Sisteme Night Vision: comando pentru pietoni

Unul din trei accidente grave se produce noaptea. Şi asta într-o ţară civilizată, cum este Germania. Referitor la aceeaşi ţară, o statistică de acum un deceniu relata că aproape 40% dintre cei decedaţi în evenimente rutiere şi-au găsit sfârşitul la amurg sau în timpul nopţii. Iar americanii stăteau încă şi mai prost: procentul urca până aproape de 50%. De atunci, situaţia s-a mai ameliorat. Şi va continua să se amelioreze, pe măsură ce sistemele de vedere pe timp de noapte (aşa-numitele sisteme Night Vision) vor urma calea firească a popularizării.

Mai demult le găseam instalate doar pe modelele premium şi de lux, făcând adevărate minuni atunci când farurile nu mai au nici o putere. Şi totuşi, tehnologia nu este încă perfectă, fiecare dintre cele două tipuri folosite – despre care vom vorbi puţin mai târziu – având avantajele şi dezavantajele sale. Până atunci, însă, să derulăm filmul evoluţiei.

Istoric

Primele sisteme de vedere pe timp de noapte au fost utilizate, evident, de către forţele armate. Aparţinând aşa-numitei “Generaţii 0”, ele au fost dezvoltate de AEG în 1935; patru ani mai târziu, în zorii Celui de-al Doilea Război Mondial, au fost introduse în armata germană. Deşi ofereau avantaje clare pe timp de luptă, aparatele – botezate “Nacht Jager” (Vânători de noapte) – au fost testate abia în 1943, pe tancurile Panther.

Abia spre finalul războiului, trupele de asalt ale Wermacht-ului au fost echipate cu dispozitive portabile, poreclite “Vampir”, însă, la acea dată, avantajul lor se diminuase dramatic: pe malul celălalt al Atlanticului, americanii dezvoltaseră propriile instrumente pentru vederea nocturnă, denumite M1 şi M3.

Sistemele Night Vision au devenit cu adevărat populare în conflictul din Vietnam, când forţele armate americane au utilizat primele aparate cu radiaţie FIR (Far Infrared – infraroşii îndepărtate, utilizate la detecţia amprentei termale). Mult mai târziu, în 1999, avea să apară şi primul sistem dedicat observării traficului, instalat pe… Cadillac DeVille.

Marca de lux a concernului GM folosea sisteme Night Vision cu radiaţie FIR pentru a detecta oamenii, animalele şi oamenii, imaginile înregistrate fiind afişate pe un head-up display; din păcate, Cadillac a renunţat la tehnologie în 2004 (probabil, din cauza performanţelor slabe).

Între timp, Toyota a devenit interesată de sistemele de vedere pe timp de noapte, cercetările în domeniu ducând la lansarea propriului aparat în 2002. Spre deosebire de instalaţia lui Cadillac, japonezii utilizau spectrul infraroşiilor apropiate (a.k.a. NIR – Near Infrared), primele modele care au beneficiat de pe urma tehnologiei fiind ediţiile 2002 ale lui Lexus LX470 şi Toyota Landcruiser 100.

În ceea ce priveşte principiul de funcţionare, lucrurile stăteau cam aşa: proiectoarele cu radiaţie NIR funcţionau ca şi lumina de fază lungă, radiaţia reflectată fiind captată de o cameră cu senzori CCD. Informaţiile erau procesate de computer, apoi furnizate sub forma unor imagini alb-negru, proiectate în secţiunea inferioară a parbrizului. Simplu şi eficient, dar se putea şi mai bine.

Bunăoară, în decembrie 2004, Honda a introdus pe modelul Legend primul sistem de vedere pe timp de noapte cu funcţie de recunoaştere a pietonilor (botezat Intelligent Night Vision). Iar, în toamna lui 2005, odată cu faceliftul lui Serie 7 E65, BMW intra în horă cu un dispozitiv pe baza radiaţiei FIR, imun la orbire din partea altor surse de lumină. Raza de acţiune era de 300 m.

Tot în toamna lui 2005, la Salonul Auto de la Frankfurt, debutul lui S-Klasse W221 marca pătrunderea lui Mercedes pe piaţa tehnologiilor Night Vision, celebrul sistem Night View fiind suficient de performant încât să devină, în ciuda apariţiei târzii, un adevărat ambasador al acestui tip de asistenţă.

În sfârşit, în toamna lui 2008, BMW a devenit primul fabricant care a oferit sisteme Night Vision bazate pe radiaţia FIR, dotat atât cu funcţie de detectare a pietonilor, cât şi cu semnal de avertizare asupra prezenţei acestora. Dar care este, mai exact, treaba cu radiaţia FIR şi NIR?

