Система ночного видения для машины

Системы от лидеров автопрома

Инфракрасные излучатели у “Mercedes” находятся во внутренних углах фар.

ИК-видеокамера седана из Штутгарта расположена около зеркала заднего вида.

ВПЕРВЫЕ серийно устанавливать приборы ночного видения на гражданские автомобили начали американцы – первопроходцем стал “Cadillac DeVille” выпуска 2000 года с системой “Night Vision” пассивного типа.

Современные машины оснащаются системами ночного видения обоих типов – и активными, и пассивными. Как правило, сами автопроизводители не разрабатывают ПНВ, а обращаются к признанным авторитетам в области высокотехнологичной электроники, например “Siemens VDO” или “Raytheon Systems Co.”, которые и изготавливают такие системы для ведущих автомобильных концернов.

В качестве примера можно назвать две компании – “Mercedes-Benz” и BMW, которые выпускают автомобили, оснащенные штатными ПНВ. Но подход к принципам работы этих устройств у них принципиально разный.

Мерседесовская система “Night View Assist”, которую мы испытали в тот же вечер, работает по активному принципу. Дорога освещается двумя инфракрасными прожекторами, встроенными в передние фары. ИК-видеокамера расположена в районе салонного зеркала заднего обзора. Информация выводится на ЖК-дисплей, размещенный на приборной панели, в виде черно-белой “картинки”. Поскольку прожекторы выхватывают из темноты абсолютно все объекты, а не только нагретые, изображение весьма реалистично: видны даже мелкие выбоины на асфальте.

Работает все замечательно, настораживает лишь то, что система “Night View Assist” явно считает себя умней владельца. Она позволяет себя включить, лишь когда, по ее мнению, станет достаточно темно. Следующее ограничение – инфракрасные прожекторы загораются только при движении на скорости выше 15 км/ч, этот пункт даже особо отмечен в прилагаемой инструкции. Кроме того, прибор бездействует при движении задним ходом. Видимо, у немецких разработчиков были какие-то причины для этих ограничений. Но работа отечественной “Совы” не зависит от режима движения и освещенности – она может быть задействована когда угодно, даже при выключенном зажигании – от автомобильного аккумулятора. По дальнобойности мерседесовская “Night View Assist” тоже несколько уступает российской разработке – примерно 150 м.

Пассивный прибор от компании BMW, который называется “Night Vision”, представляет собой тепловизор, видеокамера которого закреплена в нижней части переднего бампера. Дальность его работы составляет около 300 м. Система чутко улавливает разницу температур и отчетливо “рисует” живые объекты. Но с препятствиями на дороге дело обстоит хуже. Яму или камень, если они не отличаются температурой от асфальта, камера не видит. Зато система реагирует на скорость автомобиля и по мере ее возрастания увеличивает дальность обзора, а при повороте машины смещает “картинку” на экране в сторону движения.

Сказать, какая система лучше, – сложно. Соревнование активных и пассивных ПНВ рассудит время. Тепловизоры отчетливее “видят” пешеходов, а активные системы – неживые объекты. Специалисты считают, что оптимальным решением будет комбинирование обоих принципов работы. По всей видимости, такие приборы появятся на рынке в скором будущем.

аксессуары

Типы диапазонов

Спектральный диапазон

Электромагнитный спектр , с видимыми части выделен

Используемые в ночное время методы спектрального диапазона могут определять излучение, невидимое для человека-наблюдателя. Человеческое зрение ограничено небольшой частью электромагнитного спектра, называемой видимым светом . Расширенный спектральный диапазон позволяет зрителю использовать невидимые источники электромагнитного излучения (например, ближнее инфракрасное или ультрафиолетовое излучение). Некоторые животные, такие как креветки-богомолы и форель, могут видеть, используя гораздо больше инфракрасного и / или ультрафиолетового спектра, чем люди.

Диапазон интенсивности

Достаточный диапазон интенсивности — это просто способность видеть при очень небольшом количестве света.

Многие животные имеют лучшее ночное зрение, чем люди, в результате одного или нескольких различий в морфологии и анатомии их глаз. К ним относятся наличие большего глазного яблока, большей линзы, большей оптической апертуры (зрачки могут расширяться до физического предела век), большего количества палочек, чем колбочек (или исключительно палочек) в сетчатке , и tapetum lucidum .

Расширенный диапазон интенсивности достигается с помощью технических средств за счет использования усилителя изображения , ПЗС-матрицы с умножением усиления или других матриц фотодетекторов с очень низким уровнем шума и высокой чувствительности .

