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BMW 配备FLIR热成像仪

BMW (Bayerische Motoren Werke) 是世界上声名显赫的汽车品牌之一。作为豪华尊贵、品质卓越、节能环保汽车的最好诠释,BMW 产品的所有部件均采用了最新科技。

降低夜间驾车的危险

BMW (Bayerische Motoren Werke) 是世界上声名显赫的汽车品牌之一。作为豪华尊贵、品质卓越、节能环保汽车的最好诠释,BMW 产品的所有部件均采用了最新科技。

BMW 集团高度重视驾车的安全性。为了避免驾车事故的发生,减少事故发生造成的伤亡,BMW 引进了多种新技术。

夜间驾车发生交通事故的风险是白天的两倍。

统计资料显示,夜间驾车时发生交通事故的风险较高。在德国,尽管在所有驾车行为中平均有 75% 是发生在白天,但大约 50% 的致命车祸是在夜间发生的。这就意味着,在夜间驾车发生事故的风险是白天的两倍。在美国,情况也非常相似。尽管夜间驾车只占所有驾车行为的 28%,但有 55% 的致命交通事故发生在夜间。 

全欧洲的交通事故统计资料也证实了夜间驾车的危险性。据估计,欧洲有大约 560,000 人在夜间交通事故中受伤,大约 23,000 人在夜间交通事故中丧生。.

黄昏时穿着暗色衣服的慢跑者、夜间光照不足道路上的骑车者,行人面临的交通危险日益严重,而这已成为夜间驾车面临的最大安全问题之一。在这一方面,联邦统计局的数据清楚地显示:,德国每年有超过 25,000 起涉及到行人和骑车者的交通事故发生在夜间。

原因显而易见:例如:高速公路或乡村道路上光照条件差;前照灯近光的照射区域太迟覆盖障碍物或急转弯;由于看不清方向而错误地判断了速度和距离;进入迎面而来的车头灯造成的“黑洞”,均有可能因路面潮湿或反光产生更糟的情况。

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BMW 夜视系统

我们的眼睛是预防这些危险的第一道防线。然而不幸的是,人眼并不是最佳的探测器。在夜间驾车时,必须使用一些辅助工具来避免交通事故。

让夜间驾车变得更安全

多年以来,BMW 研发了多种新技术帮助驾驶员在夜间轻松驾车,同时提高了道路安全性。这些创新技术应用包括:能显著提高亮度和照明范围的氙气灯、可水平旋转以显著改善前方道路照明的随动转向车头灯,以及可自动开启和关闭车头灯的远光灯辅助系统等。这些新产品都可以安装在 BMW 汽车上,为驾驶员在夜间驾车时提供帮助。

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BMW 夜视系统

BMW 最近研发的另一项帮助驾驶员在夜间和恶劣天气状况下提高能见性的创新产品是“BMW 夜视”系统。 

该系统的核心组件是一套 FLIR Systems 的热成像仪。BMW 是第一家在汽车中运用这种技术的欧洲顶级汽车制造商。 

曾经负责该系统设计工作的 BMW 工程师 Russ 先生说:“我们在 2002 年开始研发这种系统,2005 年底,我们开始将研发出来的夜视系统作为 BMW 7 系列车型的选配件来销售。今天,该夜视系统已经成为 BMW 7、6、5 系列车型的选配件。”

“BMW 夜视系统的主要目的是探测在完全黑暗中没有被照明的生命体,例如行人和动物。用热成像仪可以探测到 300 米范围之内的人。”Russ 先生说道,“这比车头灯能够照亮的范围要远得多。越早探测到人,发生致命交通事故的可能性就会越小。此外,尽早探测到动物还可能拯救驾驶员的生命,特别是在北欧的一些国家。驾驶员如果撞上麋鹿等大型动物,可能会严重受伤甚至丧生。”

热成像仪比肉眼看到更多

除生命体之外,热成像仪可以探测到更多物体。它可以让驾驶员看到前方道路的热像,这是车头灯照明远不能及的。通过这种方式,驾驶员可以更早地发现路障、其它车辆和拐弯等,从而有更多的时间作出反应。利用热成像技术,驾驶员可以更快速地探测和识别潜在的危险,避免伤亡事故的发生。

由于具备远距离探测能力(可探测 300 米范围内的人和 800 米范围内 2.3 米 x 2.3 米的物体),BMW 夜视系统可以在速度为 100 km/h 的情况下比远光车头灯提前 5 秒发现物体。这意味着驾驶员可以有更多时间做出反应以避免事故。

坚固耐用的系统

“热成像仪安装在左前防撞杠中。将这种热像仪安装到汽车内并不困难,只需多增加两种硬件组件即可:热成像仪和控制器。”Russ 先生说,“这种热像仪可以很好地适应严酷的驾驶条件。即使受到雨水、盐雾和石子的撞击,其性能也不会受到影响。

