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对色灯箱行业动态

夜视仪-牛粪中找到的“救命稻草”

发布日期:2014-07-08 点击:3278

     世界卫生组织较新发布全球首份《道路安全全球现状报告》,调查显示全球每年有127万人死于道路交通事故,其中46%都是行人、自行车或者摩托车驾驶者。死于交通事故者,中国更多。
     据我国公路安全管理局统计:事故死亡人数1999年达8万4000人,2000年近9万2000人,2001年为10万4000人,2002年为10万9000人,2003年为10万5000人,占全世界的15%强2005年全国道路交通安全情况。2005年,全国共发生道路交通事故450254起,造成98738人死亡、469911人受伤,直接财产损失18.8亿元。2006年的还没公布,前6个月就已经发生道路交通事故19万270起,造成4万1933人死亡、22万1838人受伤,直接财产损失人民币(下同)7亿1000万元(约1亿4000万新元);一次死亡5人以上的特大道路交通事故180起,造成1266人死亡. 虽然夜间行车在整个公路交通中只占1/4,发生的死亡事故却占了1/2,而夜间视线不良所造成的事故占了70%。因此,汽车的夜视系统对于安全行车显得尤为重要。

  夜间开车真不是一件轻松惬意的事情。由于晚上光线差,驾驶者需要加倍小心驾驶以免发生交通事故,因此常常身心疲惫。现在,一项与蜣虫有关的研究成果有望改变这个糟糕的状况,赐予在黑夜中开车的驾驶者一双明亮的 “眼睛”,将漆黑一片的周围环境看得清清楚楚。

  灵感来自蜣虫

  在澳大利亚新南威尔士州的阿拉伦峡谷,瑞典隆德大学生物学教授埃里克·沃伦正在进行一项奇怪而颇具意义的研究。看到一群牛缓缓地从饮水槽边走开时,他欣喜地跑去翻看牛群留下的牛粪。你或许无法将一种全彩的夜视仪与牛粪相联系,而沃伦在牛粪中翻找的东西正是他发明的全彩夜视仪的原型——屎壳郎(蜣虫)。

  沃伦从1985年开始研究屎壳郎。当时,他还是澳大利亚国立大学的一名博士生。他对那些在漆黑的环境下仍然能够看见东西的动物的眼睛非常着迷,无论是在丛林中会灵巧地绕过树林的鸟类,还是在几乎没有一丝光亮的深海中找到配偶的鱼类。而屎壳郎之所以深得沃伦的喜欢,是因为金龟属的物种很容易辨认。同时,这些小昆虫能在不同亮度环境下飞行。它们既能在明亮的白天飞行,又能在昏暗的晨曦或夜晚飞行。

  后来,沃伦来到瑞典隆德大学,与同事阿尔马特·凯尔波合作开始对夜间活动的昆虫进行研究。他们发现,夜间活动的屎壳郎具有一种非同寻常的能力,能够在夜晚看见许多细节,辨别许多不同颜色的东西,找到食物和配偶,躲避捕食它们的动物,避免撞上障碍物。受此启发,沃伦和凯尔波尝试发明一种新型的夜视系统——全彩夜视仪。

  强强联手寻突破

  与此同时,位于比利时布鲁塞尔的丰田汽车公司欧洲研发中心的研究人员琼斯·马德森和柳原弘道正在研发汽车的夜视系统。虽然近年来汽车照明技术取得了很大的进步,但夜间行车的风险仍比白天高得多。

  目前,虽然部分技术已经在顶级汽车中得到应用,但是现有的设计仍然存在明显的缺陷。怎样才能提高夜视仪在微光环境下的性能?

  在一次偶然的机会中,马德森和柳原弘道获知沃伦正在对夜间活动的昆虫进行研究。马德森和柳原弘道正在设计的夜视系统需要智能图像处理技术的帮助,而这一技术正好使沃伦所推崇的夜间活动的昆虫有了用武之地。

  沃伦的研究对象屎壳郎拥有一双复眼,而复眼是由很多小眼组成。这些小眼能够在感光细胞阵列上共同组成一幅单一的图像。从理论上讲,昆虫的小眼的夜视能力比人类的大眼睛差远了。但是,昆虫视觉系统有独特的处理光信号方式,它们能够更好地利用微光。随着光线变得暗淡,昆虫眼中的神经网络既能从相邻感光器获取信号,也能将所收集的这些信号保存更长的时间。根据光线强弱、物体运动快慢,昆虫会自主调节选择哪种模式进行成像。

  清晰还原夜世界

  早在1999年,沃伦就建立了一个用来描述任何亮度范围内物体运动速度的数学模型。然而,他在研究过程中发现,屎壳郎眼睛的复杂程度远远超过他的这个数学模型。后来,利用屎壳郎的眼睛工作机制,沃伦和隆德大学的数学家、丰田汽车公司欧洲研发中心的工程师共同开发了一种新的数字图像处理算法。

  这种算法的工作原理与昆虫夜间视物的原理相似。第一步,对一张数码相机在夜间拍摄的照片进行处理,提高图像的亮度和对比度。对于一张在几乎完全漆黑的环境下拍摄的照片而言,这种方法能够显示一些细节。然而,这种方法也会在图像上出现一些斑点。因此,第二步要去除这些斑点,而这部分的设计灵感主要来自屎壳郎的眼睛。算法的最后一步是通过修复可能在清除斑点的过程中丢失或被模糊的边缘部分,来提高图像的清晰度。通过以上3个步骤,即便物体或照相机正处于运动状态,这一算法也能处理出清晰的图像。

  目前,沃伦正在与日本丰田汽车公司合作开展研究,希望有朝一日能给汽车驾驶者带来前所未有的夜间驾驶体验。无论这个夜视系统未来如何应用在汽车上,都将提升驾驶者夜间驾车的可视能力,这对于未来汽车的设计是至关重要的。

  或许,谁都不会往这方面想——自己的“救命恩人”竟然是一堆牛粪中不起眼的屎壳郎?

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