要任何的辅助照明；二是用人眼不可见的红外光照射路面，提高红外成像的照明条件，可以适应更为复杂的路面状况。第一种方式的优点是完全借助现有的红外辐射条件，不需要任何的人工照明，既可以满足民用要求，又可以满足严格的军事应用要求。但是这种方式需要使用高性能的长波红外成像器件，目前其价格居高不下，并且只有英法美少数几个国家可以生产。第二种方式利用一个辅助红外光源，可以大大提高道路的红外照明条件，另外一个重要的优点是可以利用短波红外成像器件，价格低廉的同时，可以选择的成像分辨率远高于长波红外成像器件，可以获得更高质量的红外图像。目前这种方式存在的不足是需要使用一个附加的红外照明系统，同类系统相向使用时会产生相互干扰，在军事领域也不能应用。

在普通照明和全新夜视辅助系统之间进行对比试验驾驶时，依靠红外照明系统的帮助，驾驶员能够辨别出距离210米左右路旁身着浅色衣服的试验假人，比使用普通照明时提早41米左右。而在行人身着黑色衣服时，驾驶员能够辨别出距离164米左右的试验假人，比使用普通照明时提早92米左右。这意味着采用夜视辅助系统可以将夜间行车安全性提高125％以上。即使迎面车辆的大灯使驾驶员目眩并严重模糊驾驶员视野时，夜视辅助系统也能够显著提高可见度：驾驶员在平均距离140米时，可以发觉迎面车辆之后50米路边身着浅色衣服的试验模型，比使用普通照明时提早53米左右辨别出试验模型。可见，采用红外照明系统的必要性。

宝马轿车系列产品选装的是Night Vision车辆驾驶辅助红外系统，该系统通过布置在车内反光镜以及前保险杠内的红外摄象机，对所有热辐射的物体进行成像，通过两台摄象机配合工作，能达到更宽的视觉范围。这套系统的核心是红外摄象机。它能够在夜间监测到车前300米或1000公尺距离内的有生物体，人、动物、开动中的车等等。在采用远红外线技术的系统中，无需车辆提供额外的红外线光源。而且基于远红外线技术的夜视系统具有比其他系统更广的探测角度，以及更长的探测距离。此外，远红外线系统不会被“眩光”干扰，不会受到对面驶来车辆的大灯、交通信号灯、路灯及交通指示牌这样的强反光表面的影响。而且具有远红外线系统的车辆不会相互干扰。但它是一种被动技术，所有向外辐射热量的物体都会被显示在显示屏上，对驾驶员准确判断前方路况产生了一定的干扰作用。而且Night Vision系统虽然能够把公路边上的行人和大体轮廓非常突出的显示出来，但是对于路面的细节和公路的走向显示得不够充分。此外，该系统采用远红外热成像探测技术，价格昂贵，成本较高。

梅赛德斯-奔驰在全新S350加长版、S500加长版和S600加长版上配备了创新性夜视辅助系统，进一步显著降低了黑暗中车辆行使事故的风险。因为系统是基于人类眼睛看不到的红外线，因此这不会令迎面车辆中的驾驶员感到目眩。两个红外线大灯照亮道路，在近光时大幅度扩展了驾驶员的视野，使驾驶员能够更快地辨别出行驶路径、行人、骑车人和障碍物。同时，在疲惫的夜间旅行中，夜视辅助系统能够缓解驾驶员的压力，使驾驶员保持足够精力来迅速和适当地应对危急情况。而安装于前窗内部的红外摄像机则记录前方道路的反射影像，并在仪表盘中予以显示。但它所采用的是单一的红外照明光源，当同类型车辆交会时会产生相互的干扰，影响安全驾驶。

奥迪的感光性半导体技术能够在每秒钟为驾驶者提供200帧前方物体的图象使汽车拥有敏锐的“视力”，这套传感器被放置于汽车的挡风玻璃之后，与后视镜保持同样的高度，该技术的核心部分，是红外线发射源和一个探测器。感光性半导体技术的关键之处不在于它可以获得高清晰度的图像，而是通过实时采集信息对每一个像素进行极为精确地计算出它与参照物之间的距离。因此，感光性半导体技术已经完全获得了物体的运动信息，换句话说，感光性半导体技术已经成为了汽车的“眼睛”。需要特别指出的是：只用眼睛盯着夜视仪的显示屏是件很危险的事情，因为这样会使驾驶者失去对周围的整体观察和空间感，而没有了整体观察和空间感就无法准确地估算出距离，路边的人或动物有可能对行车安全造成安全隐患，因此，夜视仪只能作为辅助工作。

日本本田公司开发出了利用远红外线摄像机探测在车行道上行走或横穿公路的步行者，通过图像和警报音唤起驾驶员注意的“智能化夜间可视系统”，并计划在Legend车型上搭载使用。