NIR vs. FIR

De fapt, spectrul este atât de vast, încât a fost împărţit în două mari categorii (uneori – şi în funcţie de aplicaţie – se folosesc trei şi chiar mai multe clasificări): radiaţia infraroşie apropiată (sau NIR) şi radiaţia infraroşie îndepărtată (sau FIR). Prima are lungimi de undă cuprinse între 0,7 microni şi 10 microni, iar cea de-a doua se caracterizează prin lungimi de undă cuprinse între 10 microni şi 1 mm. Fiecare posedă o serie de particularităţi, care, pe dispozitivele Night Vision, livrează atât avantaje, cât şi în dezavantaje.

De exemplu, sistemele cu radiaţie NIR, denumite şi active, oferă o rezoluţie mai bună decât a celor cu radiaţie FIR şi, deci, imagini de calitate superioară. De asemenea, tehnologia funcţionează mai bine în zilele călduroase, iar senzorul, graţie dimensiunilor mici, poate fi montat la interior (în cele mai multe cazuri, în zona oglinzii retrovizoare).

Dispozitivele NIR se mai laudă cu o bună detectare a obiectelor reci (sistemul nu se bazează doar pe temperatura corpurilor, drept pentru care poate identifica animalele moarte şi obiectele care blochează drumul), precum şi cu costuri de dezvoltare mai mici.

Totuşi, au şi o serie de dezavantaje: raza de acţiune, de maximum 150-200 m, este mai mică decât a sistemelor cu radiaţie FIR; în plus, funcţionarea este afectată de ceaţă şi/sau de ploaie, contrastul este mai slab atunci când detectează fiinţe vii (sau surse de căldură) şi sunt sensibile la lumina orbitoare, emanată de maşinile care vin din sens opus.

De partea cealaltă, sistemele cu radiaţie FIR, denumite şi pasive, au o rază de acţiune mai mare, de până la 300m; totodată, identifică mai bine corpurile calde, pe care le redă în culori aprinse. Apoi, funcţionarea lor nu este afectată în mod evident de ceaţă.

În privinţa dezavantajelor, trebuiesc menţionate rezoluţia slabă, generatoare de imagini granulate, funcţionarea cu probleme în zilele călduroase (este important ca senzorul termal să fie răcit, altfel detectează propria-i căldură), senzorul agabartic (drept pentru care trebuie montat la exterior, de obicei pe bara de protecţie sau calandru), costurile de dezvoltare ridicate şi detectarea slabă a corpurilor ce nu emană căldură (animale moarte, obiecte aflate în drum etc).

Cine, ce foloseşte?

Ţinând cont de cele enunţate mai sus, se pot trage minimum două concluzii:

1) Indiferent ce tip de radiaţie infraroşie are la bază, dispozitivul stă bine la acele capitole unde celălalt se descurcă mai greu. Şi viceversa.

2) Pe măsură ce tehnologia evoluează, vom asista la eradicarea multor dezavantaje ale sistemelor FIR (costuri, răcirea şi mărimea senzorului, rezoluţie etc). Ca atare, anticipăm că, într-un viitor nu foarte îndepărtat, ele vor avea câştig de cauză.

Acestea fiind spuse, devine limpede faptul că, momentan, alegerea unui tip de sistem sau a altuia are o tentă arbitrară.

O discuţie cu reprezentanţii unei mărci auto, având la bază acest subiect, va rezulta într-un “mexican standoff” al argumentelor şi contraargumentelor.

În consecinţă, vom trata problema aşa cum este ea, limitându-ne la a prezenta, pur şi simplu, caracteristicile aparatelor Night Vision disponibile azi pe piaţă.

Audi, de exemplu, utilizează pe modelele sale (A6, A6 Avant, A7 Sportback, A8 etc) o o cameră cu radiaţie FIR, al cărei unghi de scanare este de 24 de grade. Aceasta înregistrează căldura obiectelor aflate în câmpul vizual, iar unitatea de control converteşte informaţiile în imagini alb-negru. Ulterior, acestea sunt afişate pe ecranul de pe consola centrală.

Raza de acţiune a sistemului este de 300 m – mult peste cea a fazei lungi –, iar eficienţa sa nu este afectată de lumina maşinilor venite din sens opus (sau de alte surse de lumină). Detectarea persoanelor se face până la o distanţă de 100 m şi, graţie senzorului termic, fiinţele vii sau sursele de căldură sunt mult mai strălucitoare decât împrejurimile, fiind mai uşor de observat.

În cazul în care sistemul lui Audi detectează o persoană, o evidenţiază cu galben pe ecran; dacă “simte” un pericol (de exemplu, pietonul vrea să traverseze prin faţa maşinii), persoana este marcată cu roşu. Totodată, este pusă în funcţiune şi o avertizare acustică. În plus, dacă maşina este dotată cu head-up display, avertizarea apare şi acolo.

