邵 娟

景德鎮(zhèn)學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333400

0 引言

汽車(chē)是客運(yùn)和貨運(yùn)的重要工具。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車(chē)的購(gòu)買(mǎi)量也隨之增加。在我國(guó)夜間交通事故中，遠(yuǎn)光燈事故占30%～40%，并且由于汽車(chē)遠(yuǎn)光燈錯(cuò)誤使用導(dǎo)致的交通事故發(fā)生數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)?，F(xiàn)階段，我國(guó)居民在駕駛汽車(chē)的過(guò)程中出現(xiàn)遠(yuǎn)光燈使用錯(cuò)誤的現(xiàn)象多發(fā)，遠(yuǎn)光燈在非正確情況下開(kāi)啟，強(qiáng)光將對(duì)對(duì)面道路司機(jī)的眼睛產(chǎn)生直接的照射，使駕駛?cè)藛T無(wú)法正確判斷前方道路情況，增加了車(chē)禍發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，這不僅對(duì)人們的人身及財(cái)產(chǎn)安全造成威脅，也不利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了減少此類(lèi)交通事故的發(fā)生，相關(guān)管理部門(mén)需對(duì)車(chē)輛燈光使用加大執(zhí)法力度，同時(shí)研究人員需對(duì)汽車(chē)遠(yuǎn)光燈進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛遠(yuǎn)近光的自動(dòng)切換，以此提高車(chē)輛燈光使用的正確性。

1 研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)汽車(chē)大燈的相關(guān)研究仍處在自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)（AFS系統(tǒng)）開(kāi)發(fā)階段，但在技術(shù)上已經(jīng)取得較好成果。目前研究主要集中在AFS控制系統(tǒng)上，因?yàn)锳FS系統(tǒng)主要依靠收集來(lái)自車(chē)輛速度和轉(zhuǎn)向角傳感器的信號(hào)來(lái)控制汽車(chē)大燈光線的方向。為了計(jì)算車(chē)輛狀態(tài)參數(shù)與汽車(chē)大燈水平光線和垂直光線夾角度數(shù)之間的關(guān)系，研究人員創(chuàng)建并提出了水平和垂直方向的AFS動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)多次試驗(yàn)取得了較好的結(jié)果。

為了進(jìn)一步提高汽車(chē)遠(yuǎn)光燈使用的安全性，開(kāi)發(fā)人員對(duì)汽車(chē)遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先研究了汽車(chē)遠(yuǎn)光燈傳感控制系統(tǒng)的光學(xué)元件，選擇合適的LED光源，進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，根據(jù)非球面透鏡的成像原理設(shè)計(jì)了光學(xué)透鏡實(shí)驗(yàn)組。為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展了多次模擬實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，采用先進(jìn)的光學(xué)疊層開(kāi)發(fā)測(cè)試方法，設(shè)計(jì)了4種自適應(yīng)前照燈光的近照燈實(shí)驗(yàn)組，以及安裝汽車(chē)遠(yuǎn)光傳感與控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)光燈實(shí)驗(yàn)組并開(kāi)展測(cè)試[1]。

受海外汽車(chē)遠(yuǎn)光燈傳感控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的啟發(fā)，國(guó)內(nèi)各大汽車(chē)燈具生產(chǎn)商家主動(dòng)發(fā)展遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)。同時(shí)，多家電子系統(tǒng)服務(wù)公司對(duì)汽車(chē)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，為自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈問(wèn)題的出現(xiàn)提供多種解決方案，并在多種汽車(chē)上進(jìn)行系統(tǒng)配置及實(shí)際試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)數(shù)年的開(kāi)發(fā)及研究，2009年眾泰品牌生產(chǎn)發(fā)售的B21型號(hào)汽車(chē)搭配攜汽車(chē)遠(yuǎn)光燈傳感控制系統(tǒng)亮相，其通過(guò)汽車(chē)攝像頭和雷達(dá)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行信息采集，傳感器數(shù)據(jù)處理通過(guò)先進(jìn)的算法進(jìn)行控制。汽車(chē)燈光控制通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行，為交回及錯(cuò)車(chē)車(chē)輛提供防眩暈的汽車(chē)照明裝置。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的必要性

由于中國(guó)的城市化進(jìn)程逐漸提高，大部分城市街道都安裝了路面照明設(shè)備，為道路使用者提供充足的亮度，提高了道路的能見(jiàn)度并減少道路交通事故的發(fā)生量。但在城郊及鄉(xiāng)村道路段，如高速公路、地方道路等，由于受到發(fā)展條件的限制，許多道路上沒(méi)有配套的路面照明設(shè)備路燈。在此狀況下，為了保障駕駛?cè)藛T的人身安全，車(chē)輛應(yīng)及時(shí)開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈照明設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)道路的照明。

不正確或違規(guī)使用遠(yuǎn)光燈會(huì)導(dǎo)致許多道路交通事故，特別是汽車(chē)的數(shù)量每年都在增加，導(dǎo)致類(lèi)似道路交通事故的數(shù)量也在迅速增加。相關(guān)研究表明，汽車(chē)遠(yuǎn)光燈防眩目現(xiàn)象的相關(guān)解決措施并不理想，不能有效解決遠(yuǎn)光燈所造成的意外傷害問(wèn)題。應(yīng)用遠(yuǎn)光燈檢測(cè)和控制系統(tǒng)是保障人們行車(chē)安全簡(jiǎn)單且高效的方法，有必要對(duì)其展開(kāi)研究。當(dāng)今大多數(shù)汽車(chē)都沒(méi)有裝設(shè)智能遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)，僅有少部分價(jià)格昂貴的汽車(chē)安裝此先進(jìn)的智能燈光傳感設(shè)備。如將此裝備在汽車(chē)制造行業(yè)廣泛使用會(huì)造成汽車(chē)生產(chǎn)成本的上漲，從而引起汽車(chē)售價(jià)的提高以及銷(xiāo)量的下降，不利于汽車(chē)品牌的樹(shù)立。要想使品牌在汽車(chē)銷(xiāo)售競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，就需要降低汽車(chē)生產(chǎn)制造的成本，低廉的價(jià)格將成為汽車(chē)品牌塑造過(guò)程中強(qiáng)有力的廣告。因此，價(jià)格的優(yōu)勢(shì)將成為此類(lèi)產(chǎn)品日后發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3 設(shè)計(jì)原則

車(chē)輛夜間駕駛條件與白天駕駛條件有較大差別，汽車(chē)在夜間行駛過(guò)程中，車(chē)輛攝像裝置對(duì)周邊環(huán)境的圖片采集與白天的情況也不相同。因此，適用于白天狀況下的車(chē)輛檢測(cè)法，如根據(jù)汽車(chē)的對(duì)稱(chēng)性、邊緣和車(chē)底的陰影等方法不適用于夜間車(chē)輛檢測(cè)。要想確保夜間車(chē)輛檢測(cè)的精準(zhǔn)性，必須根據(jù)汽車(chē)在夜間行駛的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。汽車(chē)遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)作為汽車(chē)夜間行駛過(guò)程中最關(guān)鍵的傳感模塊，決定了車(chē)輛在夜間行駛的過(guò)程中檢測(cè)車(chē)輛的精確程度及系統(tǒng)運(yùn)行速度。

車(chē)輛在夜間行駛時(shí)受到光線不足的影響，亮度高的車(chē)前大燈和紅色尾燈則為行駛中的車(chē)輛最顯著的特點(diǎn)，因此對(duì)車(chē)燈的檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于夜間車(chē)輛檢測(cè)。由于汽車(chē)大燈的亮度較高，攝像系統(tǒng)在夜間拍攝捕捉的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生明亮區(qū)域溢出的現(xiàn)象。為了減少此現(xiàn)象的發(fā)生，研發(fā)人員用低曝光靜態(tài)相機(jī)對(duì)汽車(chē)的大燈進(jìn)行檢測(cè)，將視野放大，以防止汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)鏡頭隨著時(shí)間的推移而扭曲。在夜間監(jiān)控視頻中，道路上汽車(chē)大燈的反射經(jīng)常發(fā)生，因此，開(kāi)發(fā)人員通過(guò)將光線與大氣散射規(guī)律相結(jié)合，以消除反射光線，使攝像系統(tǒng)能夠正確捕捉車(chē)輛信息[2]。

4 系統(tǒng)研究難點(diǎn)

（1）感應(yīng)區(qū)域選擇不規(guī)范。因?yàn)楦袘?yīng)相機(jī)拍攝到的圖像可能會(huì)存在一定數(shù)量的無(wú)用相片，如天空、路燈照明設(shè)備等。大多數(shù)研究在圖像處理之前均會(huì)對(duì)圖像進(jìn)行感應(yīng)區(qū)域的劃分工作。但是，圖像劃分工作一般由研究人員人工進(jìn)行，因此劃分方法不具備共通性，無(wú)法對(duì)全部圖像進(jìn)行準(zhǔn)確劃分。