据日本丰田公司介绍，雷克萨斯“LS460”配备了以下4种新系统。其中的先进障碍物检测系统利用立体摄像头及毫米波雷达检测障碍物。该车已于2006年底在欧洲上市。该系统具有在白天和夜晚均可检测障碍物及行人的特点。立体摄像头与毫米波雷达及该公司此前的单反摄像头一样，完全作为传感器来使用。其定位与该公司利用红外线摄像头提供夜间视野的“夜视仪”不同，并未采用将所拍摄的图像显示给驾驶员观看的设计思路。

国产的红旗HQ3上配备有多项人性化的豪华配置。尤其以夜视系统最具代表性，是目前国内许多豪华车型都不曾配备的。HQ3的夜视系统是一种将夜间低光照射范围内的行人、障碍物进行影像化处理，提供给驾驶者的驾驶辅助系统。HQ3采用的是近红外线型夜视。夜间用前大灯中的近红外线发射器发射的近红外线照射车辆前方40～250m的行人或障碍物。

从以上可见，目前车辆上采用夜间辅助驾驶系统的不是采用远红外热成像探测就是采用近红外单一波长照明的，有的价格昂贵，成本较高；有的在同类型车辆交会时会产生相互的干扰，影响安全驾驶；还有的显示图像的清晰度、辨认性及视野均不具备实用价值。所有的车辆夜间辅助驾驶系统均不具备多波长自动切换功能。

本实用新型项目组对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，再尚未发现与本实用新型密切相关和一样的报道或文献。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述技术或装置存在的缺点，提供一种通过波长自动转换装置实现成像、波长的自动选择，在同类车辆交会时自动选择不同的成像波长，避免红外照明系统对成像系统的干扰，实现清晰成像，在此基础上实现低成本和系统化、紧凑化的近红外会车照明波长自动切换装置。

下面对本实用新型进行详细说明

本实用新型的实现在于近红外会车照明波长自动切换装置，包括红外照明装置、红外成像及信号处理装置、车辆电子控制单元以及显示与目标提示装置，车辆电子控制单元与其他各组成装置均有电信号或控制信号连接，其特征在于：还包括有超焦距红外成像光学装置，整个装置带有波长自动转系统，红外照明装置为可变波长红外照明装置，车辆电子控制单元为具有波长自动转换控制输出的车辆电子控制单元；红外成像光学装置为超焦距红外成像光学装置；波长自动转系统包括可变波长红外照明装置、超焦距红外成像光学装置、具有波长自动转换控制输出的车辆电子控制单元和红外成像及信号处理装置，可变波长红外照明装置中的红外大灯是由自外向内、由大渐小、一环一环排列构成，每一环又以红外发光二极管排列组成，而每一环中又是由不同波长的红外发光二极管交替排列组成，每一环中相同波长的红外发光二极管为同波长光源组，同波长光源组的控制端统一连接到波长自动转换系统的控制发射波长输出端，可变波长红外照明装置带有防护镀层的红外窗口；超焦距红外成像光学装置中设有物镜组和与不同波长光源组相对应的滤光片组，其控制端接波长自动转换系统的控制滤光片输出端；具有波长自动转换控制输出的车辆电子控制单的输入接红外成像及信号处理系统的输出；显示与目标提示系统为投影或屏幕显示与目标提示系统，通过具有波长自动转换控制输出的ECU的自动判别系统的自动控制统一点亮或关闭可变波长红外照明装置1中的同波长光源组，同时控制超焦距红外成像光学装置中相对应的滤光片组同步动作。

本实用新型采用了红外照明辅助系统。在普通照明和全新夜视辅助系统之间进行对比试验驾驶时，依靠红外照明系统的帮助，驾驶员能够辨别出距离210米左右路旁身着浅色衣服的试验假人，比使用普通照明时提早41米左右。而在行人身着黑色衣服时，驾驶员能够辨别出距离164米左右的试验假人，比使用普通照明时提早92米左右。这意味着采用夜视辅助系统可以将夜间行车安全性提高125％以上。即使迎面车辆的大灯使驾驶员目眩并严重模糊驾驶员视野时，夜视辅助系统也能够显著提高可见度：驾驶员在平均距离140米时，可以发觉迎面车辆之后50米路边身着浅色衣服的试验模型，比使用普通照明时提早53米左右辨别出试验模型。

本实用新型的波长自动转系统接收红外成像信号处理装置的信号后，同步切换可变波长红外照明装置中的同波长光源组和超焦距红外成像光学装置中的滤光片组联动，在从红外成像及信号处理装置中探测器探测到同类车辆发出的照明光干扰成像时，发出切换照明光源波长的执行信号，配合红外成像光学装置选择，滤除相对行驶车辆发出的红外光，包含自动判别系统。实现同类车辆回车的照明干扰。

