本實用新型屬于輔助駕駛設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵路機車紅外主動安全探視儀。

背景技術(shù)：

黑夜和惡劣的天氣環(huán)境長久以來一直困擾著駕駛員和車輛領(lǐng)域的科研人員。數(shù)據(jù)表明，鐵路機車夜間行車時間接近50％。由于惡劣天氣造成的能見度降低同樣導(dǎo)致事故頻發(fā)。受氣候變化以及大氣污染的影響，近兩年來大霧對我國的交通影響呈上升趨勢。大霧天氣容易引發(fā)交通事故，在大霧天氣發(fā)生交通事故的幾率是其他災(zāi)害性天氣的2.5倍，引起的事故傷亡人數(shù)也在交通事故中所占比率較高。

為解決車輛在夜間的輔助駕駛問題，提高黑夜和低能見度下的觀察能力，需要借助夜視技術(shù)，主要包括微光、近紅外主動照明、激光主動照明以及紅外熱成像等技術(shù)。

在現(xiàn)有的車輛輔助駕駛儀技術(shù)方案中，微光技術(shù)的主要缺陷有：作用距離短，通常有效距離范圍為數(shù)十米；需要存在實際的光線(即使是微弱的星光)，因此環(huán)境適應(yīng)性不強；微光增強只是對可見光和近紅外光加以放大，不能透過煙、霧等；圖像增益難以自適應(yīng)控制，易出現(xiàn)亮度過強或過暗的情況；在夜晚遇到對面來車的情況下，設(shè)備在對面來車的燈光照射下會出現(xiàn)無法看清來車的問題，增加駕駛員的危險性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可穿透煙、霧并且作用距離遠(yuǎn)的鐵路機車紅外主動安全探視儀。

為實現(xiàn)以上目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種鐵路機車紅外主動安全探視儀，包括紅外攝像頭、顯示器和電源轉(zhuǎn)換模塊，所述紅外攝像頭安裝在機車外部，所述顯示器和電源轉(zhuǎn)換模塊均安裝在機車內(nèi)部；所述紅外攝像頭包括光學(xué)鏡頭組件、機芯組件和機殼；所述紅外攝像頭與所述顯示器之間通過視頻線纜電連接，所述電源轉(zhuǎn)換模塊將機車上的電源進(jìn)行降壓處理后給所述紅外攝像頭和顯示器供電。

所述光學(xué)鏡頭組件和機芯組件均安裝在所述機殼中；所述光學(xué)鏡頭組件采集外部的紅外輻射，并將紅外輻射聚焦到所述機芯組件上；所述機芯組件將接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)換成視頻信號輸出至所述顯示器。

所述機殼的一端為鏡頭裝飾蓋，所述光學(xué)鏡頭組件安裝在所述鏡頭裝飾蓋的內(nèi)側(cè)；所述機芯組件安裝在所述機殼的中部，所述光學(xué)鏡頭組件與所述機芯組件固定連接；所述機殼的另一端安裝航插接口，以及航插接口與所述機芯組件的焊接接線；所述機殼的另一端還具有密封作用。

所述機芯組件包括采用疊層結(jié)構(gòu)的電路板，所述電路板上設(shè)置有紅外探測器、探測器驅(qū)動電路、信號處理電路、報警處理電路和電源接口電路；所述電源轉(zhuǎn)換模塊、電源接口電路、信號處理電路、探測器驅(qū)動電路和紅外探測器依次電連接，所述信號處理電路、報警處理電路和顯示器依次電連接。

所述電源接口電路給所述信號處理電路和報警處理電路供電；所述探測器驅(qū)動電路給所述紅外探測器供電并提供偏置電壓，控制所述紅外探測器的加電時序；所述光學(xué)鏡頭組件將紅外輻射聚焦到所述紅外探測器上，所述紅外探測器將接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號；所述信號處理電路接收所述紅外探測器輸出的電信號，并將電信號處理成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號輸出至所述報警處理電路。

