همه‌چیز درباره سیستم دید در شب خودرو

 در حدود دو دهه قبل همیشه در میان عاشقان دنیای ماشین وقتی صحبت از آپشن می‌شد بحث بر سر قدرت موتور ، شتاب اولیه آن و حداکثر سرعت بود. اما امروزه ماشین ها از آپشن های قدرمند‌تری همچون سردکن و گرمکن صندلی ، کروز کنترل و سانروف و مونروف برخوردارند.

یکی از جذاب‌ترین آپشن‌ها که بیش از یک دهه است از سوی برندهای برتر خودروسازی رونمایی شده است سیستم دید در شب خودروست. در این مقاله با ما همراه باشید تا شما را با تاریخچه سیستم دید در شب خودرو ، شیوه کار آن و نحوه استفاده برندهای بزرگ خودروسازی از این سیستم آشنا کنیم.

تاریخچه
درست در سال ۱۸۰۰ میلادی بود که یک فرد آلمانی-انگلیسی به اسم «ویلیام هرشل» اولین دستاوردها در زمینه‌ی اشعه‌ی مادون‌قرمز را به دست آورد. هرشل در آزمایش خود اثبات کرد که نور در طول‌موج‌هایی که برای چشم انسان نامرئی هستند نیز وجود دارد. بعد از این ابداع، دانشمندان به این نتجیه رسیدند که در کل دو نوع آشکارساز مادون‌قرمز (نوری و حرارتی) وجود دارد. آشکارسازهای اولیه که مورداستفاده قرار گرفتند آشکارسازهای حرارتی بودند. از آغاز دهه‌ی ۱۹۴۰ آشکارسازهای نوری که دارای پاسخ زمانی و حساسیت مناسب‌تری نسبت به آشکارسازهای حرارتی بودند به‌طور گسترده‌ای توسعه یافتند. اولین آشکارساز عملی مادون‌قرمز، به طول‌موج‌های ضعیف‌تر حساس بود. در اواخر دهه‌ی ۱۹۴۰ و اوایل ۱۹۵۰ گستره‌ی وسیعی از مواد جدید برای آشکارسازی مادون‌قرمز موردتوجه قرار گرفتند.

توضیحی کوتاه درباره‌ی اشعه‌ی مادون‌قرمز
رنگ‌ها، تعریفی کمّی در طیف امواج مرئی هستند. وسیله‌ای برای تشخیص ماهیت اجسام، فاصله، ابعاد، حجم و خواص آنها. در واقع ما کلیه‌ی اشیا یا اجسام مادی را فارغ از جسم آنها (که توسط حس لامسه پی به وجودشان می‌بریم)، به کمک حس بینایی و از طریق رنگ‌شان می‌شناسیم. از دیدگاه علم اپتیک، رنگ‌های مختلف، دارای فرکانس‌های مختلف هستند و این همان علتی است که چشم ما در تمایز رنگ‌ها از یکدیگر، آن را درک می‌کند و مغز ما می‌تواند رنگ‌ها را تعریف کند. هریک از رنگ‌ها فرکانس خاص خود را دارند و چشم ما در تشخیص رنگ‌ها، در محدوده‌ی معینی قادر است آنها را تشخیص بدهد. این محدوده‌ی رنگ‌ها، بخشی از بازه‌ی فرکانسی است که چشم ما قادر است آن را بسنجد و خارج از این بازه، امواجی وجود دارد که ما آنها را پرتو می‌نامیم که چشم ما قادر به دیدن آنها نیست.
با این مقدمه، تشریح امواج یا اشعه‌های مادون‌قرمز یا فروسرخ راحت‌تر می‌شود. امواج فروسرخ نوعی از امواج الکترومغناطیسی هستند که بعد از برخورد با جسم موجب گرم شدن آن می‌شوند. این امواج دسته‌ای از پرتوهای نامرئی خورشیدی نامیده می‌شوند. به همین دلیل وقتی در مقابل نور خورشید قرار می‌گیریم احساس گرما می‌کنیم. این امواج دارای طول‌موج بیشتر از امواج مرئی و بسامد (فرکانس) کمتر از آنها هستند. به همین دلیل در نمودار طیف الکترومغناطیس بعد از امواج مرئی قرار دارند. این امواج در نمودار بعد از رنگ سرخ در امواج مرئی که کم‌ترین شکست را نسبت به دیگر رنگ‌ها دارد قرار می‌گیرند. به همین خاطر است که به آنها امواج فروسرخ می‌گویند.