De partea cealaltă, pietonii sunt atenţionaţi cu ajutorul unei funcţii speciale, care aprinde faza lungă de trei ori consecutiv, într-o succesiune rapidă (celebrele flash-uri). Această măsură nu doar îi avertizează pe trecători, ci şi îndreaptă atenţia şoferului către zona cu (eventuale) probleme.

Night Vision-ul lui Audi permite inclusiv setarea contrastului de imagine, prin intermediul centralei MMI, dar tot nemţii recunosc că sistemul are unele limitări. De exemplu, când temperatura aerului depăşeşte 28 de grade Celsius, funcţia de evidenţiere a pietonilor nu-şi mai îndeplineşte sarcina la parametrii optimi; tocmai de aceea, este dezactivată automat. Precum spuneam – avantaje şi dezavantaje…

Tot din categoria aparatelor cu radiaţie FIR face parte şi dispozitivul lui BMW, instalat pe Serie 5/Serie 5 GT, Serie 6, Serie 6 Gran Coupe, Serie 7 şi X5. Dezvoltată împreună cu specialistul Autoliv, tehnologia identifică toate fiinţele vii pe baza amprentei termale, inclusiv în zonele aflate în afara razei de acţiune a farurilor.

Unitatea de control analizează imaginile captate, pietonii, cicliştii şi animalele aflate pe traiectoria de impact fiind evidenţiate printr-un simbol afişat pe instrumentar şi head-up display. În funcţie de situaţie, funcţia de urgenţă adaugă la semnalul vizual şi unul acustic, iar cea botezată Dynamic Light Spot proiectează o rază de lumină pe animalele/persoanele detectate de sistem. Astfel, atenţia şoferului va fi ghidată în direcţia cea bună la timpul potrivit.

Şi Intelligent Night Vision, dezvoltat de Honda, se bazează pe radiaţia FIR. Instalat pe modelele Legend, el prelucrează imaginile transmise de două camere infraroşii, poziţionate în zona inferioară a bumper-ului frontal. Camerele detectează orice obiect care emite căldură, iar unitatea de control determină dacă acesta se află sau nu în calea maşinii.

În urma analizei formei şi mărimii, Intelligent Night Vision stabileşte inclusiv natura obiectului detectat – pieton sau animal –, informaţiile fiind afişate şi pe head-up display.

Precum spuneam şi la început, Mercedes-Benz nu este tocmai un pionier în domeniu, dar sistemele sale sunt, fără doar şi poate, printre cele mai performante. Şi asta în ciuda faptului că dispozitivele, reunite sub titulatura Night View, au la bază radiaţia NIR.

Povestea începe cu, la acea vreme, revoluţionarul S-Klasse W221 (şi ulterior, coupe-ul CL). Al cărui sistem Night View trebuia activat manual, de la un buton poziţionat în vecinătatea celui dedicat sistemului de iluminaţie (funcţionarea sa era condiţionată de punerea în drepturi a fazei scurte). “Magia” era asigurată de două proiectoare cu radiaţie NIR, înglobate în blocurile optice frontale, ce scanau drumul începând cu viteza de 15 km/h (pe durata frânării, rămâneau active până la 10 km/h).

O cameră specială, sensibilă la radiaţia infraroşie şi dotată cu lentilă anti-orbire, înregistra tot ce se întâmplă în faţă, iar un ECU se ocupa de procesarea imaginilor; ulterior, acestea erau transferate pe monitorul de 8 inch încastrat în instrumentar, devenit ecran pentru vederea nocturnă din momentul activării sistemului.

Night View a demonstrat performanţe deosebite în timpul testelor dinaintea lansării: şoferii aleşi pentru probe – bărbaţi şi femei deopotrivă – au putut recunoaşte manechinele de pe marginea drumului chiar şi de la o distanţă de aproximativ 210 m (acestea erau îmbrăcate cu haine de culoare deschisă). În comparaţie, farurile bi-xenon le-au dezvăluit prezenţa abia de la 169 m.

În cazul manechinelor cu haine închise, rezultatele au fost şi mai spectaculoase: cu Night Vision, identificarea lor a fost posibilă de la 164 m, în timp ce, doar pe baza farurilor bi-xenon, şoferii le-au observat când, între maşină şi ele, rămăseseră 72 m. Cu alte cuvinte, vorbim despre o îmbunătăţire a vizibilităţii cu 125%.

Cât priveşte situaţiile în care luminile maşinilor din sens opus orbesc şoferul, cifrele vorbesc de la sine: un manechin cu haine deschise, stând pe marginea drumului la o distanţă de 50 m de vehiculul sosind din contrasens, este văzut, cu Night View, de la o distanţă medie de 140 m. În schimb, cu farurile bi-xenon, este observat abia de la 87 metri.

