CN107618437A - 一种汽车安全行驶主动红外摄像系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车安全行驶检测技术领域，具体涉及一种汽车安全行驶主动红外摄像系统，采用CCD摄像机进行成像，不仅结构简单化，尺寸小，质量轻，而且灵敏度高，分别率高，噪声点少，相应速度快，摄像机视场大，镜头聚光能力强；并且能过滤抑制的杂光，对弱信号具有较强的检测能力，热稳定性好，在比较宽的温度范围内不离焦；能够很好的弥补夜晚驾车驾驶员视野不佳，影响驾驶安全，在确保夜间行车安全性，不仅能改善及扩大驾驶员夜间行驶视野，增加行驶安全距离，而且能协助驾驶员及早地发现潜在的危险，提高主动驾驶安全性能。

Description

一种汽车安全行驶主动红外摄像系统

技术领域

本发明属于汽车安全行驶检测技术领域，具体涉及一种汽车安全行驶主动红外摄像系统。

背景技术

汽车安全性能是汽车技术发展的重要课题之一，是我们一直关注的主题。随着公路交通的飞速发展特别是高速公路的发展，高速公路交通的交通事故特别是恶性交通事故呈不断上升趋势，交通安全越来越受到广泛关注。因此世界各国在研究汽车主动安全系统技术方面，投入大量人力、物力，致力于提高汽车行驶安全性。

近年来，随着汽车工业的发展和公路的飞速扩展，汽车保有量迅速增加。道路交通事故呈不断上升趋势，给人们的生命财产安全带来巨大的损害。据统计，上世纪末统计，每年在交通事故中死亡人数超过3000人的有31个国家，其中我国居首位，1999年统计死亡人数为83529人，2002年统计死亡人数高达109381人，明显呈上升趋势。据数据分析，夜间或阴天情况下驾驶所发生的交通事故尤为重要。据美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)的统计，夜间行车比例在整个公路交通运输中只占四分之一，但发生的死亡事故却占了一半。截至2010年底，我国的汽车保有量已超过7000万辆，相关部门已经将驾驶员、乘客及第三方的安全排在首位，如何提高汽车行驶安全成为人们越来越关心的话题。

汽车行驶安全系统可以分为被动安全系统和主动安全系统。汽车被动安全系统是指在发生事故后起保护作用的安全辅助系统。如:安全车身、安全带、安全气囊。主动安全是指在发生事故前起保护作用的辅助安全系统。常见的如ABS, ESP, EBD, VSC系统，能“防范于未然”。对主动安全的研究是目前汽车安全发展的重点。数据显示，夜间视线不良造成的事故占了70%。普通汽车前大灯近光灯的照射范围只有50米远，所以车灯光线没有直接照射到的地方，驾驶员很难看清楚或根本看不见。远光灯虽然可以改善这种状况，但由于影响逆向车道驾驶员的视线，只能在特定的情况下使用。因此，

保证夜间行车安全性能的关键之一是发展车载红外夜视成像技术，通过它来提高驾驶员的夜间观察能力，让驾驶员能“看的更远”。这不仅对于改善及扩大驾驶员夜间行驶视野，增加行驶安全距离，而且对于协助驾驶员及早地发现潜在的危险，提高主动驾驶安全性能，都具有重要的理论意义和工程实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车安全行驶主动红外摄像系统,以达到协助驾驶员检测汽车行驶安全的目的。

为达上述目的，本发明提供了一种汽车安全行驶主动红外摄像系统,包括热成像摄像机,以及与热成像摄像机电连接的图像采集卡,还包括红外光源,CCD摄像机,所述红外光源用于发射红外线,以便检测障碍物；

所述CCD摄像机与图像采集卡电连接，用于接收障碍物反射的红外线，并将所接收到的红外线信息传输到图像采集卡。

所述图像采集卡还电连接有数字处理电路，所述数字处理电路与还与车速传感器电连接，所述车速传感器用于检测车速信号，并将该信息传输到数字处理电路，通过数字处理电路处理后，传输到图像采集卡。

所述图像采集卡还电连接有显示器，用于显示车速信息或者障碍物信息。

所述红外光源为LED探照灯。

本发明的优点如下：本发明提供的这种汽车安全行驶主动红外摄像系统，采用CCD摄像机进行成像，不仅结构简单化，尺寸小，质量轻，而且灵敏度高，分别率高，噪声点少，相应速度快，摄像机视场大，镜头聚光能力强；并且能过滤抑制的杂光，对弱信号具有较强的检测能力，热稳定性好，在比较宽的温度范围内不离焦；能够很好的弥补夜晚驾车驾驶员视野不佳，影响驾驶安全，在确保夜间行车安全性，不仅能改善及扩大驾驶员夜间行驶视野，增加行驶安全距离，而且能协助驾驶员及早地发现潜在的危险，提高主动驾驶安全性能。

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。

附图说明

图1是汽车安全行驶主动红外摄像系统示意图。

图2是红外热成像系统示意图。

具体实施方式

为了协助驾驶员检测夜间行驶的障碍物，提高夜间行驶的安全性的目的。

本发明提供了一种如图1所示的汽车安全行驶主动红外摄像系统,包括热成像摄像机,以及与热成像摄像机电连接的图像采集卡,还包括红外光源,CCD摄像机,所述红外光源用于发射红外线,以便检测障碍物；