它还具有内置式加热器为防护窗除霜。这种加热器能够在气温为 -30°C、防护窗承受的风速为 100 km/hr 时在 15 分钟之内融化防护窗上厚达 2mm 的冰层,还可以在防护窗温度低于 +4°C 时自动开启,并在防护窗温度高于 +6°C 时自动关闭。这就保证了即便在极冷的环境中,热像仪的镜头也能保持清晰,显示器上依然会显示出完美的红外图像。

此外,在启动挡风玻璃清洗系统时也可以同时启用热像仪清洁喷剂。这就确保了热像仪镜头时刻保持清晰,而无需安装热像仪擦拭装置。

从驾驶员周边视角看到的清晰热像

BMW 夜视仪系统由位于车灯开关旁边的开关来控制开启和关闭。320 x 240 像素的图像显示在位于仪表盘中央的板载显示器上。该显示器连同导航系统 Professional 安装在一起。

Russ 先生说:“我们决定将热成像仪的图像显示在位于仪表板中央的显示器上。它并不在驾驶员的正前方,但是人眼可以轻易快速地探测到在其周边视野内移动的物体。一旦探测到移动中的物体,驾驶员可以快速地看一眼显示器屏幕了解发生的事情。”显示器很快就成为驾驶员的一个例行检查点,就像汽车的侧视镜和后视镜一样。

“我们有意不将显示器放置在驾驶员的直视方向上。图像中的物体移动会过高的分散驾驶员的注意力。”Russ 解释说。

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当车速低于 80 km/h 时,热成像仪宽阔的水平视野 (36°) 不仅可以确保看清道路,而且可以看到路两边及周围的区域(骑车者、行人、儿童、野生动物等)。在高速行驶情况下,热像仪的视野会自动缩小至 24°。同时,热像仪的视野可随着汽车的转向而向左或向右转动 6°。这种平移运动是由“车轮转向”参数控制的。通过启用数字变焦,该系统可以 1.5:1 的放大倍数来显示远处的物体。

两种不同的夜视技术

今天,夜视系统市场上存在两种不同的技术,分别是远红外 (FIR) 和近红外 (NIR) 技术,它们分别也被称为被动红外和主动红外技术。

近红外系统可将红外辐射发射到车前区域。系统的红外发射器通常位于车头灯中。红外发射器发出的红外辐射被道路、行人等物体反射回来,并转化为可以在屏幕上显示出来的图像。远红外系统可记录物体或人类发出的热量(红外辐射)的差异,而不需要由车辆提供单独的光源,BMW 夜视系统使用的正是这种远红外技术。 

“在 BMW 夜视系统项目研发的起始阶段,我们决定采用远红外技术而不是 近红外技术。当时,我们认为远红外系统是最好的选择。在我们看来,NIR 系统可能更适合其它用途,而不适合用在车辆中来探测人和其它物体。测试结果显示,在使用 FIR 系统时,我们可以更快地探测到更远范围内的行人和障碍物。此外,使用近红外系统不仅看到的距离范围更小,而且效果在很大程度上取决于红外发射器的功率。”Russ 先生说,“如今,我们更坚信远红外系统在很多情况下要胜过近红外系统。”

应用实例

远红外系统不仅可以探测到更远范围内的物体和人,而且包含的部件更少,因此发生故障的可能性更小。远红外系统的另一个显著优点是,它不会受到迎面而来车辆的车头灯、街灯以及交通指示牌等强烈反光表面的影响。而近红外系统使用光波作为产生图像的基础,因此强光物体在显示器屏幕上会显得特别亮。如果近红外系统探测到另一套 近红外系统的红外发射器,则显示器屏幕上也会特别亮。这意味着驾驶员可能会因为晃眼而什么也看不到。 

如同 BMW 夜视系统中所用的那样,FIR 系统是以物体和人员的热辐射差异为基础来产生全面的图像。即便有时候温度差异很小,FIR 系统仍然可以探测到这些差异,并将其转化为清晰的图像。FIR 系统不会受到光的影响,因此不会带来驾驶员被迎面而来的车头灯或其它光源晃眼而导致视觉盲区的危险。

NIR 系统可以提供道路包括路标等的完整图像。乍一看这好像是一种优点,但实际上这样会延迟探测到人和物体的时间。虽然刚开始时用户可以更快地分辨 NIR 系统生成的图像,但经过一段时间熟悉 FIR 系统之后,他们会发现情况刚好相反。很多驾驶员更喜欢 FIR 系统生成的图像,因为他们可以更清晰、更快地分辨出物体、动物和人。