所述信號處理電路中包括一塊FPGA芯片。

所述紅外探測器選用非制冷探測器。

所述光學(xué)鏡頭組件采用焦距為75mm，光圈F值為0.8的光學(xué)鏡頭。

所述顯示器采用一塊8寸的TFT-LCD顯示屏。

本實用新型采用以上技術(shù)方案，將紅外熱成像技術(shù)運用于鐵路機車的主動安全探測和輔助駕駛，并通過合理的光學(xué)設(shè)計保證設(shè)備在夜間具有1km以上的觀測距離，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前汽車輔助夜視儀的作用距離；并且該設(shè)備還具有良好的透霧、透煙功能，彌補了利用可見光或微光的攝像頭的缺陷。本實用新型能夠識別觀測范圍內(nèi)的行人、入侵物體，并在圖像中標(biāo)記出存在安全威脅的障礙物，提醒機車的駕駛員采取相應(yīng)的措施，實現(xiàn)智能化安全駕駛。本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，安裝維修方便，支持目前多種主流機車車型，互換性好；只需對機車結(jié)構(gòu)進(jìn)行小范圍的適應(yīng)性改裝即可使用，安裝時間和經(jīng)濟成本大大降低。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的鐵路機車紅外主動安全探視儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本實用新型提供的鐵路機車紅外主動安全探視儀中的信號處理電路硬件架構(gòu)圖；

圖3是本實用新型提供的鐵路機車紅外主動安全探視儀中的光學(xué)鏡頭組件原理圖；

圖4是本實用新型提供的鐵路機車紅外主動安全探視儀中的紅外攝像頭整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型提供的鐵路機車紅外主動安全探視儀中的紅外攝像頭分解示意圖。

圖中：1、紅外攝像頭；11、光學(xué)鏡頭組件；12、機芯組件；121、紅外探測器；122、探測器驅(qū)動電路；123、信號處理電路；124、報警處理電路；125、電源接口電路；13、機殼；131、前端；132、中部；133、后端；2、電源轉(zhuǎn)換模塊；3、顯示器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本實用新型提供了一種鐵路機車紅外主動安全探視儀，包括紅外攝像頭1、電源轉(zhuǎn)換模塊2和顯示器3，紅外攝像頭1安裝在機車外部，顯示器3和電源轉(zhuǎn)換模塊2均安裝在機車內(nèi)部。電源轉(zhuǎn)換模塊2的作用是將機車上的直流110V供電轉(zhuǎn)換成直流12V輸出，給紅外攝像頭1和顯示器3供電。

紅外攝像頭1包括光學(xué)鏡頭組件11和機芯組件12，機芯組件12是鐵路機車紅外主動安全探視儀的核心組件，它包括一塊電路板，電路板上設(shè)置有紅外探測器121、探測器驅(qū)動電路122、信號處理電路123、報警處理電路124和電源接口電路125。電源轉(zhuǎn)換模塊2、電源接口電路125、信號處理電路123、探測器驅(qū)動電路122和紅外探測器121依次電連接，信號處理電路123、報警處理電路124和顯示器3依次電連接。機芯組件12中的電路板采用疊層結(jié)構(gòu)，首先使用貫穿螺釘依次將紅外探測器121、探測器驅(qū)動電路122、信號處理電路123、報警處理電路124、電源接口電路125固定到電路板上，并在螺釘與電路板之間用尼龍柱進(jìn)行隔離；然后用轉(zhuǎn)接件將光學(xué)鏡頭組件11與機芯組件12固定連接。

探測器驅(qū)動電路122的主要功能是給紅外探測器121供電并提供偏置電壓，同時控制紅外探測器121的加電時序；探測器驅(qū)動電路122作為熱成像系統(tǒng)電路部分的最前級，直接與紅外探測器121對接，其性能的優(yōu)劣直接影響并決定了系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)。