所述CCD摄像机与图像采集卡电连接，用于接收障碍物反射的红外线，并将所接收到的红外线信息传输到图像采集卡。

常用的图像传感器，有CMOS图像传感器和CCD图像传感器，两者相比：

1)灵敏度

CCD的感光电路占据像素的面积比较小，这样像素点对光的感受就高些;而CMOS传感器的每个像素都包含多个晶体管与一个感光二极管(含放大器和A/D装换电路)，使得每个像素的感光区域所占的面积很小，所以像素点对光的敏感就低些。因此在像素尺寸相同的情况下，CCD传感器的灵敏度要高于CMOS传感器，达30%-50%。CMOS图像传感器由于采用0.18-O. Smm标准CMO S工艺，而且由于采用低电阻率硅片须保持较低的工作电压，像素单元耗尽区深度只有1 }-2mm，导致其吸收截止波长小于650mm，所以象素单元对红外及近红外光吸收困难。

分辨率

由于CMOS传感器上集成有放大器、定时、ADC等电路，所以每个像素都比CCD传感器复杂，因而电路所占像素的面积也会大，所以相同尺寸的传感器，CCD的像素单元可以做得更密。通常CCD传感器的分辨率会优于CMO S传感器的水平。

3)噪声

CCD的特色在于有专属通道设计，能充分保持信号在传输时不失真，透过每一个像素扫描后统一集合到单一放大器上作处理，可以保持资料的完整性。相对CCD而言，CMOS的设计中每个像素都直接与ADC相连，信号直接放大并通过A/D电路转换成数字信号输出。CMOS制造工艺简单，没有专属通道的设计，因此必须先放大再整合各个像素的资料。所以CMOS输出的噪点要比CCD多，生成的图像比较粗糙。

4)响应速度

CCD以串行连续扫描的方式工作，必须一次性读出整行或整列的像素数据后才能处理。CMOS采用单点信号传输，通过简单的X-Y寻址技术，允许从整个排列、部分甚至单元来读出数据，从而提高寻址速度，实现更快的信号传输。通常CCD信号读出速率约70Mpixels/s，而CMOS信号读出速率可高达1 OOOMpixels/s。

所述图像采集卡还电连接有数字处理电路，所述数字处理电路与还与车速传感器电连接，所述车速传感器用于检测车速信号，并将该信息传输到数字处理电路，通过数字处理电路处理后，传输到图像采集卡。

所述图像采集卡还电连接有显示器，用于显示车速信息或者障碍物信息。

所述红外光源为LED探照灯。

LED的发光过程包括三部分:正向偏压下的载流子注入、复合辐射、光能传输。微小的半导体镜片被封装在洁净的环氧树脂物中，LED工作原理是:当电子流过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，在电子和空穴消失的同时产生光子。如果电子和空穴之间所聚集的能量越大，所产生的光子能量就越强。而光子的能量与光的颜色是一一对应的，由可见光的频谱范围可知，蓝色光和紫色光自身携带的能量较高，桔色光、红色光自身携带的能量较低。能够发出不同颜色的光是由于不同的材料具有不同的带隙，能够产生不同能量的光子。

热成像技术依靠红外摄像机采集热辐射信号，并利用目标自身和背景发射的红外辐射的差异而获得图像，主要工作波段在8～14μm之间。热成像技术的核心是红外探测器，按工作温度形式区分为制冷型和非制冷型。从第一台热像仪问世至今，制冷型红外热像仪已经发展到第三代。第一代热成像仪采用小面阵探测器或多元线列技术，信号处理技术简单，光机扫描机构复杂，图像质量低于黑白电视图像;第二代热像仪引用了与黑白电视分辨率相当的凝视焦平面阵列或长线列技术，读出电路应用有信号处理能力的大规模集成电路;第三代热像仪采用与高清晰度电视分辨率相当的凝视焦平面阵列，同时具有多个工作波段，其读出电路采用超大规模集成电路并有复杂信号处理功能。非制冷型红外热成像技术起步相对较晚，但发展非常迅速。目前非制冷红外焦平面阵列的分辨率与第二代制冷型热像仪相当。发展成熟的非制冷型红外探测器主要有微测辐射热计型和热释电型两种类型。与制冷型热像仪相比，非制冷型热像仪具有价格低、体积小、功耗低、性能可靠、操作方便等优点，所以本文采用的是非制冷型热像仪。

典型的非制冷红外热成像系统如图2所示，它由红外光学系统、红外焦平面、图像处理电路、显示模块四部分组成。

光学系统是指光学镜头部分，作用主要是过滤光线和构成图像，红外焦平面是热成像系统的关键部分，作为成像系统的热探测器件，能够将环境中的红外辐射信号转变成电信号，完成光一电转换工作。从红外焦平面输出的模拟信号，经过A/D转换，以数字信号的形式进入图像处理系统。经过数字电路处理后的图像在显示器上显示出来。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种汽车安全行驶主动红外摄像系统,包括热成像摄像机,以及与热成像摄像机电连接的图像采集卡,其特征在于:还包括红外光源，CCD摄像机，所述红外光源用于发射红外线,以便检测障碍物；

所述CCD摄像机与图像采集卡电连接，用于接收障碍物反射的红外线，并将所接收到的红外线信息传输到图像采集卡。

2.如权利要求1所述的汽车安全行驶主动红外摄像系统，其特征在于:所述图像采集卡还电连接有数字处理电路，所述数字处理电路与还与车速传感器电连接，所述车速传感器用于检测车速信号，并将该信息传输到数字处理电路，通过数字处理电路处理后，传输到图像采集卡。

3.如权利要求1所述的汽车安全行驶主动红外摄像系统，其特征在于: 所述图像采集卡还电连接有显示器，用于显示车速信息或者障碍物信息。

4.如权利要求1所述的汽车安全行驶主动红外摄像系统，其特征在于:所述红外光源为LED探照灯。