Что такое ночное видение автомобиля и как работает система CNV?

Что такое ночное видение автомобиля и как работает система CNV?

Автомобильное ночное видение (CNV — Car Night Vision) – очередная технология оснащения транспортных средств, направленная на обнаружение и предупреждение водителя о препятствиях. Рассмотрим подробнее ночное видение автомобиля – технологию обнаружения препятствий в ночное время, и как работает эта система вне досягаемости автомобильных фар. Сразу отметим: новейшими разработками используются алгоритмы, определяющие, является ли источник инфракрасного излучения живым организмом на проезжей части. Затем устройством активируется элемент фары или другой, чтобы таким способом предупредить водителя и объект на дороге.

Развитие автомобильных систем ночного видения

Самые первые системы автомобильного ночного видения (включая разработки 2000–2014 годов) отличались ограниченной функциональностью и при этом оценивались рынком на уровне $3000. Старые конструкции требовали от водителя постоянно переключать внимание от полотна дороги на дисплей и вновь на дорогу.

На текущий момент (2019 год) цены на комплекты ночного видеонаблюдения для автомобилей заметно упали, но всё равно достаточно сложно найти интегрированную систему ночного видения, стоимостью менее $2000 (не путать с парковочными камерами на AliExpress). Правда, на перспективу предполагается снижение стоимости таких систем даже ниже $1000. Около $500 прогнозируется цена на модули «урезанной» конфигурации.

Vantrue N2 Pro

Система ночного видения авто
Системы ночного видения, предназначенные для установки в легковом автомобиле, традиционно использовались только в машинах высшего класса. Однако теперь ситуация меняется в пользу владельцев обычных машин

Две конфигурации автомобильного ночного видения

За весь период разработки устройств подобного рода были созданы два типа конфигураций:

  1. Пассивная.
  2. Активная.

Работа каждой из конфигураций отличается своими особенностями, что естественным образом отражается на эффективности и прочих свойствах технологии ночного видео для автомобилей.

Системой ночного видения обычно используется инфракрасный датчик, смонтированный в области решетки автомобильного радиатора. Датчиком идентифицируются объекты на дороге, излучающие тепло. Собственно, датчиком, в данном случае, выступает видеокамера, фиксирующая инфракрасный спектр чуть выше диапазона видимого света.

Сигнал от датчика обрабатывается электроникой и выводится как изображение на дисплей, установленный в области приборной панели перед водителем автомобиля. Алгоритмы обнаружения и обработки инфракрасных сигналов постоянно совершенствуются. Однако в целом структура применима к любой конфигурации системы.

Как работает пассивное ночное видение?

Пассивные системы распространены больше активных систем ночного видения. Устройством пассивного типа определяется тепло, без необходимости дополнительного облучения. Излучающие тепло объекты (люди, животные) отображаются на ЖК-дисплее автомобиля более яркими засвеченными изображениями. Холодные объекты, соответственно, выглядят затемнёнными.

Car DVR Rear

Вид на монохромном дисплее CNV
Такой вид объектов, зафиксированных тепловизионной камерой, отмечается на дисплее системы ночного видения легкового автомобиля. В зависимости от типа конфигурации (пассивная, активная) монохромное изображение несколько меняется

Между выражено тёмными и яркими светлыми объектами также выделяются объекты серых тонов, которыми обычно выступают дорожное полотно, камни на обочине. Нагретые солнцем в течение дня, такие объекты тоже излучают тепло в часы вечернего времени. В целом изображение дисплея напоминает фотографический негатив.

Пассивное автомобильное ночное видение позволяет определить объект на расстоянии до 300 метров (технический параметр). При скорости движения транспорта 100 км/час на проселочной дороге, такое расстояние преодолевается теоретически за 10-15 секунд. То есть, у водителя есть время для принятия решения.

Пассивные системы показывают эффективную работу в условиях дождя и тумана. Большинство современных автомобилей работают с пассивными датчиками, в том числе многие модели «Audi» и «BMW». С другой стороны, пассивные системы работают менее эффективно в условиях высоких температур окружающей среды. Если выражаться картинно – датчики пассивного типа чувствуют белых медведей на фоне снега лучше, чем верблюдов на фоне песка в пустыне.

