汽車夜視系統(tǒng)發(fā)展歷程與工作原理解讀

電影中經(jīng)常能夠看到一些神秘的特工在夜間山路上駕駛著炫酷的跑車穿梭自如，為了執(zhí)行任務(wù)，甚至不打開前照燈。實(shí)際上，其能夠依靠夜視系統(tǒng)看清前方路況。夜視設(shè)備在軍事中有大量運(yùn)用。例如駕駛一輛阿帕奇直升機(jī)的士兵其一般都會(huì)佩戴一副夜視護(hù)目鏡，其作用甚至要大于飛機(jī)上裝載的武器和其他裝備；步槍與狙擊槍的鏡頭是目前夜視技術(shù)的尖端應(yīng)用。

而本文將講述也是系統(tǒng)是如何在汽車中運(yùn)用的。眾所周知昏暗環(huán)境下交通事故發(fā)生率要高于光線充足的時(shí)候。近年來(lái)，美國(guó)及歐洲的研究者做了大量的研發(fā)，希望通過(guò)夜視系統(tǒng)能夠讓夜晚等光線昏暗時(shí)的交通事故發(fā)生率下降。

當(dāng)夜幕降臨時(shí)仍能保持白天的駕駛視野是一件令司機(jī)安心的事，目前寶馬、奔馳、豐田、通用都在開發(fā)各自的夜視系統(tǒng)。那么夜視系統(tǒng)究竟為何物，它是如何工作的呢？

人眼能看到圖像是因?yàn)槠淠軌蜃R(shí)別電磁光譜中紫色到紅色區(qū)間內(nèi)的反射波。而人眼無(wú)法識(shí)別的光被稱為短紅外波?！岸碳t外波”其實(shí)就是我們熟知的紅外線的術(shù)語(yǔ)表達(dá)方式，其包括3個(gè)類別。

近紅外光、中紅外光和遠(yuǎn)紅外光。三種光之間的區(qū)別在于波長(zhǎng)不同。近紅外光波長(zhǎng)小于1.5微米，它是最接近人眼可識(shí)別光的一種。遠(yuǎn)紅外光的波長(zhǎng)最大可達(dá)30微米，它是由物體自身發(fā)出的光線而不是反射光。也就是說(shuō)，可以利用遠(yuǎn)紅外光的這一特性作為熱信號(hào)使用，這也是它與其他兩種光區(qū)別最大的一點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)“夜視”的兩種主要方法是利用熱成像和光子探測(cè)（或稱影像增強(qiáng)）的方法。兩種方法都有很明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。熱成像形成的圖片清晰度不高，不過(guò)其能夠敏感地捕捉到物體發(fā)出的熱信號(hào)。例如，士兵利用狙擊步槍中的熱成像夜視鏡頭可以看到躲避在建筑物或障礙物后方的敵人。但同時(shí)，熱成像中看到的發(fā)光人體也可能是友軍，而由于其圖像粗糙，根本無(wú)法從鏡頭中分辨出敵我。

相反地，影像增強(qiáng)能夠讓圖像的清晰度很高。通常這類夜視裝置的圖像為綠色，除此以外，其圖像和白天幾乎沒(méi)有區(qū)別。這類方法通過(guò)從環(huán)境光中提取光子并將其在圖像增強(qiáng)管中轉(zhuǎn)化為電子。當(dāng)電子通過(guò)管道時(shí)，管中的原子會(huì)釋放相似的電子，利用管道內(nèi)的微通道板（MCP）將電子能量放大幾千倍。

在圖像增強(qiáng)管的末端，電子會(huì)撞擊一個(gè)具有磷光質(zhì)涂層的屏幕。這些電子會(huì)保持它們通過(guò)微通道時(shí)的相對(duì)位置，這會(huì)確保圖像的完好，因?yàn)殡娮优帕械姆绞酵鸪豕庾优帕械姆绞较嗤?。這些電子帶有的能量會(huì)使磷光質(zhì)達(dá)到激發(fā)狀態(tài)并釋出光子。這些磷光質(zhì)會(huì)在屏幕上生成綠色圖像，這也成了夜視儀的一大特色。

