Systemy noktowizyjne

Jeszcze niedawno systemy noktowizyjne zarezerwowane były tylko dla samochodów najwyższej klasy. I choć nadal są domeną pojazdów droższych, dziś są już dostępne między innymi w modelu Peugeot 508.

Jak pokazują statystyki wypadków, jazda po ciemku jest bardziej niebezpieczna niż jazda w dzień. W Niemczech prawie 50% wszystkich śmiertelnych wypadków drogowych ma miejsce w nocy, mimo że o tej porze auto przejeżdża tylko 25% swojego całkowitego przebiegu.

W Polsce ponad 30% wszystkich wypadków ma miejsce w nocy, a 33% z nich kończy się śmiercią.

Ryzyko wypadku w nocy jest niemal dwukrotnie wyższe niż w dzień. Powody tego są oczywiste: zła lub mocno ograniczona widoczność na szosach, przeszkody lub ostre zakręty, które kierowcy z włączonymi światłami mijania za późno zauważają. Poza tym z powodu braku punktów orientacyjnych kierowcy źle oceniają prędkości i odległości. Nie należy też zapominać o jeździe w głąb „czarnej dziury” – efekt ten jest powodowany przez światła reflektorów aut jadących z przeciwka, które ulegają wyostrzeniu na mokrych, odbijających je drogach. Jednak największe niebezpieczeństwo stwarzają piesi, zwierzęta i przedmioty na poboczu lub nawet na jezdni – szczególnie poza zasięgiem snopu światła reflektorów. Systemy wspomagania kierowcy mają więc sens przede wszystkim wtedy, gdy przyczyniają się do tego, że lepiej rozpoznaje on osoby, zwierzęta i przedmioty w nocy. Mercedes-Benz, BMW i Audi to pierwsi producenci samochodów w Niemczech, którzy w swoich pojazdach wprowadzili systemy noktowizji.  

system noktowizyjny
Systemy noktowizyjne mają znacznie większy zasięg niż światła mijania. Dzięki technice podczerwieni nie przesłaniają przy tym ruchu z przeciwka. Źródło: Daimler AG

Po co w ogóle używać systemu noktowizyjnego w samochodzie? Chodzi przede wszystkim o widoczność, która nocą jest zakłócana nie tylko samą ciemnością, ale też niedostatecznym oświetleniem oferowanym przez reflektory. Często nawet mimo dobrego oświetlenia przedmioty przy drodze, zwierzęta lub piesi zlewają się z tłem i są praktycznie niewidoczni do ostatniej chwili.

Aby polepszyć widzenie w nocy, a przede wszystkim zauważyć wszystkich przeszkód znajdujących się na drodze, zdecydowano się na eksperyment z zastosowaniem kamer pracujących w podczerwieni. Jednym z pierwszych rozwiązań tego typu był system Night Vision opracowany przez firmę Bosch, który trafił do seryjnych aut w 2005 roku. Systemy stosowane dziś w samochodach są w stanie rozróżnić ludzi, zwierzęta, znaki i inne przeszkody. Oprócz ich rozpoznania mogą także ostrzec przed nimi kierowcę.

System noktowizyjny jest zintegrowany z reflektorami samochodu, które w razie konieczności mogą zostać wysterowane w taki sposób, by doświetlić przeszkodę na drodze.

Aktywny lub bierny

Noktowizory stosowane do celów wojskowych i cywilnych istnieją już na rynku od dłuższego czasu. Systemy stosowane w samochodach opierają się na dwóch zasadniczo różnych technikach: bliskiej podczerwieni (NIR), zwanej systemem aktywnym, i dalekiej podczerwieni (FIR), zwanej systemem biernym. BMW i Audi stosują w swoich systemach wspomagania technikę FIR, natomiast Mercedes stawia na NIR. Oba typy różnią się w pierwszej kolejności przebiegiem procesu rejestracji przestrzeni przed pojazdem oraz jej zamiany w informacje obrazowe prezentowane kierowcy (patrz ramka). Różna jest tu także liczba wymaganych komponentów i sposób prezentacji na ekranie. W systemach aktywnych obraz jest bardziej rzeczywisty, podczas gdy obrazowanie w systemach biernych przypomina negatyw. BMW w swoim systemie NightVision zastosował bierną technikę FIR, ponieważ, według informacji podanych przez firmę, najlepiej spełnia ona wymóg odpowiednio wczesnego rozpoznania osób i przedmiotów w ciemności na ekranie systemu. FIR koncentruje się na najważniejszych informacjach i nie pokazuje nieistotnych, rozpraszających szczegółów. Ze względu na mocniejsze promieniowanie cieplne osób i zwierząt na tle innych przedmiotów, takich jak budynki i zaparkowane pojazdy, symboliczne przedstawienie obrazu ciepła na ekranie ukazuje wyraźnie potencjalne niebezpieczeństwo, redukując tym samym całkowitą ilość prezentowanych informacji. Uwydatniane są te punkty, na które system NightVision powinien zwracać uwagę. Poza tym system ten obchodzi się bez dodatkowych lamp podczerwieni i ma większy zasięg niż NIR.  