Редкая птица

ДОЛГОЕ время автомобильные системы ночного видения считались атрибутом лишь дорогих люксовых моделей. Теперь в московской фирме “Арсенал безопасности” разработан ПНВ, который можно установить практически на любой автомобиль – от “Жигулей” до “Мерседеса”. В частности, мы испытали опытный образец прибора, получившего название “Сова”, установленный на “Ладе” 8-й модели.

– Не обращайте внимания на торчащие провода и грубый крепеж, – предупредил директор фирмы и главный разработчик Игорь Литвиненко. – Система полностью работоспособна, но пока находится в стадии окончательной доводки и регулировки.

Самые важные детали ПНВ – два инфракрасных прожектора. Внешне они выглядят совершенно одинаково, но выполняют разные задачи: первый “заливает” пространство на 80 м перед автомобилем широким потоком инфракрасных лучей, а второй дает узкое направленное излучение, бьющее на 250 м.

Сами ИК-фары смотрятся весьма солидно – классической формы, в виде полушария, абсолютно черные, включая излучатель. Будь я владельцем брутального внедорожника, непременно установил бы их на “кенгурятник” – знакомые джиперы умерли бы от зависти. Инкассаторским машинам и другому спецтранспорту они бы тоже пришлись впору. Но легковым машинам эти прожекторы явно не по мерке. На тестовой “Ладе” фары крепятся к дуге на крыше а-ля джиперская “люстра”. Выглядит это, не спорю, внушительно – то ли измерительный прибор, то ли радар. Некоторые автомобили, проезжая мимо стоящей “восьмерки”, даже сбрасывали скорость. Но на свой хэтчбек гольф-класса я бы такое “украшение” не поставил.

Впрочем, по словам Литвиненко, для легковых автомобилей разрабатываются светодиодные прожекторы, которые будут встраиваться в бампер наподобие противотуманных фар.

Второй важный компонент системы – видеокамера, способная видеть инфракрасные лучи. Это модель одной из специализированных иностранных фирм. Камера относительно компактна – размером примерно со стандартный пластиковый стаканчик, но в данный момент она без корпуса, и поэтому в салоне автомобиля выглядит несколько чужеродно.

Еще один элемент – монитор. В момент испытаний использовался недорогой автомобильный телевизор марки “Videovox”. Но “Сова” может работать с большинством жидкокристаллических мониторов, которые есть на рынке, а также со штатными видеосистемами многих автомобилей. Главное условие – дисплей должен располагать аналоговым видеовходом. Этого для системы вполне достаточно. Сигнал с камеры через цифровой блок обработки изображений подается на вход монитора.

Помимо этого система ночного видения оснащена инфра красным фильтром, который устанавливается перед линзой объектива и убирает различные световые помех и, а в скором будущем дополнится еще и специальным цифровым устройством (тоже своего рода фильтром), которое сделает картинку на экране более четкой.

Системы ночного видения, разработанные крупными концернами

Создавая инновационную систему безопасности, автопроизводители стараются разработать уникальные устройства, имеющие преимущества по сравнению с аналогами от других компаний. Хотя приборы ночного видения для автомобилей имеют одинаковый принцип работы, все же у некоторых моделей есть свои отличия.

Для примера сравним характеристики модификации от трех производителей с мировым именем.

Night View Assist Plus от Mercedes-Benz

Одна из уникальных разработок представил немецкий концерн, с конвейера которого сходят премиальные автомобили, оснащаемые ассистентами для водителей, в том числе и NVA. Чтобы устройство отличалось от аналогов, в его названии добавлено слово plus. Плюс в том, что помимо посторонних объектов на дороге камера способна различить также и ямы.

Устройство работает по следующему принципу:

1. ИК-датчики улавливают отраженные лучи от любой поверхности, в том числе и от неровной дороги, и передают информацию на блок управления.
2. В то же время видеокамера делает съемку участка впереди автомобиля. В этом элементе установлены светоулавливающие диоды, которые реагируют на солнечный свет. Вся эта информация также подается на ЭБУ прибора.
3. Электроника объединяет все данные, а также анализирует, в какую часть суток происходит обработка данных.
4. На экране консоли отображается вся необходимая для водителя информация.

Особенность разработки от Мерседес заключается в том, что электроника предпринимает некоторые самостоятельные действия. Например, если машина движется со скоростью более 45 километров/час, а на дороге появляется пешеход (расстояние от него до автомобиля не превышает 80 метров), то автомобиль самостоятельно делает несколько световых сигналов, включая/выключая дальний свет. Правда, эта опция не сработает, если на дороге есть встречный транспортный поток.

