技术文章 | 实际驾驶测试中激光高射束检测和识别的对比测量

Prof. Dr.-Ing. habil. T.Q. Khanh

Laboratoryof Lighting Technology, Technische Universität Darmstadt, Germany

编辑：李奕帆 井硕

指导老师：林燕丹

司机在驾驶过程中，大约90%的信息是通过视觉感知到的，由于夜晚没有阳光照射，使得司机在夜晚驾驶时存在一定风险。为了解决这个问题，汽车制造商和供应商都在努力寻找解决方案。在过去的几年里，卤素前照灯不断升级，也出现了HID前照灯。卤素近光灯使照射距离从35米提高到60米，而HID近光灯和远光灯的照射距离分别可达90米和140米。之后，LED作为一种前照灯的新光源也使得这项技术得到了进一步的改进。LED不仅效率更高，而且在道路上的光分布也更加灵活。本文重点探寻光强、照度或亮度对比度与视觉之间的关系。

本次实验是在Darmstadt的Griesheim机场进行的，该机场可以提供一条1.2公里的笔直道路，夜晚时几乎没有其他光源照射，是夜间前照灯实验的理想场所。在距离道路两侧1米处设置5个探测对象。右侧设置3个探测对象，左侧设置2个探测对象。每个探测对象的间隔为100米，左边2个探测对象放置在右边3个探测对象中间相对应的位置，如图1所示。

图1实验设置示意图

在实验中，1个探测对象保持站立状态，其他4个被平放在地面上。本实验使用了两种不同类型的探测对象。图2（左）所示假人用于目标检测，图2（右）所示标志用于目标细节识别。两种探测对象都涂有哑光黑色涂料，反射系数分别为5%（左）和10%（右）。

图2用于检测(左)和识别(右)的探测对象

检测过程：被试驾驶实验车辆以60公里/小时的速度沿道路向前行驶。前照灯的光分布随机设置，当实验者观测到假人时，需要按下按钮，然后随机选择一个新的假人，重复相同的实验。每个光分布条件下，重复三次实验。

识别过程：探测对象更改为标志，被试检测到标志时从4个具有方向指示的按钮中选择一个进行按压，4个按钮分别标识上、下、左、右4个方向。

在检测和识别过程之后，将亮度计置于被试头部的位置，测量被试看到探测对象的视角和角度。

图3为动态测试过程中，不同光分布情况下，检测概率与距离之间的关系。

图3三种光分布情况下检测概率与距离关系图

红线表示近光灯的检测概率，48.2m处检测概率为50%，26.4m处检测概率为95%。黄线表示远光灯的检测概率，104.9m处检测概率为50%，70.0m处检测概率为95%。蓝线表示激光前照灯的检测概率，171.0m处检测概率为50%，132.2m处检测概率为95%。汇总结果如下表1所示。

表1三种光分布情况下的检测概率

识别概率与以上结果相似，如图4所示。

图4三种光分布情况下识别概率与距离关系图

红色表示近光灯的识别概率，14 m处的识别概率为50%，0m处的识别概率为95%。黄色表示远光灯的识别概率，69.1m处的识别概率为50%，25.3m处的识别概率为95%。蓝色表示激光前照灯的识别概率，101.3m处的识别概率为50%，54.8m处的识别概率为95%。结果如表2所示。

表2三种光分布情况下的识别概率

为了计算出相应的亮度对比度，我们测量了两种探测对象的五个区域的亮度值。这些区域如图5所示，分别位于每个假人的左右(区域2- 5)上(区域1)、上(区域1)、下(区域1)、上(区域1)。图5显示了检测假人的特殊情况。如果有光束经过，假人只会被照亮其高度的一半。在这里，第1区将只包括假人的发光部分。

图5假人检测对比区(左)与识别标志对比区(右)

对于背景亮度，选择2-5之间最暗的区域。

图6为LED驱动光束和附加激光助推器驱动时的亮度曲线。红色表示识别亮度，蓝色表示检测对象亮度，绿色表示背景亮度，距离为230米到30米。所有的曲线都是稳定的，物体的亮度在下降。识别标志的亮度始终高于检测对象的亮度，因为识别标志的反射率较高，为10%，而检测对象的反射率为5%。背景亮度随着每个亮度测量角度的不同而略有变化。

图6用于测试设置和所有距离的激光助推器的亮度测量。蓝色:检测对象的亮度。红色:识别对象的亮度。绿色:背景亮度。

通过光束和驱动光束的亮度曲线遵循相同的模式，因此这里不作介绍。表3给出了检测和识别对象上所有光分布的所有相关亮度值以及相应的背景亮度。

表3所有光分布的亮度值，检测和识别对象的亮度值，50%和95%检测/识别概率的背景亮度值

在表3中，我们可以看到，对于检测来说，所有光束模式的亮度基本都是恒定的。检测率达到50%的亮度阈值约0.1 cd / m²,而95%的亮度阈值0.2 cd / m²。对于识别，由于识别标志在两种距离下都过于靠近测试车辆，因此无法测量通过光束测试的有效亮度值。50%的阈值显示亮度值接近0.1 cd / m²。值得注意的是，激光助推器不仅能提高物体本身的亮度，还能提高背景亮度。这可以在图7中看到，检测对象上的亮度显示了所有三种光的分布。

图7通过光束(红色)、驱动光束(黄色)和附加激光助推器(蓝色)测量亮度值对比

在图7中，与其他两种光分布相比，使用额外的激光助推器时，检测对象的亮度要高得多。驱动光束比通过光束的亮度略高。

如图5表3所示，使用远光灯会产生更高的发光强度及更高的障碍和检测目标亮度,产生更高的探测距离(如图3和图4所示)。虽然这是一个预期的结果,背景亮度的增加比预期的要高得多。

表3和表4的结果表明，检测对象上的亮度可能是主要的相关值，至少对于50%的检测和识别阈值来说是这样。所有测量值都在0.1 cd / m²(概率50%)和0.2 cd / m²（概率95%）。对于每个使用过的光分布，测量的背景亮度值都有显著的差异，也需要进行讨论。但是，由于本文没有考虑到检测和识别标志的角度大小，所提出的结果需要再次修正。此外，本研究的结果需要与其他研究小组的类似结果进行比较。

文章转载自IFAL公众号