نور مادون‌قرمز در سه کلاس طبقه‌بندی می‌شود:
نزدیک مادون‌قرمز (NIR)،
مادون‌قرمز متوسط (MRI)
دور از مادون‌قرمز (FIR) که به مادون‌قرمز حرارتی نیز معروف است.

تفاوت این سه نوع نور مادون‌قرمز در طول‌موج‌شان است؛ کوتاه‌ترین طول‌موج متعلق به دسته NIR است که از ۱/۵ میکرون کوچک‌تر است و به نوری که توسط چشمان انسان قابل‌رؤیت است، بسیار نزدیک است؛ اما FIR داستان کاملا متفاوتی دارد؛ این نور تا ۳۰ میکرون می‌تواند طول‌موج داشته باشد و به‌جای بازتاب از اجسام، منتشر می‌شود؛ به‌بیان‌دیگر، FIR یک ویژگی حرارتی دارد. دو روش اصلی در تصویرسازی نایت ویژن (دید در شب)، تصویرسازی حرارتی و تشخیص فوتون هستند؛ هر دو روش به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند و هرکدام نقاط قوت و ضعف خود را دارند. تصویرسازی حرارتی وضوح بالایی ندارد، اما در تشخیص علائم حرارتی دقیق عمل می‌کند.

خودرو دید شب
تاریخ صنعت خودرو نشان می‌دهد که اولین استفاده از سامانه‌های نایت ویژن (دید در شب) در این صنعت، توسط شرکت جنرال موتورز و روی زیرمجموعه محبوبش یعنی کادیلاک انجام شد. مدلی که آمریکایی‌ها برای نصب در نظر گرفته بودند، Deville نام داشت که سال ۲۰۰۰ به بازار عرضه شد و تأثیری عمیق بر دیگر شرکت‌ها گذاشت؛ اما با اینکه سیستم فوق در زمان خودش یک نوآوری جدید به حساب می‌آمد، ولی به دلیل قیمت گران این سیستم و هم‌چنین عدم ارائه‌ی تصویر واضح از اشیا و افراد، چندان مورد اقبال و استفاده قرار نگرفت.
سپس کمپانی تویوتا در این مسیر قدم برداشت و در برخی از مدل‌های لکسوس خود از سیستم دوربین نایت ویژن (دید در شب) استفاده کرد ولی در این زمینه به اقبال خاصی دست نیافت. تا اینکه دو شرکت خودروسازی بزرگ مرسدس بنز و ب‌ام‌و رویکردی بسیار جدی را در مورد دوربین نایت ویژن (دید در شب) برای محصولات خود پیش گرفتند و از سال ۲۰۰۶ شروع به عرضه‌ی دوربین دید در شب کردند. پس از آن، در مقوله‌ی فناوری دوربین دید در شب، هریک از شرکت‌های خودروسازی سیستم مختص به خود را گسترش دادند.

مرسدس بنز و ب‌ام‌و در توسعه‌ی تکنولوژی دید در شب مسیرهای متفاوتی را انتخاب کرده‌اند؛ مرسدس بنز از سیستم فعال یا همان NIR استفاده کرده است که با پخش کردن نور مادون‌قرمز، مشابه سیستم‌های نظامی، شب را برای شما روشن می‌کند. در مقابل سیستم غیرفعال ب‌ام‌و از تکنولوژی FIR استفاده کرده است. برخلاف سیستم دید در شبِ به کار رفته در سیستم‌های نظامی، سیستم ب‌ام‌و تصاویر را بر مبنای گرمای اجسام ایجاد می‌کند و تصویری شبیه نگاتیو فیلم عکاسی به‌وجود می‌آورد. با اینکه این سیستم در تمیز دادن حیوانات از انسان‌ها به‌خوبی عمل می‌کند، اما در تشخیص یک حیوان مرده در وسط جاده با یک سنگ بزرگ یا حتی تنه‌ی درخت سقوط کرده، عملکرد خوبی ندارد.
سیستم مادون‌قرمز ب‌ام‌و از سنسورهای نیمه‌رسانای اکسید فلز (CMOS) که در جلوی خودرو نصب‌شده‌اند و توانایی جذب حرارت اشیا و تبدیل آنها به تصاویری با وضوح ۳۲۰*۲۴۰ پیکسل را دارند، استفاده می‌کند. گفتنی است این تصاویر در نمایشگر نصب‌شده در داشبورد میانی نشان داده می‌شوند. به‌طور خلاصه، سیستم ب‌ام‌و حرارت بدن حیوانات و عابران را جذب می‌کند و به‌صورت یک تصویر روشن نمایش می‌دهد. هرچه حرارت جسم بیشتر باشد، وضوح تصویر بالاتر است. برد نمایش این سیستم ۲۹۹متر است.