Например, для «BMW» верхний предел эффективности составляет 35ºC. Датчики установлены в нижней области решетки, а иногда непосредственно под бампером. Поэтому на светофоре, где скапливается масса автомобилей плотно один за другим, на экране ничего не видно, кроме выхлопной трубы стоящего впереди автомобиля.

Как работает активное ночное видение?

Активные автомобильные системы ночного видения используют инфракрасный облучатель, иногда часть кластера фар, для облучения полотна дороги в диапазоне инфракрасного спектра. Изображение получается более высокого разрешения, чем в случае пассивной конфигурации. Элементы дороги и здания проявляются существенно лучше. По качеству такое изображение сопоставимо с кадрами чёрно-белого телевизора.

APEMAN 1440P

Качество активной системы ночного видения автомобиля
Пример работы устройства с активной конфигурацией демонстрирует более высокое качество изображения на дисплее, но вместе с тем такие системы показывают меньший уровень чувствительности на расстоянии по сравнению с пассивными устройствами

При активном ночном видении можно установить камеру выше и непосредственно в салоне автомобиля, например, в зеркале заднего вида, для лучшего обзора. Как и в случае с обычными фарами, диапазон подсветки активных систем ночного видения уменьшается в условиях:

  • дождя,
  • снега,
  • тумана,

соответственно, эффективность действия на расстоянии также снижается. Достаточно хорошее изображение активной системы теоретически может позволить управлять машиной непосредственно через дисплей ночного видения. Однако практически такое управление невозможно. Исключение составляют отдельные случаи, когда в течение непродолжительного времени функция облучателя чётко показывает осевую линию тротуара и края дорожной разметки.

Существенным недостатком активной конфигурации является дальность обнаружения объекта, оцениваемая расстоянием не больше 150-200 метров. Поэтому некоторые производители автомобилей нередко используют метод сочетания систем ночного видения, объединяя пассивное и активное зондирование. Одним из примеров является устройство «Mercedes-Benz», где приемлемая дальность  обнаружения и хорошее монохромное изображение.

Как установить ночное видение автомобиля?

Рассмотрим технику инсталляции ночной видеосистемы на автомобиль, опираясь на общепринятую концепцию, с учётом разработанных систем после 2016 года (то есть самых новых на данный момент).

Некий прототип системы ночного видения для авто предлагается на AliExpress по цене около $300 (правда, больше напоминает видеорегистратор). Желающие могут рискнуть. Как правило, модули ночного видения автомобилей состоят из трёх основных частей:

  1. Камера-тепловизор.
  2. Дисплей монохромный.
  3. Блок адаптера с кабелями и монтажными деталями.

Монтаж инфракрасной камеры

Последние разработки тепловизионных камер, как правило, поддерживают беспроводное соединение для связи с модулем обработки сигнала и дисплеем водителя. Источником питания устройства является аккумулятор автомобиля. Форма камеры разрабатывается обычно в соответствии с конструкцией дисплея и других деталей.

Uber Dual Lens

Монтаж тепловизионной камеры
Классическое место установки тепловизионной камеры – впереди радиатора автомобиля. Также камерам предъявляются определённые требования по углам относительно горизонта

Кроме того, монтажные размеры устройства и конструкции монтажных частей выполняются с учётом простотой установки и адаптации под различные виды транспортных средств. Конструкция современной тепловизионной камеры надежна, сделана под скрытую установку.

Монтаж тепловизионной камеры традиционно осуществляется впереди автомобиля. Инсталляция может отличаться, в зависимости от модели транспортного средства. Однако, как правило, автомобильная решетка радиатора аккуратно вырезается по центру, после чего устройство монтируется за уровнем радиаторной решётки.

Благодаря малым габаритам устройства, зазор между радиаторной решёткой и внешней границей линзы минимален. После монтажа обрезанный кусок решётки радиатора устанавливается на место и крепится любым удобным способом. Важным моментом монтажа является обеспечение беспрепятственного обзора для объектива камеры, без ограничений обзора частями радиаторной решётки.

Установка тепловизионной камеры производится с помощью специальных винтов, входящих в комплект поставки. Владельцу машины или механику рекомендуется для ознакомления инструкция по установке. Строго под прямой угол камера устанавливается за счёт специальных деталей-регуляторов.

