汽车前照灯是在夜间行驶的主要照明装置，远近光形的好坏和照射方向对汽车夜间安全行驶起着重要的作用。下面是我整理的汽车前照灯技术论文，希望你能从中得到感悟!
汽车前照灯检测技术探讨
摘要：汽车前照灯是在夜间行驶的主要照明装置，远近光形的好坏和照射方向对汽车夜间安全行驶起着重要的作用。因此，为保障机动车运行安全，应对前照灯的有关性能进行严格检验。本文就汽车前照灯远近光检测技术进行了分析。
关键词：汽车;前照灯;检测
中图分类号：U46 文献标识码：A
前照灯是汽车在夜间或在能见度较低的条件下，为驾驶员提供行车道路照明的重要设备，也是驾驶员发出警示、进行联络的灯光信号装置。所以，前照灯必须有足够的发光强度和正确的照射方向。目前各大汽车检测站普遍采用先进的CCD成像技术和DSP图像处理相结合的方法进行汽车前照灯远近光的检测，从而达到汽车前照灯的自动跟踪光轴、发光强度、远光中心坐标、近光拐点坐标以及光轴偏角等特征参数的检测。
1 汽车前照灯远近光发光特点及作用
1.1 前照灯远光灯的发光特点
为了防止前照灯对司机和路人造成眩目，前照灯的灯具需要经过特别的设计，使灯具的发光性能达到一定的标准。所谓发光特性是指灯具发射可见光的光度(照射角度和发光强度)分布，其照射角度随方向而改变，常用发光强度分布曲线来表示。正常情况下，汽车前照灯远光发光特性，其光度分布如椭圆形状在上下方向和左右方向基本对称，越靠近中心点，照射度越大。
1.2 前照灯近光灯的发光特点
典型的前照灯近光的发光特性为非规则几何形状，具有明显的明暗截止线，在明暗截止线的左上方有一个比较暗的暗区，在明暗截止线的右下方有一个比较亮的亮区。其发光强度最强的区域在明暗截止线的右下方，光强最大的区域中心点，照度最大，并以这个中心点为中心，形成一定的等照度曲线。前照灯近光图可表示为图1，近光产生明显的明暗截止线，其水平部分在V-V′的左侧，右侧为与水平线向上15°的斜线或向上成45°的斜线。明暗线转折点处称为拐点。根据前照灯远近光的光形分布的特点，传统的前照灯远光检测技术以仪器检测为主，大多利用远光光斑图形的对称性，利用上下左右对称分布的光电池对光轴中心进行检测。而由于近光光斑图形的非对称性，无法使用测量远光的方法对近光进行单独检测，通常利用图像分析的办法来获取明暗截止线拐点的位置来测取远近光各个特征参数，为汽车驾驶员提供准确的数据。
汽车夜间行驶时，前照灯远光能照亮前100m处一定范围内高2m的物体，这样才能保证司机发现前方有障碍物时，及时采取制动或绕行措施，让停车距离在视距之内，确保行车安全。
2 汽车前照灯检测技术发展
汽车前照灯检测技术，从早期的屏幕观察检测，到后来的仪器检测，发展到现在用的CCD和数字图像处理(DSP)相结合的检测技术，都具备智能化、自动化检测技术水平。
2.1 屏幕法检测
简单的屏幕检测，就是在被测灯前方10m处垂挂一屏幕，在屏幕上按照标准要求画好光束照射位置点和线，把受检车辆的前照灯光打开，照射在屏幕上，用肉眼观察该光束的位置是否符合标准要求，可测近光和远光。这种方法的特点是设备简单，不需要软件处理系统，对场地和环境要求高、但效率较低，而且依赖人的主观判断的程度比较大，检测结果一致性较差，误差大。因此在大流量的检测线上，很少使用这种检测方法。
2.2 采用CCD感光检测技术
利用CCD摄像头的感光技术，将采集到的光信号转化为电信号的原理，并最终通过图像采集卡将模拟的电信号转化为数字信号，输出到计算机，由计算机数据处理系统进行处理，就可测出前照灯远光发光强度和近光偏移量。采用CCD对光检测技术，其检测精度完全可以满足国标±15′的要求。
