某車型車載夜視儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曹軍濤，黃柯，董少君，柯章俊

(安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽合肥 230601)

0 引言

汽車夜視儀是一個(gè)由軍事技術(shù)轉(zhuǎn)為民用的產(chǎn)品。安裝具有夜間視覺能力的設(shè)備儀器可以讓軍用車輛在夜間行動(dòng)自如，大大提高軍用車輛的夜間機(jī)動(dòng)能力。進(jìn)入21世紀(jì)，各大汽車公司紛紛把夜視設(shè)備安裝在高檔小汽車上，如寶馬、美洲豹、奔馳等，都是一個(gè)目的，就是提高汽車在夜間駕駛的安全系數(shù)。

夜間駕駛時(shí)，在遠(yuǎn)光燈為駕駛者照亮的車輛前方一定距離范圍內(nèi)，路況清晰可辨，但在前面的黑暗中時(shí)刻潛伏著危險(xiǎn)。汽車夜視儀就是為了解決汽車安全駕駛問(wèn)題，利用微光和紅外線兩個(gè)條件，把來(lái)自被測(cè)物體的人眼看不見的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后再把電信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成人眼可見的光信號(hào)，屬于一種主動(dòng)安全設(shè)備。同時(shí)通過(guò)智能化的光學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)路況預(yù)警和眩光屏蔽等功能，從而避免因遠(yuǎn)光燈干擾造成眩光而引起的交通事故。

主要研究?jī)?nèi)容為基于低照度CCD技術(shù)的乘用車車載夜視儀產(chǎn)品技術(shù)方案設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、功能方案設(shè)計(jì)、硬件方案設(shè)計(jì)、軟件技術(shù)方案設(shè)計(jì)及人機(jī)交互方案設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)方案

低照度CCD技術(shù)利用低照度圖像傳感器CCD，即電荷耦合器件，將微弱的可見光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后進(jìn)行編碼、處理、壓縮形成視頻數(shù)據(jù)，最后在顯示屏上進(jìn)行顯示。其原理與數(shù)碼相機(jī)一致，只不過(guò)數(shù)碼相機(jī)使用的是普通圖像傳感器。

如圖1所示，低照度CCD微光夜視儀可以分成攝像頭、CCD光電轉(zhuǎn)換模塊、視頻信號(hào)處理模塊、顯示模塊、操作模塊這5個(gè)部分。低照度CCD微光夜視儀的原理和數(shù)碼攝像機(jī)相同，主要區(qū)別是CCD不同，是低照度的。一般普通的攝像機(jī)(行車記錄儀、倒車后視攝像頭)的最低照度為0.5 Lux，而低照度CCD微光夜視儀的最低照度可達(dá)到為0.001 Lux。

圖1 低照度CCD夜視儀模塊組成

此精品車載夜視儀設(shè)計(jì)通過(guò)原車音響主機(jī)顯示夜視視頻信息，因原車音響視頻格式為L(zhǎng)VDS，與夜視儀視頻格式CVBS不一致，需增加解碼器將夜視儀CVBS信號(hào)解碼成為原車顯示屏顯示的協(xié)議代碼，將CVBS信號(hào)在原車顯示屏顯示并通過(guò)解碼器內(nèi)部開關(guān)即視頻切換開關(guān)，控制原車顯示屏顯示原車的LVDS信號(hào)或是經(jīng)過(guò)解碼之后的CVBS信號(hào)，且該視頻切換開關(guān)需布置在方便駕駛員操作的位置。該方案原理圖見圖2。

圖2 音響顯示方案原理圖

2 控制方案

電源控制。夜視儀系統(tǒng)電源接入電池B+、B-，汽車ACC接通后，激活夜視系統(tǒng)進(jìn)入工作模式，反之處于待機(jī)模式。夜視儀硬件支持電壓為9～16 V，軟件檢測(cè)到夜視儀電源電壓大于(16±0.3)V、小于(9±0.3)V為故障，此時(shí)電源指示燈(紅色)以5 Hz的頻率進(jìn)行閃爍，直至故障修復(fù)。

CAN通信信號(hào)檢測(cè)。系統(tǒng)通過(guò)CAN總線獲取車速，遠(yuǎn)、近光燈，霧燈等數(shù)據(jù)，通過(guò)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)功能的實(shí)現(xiàn)及切換。夜視儀主機(jī)會(huì)循環(huán)檢測(cè)夜視儀CAN總線通信是否正常，檢測(cè)到CAN故障，軟件會(huì)復(fù)位CAN模塊嘗試恢復(fù)，并進(jìn)行故障顯示。故障顯示方式為電源指示燈(紅色)以10 Hz的頻率進(jìn)行閃爍，直至故障修復(fù)。

模式切換。系統(tǒng)通過(guò)CAN信號(hào)檢測(cè)大燈開啟時(shí)開啟夜視模式，通過(guò)解碼器的視頻切換開關(guān)控制原車MP5顯示屏顯示原車信息或夜視系統(tǒng)信息。軟件檢測(cè)夜視儀主機(jī)無(wú)視頻輸出或MP5顯示屏沒有視頻輸入為故障，此時(shí)電源指示燈(紅色)以1 Hz頻率進(jìn)行閃爍，直至故障修復(fù)。