Установочные размеры и другие детали

Рекомендуемые размеры для установки по вертикали — оптимально 650 мм от точки касания передних шин с землёй до центра объектива камеры. По горизонтали – строго по центру между головными фарами (или противотуманными фарами) с максимальным расстоянием 790 мм и минимальным расстоянием 480 мм, соответственно.

Vantrue N2 Uber

Расчёт области установки камеры тепловизора
Точно рассчитанная область инсталляции камеры тепловизора играет существенную роль в работе всего устройства в целом. Поэтому этому моменту монтажа придают особое значение

Установка камеры в максимальном диапазоне является более адекватной, поскольку снижает риск повреждения камнями и другими факторами дорожного состояния. К тому же, камеру тепловизора желательно располагать как можно дальше от двигателя, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев.

Установленную тепловизионную камеру необходимо точно выровнять по уровню горизонта. Допускается отклонение угла выравнивания устройства по горизонту с расчётом +/- 2°. Также возможно установить тепловизионную камеру в других местах передней области автомобиля, но максимальный уровень эффективности, как отмечается практикой, достигается при  установке устройства именно в центральной части.

Для проверки условий работы тепловизионной камеры после монтажа, кабель питания необходимо соединить с аккумуляторной батареей автомобиля. Беспроводная система устройства запускается автоматически и самостоятельно распознаёт дисплей.  Свечение индикатора питания демонстрирует сигнал успешного подключения системы.

Особенности тепловизионных камер

Тепловизионные камеры не поддерживают обычные стеклянные линзы, поскольку стекло отражает тепловое излучение, не пропускает инфракрасные лучи сквозь линзу. Обычно применяются следующие материалы для изготовления тепловизионных линз:

  • германий (Ge),
  • халькогенидное стекло,
  • селенид цинка (ZnSe),
  • сульфид цинка (ZnS).

Следовательно, все эти материалы удачно подходят для LWIR (длинноволновой камеры тепловизора), имеющей спектральную полосу 8-14 микрон. Кроме того, система обычно дополняется неохлаждаемым микроболометром с полем зрения 24°x18°.

Для тепловизионной камеры требуется источник питания 12В. Диапазон рабочих температур обычно достигает значений -40°C / + 80°C. Оптимальные габаритные размеры камеры без дополнительных деталей — 120x80x40 мм. Длина кабеля питания не более 150 см.

Монтаж дисплея и блока адаптера системы ночного видения

Для современного модуля мобильного типа ограничений по монтажу практически не существует, учитывая наличие беспроводного интерфейса связи. Владелец современного комплекса ночного видения автомобиля, по сути, волен установить монитор где угодно. Главный момент – обеспечить хорошую видимость и удобство управления.

Dual Dash Cam

Дисплей с поддержкой беспроводной связи
Так примерно выглядит концепция современного беспроводного дисплея автомобильной системы ночного видения. Более удобный вариант для водителя, по сравнению с устаревшими встроенными дисплеями

Как правило, модули беспроводных дисплеев оснащаются кронштейнами-присосками (по типу камер заднего вида). Благодаря такой детали, очень просто и удобно закрепить модуль практически в любом месте. Старые версии систем, как правило, предполагали жёсткий встраиваемый монтаж монитора непосредственно в панель перед водителем и применение проводного питания.

Модуль адаптер размещается также в любой удобной зоне автомобиля, но желательно предусмотреть такое месторасположения, чтобы кабель питания укоротить до минимально возможной длины. Этим действием предотвращается возможное появление наводок по цепям питания (например, от генератора), способным провоцировать нарушение работы беспроводной системы.



Один комментарий к “Что такое ночное видение автомобиля и как работает система CNV?”

  1. Hi there, I discovered your web site via Google even as searching for a related subject, your web site came
    up, it seems to be good. I have bookmarked it in my google bookmarks.

    Hi there, just turned into aware of your blog through Google, and found that it’s
    really informative. I’m gonna watch out for brussels.
    I’ll be grateful in the event you proceed this in future.
    Many other people will likely be benefited
    from your writing. Cheers!

Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *