本發(fā)明涉及汽車配件，具體為一種綜合光電探測系統(tǒng)。

背景技術：
目前國內外汽車夜視領域采用的解決方案無外乎三種，其中兩種基于CCD/CMOS近紅外/可見光成像器件，另外一種基于UFPA(非制冷長波紅外焦平面器件)。其中基于CCD/CMOS近紅外/可見光成像器，根據(jù)是否使用近紅外光源又可以分為主動型和被動型兩種。國內提出的大多數(shù)汽車夜視方案均是基于所謂“高靈敏”攝像頭的被動型方案，該方案由于受到器件本身動態(tài)范圍和夜視性能的限制，在夜間的探測有效探測距離與人眼相差無幾，因此這些系統(tǒng)無實際意義。目前已經(jīng)實用化并付諸于應用的方案主要是：采用近紅外光輔助光源的主動型近紅外夜視系統(tǒng)，例如早期的奔馳高端車輛所配備的夜視系統(tǒng)；采用UFPA的熱成像夜視系統(tǒng)，例如應用于寶馬和奧迪高端車輛的夜視系統(tǒng)。下面我們簡要對比兩種夜視系統(tǒng)：1、主動型近紅外夜視系統(tǒng)普通車輛在夜間行駛時，當僅使用近光燈時，可視距離約30米左右，當使用遠光燈時可視距離增加到80米。但使用遠光燈受到行車條件的限制，例如會車期間必須關閉遠光燈。主動型近紅外夜視系統(tǒng)在車輛的照明裝置中增加了一組人眼不可見的近紅外遠光燈，然后使用一個近紅外敏感的CCD或者CMOS光電探測器將目標的近紅外光反射光轉換為視頻信號。以我們搭建的主動型近紅外汽車夜視系統(tǒng)為例，我們在試驗車輛的前保險杠上加裝了兩個近紅外線射燈，光源電功率合計20W，輸出近紅外線波長：900nm～780nm，圖像傳感器使用的是SONY的1/2寸高靈敏度黑白ICX429CCD，光學鏡頭F1.4,焦長35mm。以我們搭建的主動型近紅外汽車夜視系統(tǒng)為例，我們在試驗車輛的前保險杠上加裝了兩個近紅外線射燈，光源電功率合計20W，輸出近紅外線波長：900nm～780nm，圖像傳感器使用的是SONY的1/2寸高靈敏度黑白ICX429CCD，光學鏡頭F1.4，焦長35mm。從試驗來看，系統(tǒng)具有一定的效果，在夜間能夠在一定程度上增大可視距離，并在會車期間能夠部分改善本車車道方向的可視度。由于夜晚試驗期間大氣能見度較好，因此試驗中在白天補充了近紅外波段傳感器透霧能力的對比測試，測試情況是：系統(tǒng)在薄霧情況下近紅外成像能夠改善圖像質量。從試驗來看，系統(tǒng)具有一定的效果，在夜間能夠在一定程度上增大可視距離，在會車期間當對面來車未使用相同的夜視系統(tǒng)時，本車能夠改善本車車道方向的可視度。但試驗證明，當兩輛奔馳新S級的司機都使用夜視系統(tǒng)逆向相遇時在顯示屏上圖像會出現(xiàn)短時間的亮白，圖像被對方的近紅外線彼此淹沒了。因此主動近紅外夜視系統(tǒng)大規(guī)模推廣應用時存在嚴重缺陷。另外即便是與普通的(沒有安裝主動夜視系統(tǒng))車輛會車時，當對方遠光未關閉時由于普通汽車大燈輸出光輻射中也存在大量的近紅外輻射，因此也會導致近紅外圖像探測器的飽和與失效。從上表可以看到，兩種系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，但都不適合于大規(guī)模應用，其原因分別是：1、主動紅外型汽車夜視系統(tǒng)：由于探測距離近、另外更為關鍵的是：同時裝有該系統(tǒng)的車輛在逆向會車時，該型夜視系統(tǒng)的夜視功能可能完全失效；2、UFPA熱成像夜視系統(tǒng)：存在圖像分辨率差和價格昂貴等問題。綜上所述，為了適應未來汽車市場的需求，我們需要提出一種低成本的和更為了大幅度降低汽車夜間行駛期間的車禍概率，從上世紀末開始，各種夜間成像技術逐漸開始應用于汽車的夜間行駛輔助系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：
通過前面我們對基于近紅外圖像探測器的夜視系統(tǒng)和基于非制冷熱成像的夜視系統(tǒng)的分析，我們看到兩種系統(tǒng)都存在性能或者成本上的致命缺陷，導致兩種系統(tǒng)的不能夠實現(xiàn)規(guī)?；耐茝V和應用。通過分析我們認為新型的晝夜型汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)應當滿足如下的性能和功能要求：表1、新型汽車夜視系統(tǒng)的性能和技術要求為滿足表2中1～10項的功能要求，我們需要三個功能單元分別覆蓋和實現(xiàn)各個功能：表2、綜合光電探測器模塊的關鍵功能的劃分和實現(xiàn)我們需要考慮表2中的最后兩項要求(既：低成本和規(guī)模應用要求)，結合這兩點我們需要對上述的探測器和模塊做出合理的選型。我們首先考慮汽車行駛路徑上障礙物的分布特征：我們可以把與汽車寬度相當?shù)男旭偮窂缴?，高度高于汽車底板的物體判別為障礙物，針對障礙物分布的空間特點，另外考慮到車輛轉彎以及可移動障礙物(例如行人和其他機動車輛)的位置變化。綜合光電探測器應當對車頭前方，上下視場角越10～30度，水平視場角越60～90度的扇形區(qū)域進行探測和成像；首先分析“長波紅外成像探測器”的選型，非制冷的長波紅外探測器目前可以獲得面陣列器件、線陣列器件和單像元器件，這些器件按照工作機理又可以分為：熱敏電阻型、熱釋電型和熱電偶型。其中熱敏電阻型容易獲得并且技術最為成熟，而熱敏電阻型中又分為采用多晶硅作為熱敏電阻材料的探測器和采用氧化釩半導體作為熱敏電阻的探測器。由于非制冷的面陣探測器，即UFPA器件價格昂貴，因此我們在新設計中不予以考慮。由于單像元和線陣列非制冷紅外探測器的結構和工藝難度相對于UFPA較低，因此單像元和線陣器件的價格遠低于UFPA，另外目前國內多家單位已經(jīng)研制出成熟的非制冷單像元和線陣探測器產品，因此我們初步考慮選擇基于熱釋電原理的非制冷單像元或者線陣列探測器作為我們的“長波紅外成像探測器”核心器件。我們可以選用廉價的、較大像元面積(較大的像元面積可以獲得更高的響應率和更低的NETD)的單像元或者線陣列(16～32像元)探測器,然后結合光機掃描機構，我們就可以實現(xiàn)高靈敏度的一維或者兩維的熱成像探測。同時，單像元和線陣列(16～32像元)探測器的信號讀出和更為簡便，也有利于后續(xù)處理電路的進一步簡化。其次考慮“高清晰度圖像傳感器”的選型，這里的“高清晰度圖像傳感器”我們指的是對400nm～1um的可見光和近紅外敏感的圖像探測器，這類器件主要有兩大類，一類是基于電荷耦合讀出方式的CCD圖像探測器，另一類是基于尋址讀出方式CMOS圖像探測器。從結構上來看，這些探測器也分為面陣探測器和線陣探測器。從我們的應用背景(夜間低照度下成像)分析，我們需要寬動態(tài)、高靈敏和低噪聲的探測器，而滿足這一要求的面陣探測器需要有足夠大的像元，考慮選用高清晰度的1/2寸寬動態(tài)的CMOS圖像傳感器。再其次我們考慮“連續(xù)測距機”，連續(xù)測距機用于在車輛行駛期間對車輛前方的障礙物做實時的距離測量和相對速度測量。下面我們對比和分析目前的幾種主要測距方式：表3、綜合光電探測器模塊的關鍵功能的劃分和實現(xiàn)表3中我們對比了可用的4種測距方式，其中“掃描激光測距”是基于連續(xù)激光相位測距機，然后通過光機掃描機構實現(xiàn)的一維多點連續(xù)測距。可以看到“掃描激光測距”具備多點測距、相對速度讀出和后期數(shù)據(jù)處理簡單等優(yōu)勢。綜合光電探測系統(tǒng)，包括一個掃描“傳感器組件”，其內部集成在陶瓷基板上的1個32像元的線陣列(或單像元)的長波紅外探測器芯片、1個輸出波長為808nm的多芯并聯(lián)激光二極管bar條和PIN二極管，定位并安裝在密封殼體上2個光學鏡頭：包括1個直徑9mm的鍺透鏡、1個直徑3mm的LD準直透鏡所述的LD上方還集成一個柱透鏡，以預調整LD快軸和慢軸激光發(fā)散角到一致，一個寬動態(tài)高靈敏度CMOS圖像探測器組件，該組件包含1個9mm直徑的近紅外/可見光透鏡，掃描傳感器組件通過一個水平方向的掃描鏡實現(xiàn)對車頭前方，水平方向±45度角范圍進行掃描成像，掃描鏡由：1片蒸鍍有寬帶反射膜和保護增透膜的玻璃基反射鏡片、1個輕合金懸架、兩個軸承、以及驅動裝置和角位反饋移傳感器構成；一個寬動態(tài)高靈敏度CMOS圖像探測器組件，通過透鏡對車頭前方對角線40度視場進行成像探測。