Noktowizory oparte na technice podczerwieni bliskiej (NIR)
Noktowizory oparte na technice podczerwieni bliskiej (NIR) przedstawiają rejestrowany obraz dość realistycznie. Źródło: Daimler AG
Noktowizory oparte na podczerwieni dalekiej (FIR)
W noktowizorach opartych na podczerwieni dalekiej (FIR) obraz wygląda jak negatyw. Istoty żywe są przedstawiane w tych systemach za pomocą widma emitowanego przez nie ciepła. Źródło: Daimler AG

Spojrzenie w zakręt

Zamontowana w BMW kamera przy 36° posiada względnie szeroki kąt widzenia. Przy prędkościach poniżej 80 km/h umożliwia to rozpoznanie nie tylko drogi, lecz także jej poboczy i otoczenia. Przy prędkościach średnich pokazywany na monitorze wycinek zwęża się do 24°. Jednocześnie obraz przesuwa się z biegiem drogi – do sześciu stopni w lewo lub w prawo. Funkcja ta, zwana panningiem, sterowana jest wychyleniem przednich kół podczas jazdy w zakrętach. Poza tym przy większych prędkościach kierowca może włączyć cyfrowy zoom, który pokaże obiekty bardziej oddalone w powiększeniu 1,5:1. Warunki pogodowe wpływają niestety na jakość obrazu zarówno w przypadku FIR, jak i NIR – pogarszają go np. krople deszczu lub mgła, które filtrują podczerwień.

Noktowizor w BMW
Dzięki tzw. panningowi kamera noktowizora BMW jest w stanie wirtualnie obracać się w głąb zakrętu. Źródło: BMW

BMW wbudowuje NightVision modułowo w istniejącą instalację elektryczną pojazdu. Konieczne są tylko dwa dodatkowe elementy sprzętowe: kamera i sterownik. Program przetwarzający obraz rozpoznaje ludzi i zwierzęta i ostrzega kierowcę za pomocą odpowiedniego symbolu pojawiającego się na ekranie lub na opcjonalnym wyświetlaczu u góry na przedniej szybie. W Audi A8 reflektory oświetlają krótko ludzi i zwierzęta światłem punktowym. Kamera na podczerwień w BMW wbudowana jest za grillem. Jest ona chroniona nietłukącym się szkłem i drobną kratką. Odpowiednią widoczność zapewnia dysza czyszcząca kamerę włączana równocześnie z układem czyszczenia szyby. Przy temperaturach poniżej +5°C szkło obudowy jest podgrzewane.

Z własnym oświetleniem

W systemach noktowizyjnych w klasie S Mercedesa jezdnia jest oświetlana niewidzialnym światłem podczerwonym przez dwa specjalne reflektory umieszczone w obudowie świateł przednich. W systemach aktywnych włączają się one automatycznie od prędkości 15 km/h, a podczas hamowania działają jeszcze do prędkości ok. 10 km/h. Warunkiem jest ciemność i włączone światła mijania. System noktowizyjny nie działa podczas cofania. Kamera podczerwieni rejestrująca sytuację przed samochodem umieszczona jest po wewnętrznej stronie szyby przedniej. Przed zakłócającymi refleksami światła chroni ją przesłona filtrująca światło rozproszone. Elektroniczny sterownik przetwarza obraz z kamery podczerwieni i wyświetla go jako obraz w skali szarości na monitorze. Gdy tylko system noktowizyjny zostanie uruchomiony, wyświetlacz na środku deski rozdzielczej przełącza się automatycznie i pokazuje obraz z kamery. Ośmiocalowy ekran umieszczony jest w pierwotnym polu widzenia kierowcy, co oznacza, że powinien on być w stanie korzystać z niego tak, jak z szybkościomierza i innych instrumentów na desce rozdzielczej. Krótkie, regularne spojrzenia na obraz z noktowizora powinny wystarczyć, by zorientować się w sytuacji przed pojazdem i dopasować do niej swoje zachowanie. Jeżeli system jest włączony, prędkościomierz nie jest widoczny w formie okrągłej, lecz jako poziomy pasek u dołu obrazu z kamery. Noktowizor Mercedesa zapewnia widoczność świateł drogowych, jednak nie przesłania ruchu z przeciwka.  

