自动远光灯助手如何通过摄像头做出决策?

位于前挡风玻璃顶部的一个小型摄像头,一看到对向车辆的灯光,就会替你自动关闭远光灯.
位于前挡风玻璃顶部的一个小型摄像头,一看到对向车辆的灯光,就会替你自动关闭远光灯.

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自动远光灯助手由安装在前挡风玻璃上部的摄像头和处理来自光传感器数据的控制单元协同工作:一旦发现对向来车的前灯或前方车辆的尾灯,就关闭远光灯,当道路空旷且足够黑暗时再重新打开.也就是说,你的车就像一只替你不断在夜间道路上开关灯光的小眼睛.那么这只眼睛到底在看什么,又是如何做出决定的?让我们一起来看看它的内部.

要点速览

  • 系统由三个部分组成:前摄像头、环境光传感器和负责决策的控制单元.
  • AHB只负责开启/关闭灯光;真正塑造光型的 矩阵式大灯 和AFS系统是另一项独立技术.
  • 速度阈值因车型而异:有些车型在 34 km/h 以上才启用,低于该速度则关闭.
  • 雾天、反光路牌以及灯光不可见的行人是系统最大的弱点.
  • 更换前挡风玻璃或保险杠维修后,摄像头必须重新校准.

自动远光灯助手如何工作:三个核心部件

你可以把这个系统想象成一个团队:一只眼睛、一种感觉和一个大脑.眼睛是安装在内后视镜正后方、紧贴前挡风玻璃的前摄像头.这台摄像头扫描对向来车的前灯以及前方车辆的尾灯.感觉则是测量环境光的传感器;是它们区分明亮的城市街道与漆黑的乡间小路.大脑就是控制单元:它接收摄像头和传感器的数据,并实时做出决策.

为什么需要这样一个系统?因为远光灯能显著扩大黑暗中的视野范围,让你更早发现行人.但没有人愿意晃到对向驶来的驾驶员.这个助手的目的就是解决这一两难:尽可能使用远光灯,必要时立即切换为近光灯.许多驾驶员要么忘记打开远光灯,要么因为无法确定对向车辆情况而不敢冒险;系统存在的意义正是填补这一使用空白.

摄像头看到了什么,算法如何做出决策?

Sistem farını kısmedecek kararı, öndeki aracın stop lambasının renginden ve simetrisinden okuyan derin sinir ağlarına emanet ediyor.

夜间视野远不如白天丰富.摄像头在夜间最可靠的线索就是灯光:对向车辆的两个前灯、前方车辆的红色尾灯、路边的路灯.因此,针对夜间车辆检测的工程研究大部分都以灯光为核心;利用尾灯的颜色、大小、对称性及其在画面中的位置来对车辆进行分类.甚至刹车灯的检测也被视为比单纯车辆检测更难的问题,因为判断车辆是否正在刹车是另一项独立的图像处理工作.

现代系统中还有深度神经网络的参与.基于人工智能的检测功能会处理摄像头传来的图像帧,判断其他车辆的位置;目的既是不让对向车辆眩目,又保证黑暗中道路的可见性.甚至其中一个早期专利就清楚地说明了这一逻辑:系统获取代表外部场景视频帧的大量图像,并进行处理以做出决策.也就是说,自2010年代以来原理不变,只是背后的智能越来越聪明.

但硬币的另一面也很有意思:摄像头非常依赖灯光.远处的一对路灯会不会被误认成对向来车?路边的护栏反光片或远处的反光标志牌,在摄像头眼中如何区分?这正是工程师们至今仍在研究的未解问题之一:移动的光源(来自车辆)是否可以通过相对运动差异与静止的光源(固定于道路)区分开.有些系统确实做到了这种区分,但很难确凿认定,因为厂商很少公开算法细节.

AHB与自适应前大灯是一回事吗?令人混淆的区别

这里我们来说说大多数人都掉过的陷阱,因为有时连经销商都会搞混. 自动远光灯 (AHB, High Beam Assist)只做两件事:打开和关闭远光灯.没有中间状态;灯要么亮,要么灭.自适应系统则属于另一个级别. 自适应远光灯 也被称为 ADB (Adaptive Driving Beam)系统,在检测到其他车辆时,不是完全关闭远光灯,而是对光束进行塑形:将照射到对向车辆的部分调暗,道路的其余部分仍保持远光灯的亮度.AFS则更关注方向:根据方向盘转角、横摆运动和车速,将灯光向弯道方向旋转.