سیستم دید در شب FIR، اجسامی را که دقیقا در مسیر مستقیم خودرو قرار دارند، به‌خوبی روشن می‌کند و نمایش می‌دهد، اما وضوح سیستم مرسدس‌بنز را ندارد. در مقابل، سیستم مرسدس‌بنز از تکنولوژی NIR استفاده می‌کند که تصویری واضح و یکدست را در تاریکی ایجاد می‌کند. این سیستم شبیه به چشمی‌های دید در شب مورداستفاده‌ی سربازان است. با استفاده از یک سری لامپ‌های پروژکتوری و دوربین‌ها، سیستم فعال دید در شب مرسدس‌بنز توانایی تشخیص کم‌رمق‌ترین نشانه‌های نوری و تبدیل آنها به تصویری واضح را دارد.
برتری این سیستم در این است که اشیای گرم را به همان وضوح یک حیوان مرده یا جسم بی‌جان تشخیص می‌دهد؛ تنها نقطه‌ضعف این سیستم، بردِ کمتر از ۱۸۳ متر آن است. همچنین، سیستم NIR مرسدس‌بنز، برخلاف سیستم FIR ب‌ام‌و که در شرایط آب‌وهوای متراکم به‌خوبی عمل می‌کند، در مه عملکرد خوبی ندارد. برخلاف ب‌ام‌و نمایشگر دید در شب مرسدس بنز درست پشت فرمان و در دیدمستقیم راننده قرار گرفته است و کیفیت تصویر آن بسیار واضح است. هر دو سیستم قابلیت غیرفعال شدن را دارند و حساسیتی به نور تابیده‌شده از خودروهای عبوری ندارند.

سیستم نایت ویژن اکتیو (Active)
در مدل نایت ویژن اکتیو، یک چراغ مخصوص مادون‌قرمز، پرتوی خاصی را به جاده و محیط اطراف می‌تاباند و بازتاب حاصل از این برخورد را توسط آشکارساز به‌روی نمایشگر برمی‌گرداند. مزیت اصلی این سیستم رزولوشن بالا و وضوح بسیار بالای تصویر ارسالی است. به‌طوری‌که در آن می‌توان اشیا و اجسام را با جزئیات مشاهده کرد؛ اما ایراد اصلی نایت ویژن اکتیو، عملکرد ضعیف آن‌ در هنگام باران و نیز مه است. این سیستم به‌دلیل برد ۲۰۰ تا ۵۰۰ متری‌اش مشتریان خاصی را به‌دنبال خود می‌کشد.

شرکت مرسدس‌بنز برای اولین‌بار این سیستم را روی مدل مفهومی F500 در سال ۲۰۰۳ اجرا کرد. مدلی که اسم Night View Assist را روی آن گذاشته بود.
سال ۲۰۰۵ با معرفی مدل شهری و تولیدی S کلاس سری W221 این مدل عملی و کاربردی شد.
چهار سال بعد در ۲۰۰۹ بود که آلمانی‌ها در مکانیزم اولیه تغییراتی به‌وجود آوردند و سری جدید Night Vision Assist Plus را روی E کلاس تیپ W212 پیاده‌سازی کردند.
در ۲۰۱۱ بود که همین سیستم را با اضافه شدن قابلیت SF (نمایش جزئیات) روی CL کلاس سری C216 اجرا کردند که با استقبال خوبی نیز روبه‌رو شد.
آخرین فناوری مرسدس‌بنز در این حوزه معرفی مدلی بود که به‌راحتی می‌توانست علائم جاده‌ای و حیوانات را نیز تشخیص بدهد. این سیستم روی مدل S کلاس سری W222 در سال ۲۰۱۳ نصب شد.
یکی دیگر از معدود شرکت‌هایی که از سیستم نایت ویژن اکتیو استفاده می‌کند، تویوتای ژاپن است. سال ۲۰۰۲ ژاپنی‌ها به‌صورت هم‌زمان از این سیستم روی مدل‌های ویژه لندکروز و زیرمجموعه‌ی لوکس شرکت یعنی لکسوس LX470 استفاده کردند. تویوتا از همان ابتدا برای ارائه‌ی تصویری باکیفیت و البته رنگی، گوی سبقت را از رقیب آلمانی‌اش ربود. آنها برای این منظور سراغ روش پیچیده و سخت سنسورهای CCD رفتند.