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BMW 夜视系统是新产品研发的开端

随着其它创新成果的推出,BMW 夜视系统将会迎来多个发展里程。Russ 先生说:“将来,对 BMW 夜视系统的改进主要是在提升图像质量方面。在汽车中运用热成像技术最早是为军事用户而研发的,在当时的应用中,图像质量并不是特别重要。尽管这种热像仪已经可以产生清晰、鲜活、细致的图像,我们接下来的目标之一仍然是进一步改善图像质量。研究的另一个领域,可能也是更为重要的一个领域,则是运用能够在一般交通环境中识别行人和紧急状况的软件。”

物体探测研发项目的初始步骤已经完成,但产品的性能和质量尚未达到 BMW 及其客户设定的极高要求。

在承担驾驶责任的同时提高安全并增添驾驶乐趣

同其它安全功能一样,BMW 夜视系统也是为了提高驾驶员和乘客的安全而创造出来的。通过尽早为驾驶员提供附加信息,它可以帮助避免潜在危险。在公路交通中,获得的信息越多,安全就越有保障。在所有的严重交通事故中,多达 50% 的事故是由于驾驶员未能及早获得信息而引起的。 

BMW 夜视系统还可以为用户带来更多驾驶乐趣。由于更容易了解道路状况,驾驶员在夜间驾驶时可以稍加放松,不用像以前那样紧张。

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但是,BMW 夜视仪并不能完全保证驾驶安全。我们不能作出这种承诺,因为这样会误导用户,而且是不正当的。对于用户而言,了解该系统的潜在功能很重要,但更为重要的是认识到驾驶员是车辆的掌控者,如果驾车时漫不经心,势必会引起事故和伤亡,无论车辆配备了多少安全功能也无能为力。

热成像仪在汽车上的更多应用

越来越多的人开始发现热成仪在多种应用中的优点。除汽车之外,安防、海事、消防和其它涉及挽救生命的应用场合中也都在运用热成像技术。由于实现了批量生产,以及探测器技术领域取得的最新进步,热成像技术比以前更能让用户负担得起。

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FLIR Systems 向市场推出了可用于多种运输工具的PathFindIR,这种产品与 BMW 在其豪华汽车上安装的夜视系统属于同类。 

卡车和公共汽车 

职业驾驶员们在白天时已经不得不应对大量令人神经紧张的危险因素,例如其它缺乏经验的驾驶员、交通拥挤和长时间驾驶等,这就可能会让驾驶员、车辆、货物和乘客陷入危险状况。如果是在夜间或恶劣的天气情况下驾车,就更加危险。热成像仪的运用能够为驾驶员、车辆、货物和乘客带来适当保护。 

列车和地铁 

在夜间和不良天气情况下能见度较差,这不仅会引起公路交通事故,而且也会导致轨道交通事故。列车和地铁的刹车距离非常远。因此,为了避免事故,必须尽早发现轨道上的人或物体。热成像仪可以在列车进入黑暗的隧道中时为列车驾驶员提供帮助。

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急救车辆

急救车辆需要尽快赶到事故现场,即便在夜间或不良天气情况下也同样如此。当消防车和救护车驾驶员赶往火灾现场时,他们的视野可能会被烟雾遮挡。热成像仪能够穿透烟雾捕获图像,确保急救车辆快速、安全地抵达事故现场,并避免引起更多事故。

军用车辆

隐蔽侦查。这是对军车驾驶员的一项主要要求。在热成像技术的帮助下,在军车头灯和尾灯完全被遮蔽时,军车驾驶员仍然能够在黑夜中看清一切。

热成像仪的工作原理

我们的眼睛是专门用来观察可见光(或可见辐射)的探测器。但是也有其它形式的光(或辐射)是我们无法看到的。人眼只能看到非常小一部分的电磁光谱。在光谱的一端,我们无法看到紫外线,而在另一端,我们无法看到红外线。红外线位于电磁光谱中的可见光与微波之间。 

红外辐射的主要来源是热量或热辐射。任何温度超过绝对零度(-273.15 摄氏度或 0 开尔文度)的物体都会在红外区域释放辐射。有些物体,尽管我们可能认为很凉,比如冰块,也能释放红外辐射。我们感受到的从日光、火、电暖炉传来的热量都是红外辐射。尽管我们的肉眼无法看到,但皮肤仍可感觉到它的热量。物体越暖,它释放的红外辐射就越多。

热成像仪的工作原理

物体释放的红外能量通过光学元件聚焦到红外探测器上。探测器会向传感器电子元件发送信息,电子元件会将传输的数据转换成可以在任何标准 LCD 上显示的图像。根据物体的温度差异,热成像仪可以产生完整的图像,其中可以显示最细微的温度差异。

其它技术,例如光放大技术,需要一定量的光才可以生成图像,而热成像技术根本不需要光。

菲力尔工业 创赢——菲力尔工业成功案例

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