（2）嵌入式系統(tǒng)中機(jī)器學(xué)習(xí)的適用性有爭(zhēng)議。現(xiàn)階段，圖像在識(shí)別過(guò)程中經(jīng)常使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，這在視覺(jué)感知和識(shí)別效率方面更有效。但是，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)要想清晰辨別圖像信息需要具備一個(gè)強(qiáng)大且健全的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存庫(kù)，而目前我國(guó)對(duì)夜間圖像信息的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)尚不充足。多數(shù)研究中心的數(shù)據(jù)均來(lái)源于本中心的數(shù)據(jù)源圖像庫(kù)，所得到的圖像信息無(wú)法保證數(shù)量和質(zhì)量，圖像信息的整體準(zhǔn)確性有待考證[3]。

（3）制訂夜間行車(chē)消除雜散光源的方法。車(chē)輛在夜間行駛的過(guò)程中除了前車(chē)的大燈，還有其他燈源對(duì)車(chē)輛造成干擾。路面照明設(shè)備就是最常見(jiàn)的干擾源。盡管使用感應(yīng)區(qū)域選擇技術(shù)后能夠降低路面照明設(shè)備的干擾，但是在汽車(chē)遠(yuǎn)光燈傳感控制系統(tǒng)識(shí)別出車(chē)輛尾部大燈的顏色時(shí)，路面照明設(shè)備的黃色光源就會(huì)對(duì)識(shí)別系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度造成阻礙。

5 研究發(fā)展途徑

遠(yuǎn)光燈傳感器的輸入信號(hào)可以調(diào)整汽車(chē)電路的輸出?；诖?，將遠(yuǎn)光燈開(kāi)關(guān)與遠(yuǎn)光燈光學(xué)傳感器相結(jié)合，以降低誤用遠(yuǎn)光燈的風(fēng)險(xiǎn)。在日常生活中已經(jīng)使用了類(lèi)似的設(shè)備，如自感應(yīng)路面照明設(shè)備，通過(guò)對(duì)自然光線明暗的暗影決定路燈設(shè)備是否自動(dòng)開(kāi)啟。然而，光敏路燈等設(shè)備往往使用電磁繼電器來(lái)控制燈的開(kāi)關(guān)，而電磁繼電器的體積過(guò)大，不適用于小型汽車(chē)，會(huì)占用其他組件的空間，而且其售價(jià)較高。為此，可以用微型電腦設(shè)備來(lái)控制汽車(chē)遠(yuǎn)光燈的開(kāi)關(guān)?，F(xiàn)階段，我國(guó)人工智能技術(shù)得到快速發(fā)展，已成功在主控制芯片中植入控制功能，不需要單獨(dú)設(shè)置控制設(shè)備。由于室外光線明暗強(qiáng)度受到時(shí)間和天氣等影響，在室外環(huán)境暗度不佳時(shí)汽車(chē)內(nèi)部才會(huì)變暗。當(dāng)光線暗度下降時(shí)，光源傳感器檢測(cè)到環(huán)境明暗的變化自動(dòng)將遠(yuǎn)光燈開(kāi)啟。如果環(huán)境敏感度降低到某個(gè)值時(shí)，控制設(shè)備會(huì)自動(dòng)將近光燈切換到遠(yuǎn)光燈。汽車(chē)在夜間環(huán)境下行駛或倒車(chē)時(shí)遇到前方車(chē)輛，車(chē)輛傳感設(shè)備將發(fā)射波長(zhǎng)的紅外信號(hào)，后方車(chē)輛在收到紅外信號(hào)后進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)將汽車(chē)燈光從遠(yuǎn)光燈切換到近光燈。車(chē)輛在正常駕駛中遠(yuǎn)光燈具有警示功能，允許駕駛員手動(dòng)打開(kāi)遠(yuǎn)光燈。但是，如果光傳感器的檢測(cè)現(xiàn)路段不易開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈，車(chē)燈將會(huì)在3 s提示后自動(dòng)關(guān)閉，以此保證遠(yuǎn)光燈的正確使用[4]。

6 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)傳感控制系統(tǒng)主要通過(guò)紅外信號(hào)的發(fā)送與接收對(duì)汽車(chē)周邊環(huán)境進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)燈光的開(kāi)關(guān)。汽車(chē)遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車(chē)大燈由近光燈到遠(yuǎn)光燈的自動(dòng)切換，駕駛?cè)藛T在汽車(chē)駕駛的過(guò)程中可以將遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)作為遠(yuǎn)燈光控制的輔助性工具，以提高駕駛安全性。