2000年，通用汽車在凱迪拉克品牌汽車中加入了熱成像夜視系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)這項(xiàng)系統(tǒng)非常昂貴，并且它不能產(chǎn)生清晰的圖像。豐田集團(tuán)也緊隨其后，至今其豪華子品牌雷克薩斯車型中仍配備先進(jìn)的夜視系統(tǒng)。不過(guò)既然夜視系統(tǒng)如此有用，為何不在每輛車上都配備呢？還是成本問(wèn)題。眾所周知，汽車制造商不可能在一款低端車中配備成本高昂的設(shè)備，這會(huì)使其市場(chǎng)地位模糊。

2006年起，奔馳與寶馬兩個(gè)豪華車品牌的汽車產(chǎn)品中也開始采用夜視系統(tǒng)。

汽車夜視系統(tǒng)工作原理

雖然奔馳與寶馬均擁有汽車夜視系統(tǒng)，但兩者的工作原理并不相同。奔馳采用一個(gè)主動(dòng)夜視系統(tǒng)或稱為近紅外光系統(tǒng)，與上文提到的軍隊(duì)使用的影像增強(qiáng)技術(shù)相似。而寶馬則采用的是被動(dòng)夜視系統(tǒng)，也就是利用遠(yuǎn)紅外光技術(shù)。

寶馬夜視系統(tǒng)能夠分辨出物體是人類或動(dòng)物，但卻無(wú)法分辨出其是死是活，換句話說(shuō)，就是熱成像夜視系統(tǒng)探測(cè)到的物體完全可能是一塊巨石或一顆倒下的樹。系統(tǒng)基于安裝在車輛前方的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）傳感器從物體上獲取熱信號(hào)，并在中控臺(tái)顯示屏上輸出320×240像素的圖像。物體蘊(yùn)含的熱量越多，那么其在圖像中的亮度也越強(qiáng)。該系統(tǒng)最遠(yuǎn)可探測(cè)300米范圍內(nèi)的物體。其缺點(diǎn)是清晰度較差。

奔馳的近紅外光夜視系統(tǒng)則能在夜間提供高清晰度的畫面。任何汽車遠(yuǎn)光燈照射到的物體通過(guò)一系列的投影燈和攝像頭夜視系統(tǒng)都能轉(zhuǎn)變?yōu)楠q如白天的高亮清晰畫面。其相比寶馬被動(dòng)夜視系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，不僅能夠檢測(cè)發(fā)熱物體，也能檢測(cè)不具備發(fā)熱信號(hào)能力的物體。不過(guò)該系統(tǒng)的檢測(cè)范圍僅為183米，不如寶馬的被動(dòng)夜視系統(tǒng)。奔馳夜視系統(tǒng)的另一個(gè)缺陷在于，其在霧天的夜視效果不佳。其不同于寶馬夜視系統(tǒng)的另一點(diǎn)是，系統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備位于方向盤后方，與司機(jī)的視線幾乎保持同一直線，而不是在中控臺(tái)處。這樣設(shè)置的優(yōu)勢(shì)在于司機(jī)能夠更輕松地觀察到夜視系統(tǒng)處理過(guò)后的圖像。

兩款夜視系統(tǒng)均可通過(guò)位于遠(yuǎn)光燈切換裝置附近的按鈕進(jìn)行開/關(guān)。另外它們也不會(huì)受到迎面車輛燈光照射的影響。奔馳與寶馬兩家公司的研究者目前正致力于完善夜視系統(tǒng)警示標(biāo)記的工作。目前的挑戰(zhàn)在于，系統(tǒng)尚不能分辨一個(gè)熱信號(hào)是否會(huì)對(duì)車輛有威脅——可能夜視系統(tǒng)檢測(cè)到的熱信號(hào)只是路邊一個(gè)靜止的物體而已。