【技術(shù)文章】夜視系統(tǒng)的聚光燈

　　1.介紹

　　根據(jù)德國聯(lián)邦高速公路研究所(BASt)的研究，夜間在鄉(xiāng)村道路上死亡的行人是白天的5倍。另一項來自BASt的數(shù)據(jù)同樣令人震驚:只有20%的汽車旅行是在晚上進行的。

　　圖1 2005夜視輔助

　　梅賽德斯于2005年推出了夜視系統(tǒng)“夜景輔助”，該系統(tǒng)在夜間視野增長了兩倍。它的近紅外技術(shù)可以使得到的圖像在可視光線下盡可能接近可視圖像，保證任何司機都能看到。由于物理效果，大多數(shù)深色的紡織品在近紅外光下變得明亮，這使得行人在夜視圖像中表現(xiàn)為明亮的形狀，如圖1所示。2006年，梅賽德斯推出了智能光系統(tǒng)，該系統(tǒng)的光功能由電腦控制，包括五種照明功能:鄉(xiāng)村模式、高速公路模式、增強霧燈、主動光功能和轉(zhuǎn)彎燈功能。2009年引入了一種光學制導，以實現(xiàn)快速準確發(fā)現(xiàn)行人。一種識別算法在夜視圖像中識別行人并將其標記為矩形標記，如圖2所示。

　　圖2 2009帶有行人識別系統(tǒng)的夜視系統(tǒng)

　　2009年,智能燈光系統(tǒng)的自適應遠光燈協(xié)助調(diào)整前照燈的范圍，按照距離識別迎面而來的車輛或行人的多目攝像頭，與夜視攝像機分開(如圖3所示)。該系統(tǒng)是第一次實現(xiàn)一個完整的計算機控制照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)的前照燈照明可以指向任何對象，特別對于解決路邊行人的識別問題，具有顯著作用。

　　圖3 聚光燈功能

　　2.系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1高層需求

　　首先，在檢測算法的能力范圍內(nèi)任何行人都應該被照明完全覆蓋，特別是在汽車的乘客一側(cè)的行人應該比在司機側(cè)的行人更需要準確檢測。由于缺乏反射性的對比，照亮一個深色的行人并不能提高能見度。為了引導司機的視線，需要一個閃爍的照明，頻率接近于2赫茲的人類視覺系統(tǒng)具有最高頻率靈敏度。該系統(tǒng)不應使其他交通參與者眼花繚亂，例如其他車輛的駕駛員。如果行人的照明會撞到其他車輛，照明將立即中止。

　　2.2 功能設(shè)計

　　如圖3所示，三個系統(tǒng)協(xié)同實現(xiàn)了聚光燈功能：夜景輔助+夜視系統(tǒng)，自適應高光束輔助自動光控制系統(tǒng)和智能光系統(tǒng)的電腦控制光束。

　　夜視系統(tǒng)將檢測行人并實現(xiàn)實時跟蹤，智能照明系統(tǒng)的乘客側(cè)投影模塊將形成聚光燈，并將其引導至行人。聚光燈將不斷從夜視系統(tǒng)接收有關(guān)行人的最新位置信息。該信息將以夜視系統(tǒng)的幀率的一半發(fā)布，以保證聚光燈的平滑移動。如果聚光燈打在行人身上，那么在大約2.8赫茲的照射下，就會產(chǎn)生一個高達四次的光照序列。自適應高光束輔助的多用途攝像機也將根據(jù)其幀率發(fā)布其他車輛的信息。行人的位置和其他車輛的位置是連續(xù)比較的，如果行人的照明會影響另一輛車，照明順序被中止。

　　從夜視系統(tǒng)的攝像頭到投影模塊的視差，和從夜視系統(tǒng)到投影模塊的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)所積累的延時，都需要得到補償。視差的補償至少需要一個粗略的估計行人到夜視攝像機的距離。行人檢測算法通?？梢詮挠|發(fā)檢測的檢測器實例(“stripe”)中提取一個距離估計值。需要過濾的角度和距離測量，以防止投影模塊振動。通過對夜視系統(tǒng)的內(nèi)部跟蹤來預測位置信息，從而彌補了時間上的延時。

　　3.頭燈

　　3.1聚光燈模塊的一般要求

　　為了突出潛在的危險，驅(qū)動程序最重要的參數(shù)是對象的可見性和反應時間?？梢娦允怯闪炼群蛯Ρ榷人鶝Q定的。然而，我們能設(shè)計的唯一參數(shù)是照度。由于反應時間非常有限，并且已經(jīng)受到車內(nèi)檢測算法和數(shù)據(jù)流的影響，前照燈應盡可能快的反應。因此，LED陣列前照燈將是理想的解決方案。

　　3.2 技術(shù)方法

　　除了led陣列前照燈外，還可以考慮機械解決方案。道路上或附近的許多危險可以在低于250ms的標準模塊內(nèi)照明。原則上，一個更小、更快速的專用附加聚光燈模塊可以使用一個1mm芯片的LED實現(xiàn)。由于這種方法需要在前照燈外殼內(nèi)增加額外的空間，并引入額外的成本。我們不認為在許多汽車上可行。

　　4.系統(tǒng)測試結(jié)果

　　實驗裝置如圖4所示，圖5顯示了在方法過程中與夜視攝像機拍攝的實驗裝置的圖像，并突出顯示了行人。參與者駕駛一輛奔馳s級車，配備了聚光燈功能。以每小時70公里的速度行駛(使用限速器功能)，向靜止的車輛行駛。一個穿著深色衣服的行人站在對面車輛后面的一個可變距離上。由于面對車輛引起的眩光，行人在進場時最初是不可見的。有三種可能的行人位置:一是面對車輛的尾部，二是車輛后面30米，三是車輛后面60米。

　　圖4 實驗裝置示意圖

　　圖5 面向車輛(靜止)和行人(突出顯示)的實驗設(shè)置

　　參與者的任務是盡可能快地檢測行人，通過按下方向盤上的按鈕進行登記。然后將記錄的車輛速度與第一次按鍵的時間和行人通過的時間相結(jié)合，計算出行人的距離。實驗結(jié)果如圖6所示。由于惡劣天氣(霧)，四名參與者的數(shù)據(jù)被排除在外。對于剩下的26名參與者，在所有三個行人位置都可以觀察到由于聚光燈功能，檢測距離的顯著改善。當行人在面對車輛后30米時，平均改善約13米，代表時間優(yōu)勢約0.7秒。

　　圖6 駕駛員行人檢測的平均距離

　　如圖6所示，第二個實驗的結(jié)果與第一個實驗的結(jié)果相同，其中有19個測試參與者。除了沒有面對車輛提供眩光，實驗裝置是相同的。結(jié)果如預期，由于缺少眩光，人們更早的發(fā)現(xiàn)了聚光燈和沒有聚光燈。然而，聚光燈功能的優(yōu)勢現(xiàn)在更加明顯了，平均改進了25米，代表了大約1.3秒的時間優(yōu)勢。

　　作者：Dr. Ing. Helmuth Eggers, Dr. J?rg Moisel, Mr. Stefan T?pfer， Mr. Stefan T?pfer

　　編譯：史晨陽

　　指導：林燕丹