Dynamic Light Spot от BMW

Ее одна немецкая разработка, управление которой производится в интеллектуальном режиме. Прибор стал более безопасным для пешеходов. Особенность устройства заключается в том, что помимо инфракрасных датчиков оно оснащено сенсором сердцебиения. Другими словами, электроника способна распознать стук сердца живого существа, находящегося не далее 100 метров от машины.

В остальном устройство имеет похожие датчики, камеру и экран. Также система оснащается дополнительными светодиодами, предупреждающими пешеходов о том, что автомобиль приближается (фары моргают несколько раз, но если нет встречного авто).

Еще одна уникальность приспособления в том, что светодиодная линза может выполнить поворот на 180 градусов. Благодаря этому NVA способна распознать даже того, кто приближается к проезжей части, и заранее его предупредить об опасности.

Night Vision от Audi

В 2010-м году арсенал передовых разработок в области Night Vision пополнило средство от компании Audi. Прибор оснащается тепловизором. Камеру установили в одном из колец эмблемы (кстати, о том, почему логотип представлен четырьмя кольцами, рассказывается в ).

Для удобства в восприятии на экране живые объекты на дороге подсвечиваются желтоватым оттенком. Разработка была дополнена слежением за траекторией пешехода. Блок управления рассчитывает, в какую сторону движется машина, а в какую – пешеход. На основании этих данных электроника определяет возможный вариант столкновения. Если вероятность пересечения траекторий велика, то водитель услышит звуковое оповещение, а человек (или животное) на дисплее будет красным.

Элементы конструкции

Каждый производитель оснащает систему, обеспечивающую видение посторонних предметов в ночное время, разными элементами, однако ключевые части остаются идентичными. Основным отличием является качество отдельных деталей. В устройство прибора входят:

• Инфракрасный датчик. Этих деталей может быть несколько, и устанавливаются они спереди машины, чаще в головной оптике. Устройства излучают инфракрасные лучи на большом расстоянии.
• Видеокамера. Этот элемент фиксирует дорогу впереди машины, а также фиксирует отраженное от поверхностей излучение.
• Блок управления, который совмещает данные от датчиков и видеокамеры. Обработанная информация воспроизводится для водителя в зависимости от того, каким будет четвертый элемент.
• Воспроизводящее устройство. Это может быть монитор или цветной дисплей. В некоторых моделях изображение проецируется на лобовое стекло, что облегчает контроль за дорогой.

 В дневное время некоторые устройства могут работать, как обычный видеорегистратор. В темное время устройство обрабатывает сигналы от датчиков и отображает их в виде картинки на экране. При явном удобстве данная разработка не отменяет внимательности водителя, поэтому модели с проекцией на лобовое стекло менее практичны, так как отвлекают от слежения за дорогой.

Биологическое ночное видение

Все фоторецепторные клетки глаза позвоночных содержат молекулы который представляет собой комбинацию белка фотопсина в клетках цветного зрения , родопсина в клетках ночного видения и сетчатки (небольшая молекула фоторецептора). Сетчатка сетчатки необратимо изменяет свою форму при поглощении света; это изменение вызывает изменение формы белка, который окружает сетчатку, и это изменение затем вызывает физиологический процесс, который приводит к зрению.

Сетчатка должна распространяться от зрительной клетки из глаза и циркулировать через кровь в печень, где она регенерируется. В условиях яркого освещения большая часть сетчатки находится не в фоторецепторах, а за пределами глаза. Для перезарядки всех фоторецепторных белков активной сетчаткой требуется около 45 минут темноты , но большая часть адаптации к ночному видению происходит в течение первых пяти минут в темноте. Адаптация приводит к максимальной светочувствительности. В темноте только стержневые клетки обладают достаточной чувствительностью, чтобы реагировать и вызывать зрение.

Нормализованные спектры поглощения трех фотопсинов человека и родопсина человека (заштрихованы).

Родопсин в прутах человека нечувствителен к более длинным красным волнам , поэтому традиционно многие люди используют красный свет, чтобы сохранить ночное зрение. Красный свет только медленно истощает запасы родопсина в стержнях, и вместо этого его видят красные чувствительные клетки колбочек .

Другая теория утверждает, что, поскольку звезды обычно излучают свет с более короткими длинами волн, свет от звезд будет в сине-зеленом цветовом спектре. Следовательно, использование красного света для навигации не приведет к снижению чувствительности рецепторов, используемых для обнаружения звездного света.

Использование красного света для ночного видения менее эффективно для людей с из-за их нечувствительности к красному свету.