2.3 数字图像处理DSP检测技术
这项新型的检测技术主要是把CCD摄像头采集到的模拟视频信号转化成数字视频信号，然后利用DSP(数字信号处理器)的数字视频采集卡及处理系统对数字视频信号根据需要进行数字运算和处理，以得到需要测量的参数。
从以上灯光检测技术的发展历程可以看出，随着电子技术和计算机技术的不断发展和普及，数字图像处理技术也得到了迅速的发展。到目前，各大汽车检测站用的较多的是利用CCD感光系统精确成像，采用DSP系统进行图像分析处理及电子控制技术，精确进行汽车前照灯远近光灯技术参数进行测试。DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理具有速度快，集成度高，接口方便等特点。
3 CCD感光系统的测量原理
3.1 成像原理
利用几何光学中的物像对应关系，使远处的大范围光强分布成为较小的可测量实像，用面阵CCD作为图像传感器，可以一次得到整个平面上的光强分布。
根据GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》中屏幕法的要求，前照灯利用几何光学中的物像对应关系，使远处(10m)屏幕上的大范围发光强度(光强)分布成为较小的可测量实像(1m处成像屏上)，用面阵CCD作为图像传感器，可以一次得到整个平面上的光强分布。
前照灯可以认为是具有一定光强分布的面光源。前照灯在10m处光线会聚成像为AB。在光路中插人菲涅耳透镜组(假设等效为L)后，AB的光线实际会聚成实像为AB，如图2所示。
如果假设菲涅耳透镜的焦距为f，则有以下关系式：
选择合适比例的l和f彭阿以得到恰当的像，从而方便测量。
3.2 测量时的瞄准方式
空间角度的检测必须要获得2个点的位置，在光束偏角的测量中也不例外。在进行测之前，首先必须找到前照灯的位置或第一个光束参考点的位置。图3为瞄准前照灯方式的测量原理，这种测量方式是先利用CCD摄像头1找到前照灯的位置，然后用CCD摄像头2拍摄前照灯通过透镜成像后的光斑图像，分析其中的光轴位置(远光或近光)，得到与零点相比的偏差，从而根据标定的数据得到实际前照灯的角度偏差值。
直接对准前照灯：
这种测量方式是先利用摄像头找到车灯的位置，然后拍摄成像后的光斑图像，分析其中的光轴位置(远光或近光)，得到和零点相比的偏差，从而根据标定的数据得到实际的角度偏差值。
3.3 光强测量分析
由于在低照度下，CCD的输出电压与照度有良好的线性关系，这样CCD面元信号的数字量便可与外部光源照射到检测幕布上照度值联系起来了。根据测量时建立起来的关系数据库，根据空间采样后各像元的数字量即得出各点的光照强度。
3.4 角度测量分析
主要利用灯光(远光中心点、近光明暗截止线转角点)在屏幕上会有X的位移，经透镜成像后，在透镜像方焦平面上引起的成像点的位移X′可由CCD获得的数字化图像分析求出，进而推算出光轴偏转角度。利用远光照明的对称性，找到远光光斑的对称中心，然后在前照灯打开近光照明的条件下，模拟人眼的判断过程，对近光的拐点进行分析。同样的，在进行近光角度检测时，由于CCD图形具有分辨率高的优势，结合计算机技术，和光电池扫描的方法相比可以进行更为准确的拐点的搜寻。
结束语
综上所述，选用专业的图像处理芯片对前照灯近光光束配光图像进行分析处理，可准确确定近光光束明暗截止线转角和近光光束照射方向。
参考文献
[1]吴勇，邹颖.前照灯检测仪检测距离的探讨[J].汽车维护与修理，2005，12.
[2]赵彬.汽车前照灯检测过程中存在的问题及对策[J].无锡商业职业技术学院学报，2008，06.