掃描鏡可以通過以下方式驅動：掃描鏡勻速旋轉驅動，掃描鏡通過無刷空心杯電機以約120轉/分鐘的轉速驅動旋轉(此方式下掃描鏡的兩面均粘附有反射鏡片)，此驅動方式下，我們通過霍爾傳感器或者光柵傳感器檢測反射鏡的轉速和相位，并輸出給穩(wěn)速電路以及圖像讀出電路。需要說明的是：掃描鏡的轉軸垂直于車輛的水平面，在正常行駛狀態(tài)下，車輛的振動加速度最大的方向主要是垂直方向，角加速度最大的方向是前后方向和左右方向，因此車輛狀態(tài)對掃描鏡的工作不會產生大的影響。整個光電探測單元通過一個光學窗口進行防護，光學窗口使用小塊的條狀鍺窗口和普通的光學玻璃拼接而成。有益效果：本發(fā)明獲取信息豐富和完備：可以同時獲得廣角度的熱像信息、距離信息和直觀的高分辨率可見光/近紅外視頻圖像，結構簡單：兩個點源探測器和一個線陣探測器共享一個水平掃描鏡，實現(xiàn)多光譜成像和實時多點測距，另外點源探測器和線陣探測器讀出電路簡潔。成本低：由于核心器件的成本低，因此在批量工業(yè)化生產后實現(xiàn)很低的硬件成本。后期信息處理簡便：后期信息處理基本不涉及復雜的圖像處理和運算，必要的關鍵信息已經(jīng)由熱像和距離探測器直觀給出。信息顯示直觀：處理后的路面障礙物信息既可以直觀地疊加在高清晰度的可見光/近紅外視頻圖像上，也可以通過俯視圖方式顯示障礙物與車輛的距離信息。附圖說明圖1綜合光電探測單元外形圖，包括鍺窗口1、玻璃窗口2；圖2綜合光電探測內部結構，包括預處理電路3、傳感器組件4、掃描鏡5、寬動態(tài)CMOS6；圖3掃描傳感器組件管芯結構圖，包括鍺透鏡7、LD準直透鏡8；圖4傳感器組件和光學鏡頭結構圖，包括32像元非制冷線陣和讀出電路9、LD管芯10、柱透鏡11、PIN管芯12、LD熱沉13；圖5掃描鏡結構圖；圖6現(xiàn)有的汽車夜視方案流程圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的技術手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。綜合光電探測器模塊結構說明：該模塊由：一個掃描“傳感器組件”，其內部包括：集成在陶瓷基板上的1個32像元的線陣列(或單像元)的長波紅外探測器芯片、1個輸出波長為808nm的多芯并聯(lián)激光二極管bar條和PIN二極管，定位并安裝在密封殼體上2個光學鏡頭：包括1個直徑9mm的鍺透鏡、1個直徑3mm的LD準直透鏡(LD上方還集成一個柱透鏡，以預調整LD快軸和慢軸激光發(fā)散角到一致)。一個寬動態(tài)高靈敏度CMOS圖像探測器組件，該組件包含1個9mm直徑的近紅外/可見光透鏡。掃描傳感器組件通過一個水平方向的掃描鏡實現(xiàn)對車頭前方，水平方向±45度角范圍進行掃描成像。掃描鏡由：1片蒸鍍有寬帶反射膜和保護增透膜的玻璃基反射鏡片、1個輕合金懸架、兩個軸承、以及驅動裝置和角位反饋移傳感器構成，一個寬動態(tài)高靈敏度CMOS圖像探測器組件，通過透鏡對車頭前方對角線40度視場進行成像探測。掃描鏡可以通過以下方式驅動：掃描鏡勻速旋轉驅動，掃描鏡通過無刷空心杯電機以約120轉/分鐘的轉速驅動旋轉(此方式下掃描鏡的兩面均粘附有反射鏡片)，此驅動方式下，我們通過霍爾傳感器或者光柵傳感器檢測反射鏡的轉速和相位，并輸出給穩(wěn)速電路以及圖像讀出電路。需要說明的是：掃描鏡的轉軸垂直于車輛的水平面，在正常行駛狀態(tài)下，車輛的振動加速度最大的方向主要是垂直方向，角加速度最大的方向是前后方向和左右方向，因此車輛狀態(tài)對掃描鏡的工作不會產生大的影響。整個光電探測單元通過一個光學窗口進行防護，光學窗口使用小塊的條狀鍺窗口和普通的光學玻璃拼接而成。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。