眩光屏蔽。通過(guò)CAN信號(hào)檢測(cè)近、遠(yuǎn)光燈信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟/關(guān)閉眩光屏蔽功能。

霧天透視。通過(guò)CAN信號(hào)檢測(cè)霧燈開啟時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟霧天透視功能。

路況預(yù)警。車輛點(diǎn)火成功，系統(tǒng)自動(dòng)通過(guò)CAN信號(hào)獲取車速信號(hào)，視車速大小確定是否開啟路況預(yù)警功能。

3 硬件方案

3.1 硬件規(guī)格

所采用的硬件規(guī)格如表1所示。

表1 硬件規(guī)格

3.2 硬件安裝方案

該夜視儀系統(tǒng)的主要零部件有夜視主機(jī)、解碼器及改裝線束。

夜視主機(jī)布置在汽車內(nèi)后視鏡右側(cè)的前擋風(fēng)玻璃上，頂部貼緊頂棚邊緣以保證整體美觀度；

解碼器布置在儀表臺(tái)內(nèi)原車導(dǎo)航主機(jī)下方，以3M膠的形式貼在導(dǎo)航主機(jī)下方。

改裝線束接線示意圖如圖3所示。

圖3 夜視系統(tǒng)接線示意圖

4 人機(jī)交互方案設(shè)計(jì)

夜視儀電源指示燈為紅色LED燈，常亮?xí)r表示系統(tǒng)正常工作，閃爍時(shí)表示診斷出系統(tǒng)問(wèn)題。

夜視儀錄像指示燈為綠色LED燈，閃爍時(shí)表示錄像進(jìn)行中。

系統(tǒng)啟動(dòng)。整車打開ACC時(shí)，夜視儀進(jìn)入工作狀態(tài)，關(guān)聯(lián)導(dǎo)航菜單界面，處于待機(jī)模式。此時(shí)，原車MP5系統(tǒng)按原車狀態(tài)工作。

進(jìn)入夜視系統(tǒng)。按解碼器的夜視切換按鍵，進(jìn)入夜視系統(tǒng)。夜視切換按鍵見圖4。

圖4 夜視切換按鍵

遠(yuǎn)程夜視。汽車開啟近光燈時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入遠(yuǎn)程夜視模式，顯示屏顯示黑白夜視圖像；當(dāng)汽車近光燈關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)恢復(fù)白天模式，顯示屏顯示彩色圖像。

眩光屏蔽。汽車近光燈開啟狀態(tài)下，遠(yuǎn)光燈開啟3～6 s，關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，眩光屏蔽功能開啟，顯示畫面示例如圖5所示；再次開啟遠(yuǎn)光燈3～6 s，關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，此功能關(guān)閉，顯示畫面示例如圖6所示。

霧天透視。汽車霧燈開啟時(shí)，該功能自動(dòng)啟動(dòng)，顯示畫面示例如圖7所示；霧燈關(guān)閉時(shí)，該功能自動(dòng)關(guān)閉，顯示畫面示例如圖8所示。

路況預(yù)警。夜視系統(tǒng)通過(guò)CAN信號(hào)檢測(cè)汽車車速，當(dāng)車速大于30 km/h時(shí)，自動(dòng)開啟路況預(yù)警功能；當(dāng)車速小于30 km/h時(shí)，該功能不開啟。

圖5 眩光屏蔽功能開啟圖例

圖6 眩光屏蔽功能關(guān)閉圖例

圖7 霧天透視功能開啟圖例

圖8 霧天透視功能關(guān)閉圖例

行車記錄。汽車啟動(dòng)后，夜視系統(tǒng)默認(rèn)自動(dòng)進(jìn)行循環(huán)錄像。

5 結(jié)論

從夜視儀的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線入手，詳細(xì)地闡述了一款精品車載夜視儀的設(shè)計(jì)方案。在此設(shè)計(jì)中，利用低照度圖像傳感器技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了夜視功能，還實(shí)現(xiàn)了眩光屏蔽、霧天透視、行車記錄、路況預(yù)警、6倍變焦夜視等功能，極大地滿足了市場(chǎng)客戶的需求，且此方案最大化地利用原車的音響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在保證功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)約。

根據(jù)此設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的產(chǎn)品已成功搭載在江淮某車型上。經(jīng)過(guò)實(shí)車驗(yàn)證，該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了全部設(shè)計(jì)要求，功能完善、運(yùn)行高效、系統(tǒng)穩(wěn)定，畫質(zhì)清晰穩(wěn)定、無(wú)噪點(diǎn)、無(wú)曝光、無(wú)干擾，變焦過(guò)程流暢，變焦完成后整個(gè)畫面清晰穩(wěn)定，能清楚辨別300 m內(nèi)人和物輪廓；完美實(shí)現(xiàn)了眩光屏蔽、霧天透視、行車記錄功能。

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