本实用新型的红外大灯可以采用多元件组合构成，可以通过可动机械结构实现光线的汇聚与发散(远光与近光调节)。带防护镀层的红外窗口主要用于保护红外成像系统。具有波长自动转换控制输出的车辆ECU连接系统包括与各类车载传感器及照明系统的联动控制、波长切换、成像系统电源、信号传输接口与线缆、照明光源电源等。投射或屏幕显示与目标提示系统用于以投影或者屏幕显示方式在前窗或者专用屏幕上显示红外图像，并以高亮或者声音信号提示者的注意的目标或者障碍物。

本实用新型的实现还在于可变波长红外照明装置1中同波长光源组的中心波长分别为850nm、880nm、940nm。

本实用新型是设计在近红外范围内工作，优选以上三个工作波段。

本实用新型解决了红外辅助照明的干扰问题，使得同类车辆或装有相同红外辅助照明系统的车辆在会车时不因干扰而影响路况的清晰显示。

由于本实用新型设计了可变波长红外照明装置中不同波长光源组及超焦距红外成像光学装置中相对应的物镜组和滤光片组的光路和结构，在具有波长自动转换控制输出的ECU连接系统的控制下自动工作、同步点亮照明装置3个波长的同波长光源组和控制超焦距红外成像光学系统中相对应的物镜组和滤光片组的对应组，所照明路况反射回来的光经过带防护镀层的红外窗口进入超焦距红外成像光学装置，然后经过红外成像及信号处理装置中红外探测器成像，若发现成像不够清晰或者对比度下降，说明对方车辆也采用了相同或接近的照明波长，随后通过电子控制系统变换红外照明系统的照明波长以及对应的红外成像光学系统的滤光片，从而实现驾车场景的清晰成像。

附图说明：

图1是本实用新型的组成示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明

实施例1：

参见图1，近红外会车照明波长自动切换装置是利用一个辅助红外光源提高道路的红外照明条件的自动控制进行多波长自动切换的车辆夜间驾驶辅助装置，包括有：可变波长红外照明装置1、超焦距红外成像光学装置2、红外成像及信号处理系统、具有波长自动转换控制输出的ECU3以及投影或屏幕显示与目标提示系统。具有波长自动转换控制输出的ECU3与可变波长红外照明装置1、超焦距红外成像光学装置2及红外成像及信号处理系统均有直接的控制信号连接。红外成像及信号处理系统带有防护镀层的红外窗口，为保护红外成像及信号处理系统能够可靠工作。本实用新型的核心在于整个系统带有波长自动转换系统，波长自动转换系统由可变波长红外照明装置1、超焦距红外成像光学装置2、具有波长自动转换控制输出的ECU3和红外成像及信号处理系统构成，控制部分就在具有波长自动转换控制输出的车辆电子控制单元3里。可变波长红外照明装置1中的红外大灯是由自外向内、由大渐小、一环一环排列构成，每一环又以红外发光二极管排列组成，形成环形阵列，该环形阵列安装在环形的框架内，在环形阵列的每一环中又是由不同波长的红外发光二极管交替排列组成，每一环中相同波长的红外发光二极管为同波长光源组，同波长光源组的控制端统一连接到具有波长自动转换控制输出的ECU3的控制发射波长输出端，超焦距红外成像光学装置中设有物镜组和与不同波长光源组相对应的滤光片组，其控制端连接到具有波长自动转换控制输出的ECU3的控制滤光片输出端，具有波长自动转换控制输出的ECU3的输入接红外成像及信号处理系统的输出。可变波长红外照明装置1也带有防护镀层的红外窗口，以保护可靠使用。

当汽车遇到会车时，驾驶员打开近红外会车照明波长自动切换装置，自动点亮可变波长红外照明装置1中不同波长之一的同波长光源组的红外发光二极管，本例中原行驶状态同波长光源组的中心波长分别为880nm，所照明物体包括汽车、公路以及其他场景反射回来的光经过带防护镀层的红外窗口进入超焦距红外成像光学系统2，然后经过红外成像及信号处理系统中的红外探测器检测信号，并通过对信号的处理系统，把场景在屏幕上进行显示或给予驾驶员进行相关信息的提示，若发现成像不够清晰或者对比度下降，说明对方车辆的照明有影响，或是波长一致或是波长接近，随后通过具有波长自动转换控制输出的车辆ECU3自动变换可变波长红外照明装置1的的照明波长，采用另外一组波长的同波长光源组即中心波长为940nm的红外发光二极管工作，同时变换对应的带防护镀层的红外窗口进入超焦距红外成像光学装置的相应滤光片，以阻隔相向光源的干扰，从而实现驾车场景的清晰成像。

