Системы ночного видения в автомобиле

Системы ночного видения в автомобиле предназначена для обнаружения и предупреждения водителя о препятствиях в ночное время. Она уже давно используются на военной технике. На гражданские автомобили это оборудование попало совсем недавно и применяется в системе безопасности автомобиля.

В темное время суток на зритель­ные способности водителя накладывают ограничение два фак­тора. Во-первых, освещенная зона остается достаточно ограниченной. Так, например, дальность освеще­ния от обычной фары ближнего света состав­ляет всего 40-50 м. Хотя включение дальнего света позволяет увеличить дальность обзора до 120-150 м, однако, ослепле­ние фарами встречных машин не позволяет пользоваться им слишком часто. Во-вторых, цвет и контраст объектов в темноте и при дневном свете различны, а способность различать объекты в темноте часто значительно уменьшена. Например, пешехода в темной одежде, трудно за­метить, даже, если он находится в пределах дальности ближнего света фар.

Системы дальней инфракрасной области спектра

Системы ночного видения, работают в дальней инфракрасной области спектра (FIR). В гражданском автомоби­лестроении они впервые были применены в 2000 году в США. В них используется ин­фракрасная камера, которая обнаруживает тепловое излучение объектов в диапазоне длин волн 7-12 мкм. Это пассивные системы, не требующие дополнительных источников излучения для подсвечивания объектов. Поскольку ветровое стекло непро­зрачно для этих длин волн, камера должна быть установлена снаружи автомобиля.

Сигналы, посту­пающие от камеры, обрабатываются в ЭБУ. Получаемый видеосигнал переда­ется на дисплей, установленный, например, в комбинации приборов.

Тепловые объекты показываются на изобра­жении в виде световых контуров на темном фоне, причем, кон­трастность увеличивается в зависимости от температурной разницы между объектом и окружающим воздухом. Однако изображе­ние на видеодисплее выглядит довольно не­привычно, т.к. отличается от обычной картины, видимой глазами.

Опознание дорожных знаков

Во время движения автомобиля система постоянно ищет объекты, которые, по форме, могут быть дорожными знаками. Когда такой объект найден, он отслеживается до тех пор, пока не окажется достаточно близко, чтобы снять его на видеокамеру.

Ограничение скорости, опознанное и обработанное подается на приборную панель и показывается в виде символа на графическом дисплее. Если водитель не соблюдает это ограничение скорости, система может подать дополнительное звуковое или тактильное предупреждение. Надежное опознавание дорожных знаков сейчас возможно на скорости до 160 км/ч, а также в условиях дождя и умеренной дымки над дорожным покрытием.

Системы ближней инфракрасной области спектра

Системы ближней инфракрасной области спектра (NIR) измеряют тепловое излучение с длинами волн, близкими к видимому спектру. Однако, объекты не производят излучения в этом диапазоне длин волн. Поэтому применяется подсветка инфракрасными фарами. Такие системы являются активными. Инфракрасная камера воспринимает изображение, отраженное от объектов. Изо­бражение передается в ЭБУ, откуда, после обработки отправ­ляется на дисплей.

Системы на основе NIR впервые были вне­дрены в 2003 году в Японии, с упрощенным изображением на видеодисплее. В 2005 году система ночного видения на основе NIR со значительно улучшенными характеристиками была впервые установлена на автомобилях марки «Mercedes S-Class.

Инфракрасные фары

Галогенные лампы, обычно используемые в автомобильных фарах, имеют высокую долю инфракрасного излучения. Оно простирается от пределов видимого спектра (380-780 нм) до длин волн 2000 нм и выше, с максимумом между 900 и 1000 нм. Верхний предел чув­ствительности кремниевых элементов видео­камеры -1100 нм.

Обычные галогенные фары дальнего света используются в качестве инфракрасных фар. На них устанавливается дополнительный фильтр, который задерживает видимый свет, не сильно уменьшая полез­ную инфракрасную составляющую. Человеческий глаз не видит такое излучение. Инфракрасные фары либо встраиваются в модуль фар, либо устанавливаются от­дельно, например, на переднем бампере ав­томобиля.

Камеры ночного видения

Неблагоприятные условия освещенности с высокими контрастами - темнота и очень яркий свет, например, от фар встречного транспорта - предъявляют очень высокие требования к защитным свойствам рассеи­вателя камеры, а также к самой камере. Чув­ствительность камеры в темноте определяет дальность действия системы обзора.

Подсвечивание дороги излучением в диапазоне длин волн между 700 и 1000 нм дает для камеры полезный сигнал, зависящий от интенсивно­сти освещения и спектральной отражатель­ной способности окружающей обстановки.

Принцип включения инфракрасных фар

Один из важных аспектов работы камеры — это автоматическое включение инфракрас­ных фар. Они излучают свет высокой интен­сивности, слишком яркий для человеческого глаза. Чтобы уберечь глаза от внезапного включения света на близ­ком расстоянии, автоматическое включение инфракрасных фар происходит только, на­чиная с определенной скорости в дополнение к фарам ближнего света, которые уже вклю­чены. Если скорость падает ниже заданного порога, они автоматически выключаются. При этом исключается критическая комбина­ция длительного воздействия света и близо­сти к его источнику. В дополнение к этому, инфракрасные фары включаются только в том случае, если фары ближнего света тоже включены. Таким образом, задействуется рефлекс моргания при взгляде на фары, что значительно уменьшает вред для глаз.

Характеристики системы ближней инфракрасной области

Новые методики обработки изображений позволяют идентифицировать пешеходов по типичным очертаниям, например, области головы и плеч. Поэтому возможно высветить изо­бражение пешехода на мониторе и облегчить водителю выявление опасной ситуации. Это особенно важно для систем дальней инфра­красной области спектра, поскольку изо­бражение на них труднее интерпретировать, чем изображение с камеры в ближней инфракрасной области спектра. Это важно еще и потому, что боль­шинство тяжелых аварий случается ночью. Таким образом, эти системы могут помочь значительно снизить количество ночных ава­рий с участием пешеходов. Такие системы с возможностью идентификации пешеходов, основанные на обеих технологиях (ближней и дальней инфракрасной области спектра), теперь устанавливаются в стандартной ком­плектации на автомобилях, производимых в Германии.

Перспективы дальнейшего развития

В будущем способность систем ночного виде­ния идентифицировать и классифицировать объекты будет улучшаться, так что станет возможно обойтись без видеодисплея и по­давать предупреждения водителю только относительно препятствий, находящихся на полосе движения или поблизости.

Без сомнения, наилучший способ подачи информации от систем ночного видения - трансляция на ветровое стекло, поскольку водитель может считывать информацию от­туда, не отрывая взгляд от дороги. Однако индикация на лобовом стекле не должна быть перегружена информацией, т.е. там не должно быть видеоизображений.

Система диапазона NIR имеет то преиму­щество, что с ее помощью можно реали­зовать дополнительные функции помощи водителю на основе видеоинформации, а также обеспечения безопасности дорожного движения; не требуется устанавливать других устройств, чем те, которые уже используются в системе ночного видения. В будущем это позволить значительно снизить стоимость внедрения тех или иных функций.