Lucrurile au evoluat şi mai mult odată cu facelift-ul lui W221 (şi, implicit, a “fratelui” CL): sistemul Night View Assist Plus – instalat, actualmente, inclusiv pe E-Klasse, CLS/CLS Shooting Brake, M-Klasse şi GL-Klasse – utilizează proiectoarele cu lumină infraroşie şi camera video de la nivelul oglinzii retrovizoare pentru a detecta şi evidenţia pietonii. Sistemul redă imagini alb-negru de înaltă definiţie, iar intrarea sa în funcţiune se petrece începând cu viteza de 10 km/h.

În sfârşit, în cazul S-Klasse W222, tehnologia Night View (ajunsă la cea de-a treia generaţie) oferă inclusiv posibilitatea detectării animalelor. În plus, comutarea ecranului de pe “postul” instrumentarul digital pe cel al vederii cu infraroşii are loc automat, în momentul în care maşina “simte” o situaţie relevantă (căderea întunericului, rularea pe drumuri neiluminate etc).

Sistemul are un senzor infraroşu cu rază lungă de acţiune, montat în grila radiatorului, ce detectează pietoni la distanţe de până la 160 m şi animale de mărimea cerbilor, cailor şi vacilor până la distanţe de 100 m. Între timp, camera video cu rază scurtă de acţiune, montată în vecinătatea oglinzii retrovizoare, conlucrează cu două surse de lumină infraroşie montate în blocurile optice. Evident, imaginile preluate sunt procesate şi, ulterior, afişate pe display.

Pietonii şi animalele sunt afişaţi/afişate în culori vii pe fundalul cu nuanţe de gri, iar, după modelul Audi şi BMW, fiinţele umane sunt avertizate cu ajutorul flash-urilor (procedeul nu este repetat în cazul animalelor, deoarece reacţia lor la lumină este imprevizibilă).

Night View Assist Plus poate fi activat şi manual, iar pietonii şi animalele sunt detectate şi evidenţiate inclusiv în zonele urbane, la lăsarea întunericului (chiar dacă drumul dispune de iluminaţie stradală; totuşi, viteza maşinii nu trebuie să depăşească 60 km/h).

Şi cei de la Toyota/Lexus au rămas fideli sistemelor cu radiaţie NIR. Lexus GS şi LS, generaţie 2012 (celebre pentru calandrele în formă de clepsidră), înglobează o cameră montată în zona superioară a parbrizului şi proiectoare instalate în blocurile optice.

Informaţiile sunt procesate de o unitate de control electronic (ECU) specială, ce livrează imagini cu vedere de noapte pe un ecran de 12,3 inch. Acestea pot fi observate şi pe instrumentarul de bord, dar ecranul, montat pe consola centrală, le oferă într-un format mai mare.

Camera NIR funcţionează tot timpul, însă proiectoarele se activează la viteze de peste 15 km/h. Raza de acţiune a sistemului este de 200 m.

I-am lăsat la urmă pe cei de la General Motors. Şi asta nu pentru că sunt cei mai versaţi în materie de sisteme Night Vision, ci pentru că lucrează la o tehnologie demnă de filmele SF: parbrizul transformat într-un gigantic head-up display! A cărui listă de funcţii, evident, include şi Night Vision-ul.

Pe scurt, departamentul de cercetare-dezvoltare al GM şi câteva universităţi din SUA au început, în 2010, lucrul la un sistem ce utilizează datele unei reţele de camere şi senzori pentru a proiecta imagini pe întreaga suprafaţă a parbrizului.

Acesta este acoperit cu o substanţă fosforescentă, ce emite lumină vizibilă atunci când este excitată de un fascicol de lumină. Fasciculele sunt emise de lasere ultracompacte cu ultraviolete, iar parbrizul se transformă într-un ecran transparent gigant, mult mai eficient decât actualele sisteme head-up display.

Laserele pur şi simplu “pictează” drumul şi marginile sale atunci când vizibilitatea tinde spre zero, iar, în afară de asta, parbrizul poate fi afişa orice fel de informaţii (inclusiv pe cele oferite de sistemul de navigaţie). Lesne de dedus că, în privinţa vederii pe timp de noapte, am putea asista la un enorm pas înainte.

PS: În vara anului 2012, Car and Driver, una dintre cele mai apreciate publicaţii auto din Statele Unite, a realizat un test comparativ cu sistemele de vedere pe timp de noapte. Dispozitivele instalate pe Audi A8, BMW Serie 7 şi Mercedes CLS au fost supuse unui set consistent de probe, iar concluzia testului i-a surprins până şi pe iniţiatorii săi. https://www.youtube.com/watch?v=yqTlW6CmapY

Află aici cine a câştigat.

Sursa: Producătorii

https://en.wikipedia.org/wiki/Night_vision_device

https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_night_vision