民用车载视觉增强系统发展现状_王远方舟

Statuses and Trends on Night Vision Enhancement Systems
WANG Yuan-fangzhou，SHI Xiao-guang，BAI Yu-zhuo，JIA Yu-chao，CHEN Ji，LI Mao-zhong
（1.Yunnan KIRO-CH Photonics Co., Kunming 650217, China 2.Faculty of Science, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China）
摘要：综述了三种民用车载视觉增强系统的性能特点与研究现状，分析了民用车载视觉增强系统的 发展趋势。首先简述三种民用车载视觉增强系统的工作原理，并对三种系统的典型产品进行了性能 比较；然后介绍了三种系统的国内外发展情况以及主要产品特点；最后分析了民用车载视觉增强系 统的发展趋势。 关键词：车载视觉增强系统；微光；近红外；远红外 中图分类号：TN223 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2012)08-0490-06
第 34 卷 第 8 期 2012 年 8 月
红 外 技 术 Infrared Technology
Vol.34 No.8 Aug. 2012
〈综述与评论〉
民用车载视觉增强系统发展现状
王远方舟 1,2，石晓光 2，白玉琢 1，贾钰超 1,2，陈 骥 1，李茂忠 1
（1.云南北方驰宏光电有限公司，云南 昆明 650217；2.长春理工大学 理学院，吉林 长春 130022）
红 外 技 术 Infrared Technology
Vol.34 No.8 Aug. 2012
图 1 再次非常清楚地证明了远红外民用车载视 觉增强系统在发现行人方面的卓越性。综上所述， 远红外民用车载视觉增强系统在所有的民用车载视 觉增强系统中在性能方面具有很大的优势。
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2.1
民用车载视觉增强系统的国内外发展现 状
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引言
车辆在行驶过程中，通常由于大雨、浓雾等恶 劣天气条件或者夜晚的对面车灯眩光等能见度低情 况造成危险。如果使用近光灯，由于其照明范围通 常在 30 m 左右， 往往有很大的视觉盲区， 司机很难 及时发现路边行人，加大了采取有效规避措施的难 度。民用车载视觉增强系统的出现很大程度上使以 上问题得到解决。 车载视觉增强系统（Driver’s Vision Enhancer） 指的是采用一些方法，拓宽司机裸眼可见范围的一 种新系统，可以在天黑、雾天、烟尘、雨雪、对面 车灯眩光等一切能见度低的情况下产生清晰图像， 提前知道前方路面状况，大大增加行车安全性。目
东莞美保驭也制造了相似产品 LNVS。其成像效果 如表 2 所示。 2.3 远红外民用车载视觉增强系统的国内外发展 现状 远红外民用车载视觉增强系统在国内外都有非 常多的研究和应用。 国外的 Raytheon、 FLIR 和 DRS 等公司都制作了专门的军用和民用产品 [7-9]。 2008 年，美国的 FLIR 公司率先推出了民用的民用车载 视觉增强系统，这个系统很快应用于宝马车上。之 后美国 DRS 公司也推出了民用车载视觉增强系统， 这个系统有着更大的视场角。德国的 Carl Zeiss 公 司和美国的 Raytheon 公司等都制造了很多军用远 红外车载视觉增强系统，这些系统都拥有更广阔的 视场和更优秀的性能。
表1 Table 1 微 光
体发出的远红外波段光波，聚焦到探测器上，再由 显示器显示出图像。远红外民用车载视觉增强系统 形成的图像较之近红外系统和微光系统比较失真， 但是最大探测距离在 1000～2000 m 之间。 1.2 性能比较 如表 1 所示，在所有的民用车载视觉增强系统 中，微光的和近红外的拥有自然的成像效果，远红 外系统虽然成像效果失真，但是有非常远的探测距 离。虽然对景物细节的反应较差，但对温度高的目 标（如行人，车辆，动物）有很明显的体现。Rumar 在 2002 年的研究结果中提到： “从夜晚交通事故发 生的数据中可以看出，夜视系统（NVES）需要加 强识别行人、车辆、动物的能力。追尾事故可以靠 别的工具解决，一辆车单独发生的事故多是因为疲 劳驾驶和酒后驾驶。 ”[1]。Yagi 在 2003 年的研究中 表示： “由于近红外光源的强度很强， 在小于 1 m 远 [2] 的时候，通常会对人眼造成伤害。 ” 。由此可见， 远红外民用车载视觉增强系统由于其无光源、突出 高温度目标以及探测距离最远的特性，在三种民用 车载视觉增强系统中具有很大的优势。 Omer 在 2004 年的一项研究中对近红外民用车 载视觉增强系统和远红外民用车载视觉增强系统作 了性能比较的研究， 图 1 为其所做实验图像。 其中， 左列图像为远红外民用车载夜视系统的照片，右列 图像为近红外民用车载视觉增强系统的照片[3]。
能力，第三代微光产品仍处于实验室研究阶段[4]。 微光夜视系统的产品主要以夜视镜的形式出现。微 光民用车载视觉增强系统最早出自军用产品，以头 盔式夜视镜或电视式的形式辅助夜间巡逻、驾驶车 辆、单兵武器的发射和瞄准等活动[5]。美国 DRS 公 司生产的微光双筒夜视镜、美国特种部队使用的 AN/PVS-17 夜视镜和俄罗斯 YUKON 生产的微光双 筒夜视镜为目前国外夜视系统中比较有代表性的产 品。国内的微光民用车载视觉增强系统研究始于 1981 年，由国营北京长城光学仪器厂开始“被动式 坦克微光驾驶仪” 的研制工作， 于 1982 年完成样机， 用于第一、二代坦克。之后，北方工业公司，北方 夜视技术分别研制了 GW89-200 和 WDC81-1 等产 品，在扩大系统视场角，提高性能方面取得进展。 民用微光车载视觉增强系统主要为电视式，但
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民用车载视觉增强系统分类及比较
