汽車(chē)夜視系統發(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(zhù)炫酷的跑車(chē)穿梭自如，為了執行任務(wù)，甚至不打開(kāi)前照燈。實(shí)際上，其能夠依靠夜視系統看清前方路況。夜視設備在軍事中有大量運用。例如駕駛一輛阿帕奇直升機的士兵其一般都會(huì )佩戴一副夜視護目鏡，其作用甚至要大于飛機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)的尖端應用。

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

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

人眼能看到圖像是因為其能夠識別電磁光譜中紫色到紅色區間內的反射波。而人眼無(wú)法識別的光被稱(chēng)為短紅外波?！岸碳t外波”其實(shí)就是我們熟知的紅外線(xiàn)的術(shù)語(yǔ)表達方式，其包括3個(gè)類(lèi)別。

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

實(shí)現“夜視”的兩種主要方法是利用熱成像和光子探測（或稱(chēng)影像增強）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。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，影像增強能夠讓圖像的清晰度很高。通常這類(lèi)夜視裝置的圖像為綠色，除此以外，其圖像和白天幾乎沒(méi)有區別。這類(lèi)方法通過(guò)從環(huán)境光中提取光子并將其在圖像增強管中轉化為電子。當電子通過(guò)管道時(shí)，管中的原子會(huì )釋放相似的電子，利用管道內的微通道板（MCP）將電子能量放大幾千倍。

在圖像增強管的末端，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)的相對位置，這會(huì )確保圖像的完好，因為電子排列的方式同起初光子排列的方式相同。這些電子帶有的能量會(huì )使磷光質(zhì)達到激發(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(chē)在凱迪拉克品牌汽車(chē)中加入了熱成像夜視系統。當時(shí)這項系統非常昂貴，并且它不能產(chǎn)生清晰的圖像。豐田集團也緊隨其后，至今其豪華子品牌雷克薩斯車(chē)型中仍配備先進(jìn)的夜視系統。不過(guò)既然夜視系統如此有用，為何不在每輛車(chē)上都配備呢？還是成本問(wèn)題。眾所周知，汽車(chē)制造商不可能在一款低端車(chē)中配備成本高昂的設備，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(chē)品牌的汽車(chē)產(chǎn)品中也開(kāi)始采用夜視系統。

汽車(chē)夜視系統工作原理

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

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

奔馳的近紅外光夜視系統則能在夜間提供高清晰度的畫(huà)面。任何汽車(chē)遠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都能轉變?yōu)楠q如白天的高亮清晰畫(huà)面。其相比寶馬被動(dòng)夜視系統的優(yōu)勢在于，不僅能夠檢測發(fā)熱物體，也能檢測不具備發(fā)熱信號能力的物體。不過(guò)該系統的檢測范圍僅為183米，不如寶馬的被動(dòng)夜視系統。奔馳夜視系統的另一個(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的另一點(diǎn)是，系統的檢測設備位于方向盤(pán)后方，與司機的視線(xiàn)幾乎保持同一直線(xiàn)，而不是在中控臺處。這樣設置的優(yōu)勢在于司機能夠更輕松地觀(guān)察到夜視系統處理過(guò)后的圖像。

兩款夜視系統均可通過(guò)位于遠光燈切換裝置附近的按鈕進(jìn)行開(kāi)/關(guān)。另外它們也不會(huì )受到迎面車(chē)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警示標記的工作。目前的挑戰在于，系統尚不能分辨一個(gè)熱信號是否會(huì )對車(chē)輛有威脅——可能夜視系統檢測到的熱信號只是路邊一個(gè)靜止的物體而已。