هر CCD از میلیون‌ها سلول بنام فتوسایت یا فتودیود تشکیل شده است. این نقاط در واقع سنسورهای حساس به نوری هستند که اطلاعات نوری را به یک شارژ الکتریکی تبدیل می‌کنند. تکنولوژی مورداستفاده در ساخت CMOS همان تکنولوژی‌ای است که در سراسر جهان برای ساخت میلیون‌ها ریزپردازنده و حافظه مورداستفاده قرار می‌گیرد. سال ۲۰۰۹ شرکت تصمیم گرفت از این سیستم روی مدل سواری لکسوس LS‌ نیز بهره بگیرد. با اقبالی که نایت ویژن تویوتا و زیرمجموعه‌اش به دست آوردند، سدان لکسوس GS نیز به فهرستِ دارندگان این آپشن اضافه شد.

سیستم نایت ویژن پسیو (Passive)
در مدل‌های نایت ویژن پسیو، پروسه‌ی بازتاب از طریق یک منبع اینفرارد صورت نمی‌گیرد. بلکه با استفاده از روش نظامی دوربین‌های حرارتی اقدام به مشاهده‌ی جانداران و اجسام می‌کنند. این سیستم شاید وضوح پایینی داشته باشد و در شرایط آب‌وهوایی گرم، عملکرد ضعیفی را به نمایش بگذارد، ولی به دلیل بُرد بالای ۱۰۰۰ متری که فراهم می‌کند، برای بسیاری گزینه‌ی اول و آخر است.

ب‌ام‌و نخستین شرکتی بود که سراغ سیستم نایت ویژن پسیو برای خودروهایش رفت. این شرکت در سال ۲۰۰۵ با معرفی مدل لوکس ۷-Series تیپ E65 بازار رقیب همیشگی‌اش مرسدس‌بنز را با چالش روبه‌رو کرد.
سپس در ۲۰۰۸ ویرایش جدیدتری از همان سری هفت را این‌بار با تیپ F01 معرفی کرد که قابلیت تشخیص عابران پیاده و سایر جانداران را نیز پیدا کرده بود.
در ۲۰۱۳ ب‌ام‌و سامانه DLS (نور موضعی دینامیک) را به پکیج دید در شب خود اضافه کرد که جزئیات بیشتری از عابران پیاده و شرایط فیزیکی جاده به نمایش می‌گذاشت.
آئودی نیز در سال ۲۰۱۰ از سیستم نایت ویژن پسیو استفاده کرد. طبیعتا لوکس‌ترین مدل شرکت یعنی A8 برای این کار انتخاب شده بود. این سدان لوکس در تاریکی محض می‌توانست تا شعاع ۳۰۰ متری را به‌راحتی مشاهده کند. شرکت در سال ۲۰۱۳ نسخه‌ی به‌روزتری از این سیستم را معرفی کرد که هم قابلیت مشاهده‌ی حیوانات را داشت و هم قابلیت تشخیص انسان‌ها.

مشکلات اصلی دوربین‌های نایت ویژن (دید در شب)
بزرگ‌ترین نقطه‌ضعف نایت ویژن (دید در شب)، اشباع شدن تصویر به‌واسطه نزدیک شدن اجسام یا افراد به دوربین است. به دلیل پرتاب نوربالا در دوربین‌های دید در شب و سیاه‌وسفید بودن تصویر در صورت نزدیک شدن افراد به دوربین ممکن است صورت آنها به‌طور کامل روشن به نظر برسد که امکان تشخیص صورت را کاهش خواهد داد. همچنین، سطوح فلزی و شیشه‌ای نور مادون‌قرمز را به نحوی متفاوت از نور مرئی منعکس می‌کنند. این موضوع باعث خواهد شد امکان دیدن اجسام پشت شیشه کاهش یابد یا پلاک خودروها بر اثر انعکاس امواج مادون‌قرمز به‌صورت کاملا روشن به‌نظر برسد.
دست‌آخر، انتشار امواج مادون‌قرمز با برد کمتری نسبت به نور مرئی صورت می‌گیرد و البته LEDهای مادون‌قرمز حتی در صورت زیاد بودن از نظر تعداد هم نور محدودی را ایجاد می‌کنند. برد واقعا مفید دوربین‌های دید در شب معمولا بیش از ۲۰۰ متر نیست و درصورتی‌که محیط کاملا تاریک و باز باشد این برد کمتر نیز خواهد شد.