把区别整理成表格就清楚了:

系统作用灯光控制
AHB / High Beam Assist打开和关闭远光灯二元:开或关
ADB / 矩阵式提供远光,检测车辆光束被塑形,对向车辆被调暗
AFS在转弯时将灯光导向弯道导向功能;开关并非主要作用

这一区别甚至有官方依据:美国NHTSA在2022年的法规中批准ADB系统上路,并将其定义为优于传统自动远光灯的系统;因为ADB虽然比不上近光灯,却能比auto hi-beam提供更多照明.也就是说,眩目问题在传统AHB中通过关闭来解决,在ADB中则通过塑形来解决.

决策阈值:系统在多少公里时速时开启,为什么会有延迟?

系统并非对所有事情都即时决策;速度阈值和条件因车型而异.来看几个具体的例子:

  • Toyota Tacoma:大约在 34 km/h 以上时启用, 27 km/h 以下时关闭.
  • Mercedes-Benz:车速 30 km/h 以上车速时且未检测到其他道路使用者时自动开启远光;车速降低、检测到道路使用者或路灯照明充足时切换回近光.
  • Honda: 夜间在 40 km/h 以上时根据路况自动切换.
  • Ford Bronco: 40 km/h 以上时工作,对远光的开启和关闭做出即时判断.

至于为什么各车型的速度阈值不同,是因为制造商使用了不同的速度定义以及激活/停用的区分标准;有些把启动速度写进说明书,有些则把停止速度写进去.所以这些数字并不矛盾,只是测量的点不同.关于切换逻辑还有一个有趣的细节:像奔驰这样的系统,在对向车辆通过后,如果道路既足够黑暗又空旷,会重新切换回远光;当车速降低时则保持在自动近光状态.在车速较低的城市内本来就无需使用远光.

使用方式简单但有规则约束.Chevy IntelliBeam要求发动机处于运转状态、大灯已开启且旋钮处于AUTO位置.宝马则需要将大灯旋钮置于自动位置并推动转向灯拨杆.而且你随时都可以将其停用:推或拉远光拨杆,会暂时让自动控制切换为近光 - 也就是说最终决定权永远在你手中.

让系统措手不及的边界情况

这就是工程学最有趣的部分:一切正常时没人谈论系统的弱点,但翻阅说明书时你会发现一些被官方承认的局限.制造商对这些情况有明确说明:

  • 无光源的道路使用者:摄像头无法看到身上没有光源的行人;照明不足的骑行者同样面临风险.
  • 损坏或被遮挡的车灯:如果对向车辆的车灯破损,或被其他物体遮挡,系统可能无法检测到它.
  • 雾和雨:灯光可能通过雾气或雨滴反射到驾驶员眼中;大雨、冰雪和脏污的挡风玻璃会严重限制摄像头的视野.
  • 反光表面:道路护栏上的反光器和明亮标牌的反射可能干扰摄像头.
  • 缓慢唤醒:某些系统在车辆启动后的最初 15秒 内完全不工作;而且说明书还指出系统不一定每次都能关闭远光.

最有趣的坦白源自摄像头的逻辑:系统可能无法识别极少自带光源的道路使用者,或者很晚才发现他们.也就是说,为了看到低照度的道路使用者,摄像头却在等待恰恰是它们最需要的东西 - 光线.这不是软件缺陷,而是基于摄像头的检测方式的本质.想想为什么夜视这类系统转向热成像摄像头,逻辑就说得通了:热成像并不需要光线.

校准、手动接管与系统的真正价值

摄像头以特定角度固定在挡风玻璃后面,也就是说它的物理位置是系统计算的组成部分.更换挡风玻璃、前保险杠碰撞或悬挂维修都可能破坏这个角度,届时就必须重新校准.这也是各种手册中最常重复的警告之一:校准偏移的摄像头看到的世界会略有偏差,它的决策也会随之出错.

那么这些系统真的值得吗?安全机构给出的回答很有意思:远光灯的使用存在严重的低使用率问题,因为驾驶员对来车情况没有把握,干脆从不打开远光灯.自动助手恰恰消除了这一心理障碍;即使你忘了,系统也会打开.而且监管方也深知响应速度有多关键:ADB规则要求车灯在探测到一辆车后必须在极短时间内做出反应.从感知到反应之间的那几百毫秒,也就是系统的延迟,甚至白纸黑字地写进了规范之中.

尽管如此,一些驾驶员还是选择关闭系统;错误警报和不必要的切换虽然罕见,却可能动摇用户的信任.我认为最合理的看法是:把助手当作副驾驶,而不是飞机的自动驾驶.在雾夜或满是反光标志的高速公路上亲自掌控,其余时间让它替你观察.最终决定权仍在你手里——而且就在你的方向盘边上.

下次夜间行车时,当你看到仪表盘上那个蓝色远光灯图标自动熄灭又亮起,你就知道是怎么回事了:一个摄像头、几个光线传感器,以及背后持续运行的决策算法,正在替你的眼睛工作.你也觉得很酷吧?我觉得绝对酷.

参考资料