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实验项目名称：日常生活中光照强度实验
实验目的：
1.了解光照强度相关概念，利用室内光强计算公式学会计算室内光强，了解灯泡高度以及有无光罩对光照强度的影响
2.学会使用phyphox测量日常生活中光照强度
实验原理和实验内容：
夜间测量卧室内不同位置（围绕开着的卧室灯至少 20 个点），计算平均值，通过理论公式计算室内理论值，求相对误差。
光照强度是指单位面积上所接受可见光的能量，简称照度，单位勒克斯（Lux 或 lx）。 为物理术语，用于指示光照的强弱和物体表面积被照明程度的量。
发光强度 光源在某一方向立体角内透过光通量的大小。单位：坎德拉(candela,cd)。
光通量 光源单位时间内所辐射的光能叫光源的光通量，其单位是流明(各点都与 1 烛光光源相 距 1 英尺的 1 平方英尺面积上的光量为 1 流明)。
室内光强的计算公式
平均照度(Eav) = 光源总光通量(N*Ф)*利用系数(CU)*维护系数(MF) / 区域面积(㎡) (适用于室内或体育场的照明计算)
利用系数：一般室内取 0.4，体育取 0.3
维护系数：一般取 0.7～0.8
举例：室内照明：4×5 米房间，使用 3×36W 隔栅灯 9 套，
平均照度=光源总光通量×CU×MF/面积=(2500×3×9)×0.4×0.8÷4÷5 =1080 Lux
结论：平均照度 1000Lux 以上。
仪器设备的记录：
手机 phyphox 灯
实验内容及数据记录：（可使用EXCEl数据导入，注意有效数字，标明单位）
夜间测量卧室内不同位置（围绕开着的卧室灯至少 20个点）

室内照明：
3.5×5.3 米房间，使用 2×8W Led灯 1 套
平均照度=光源总光通量×CU×MF/面积=(2100×2×1)×0.4×0.8÷3.5÷5.3 =72.453 Lux
实验结果的误差分析与问题讨论：（这是培养分析能力的重要环节，一定认真完成）
1.实验中选取的20个点的高度都在一个高度线上下波动，可能影响光照强度
2.还可能因为灯管使用时间较长，器件老化，参数波动较大，影响功率，进而对多测照度有影响
3.另外可能为周围其他光线的干扰和加入，或者周围事物较多，吸收了灯管的流明
实验思考题解答：
对比分析自然光与人造光的光强数值，说明自然光光强大得多的原因？
自然光与人造光的光谱不一样，其中所含物质不同
光通过电子能级跃迁时产生，不同的原子有不同的能带分布，有不同的光谱，自然光为连续光谱，且包含了所有颜色的光
2.设计如何利用手机测量光强来验证人眼对光强的耐受度？
利用手机软件phyphox中的光学秒表，查明人眼对光强的耐受度上下范围，在光学秒表中输入耐受度上下限，将手机对准一个大灯，开始实验，得到触发器的结束时长即可，可多次测量取均值
单缝衍射测缝宽实验
一、实验目的
１．观察单缝衍射现象及其特点；
２．用硅光电池测量单缝衍射的光强分布； ３．用单缝衍射的规律计算单缝缝宽；
二、实验原理：
光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。当障碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。
a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域：
a2a2
???或L???
88L
式中：a为狭缝宽度；L为狭缝与屏之间的距离；?为入射光的波长。
可以对L的取值范围进行估算：实验时，若取a?1?10m，入射光是He?Ne激光，
?4
其波长为632.80nm，
a2
?
?1.6cm?2cm，所以只要取L?20cm，就可满足夫琅和费衍射
的远场条件。但实验证明，取L?50cm，结果较为理想。
b. 根据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律：
I
?(sinu/u)2 I0
式中： u?(?asin?)/?
暗纹条件：由上式知，暗条纹即I?0出现在
u?(?asin?)/????，??2?，?
即暗纹条件为
asin??k?，k??1，k??2，?
明纹条件：求I为极值的各处，即可得出明纹条件。令
d
(sin2u/u2)?0 du
推得 u?tanu 此为超越函数，同图解法求得：
u?0，?1.43?，?2.46?，?3.47?，?
即 asin??0，?1.43?，?2.46?，?3.47?，?
可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件
asin??(2k?1)?/2，k?1，2，3，?
只是近似准确的。
单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下：
sin?
?1.43?/a ?2.46?/a
?3.47?/a
I
I0 0.047I0 0.017I0 .0.018I
c. 应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽
由暗纹条件：asin??k? 并由图有：Xk?Ltan?k
由于?很小，所以Xk?L?k?kL?/a
令b?Xk?1?Xk?L?/a（b为两相邻暗纹间距），则
a?L?/b（或a?L?/X1，X1为中央明纹半宽度）
由此可见，条纹间距b正比于L和?，反比于缝宽a。由实验曲线测出b（取平均值），即可算出缝宽a。
d. 实验证明，若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝，屏上夫琅和费花样和同样宽度的单缝衍射花样是一样的，故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d代替，就可完全应用以上的理论和公式。
四、实验内容和步骤：
1. 实验主要内容是观察单缝衍射现象，测量单缝衍射的光强分布，并计算出缝宽a。 实验中用硅光电池作光强I的测量器件。硅光电池能直接变为电能，在一定的光照范围内，光电池的光电流i与光照强度I成正比。本实验用的是WJH型数字式检流计，以数字显示来检测光电流。它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流a进行处理，从而将光强I以数字显示出来。
a．按下图接好实验仪器，先目测粗调，使各光学元件同轴等高，要注意将激光器调平；
b．激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置之间的距离均置为50cm左