民用车载视觉增强系统主要分为三种：微光车 载视觉增强系统，近红外车载视觉增强系统，远红 外车载视觉增强系统。其中，近红外车载视觉增强 系统属于主动探测型，远红外车载视觉增强系统属 于被动探测型。由于作战隐蔽性的需要，军用微光 车载视觉增强系统通常不设光源，为被动型。而民 用微光车载系统有的带着激光助视光源， 属主动型。 1.1 工作原理 微光指的是夜间微弱的自然辉光与城市、乡村 人造光（波长约在 0.4～0.8 m） 。人眼在几乎不可
图1 Fig.1
近红外、远红外民用车载视觉增强系统成像比较 Images of NIR and FIR driver’s vision enhancer
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尚处于起步阶段， 目前只有少数车辆安装了该系统。 国内的微光民用车载视觉增强系统产品主要有新星 光电的 RC10 系列产品。这些产品运用的主要技术 为微光增强技术，并采用了红外激光助视光源（这 样的光源强度低于近红外车载视觉增强系统光源强 度，不会对人眼造成灼伤） ，探测距离可达 300～ 500 m，横向视场角可达 28，采用双镜头设计，具 备去雾和去强光功能，为当今国内民用微光车载视 觉系统中性能比较优秀的一系列产品。其成像效果 如图 2 所示[6]。 2.2 近红外民用车载视觉增强系统的国内外发展 现状 由于近红外民用车载视觉增强系统需要光源的 原因，在军事领域的应用很少。在民用领域，奔驰 S550 安装的民用车载视觉增强系统为近红外产品。
收稿日期：2012-04-13. 作者简介：王远方舟（1988-），女，硕士研究生，研究方向：红外光学系统设计。
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能在微光下辨清物体，这就需要利用微光夜视技术 将微光放大到人眼可见的程度。利用微光夜视技术 制造的民用车载视觉增强系统由镜头、像增强管、 显示器构成。工作原理是：在可见度低的情况下， 物体反射的微弱光波由像增强管放大并显示到显示 屏上，从而可以让驾驶员看见清晰的图像。微光民 用车载视觉增强系统在显示器上可以显示像黑白照 片一样清晰自然的图像。不需要特定光源，但在全 黑和浓雾的情况下无法清晰成像。系统的最大探测 距离为 200～500 m 之间。 近红外光指的是波段在 760 nm～3 m 的光波， 高于可见光波段并低于中红外波段，因此肉眼无法 识别。近红外民用车载视觉增强系统的构成需要能 够发出近红外波段光的光源 （卤素灯或者是 LED 光 源） 、镜头、探测器、显示器。工作时，由近红外光 源发射出近红外波段的光照射到物体上，经物体反 射回来后由探测器接收，再由显示器显示出清晰图 像。近红外民用车载视觉增强系统的探测距离由红 外探照灯的功率决定，由于重量等限制，探照灯的 功率不能太大，这对近红外民用车载视觉增强系统 的探测距离造成一定限制。系统形成的图像也是自 然清晰的。 远红外光指的是波段在 8～12 m 的光波，肉 眼无法识别。 远红外民用车载视觉增强系统由镜头、 探测器、显示器构成，工作时，由镜头接收来自物
民用车载视觉增强系统性能比较
Comparison of three types of drivers vision enhancer 近红外 远红外
光
源
无
有
无
自然
自然
不自然
图
像
探测 距离
良好（约 200 m）
一般（约 200 m）
优秀（对车辆探测可达 1000 m 以上）
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图2 表2
新星光电 RC10 成像效果图 Fig.2 Images of RC10
近红外民用车载视觉增强系统成像情况 Images of NIR driver’s vision enhancer
Table 2 奔驰车 载视觉 增强系 统成像
Abstract：Drivers can often be influenced a lot by heavy fog or head lights of the coming vehicles, which is a potential danger. To avoid accidents, various types of night vision enhancement systems are being developed to solve this problem. This paper summarizes the properties, status and trends of three types of driver’s vision enhancer. Firstly, to compare the capabilities of detection of the three systems, the constitution and the principle of them were introduced. Secondly, statuses of the systems were described by introducing the situation of manufacture around the world. At last, trends of the driver’s vision enhancer were presented. Key words：driver’s vision enhancer，low light，near infrared，far infrared 前车载视觉增强系统已成功从原来的军用领域转入 民用领域。
微光民用车载视觉增强系统的国内外发展现 状 微光民用车载视觉增强系统由于微光夜视系统 出现较早的原因，较之红外车辆辅助系统有更长的 历史。国外的微光夜视技术从 20 世纪 40 年代开始 研究以来得到非常迅猛的发展，现在已研发出四代 产品。 我国的微光夜视技术经过 30 多年的发展， 对 第一代，第二代，超二代的微光产品有批量生产的