采用该装置可以通过波长自动转换系统实现成像波长的自动选择，在同类车辆交会时自动选择不同的成像波长，避免红外照明系统对成像系统的干扰，实现清晰成像，在此基础上实现低成本和系统的紧凑化，系统具体指标如下：

作用距离(0.2米活动目标或者障碍分辨能力)：大于200米

视场：36°和24°可切换(通过红外灯组的可动调节)

显示：8”液晶显示器

功耗：＜100W

平均无故障工作时间：大于10000小时

对普通大灯灯光具有滤除作用。

实施例2：

总体方案和系统构成同实施例1，驾驶员打开近红外会车照明波长自动切换装置，随机点亮中心波长为850nm的可变波长红外照明装置1，所照明物体包括汽车、公路以及其他场景反射回来的光经过带防护镀层的红外窗口进入超焦距红外成像光学装置2，发现成像不够清晰，说明对方车辆的照明有影响(波长一致或接近)，随后通过具有波长自动转换控制输出的ECU3自动变换可变波长红外照明装置1的照明中心波长为880nm，即采用另外一组波长的红外发光二极管，同时变换对应的带防护镀层的红外窗口进入超焦距红外成像光学装置2的滤光片，以阻隔相向光源的干扰，从而实现驾车场景的清晰成像。

实施例3

总体方案和系统构成同实施例1，当汽车遇到会车时，车辆的可变波长红外照明装置1使用的照明中心波长为940nm，发现成像不够清晰，经红外成像及信号处理系统的探测器传递信号，通过具有波长自动转换控制输出的ECU自动变换可变波长红外照明装置1的照明中心波长为850nm。使得所照明物体包括汽车、公路以及其他场景清晰成像，避免相互干扰，保障了驾车行驶的安全。

实施例4

总体方案和系统构成同实施例1，当汽车遇到会车时，驾驶员打开近红外会车照明波长自动切换装置，随机点亮可变波长红外照明装置1的3个波长的红外发光二极管(中心波长分别为850nm、880nm、940nm)之一，所照明物体(包括汽车、公路以及其他场景)反射回来的光经过带防护镀层的红外窗口进入超焦距红外成像光学系统2，然后经过红外成像及信号处理装置中红外探测器检测信号，并通过对信号的处理系统，把场景在屏幕上进行显示或给予驾驶员进行相关信息的提示，若发现成像不够清晰，说明对方车辆的照明有影响(波长较一致或接近)，随后通过具有波长自动转换控制输出的车辆ECU3自动变换可变波长红外照明装置1的照明波长，采用另外一组波长的红外发光二极管，同时变换对应的带防护镀层的红外窗口进入超焦距红外成像光学装置2的滤光片，以提高发射光的透过率，从而实现驾车场景的清晰成像。也可以根据会车状况自动选择不同的波段，避免相互干扰，实现驾车场景的清晰成像。

Claims (2)

1.一种近红外会车照明波长自动切换装置，包括红外照明装置、红外成像及信号处理装置、车辆电子控制单元以及显示与目标提示装置，车辆电子控制单元与其他各组成装置均有电信号或控制信号连接，其特征在于：还包括有超焦距红外成像光学装置，整个装置带有波长自动转系统，红外照明装置为可变波长红外照明装置(1)，车辆电子控制单元为具有波长自动转换控制输出的车辆电子控制单元(3)；红外成像光学装置为超焦距红外成像光学装置(2)；波长自动转系统包括可变波长红外照明装置(1)、超焦距红外成像光学装置(2)、具有波长自动转换控制输出的车辆电子控制单元(3)和红外成像及信号处理装置，其控制部分就在具有波长自动转换控制输出的车辆电子控制单元(3)里，可变波长红外照明装置(1)中的红外大灯是由自外向内、由大渐小、一环一环排列构成，每一环又以红外发光二极管排列组成，而每一环中又是由不同波长的红外发光二极管交替排列组成，每一环中相同波长的红外发光二极管为同波长光源组，同波长光源组的控制端统一连接到波长自动转换系统的控制发射波长输出端，可变波长红外照明装置(1)带有防护镀层的红外窗口；超焦距红外成像光学装置中设有物镜组和与不同波长光源组相对应的滤光片组，其控制端接波长自动转换系统的控制滤光片输出端；具有波长自动转换控制输出的车辆电子控制单元(3)的输入接红外成像及信号处理系统的输出；显示与目标提示系统为投影或屏幕显示与目标提示系统，通过具有波长自动转换控制输出的ECU的自动判别系统的自动控制统一点亮或关闭可变波长红外照明装置(1)中的同波长光源组，同时控制超焦距红外成像光学装置中相对应的滤光片组同步动作。

2.根据权利要求1所述的近红外会车照明波长自动切换装置，其特征在于：所述可变波长红外照明装置(1)中同波长光源组的中心波长分别为850nm、880nm、940nm。