基于热成像原理的汽车远近灯光自动调节系统

2019-02-15蒋攀姚嘉祺羊雨丹郭永义

科技与创新 2019年1期

蒋攀，姚嘉祺，羊雨丹，郭永义

蒋攀，姚嘉祺，羊雨丹，郭永义

（西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621000）

随着夜间道路上汽车行驶数量不断增加，汽车在夜间开启远光灯行驶，影响对向汽车驾驶员或行人的视野，且在灯光盲区出现动物或其他物体时不能及时发现，产生的安全隐患急需解决。基于热成像原理进行汽车远近灯光的自动切换，该系统不但能解决频繁手动切换的问题，且相比现有的光感应自动调节系统，应用范围更加广泛。该设计经济实用，贴近生活，产品易于实现，能够为夜间行车提供可靠的安全保障。

夜间行驶；远近灯光；安全隐患；热成像原理

1 引言

汽车远光是为了让驾驶者在夜间行驶时可以看清远方的路况，但是在前方出现对向行驶的车辆和行人时，未及时切换近光，其强烈光线会使对面车辆的驾驶员和行人无法看清道路，且在灯光盲区出现动物和其他物体时不能及时发现，极易发生交通事故。

现有的汽车远近光切换系统为手动和自动切换方式，频繁手动切换会分散驾驶员的注意力，增加交通事故的发生概率。自动切换虽然解决了频繁手动切换的问题，但是由于发光体的不确定性，使自动切换系统极易出现切换不稳定的情况，比如当没有来车时也可能出现自动切换的情况，同时对于不能发光的行人、动物和其他物体来说，不能及时自动切换。可见，现有的汽车远近灯光自动调节系统无法全面解决道路使用者的安全隐患，本文针对这一现实问题，提出了一种基于热成像原理的汽车灯光远近调节系统，以期为夜间行车提供安全保障。

2 国内外研究及应用现状

2.1 国内研究及应用现状

我国对于汽车前照灯智能控制系统的研究起步比较晚，自主研究的成熟产品比较缺乏，现有的汽车前照灯系统距智能化和电子网络化还有很长的距离，大多数汽车厂商只能依靠从外国进口来满足需求，而且由于国内的道路状况与欧美及日本等国家有较大的不同，这些引进的技术和产品在应用上存在很多障碍。但是可以看到，我国参照国际主流的技术，正在逐步建立与完善相关的体制，国内越来越重视对车灯系统智能化的研究，上海小糸车灯有限公司、沈阳北方汽车大灯有限公司、恒润科技、佛山王氏车灯有限公司等一些机构都正在进行自主研发。其中上海小糸车灯有限公司以及恒润科技公司研制出的具有自适应功能的前照灯系统已经在整车上试用。除此以外，目前国内产的汽车配有自适应智能控制功能的前照灯的车型主要有一汽奥迪A6L、北京奔驰E级、东风雪铁龙C5、一汽丰田皇冠、丰田锐志 3.0V、比亚迪M6-2.4L等，但大多是引进国外的技术产品，且局限在各自的技术范畴内没有统一的技术标准，提供的照明功能也有差异而且不够完善[1-2]。

2.2 国外研究及应用现状

欧、美、日等发达国家对智能前照灯系统的研究开始得比较早，20世纪90年代起就相继有公司及科研机构对智能前照灯系统投入研究。1992年欧洲共同体EUREKA的1 403号项目将静态自适应前照灯系统（Adaptive Front-lighting System，即AFS系统）立项，正式展开了对前照灯系统智能化的研究，并于20世纪90年代末在部分豪华轿车上试装；2003年意大利玛涅蒂玛瑞利车灯公司在汽车上试装了动态调节灯，并在2006年首次将这种自适应前照灯系统投放市场[3]。

国外汽车用汽车灯光自动控制系统技术和产业化已经成熟，但价格比较贵。其技术主要采用微机自动检测、分析进行智能控制，经光电传感器检测环境光线和汽车行驶的状态进行分析判断，根据环境光线的强弱自动开闭示宽灯、仪表灯、近光灯或远光灯，实现光电感应的最佳智能转换。该技术解决了汽车在行驶过程中环境光线变幻莫测、在错综复杂的光线环境下达到变换自如的功能和各种状态下的自适应能力[4]。

可见，我国国内对于汽车前照灯智能控制系统的研究起步比较晚，技术成熟度偏低，系统的可靠性较差；虽然国外汽车用汽车灯光自动控制系统技术和产业化相对比较成熟，但引进费用昂贵，很难满足我国国内汽车制造行业对此项技术的需求，必须依靠自主创新来解决这一问题。

3 基于热成像原理的汽车灯光远近自动调节系统设计

3.1 设计思路及工作原理

本系统的设计思路如下：在汽车挡风玻璃前方安装一套热成像仪器（图像采集模块），系统分布如图1所示。

图1 系统模块设计

当热成像仪器探测到道路前方有行驶车辆、行人、动物或其他物体时，数据传输至车内后视镜（图像识别模块）成像，根据自动识别系统辨别获取的图像是否满足系统所设定的物体图像，并传出信号至车载电脑（ECU控制模块），车载电脑根据信号控制车灯调节器（包括灯光检测模块与灯光切换模块）自动调整汽车前车灯灯光为近光灯，如果热成像仪器未识别到以上物体，自动调为远光灯。

3.2 关键技术

3.2.1 热成像技术

在自然界中，只要物质温度高于0°，在其内就会存在能量转换，并对外产生辐射。光学镜片进行第一道筛选，筛选完成后进行信息处理，使人眼可以直观分辨温度图。热成像技术利用光学镜头筛选，将可识别波的辐射能量反馈到探测器上。探测器经过一系列处理后将收集到的信息发送到机器内部负责图像处理的部分进行二次处理。图像处理部分把从探测器收集到的数据信息进行整合与分析，处理完后可以通过目镜或标准视频监视器或液晶显示屏看到成像[5]。

3.2.2 智能识别技术

智能识别技术利用计算机系统、扫描设备、照相机以及其他设备技术等，对相关的目标指令、数据信息以及口令等进行智能自动识别，可以从根本上满足当前时代的智能识别需求[6]。

3.2.3 灯光检测技术

采用CCD感光检测技术，利用CCD摄像头的感光技术，将采集到的光信号转化为电信号的原理，并最终通过图像采集卡将模拟的电信号转化为数字信号，输出到计算机，由计算机数据处理系统进行处理，就可测出前照灯远光发光强度和近光偏移量。采用CCD对光检测技术，其检测精度完全可以满足国标±15′的要求[7-8]。

3.2.4 灯光自动切换技术

车灯切换模块包括手动切换模块和自动切换模块，自动切换模块由电源、继电器与所述电源并联的远光灯和近光灯组成，自动切换模块与ECU控制模块相连接。

当ECU控制模块输出高电压时，继电器中的线圈产生磁场，将电路控制开关与近光灯线路触点相连接，完成远近灯的切换；当ECU控制模块输出低电压时，继电器中不产生磁场，使电路控制开关与远光灯线路触点相连接，从而完成灯光的自动切换[9-10]。