目標(biāo)和背景的紅外輻射通過光學(xué)鏡頭組件11聚焦于紅外探測器121上；紅外探測器121將接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)換成模擬電信號，并對模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理；信號處理電路123接收所述紅外探測器121輸出的電信號，并將電信號處理成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻信號輸出至所述報警處理電路124。報警處理電路124內(nèi)置有嵌入式芯片，能夠?qū)π盘柼幚黼娐?23輸出的數(shù)字視頻信號作進(jìn)一步處理，實現(xiàn)對侵入行車限界的物體及行人等進(jìn)行自動檢測，對有碰撞危險的目標(biāo)在圖像中用紅色矩形框標(biāo)記出來；同時基于圖像進(jìn)行距離判斷，并將計算所得距離值疊加到圖像上。報警處理電路124將帶有標(biāo)記的視頻信號傳輸至顯示器3進(jìn)行顯示，以提醒駕駛?cè)藛T。

紅外探測器121選用非制冷探測器，體積小，靈敏度高，性能可靠。紅外攝像頭1和顯示器3之間通過視頻線纜電連接，視頻信號通過視頻線纜傳輸至顯示器3。顯示器3采用一塊8寸的TFT-LCD顯示屏，其工作電壓為直流12V。

如圖2所示，信號處理電路123為圖像處理的核心，其主要功能是接收紅外探測器121輸出的模擬信號，將接收到的信號進(jìn)行圖像處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號輸出。信號處理電路123的設(shè)計方案采用FPGA+MobileDDR的硬件設(shè)計架構(gòu)，整個硬件設(shè)計架構(gòu)簡潔高效且可靠性高。

光學(xué)鏡頭組件11的原理圖如圖3所示，光學(xué)鏡頭組的主要作用是收集目標(biāo)與背景的紅外輻射，并聚焦到紅外探測器121上。為了保證夜間可視距離不低于1200米，光學(xué)鏡頭組件11采用焦距為75mm，光圈F值為0.8的光學(xué)鏡頭。同時鏡頭采用無熱化設(shè)計，在-40攝氏度到70攝氏度工作過程中不用進(jìn)行任何調(diào)焦操作都能保證圖像清晰，很好地適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計要求。

如圖4和圖5所示，紅外攝像頭1包括還包括機殼13，光學(xué)鏡頭組件11和機芯組件12均安裝在機殼13中。機殼13分為前端131、中部132、后端133三部分。機殼13前端131為鏡頭裝飾蓋，機芯組件12安裝中部132內(nèi)。在機殼13中部132與前端131的法蘭連接處安裝密封墊，并用螺釘將光學(xué)鏡頭組件11和機芯組件12固定安裝在機殼13的中部132。機殼13的后端133主要用于安裝航插接口，以及航插接口與電路板的焊接接線，機殼13的后端133還能起到密封作用。

本實用新型通過采用非制冷紅外探測技術(shù)實時采集前方路況的紅外圖像數(shù)據(jù)，可有效彌補夜間或霧天等惡劣條件下行駛時可見光攝像頭的不足。將紅外技術(shù)應(yīng)用在鐵路機車安全駕駛領(lǐng)域具有重要的實際應(yīng)用意義和廣闊的視場前景，能有效解決目前機車司機在夜間和惡劣條件下看不遠(yuǎn)、看不清、看不見的問題，具有在夜間或惡劣情況下行駛時的主動安全探視、輔助駕駛、異物侵入行車限界內(nèi)報警等功能，最遠(yuǎn)觀測范圍可達(dá)1000米以上，較好地發(fā)揮了主動安全探視、輔助駕駛作用。此外，機車主動安全探視儀還具有入侵檢測報警和錄像功能，是一款多功能、智能化的輔助駕駛設(shè)備；并且支持與鐵路信息系統(tǒng)對接，具備良好的系統(tǒng)擴展性。

本實用新型不局限于上述最佳實施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型的啟示下得出的其他各種形式的產(chǎn)品，不論在形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是與本申請相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。