У многих животных есть слой ткани, называемый tapetum lucidum, в задней части глаза, который отражает свет обратно через сетчатку, увеличивая количество света, доступного для захвата, но уменьшая резкость фокуса изображения. Это встречается у многих ночных животных и некоторых глубоководных животных и является причиной блеска глаз. У людей и обезьян отсутствует тапетум люцидум .

У ночных млекопитающих есть стержни с уникальными свойствами, которые делают возможным улучшенное ночное зрение. Ядерная структура их палочек меняется вскоре после рождения и становится перевернутой. В отличие от обычных стержней, перевернутые стержни имеют гетерохроматин в центре их ядер, а эухроматин и другие факторы транскрипции вдоль границы. Кроме того, внешний слой клеток сетчатки ( внешний ядерный слой ) у ночных млекопитающих толстый из-за миллионов стержней, которые используются для обработки более низкой интенсивности света. Анатомия этого слоя у ночных млекопитающих такова, что ядра палочек отдельных клеток физически сложены таким образом, что свет проходит через восемь-десять ядер, прежде чем достигнет фоторецепторной части клеток. Вместо того, чтобы рассеиваться, свет проходит к каждому ядру индивидуально за счет сильного линзирующего эффекта из-за ядерной инверсии, выходя из стопки ядер в стопку из десяти фотоприемных внешних сегментов . Чистый эффект этого анатомического изменения заключается в увеличении светочувствительности сетчатки в восемь-десять раз без потери фокуса.

Технические параметры ADAS системы

Моноблочные устройства

С заводскими камерами для автомобиля мы разобрались, а можно ли их смастерить самостоятельно? Конечно можно, нужно только желание, время, комплектующие и некоторый опыт в радиотехнике.

Как известно, принцип всех камер автомобиля заключается в возможности выдавать инфракрасное излучение. Вам необходимо запастись следующими компонентами:

• Монитор. Можно позаимствовать из любой видеокамеры.
• Видоискатель. Также берется из видеокамер, главное, чтобы он был рабочий.
• Камера, которая работает в ночном режиме.
• Несколько инфракрасных излучателей.

Теперь перейдем непосредственно к делу. Главное – это закрепить два соединительных провода: первый для камеры и видеовыхода, второй — видоискатель и видеовыход. Благодаря такому соединению камера, подсветка и видоискатель взаимодействуют друг с другом.

Собирать этот прибор очень просто и легко, даже не имея определенных навыков. Работа камеры и видоискателя осуществляется от 5 Вольт

Немаловажной деталью является переходник, который связывает основную камеру с экраном

Обязательным составляющим в конструкции для авто служит переключатель между подсветкой, камерой и монитором.

Инфракрасный датчик

Стоят они недорого, поэтому можно использовать любую разновидность. В качестве дополнения вам нужны будут пассатижи, изолента, провода и шуруповерт.

Как вы можете видеть, самостоятельное создание камеры ночного видения не составляет большого труда и не предполагает больших финансовых затрат. Для этого не требуется наличие специальных навыков и умений.

Для справки

В технологии ночного видения используются инфракрасные датчики, которые устанавливаются на авто. Благодаря последним и электронике, которая расшифровывает информацию, система может увидеть животных или людей даже в полной темноте на большом расстоянии. Это примерно в три раза дальше, чем освещение фар дальнего света.

При необходимости датчики можно настраивать, что дает возможность увидеть объекты в тумане, дыму или пыли. Однако, стоит отметить, что условия плохой видимости могут несколько ухудшить обзорность в целом.

Таким образом, камера ночного видения для авто является замечательным современным решением для безопасной езды при плохой видимости. Несмотря на высокую стоимость, эти устройства полностью оправдывают себя, снижают напряжение водителя и обеспечивают комфорт на дороге в темное время суток, тумане или при ярком свете встречных фар.

Установка внештатного комплекса

Оборудование для ночного видения встречается только на роскошных автомобилях, и то в качестве недешевой опции. В штатном оснащении система присутствует исключительно на элитных машинах представительского класса. Поэтому многие автовладельцы задаются вопросом о том, есть ли возможность установить средство на свою машину вручную.

Подобный монтаж вполне возможен, поскольку в продаже можно найти обширный ассортимент комплексов от российских и зарубежных производителей.

Однако нужно учитывать, что такая работа сопровождается приличными затратами. Средняя стоимость системы составляет 50-100 тыс. руб. Дополнительно нужно оценить вложения на монтажные работы и настойку оборудования, поскольку выполнить такие действия самостоятельно весьма проблематично.