[发明专利]综合光电探测系统

说明书

技术领域

本发明涉及汽车配件，具体为一种综合光电探测系统。 

背景技术

目前国内外汽车夜视领域采用的解决方案无外乎三种，其中两种基于CCD/CMOS近红外/可见光成像器件，另外一种基于UFPA（非制冷长波红外焦平面器件）。其中基于CCD/CMOS近红外/可见光成像器，根据是否使用近红外光源又可以分为主动型和被动型两种。 

国内提出的大多数汽车夜视方案均是基于所谓“高灵敏”摄像头的被动型方案，该方案由于受到器件本身动态范围和夜视性能的限制，在夜间的探测有效探测距离与人眼相差无几，因此这些系统无实际意义。 

目前已经实用化并付诸于应用的方案主要是： 

采用近红外光辅助光源的主动型近红外夜视系统，例如早期的奔驰高端车辆所配备的夜视系统；采用UFPA的热成像夜视系统，例如应用于宝马和奥迪高端车辆的夜视系统。

下面我们简要对比两种夜视系统： 

1、主动型近红外夜视系统

普通车辆在夜间行驶时，当仅使用近光灯时，可视距离约30米左右，当使用远光灯时可视距离增加到80米。但使用远光灯受到行车条件的限制，例如会车期间必须关闭远光灯。

主动型近红外夜视系统在车辆的照明装置中增加了一组人眼不可见的近红外远光灯，然后使用一个近红外敏感的CCD或者CMOS光电探测器将目标的近红外光反射光转换为视频信号。 

以我们搭建的主动型近红外汽车夜视系统为例，我们在试验车辆的前保险杠上加装了两个近红外线射灯，光源电功率合计20W，输出近红外线波长：900nm~780nm，图像传感器使用的是SONY的1/2寸高灵敏度黑白 ICX429 CCD ，光学镜头F1.4,焦长35mm。 

从试验来看，系统具有一定的效果，在夜间能够在一定程度上增大可视距离，并在会车期间能够部分改善本车车道方向的可视度。由于夜晚试验期间大气能见度较好，因此试验中在白天补充了近红外波段传感器透雾能力的对比测试，测试情况是：系统在薄雾情况下近红外成像能够改善图像质量。 

从试验来看，系统具有一定的效果，在夜间能够在一定程度上增大可视距离，在会车期间当对面来车未使用相同的夜视系统时，本车能够改善本车车道方向的可视度。 

但试验证明，当两辆奔驰新S级的司机都使用夜视系统逆向相遇时在显示屏上图像会出现短时间的亮白，图像被对方的近红外线彼此淹没了。因此主动近红外夜视系统大规模推广应用时存在严重缺陷。 

另外即便是与普通的（没有安装主动夜视系统）车辆会车时，当对方远光未关闭时由于普通汽车大灯输出光辐射中也存在大量的近红外辐射，因此也会导致近红外图像探测器的饱和与失效。 

从上表可以看到，两种系统各有优缺点，但都不适合于大规模应用，其原因分别是： 

1、主动红外型汽车夜视系统：由于探测距离近、另外更为关键的是：同时装有该系统的车辆在逆向会车时，该型夜视系统的夜视功能可能完全失效；

2、UFPA热成像夜视系统：存在图像分辨率差和价格昂贵等问题。

综上所述，为了适应未来汽车市场的需求，我们需要提出一种低成本的和更为了大幅度降低汽车夜间行驶期间的车祸概率，从上世纪末开始，各种夜间成像技术逐渐开始应用于汽车的夜间行驶辅助系统。 

发明内容

通过前面我们对基于近红外图像探测器的夜视系统和基于非制冷热成像的夜视系统的分析，我们看到两种系统都存在性能或者成本上的致命缺陷，导致两种系统的不能够实现规模化的推广和应用。 

通过分析我们认为新型的昼夜型汽车安全驾驶辅助系统应当满足如下的性能和功能要求： 

表1、新型汽车夜视系统的性能和技术要求

为满足表2中1~10项的功能要求，我们需要三个功能单元分别覆盖和实现各个功能：

表2、综合光电探测器模块的关键功能的划分和实现

我们需要考虑表2中的最后两项要求（既：低成本和规模应用要求），结合这两点我们需要对上述的探测器和模块做出合理的选型。

我们首先考虑汽车行驶路径上障碍物的分布特征： 

我们可以把与汽车宽度相当的行驶路径上，高度高于汽车底板的物体判别为障碍物，针对障碍物分布的空间特点，另外考虑到车辆转弯以及可移动障碍物（例如行人和其他机动车辆）的位置变化。综合光电探测器应当对车头前方，上下视场角越10~30度，水平视场角越60~90度的扇形区域进行探测和成像；