光子學技術將在汽車應用中大顯身手

高亮度LED制造商有充分的理由相信未來LED向汽車領域的滲透。市場調研公司Strategies Unlimited預測，到2013年，全球汽車LED室外照明的整體市場規模將由2008年的1.58億美元增長到3.47億美元。另據水清木華研究中心（ResearchInChina）的《2008-2009年全球與中國汽車LED照明行業研究報告》顯示，到2014年，LED頭燈將在成本和性能上與傳統的HID頭燈（假設LED技術能按照目前的發展速度不斷進步）具備可比性，到那時，LED在汽車領域的應用將大為改觀，單是汽車頭燈的市場規模就將達到1.22億美元。

寶馬的BMW-7系列汽車采用了瑞典Autoliv公司的第二代Night Vision 2夜視系統，該系統采用了一個遠紅外傳感器，用以掃描路上的行人，其夜視距離是近光燈的3倍。當檢測到車輛前方有行人或動物時，系統會自動分析現場和車輛動態，評估駕駛員碰撞到目標的風險，并在必要時向駕駛員發出警報（如通過車載顯示屏發出警報，見圖2）。“Autoliv公司最新的夜視系統，將夜間駕駛安全提高到了一個全新的水平，它為駕駛員在夜間道路上提供了‘另外一只眼’。”Autoliv公司夜視系統總經理Stuart Klapper如是說。

圖2：當在夜間檢測到一名男子在車前橫穿馬路時，寶馬BMW-7系列汽車的遠紅外夜視系統向駕駛員發出了警報

在行車速度較慢、人流較多的城市路段，該系統只對道路上近距離內的較小范圍進行監測，以避免出現過多的警報；而在行車速度較高、人流稀少的鄉村路段，該系統監控的道路范圍則會相應地擴大。為了對監控范圍做出及時、相應的調整，Autoliv公司的夜視系統不斷地從周圍環境中收集夜視視頻圖像，并用一套先進的軟件算法對超過5000多萬個“影像片斷”進行檢測，并依此向駕駛員發出相應的警報信號。

Autoliv公司的夜視系統中采用的遠紅外相機采用320×240像素的釩氧化物熱輻射測量儀，并具有一個鍺窗口以保護相機的鏡頭免受外界的傷害。Klapper說：“與第一代相機相比，現在我們已經成功地將鏡頭的成本降低了30％之多。”

德國西門子威迪歐公司還開發了一種工作距離達150米的紅外夜視系統，其產生一個經過電子處理的視頻圖像，用于在汽車中實時顯示。該系統具有兩種工作方式：一種方式采用近紅外系統，在這種方式下，由兩個集成到前燈中的紅外發射器產生的光，被一個安裝在后視鏡附近的小型攝像機捕獲；另一種方式采用長波紅外系統，這種方式需要安裝一臺相機，用一個工作在6～12μm范圍內的傳感器來檢測來自車輛周圍環境的熱輻射。一旦檢測到人或動物，該系統都會將物體以明亮的形式顯示出來。

激光點火

2009年夏季，福特公司就宣布其正在聯合GSI集團和英國利物浦大學為下一代汽車發動機開發激光點火系統。事實上，早在20世紀70年代末，人們就已經開始研究激光點火系統了，當時有很多關于激光點火系統的研究論文已經開始出現在各類汽車技術會議上。

因為激光可以分解成多個光束，多個點火點將提高發動機中燃料完全燃燒的機會，從而能減少排放，提高在寒冷和潮濕條件下燃料的燃燒效率。甚至，有一部分激光能量還可以被發射回來，用以提供有關發動機如何運轉的信息，從而使空氣/燃料混合物的比例自動作出調整，實現更好的燃油利用率。福特公司還表示，其計劃通過一根光纜提供激光火花，這會比火花塞占用更少的空間，從而能允許使用更大、更高效的發動機氣門，實現更加充分的燃料燃燒。

2007年，美國國家能源技術實驗室（www.netl.doe.gov）的研究人員就已經設計出了一種與內燃機聯合在一起的激光點火系統。該系統將1.06μm激光器發出的10ns脈沖，通過火花塞端口聚焦到氣缸中來產生點火火花。與傳統的單缸、四沖程、火花點火發動機相比，利用激光火花點火系統，不但能降低發動機的排放量，而且還能改善燃料的燃燒利用率。

駕駛員輔助系統

除了照明和夜視應用，目前還出現了基于光子學技術的駕駛員輔助系統。法國法奧雷集團（Valeo）的路虎以及寶馬的BMW-5系列汽車中，均配備了駕駛員輔助系統。整個系統包括5臺相機：一個安裝在汽車后部的廣角相機，用于停車輔助；安裝在前保險杠左右兩側的兩個相機，用于在車輛進入能見度較差的街道時，輔助駕駛員觀察接近車輛的行人或其他物體；另外兩個安裝在兩個側視鏡上的相機，用于直接監視車輛周圍的環境。

Panomorph技術是加拿大ImmerVision公司獲得專利的一項廣角鏡頭技術，該技術能在一個圖像視場的特定區域提高了角度分辨率，將感興趣的目標區域放在圖像的中心或邊緣（見圖3）。[4]還有特定的窗口可供駕駛人員觀察情況，另外的一些同步視覺圖像可用于路況分析，例如，通過一個智能巡航控制系統，能將防撞系統、盲區查看、行人與道路標志檢測以及車道跟蹤等諸多應用集成在一起。

圖3：來自一個Panomorph相機的多個同步非失真圖像，可以起到輔助駕駛的作用，例如幫助駕駛員避免碰撞和輔助停車等。

ImmerVision公司定制全景應用副總裁Alain Marchildon表示：“目前三星公司已經與ImmerVision簽訂了相關的生產與分銷授權協議，并且其第一個Automotive Tier 2將提供一個Panomorph汽車視覺模塊。360°的全景視覺系統，能夠實現新的增強型全景瀏覽和傳感應用，從而能大大減少與碰撞有關的傷亡事件，為駕乘人員提供更加安全的行車環境。”