regulacja kamery noktowizyjnej w Mercedesie
Podczas regulowania kamery noktowizyjnej w Mercedesach system ustawia środek obrazu przedstawionego na ekranie na desce rozdzielczej według punktów znajdujących się na tarczy kalibracyjnej. Pracownik warsztatu może śledzić proces na wyświetlaczu. Źródło: Daimler AG

Widzieć więcej

Możliwości tej technologii inżynierzy Mercedesa przetestowali w praktyce. W jazdach porównawczych z biksenonowymi światłami mijania i systemem noktowizyjnym kierowcy rozpoznają przeszkody na jezdni o wiele wcześniej. Jasno ubrane manekiny widoczne są już z odległości ok. 210 m, czyli o 41 m wcześniej niż przy samych biksenonowych światłach mijania. System działa jeszcze lepiej, jeżeli piesi są ubrani na ciemno. W takich sytuacjach kierowcy zauważali manekiny z odległości ok. 164 m, podczas gdy przy samych biksenonowych światłach mijania manekiny zauważano dopiero z odległości 72 m. Oznacza to wzrost bezpieczeństwa o 125%. Nawet jeżeli reflektory pojazdów jadących z przeciwka oślepiają i mocno ograniczają widoczność, kierowcy używający systemu noktowizyjnego widzą znacznie lepiej: jasno ubrany manekin, który stał na poboczu 50 m za jadącym z przeciwka pojazdem, w testach Mercedesa z wykorzystaniem systemu noktowizyjnego był widoczny z odległości 140 m, czyli o ok. 53 m wcześniej niż przy samych biksenonowych światłach mijania. Systemy wspomagania kierowcy, takie jak noktowizory, nie gwarantują jednak pełnego bezpieczeństwa, czego kierowcy powinni być świadomi. Systemy te informują, ale nie ingerują w zachowanie pojazdu na drodze. Decyzje w tym względzie podejmuje nadal kierowca. Systemy te działają raczej jak uważny pasażer, który zwraca uwagę kierowcy na potencjalnie krytyczne sytuacje zgodnie z zasadą: „czworo oczu widzi więcej niż dwoje”.

Kierunek musi się zgadzać

Kierowcy korzystający z tych systemów szybko przyzwyczają się do ich pomocy. Tym ważniejsze jest, aby po naprawach przeprowadzanych w pojeździe działały one prawidłowo. W większości przypadków wymaga to pracy z testerem diagnostycznym. W mercedesach konieczność taka zachodzi na przykład w przypadku wymiany sterownika, demontażu lub wymiany kamery zamontowanej za przednią szybą czy demontażu lub wymiany kabla łączącego sterownik z kamerą. Pierwsze uruchomienie nowo zamontowanych urządzeń wymaga regulacji kamery noktowizyjnej. Można to zrobić tylko za pomocą stosowanego wyłącznie przez Mercedesa programu diagnostycznego Star. Poza tym konieczna jest tarcza, która jest dostępna jako narzędzie specjalne. W celu regulacji kamery pojazd musi stać na poziomej, równej powierzchni. W funkcji tej można wykorzystać powierzchnię do ustawiania reflektorów lub podnośnik do pomiaru podwozia. Pomagająca w regulacji tarcza montowana jest np. na urządzeniu do ustawiania reflektorów i umieszczana na środku przed pojazdem. Gwiazda Mercedesa jest przy tym świetnym punktem orientacyjnym dla mechanika. Ponieważ klasa S wyposażona jest seryjnie w zawieszenie pneumatyczne, przed regulacją kamery należy upewnić się, czy pojazd znajduje się na poziomie standardowym. W tym celu przy pracującym silniku najpierw ustawia się go na poziomie wyższym, a następnie obniża do standardowego. Kalibracja następuje przy włączonym zapłonie. Ponieważ zużycie prądu wszystkich urządzeń w pojeździe przy włączonym zapłonie jest dość wysokie, Mercedes zaleca swoim warsztatom podłączenie akumulatora do prostownika. W przypadku nieprawidłowo ustawionej tarczy pomocniczej lub niewłaściwie zamontowanej kamery system noktowizyjny nie daje się uruchomić, tylko zapisuje odpowiedni błąd w pamięci. Sama regulacja kamery jest procesem wirtualnym, co oznacza, że nie zostaje ona ustawiona poziomo lub pionowo, lecz tkwi nieruchomo w mocowaniu. Obraz rejestrowany przez kamerę jest większy niż ten na desce rozdzielczej. Dlatego też podczas regulacji wyrównuje się tylko fragment ekranu na desce rozdzielczej pokazujący obraz z kamery, używając do tego wspomnianej tarczy.

„autoFACHMANN”


autoFACHMANN