原创：中科院物理所

不久前的一项实测表明

一辆SUV的盲区内

(相关资料图)

竟能装下75名孩子

而生活中也时常看到

由于盲区的存在

而导致的交通事故

那么有没有手段可以减小盲区？

或者削弱盲区带来的危害？

今天就让我们盘点一下

相关的“贴心”科技~

Part 1：认识盲区

在介绍应对盲区的科技手段前，我们先来认识一下盲区。盲区产生的基本原理其实就是光线沿直线传播，当驾驶员坐在驾驶位置上时，由于视角的限制以及车体的遮挡必然会有很大区域的物体反射的光线无法传播到驾驶员的眼中。

图1 后视镜扩大视野示意

虽然后视镜可以一定程度上通过反射光线扩大驾驶员的视野，但是由于其尺寸和位置的限制，依然有区域无法覆盖到。

图2 轿车盲区示意

对于常见的轿车型汽车，其盲区主要可以分为：前侧盲区、后侧盲区、两侧后视镜盲区、两侧AB柱盲区等。前侧盲区主要是由于引擎盖前区域被遮挡，而后侧盲区是因为车尾部的部分区域在后视镜可观察范围外。两侧后视镜盲区是在大角度转弯时通过后视镜难以观察到的区域，而AB柱盲区是挡风玻璃两侧的柱子会遮挡部分前方视野所致。

图3 A柱造成的遮挡

而大型汽车如货车由于车体更大，驾驶时的盲区相比轿车也会更大。

图4 大货车盲区示意

然而值得注意的是，即使是划定在盲区之外的区域，也不意味着绝对安全。因为驾驶员即使在注意力集中时也难以同时观察到所有的方向，还会受到实时路况、天气状况以及对面来车的车灯亮度等因素的干扰。可以这样认为，真实情况下的“盲区”只会比上面介绍的更大！那么，我们有什么办法帮一帮司机们呢？

Part 2：更多的镜子

当我们巧妙地利用镜面反射这一原理，就可以创造出一些减小盲区的设计。比如在后视镜上的辅助镜片以及让A柱变“透明”的隐形装置。

图5 后视镜上的广角镜

安装在后视镜上的辅助镜片已经有不小的普及度，它也常被称为广角镜或盲点镜。由于这种镜片是小凸面镜，所以其可以覆盖的视野范围更大。通过下面的示意图可以大致理解其原理。

图6 凸面镜扩大视野的原理

这样一来，司机便可以观察到原先后视镜不能覆盖到的后轮等侧后方的地方，有效压缩了两侧盲区的大小。然而这种凸面镜也会带来一个潜在的问题，那就是使得画面有一定的变形和失真。司机在透过凸面镜观察后方的情况时，不太容易准确把握后方的物体、车辆等的实际距离，因此过度相信广角镜中的画面容易产生误判。

图7 加装广角镜后带来的视野增益

而下面要介绍的双镜片结构其实类似于潜水艇中潜望镜的原理，即通过一对相互平行的平面镜，将某一不在视野内的物体上发出的光经过两次反射引导到人眼处，从而看见物体。

图8 潜望镜原理示意

在前面介绍过，AB柱会在驾驶过程中遮挡前方的部分视野，这会带来很大的安全隐患。如果借用类似的思路，在合适的位置以合适的角度设置两块镜片，就可以让AB柱后面被遮挡的物体可以被看到。

图9 让A柱“隐形”的装置原理示意

当然，真实应用于汽车中时，为了保证美观等更加实际的要求，需要更复杂的设计。这样一来，就可以实现类似下图的A柱“隐形”效果。

图10 隐形效果示意 | 图片源自【4】

当然，也可以通过摄像头将外界的画面呈现在A柱的内侧来实现类似的效果。

Part 3：让车拥有眼睛

上面介绍的广角镜以及A柱“隐形”装置主要是通过光学的方法削减司机在驾驶时的盲区范围。然而对于更加广泛的视觉死角，以及考虑到司机有限的精力，仅仅通过扩展司机的视野是不够的。于是，人们想到让汽车拥有“眼睛”，即让汽车本身可以主动判断周遭的情况，并给予司机驾驶操作上有效的提醒甚至干预。说到这里，可能很多读者已经想到了一个词：雷达。

图11 雷达

没错，雷达正是我们最为熟知的进行物体定位以及测速的工具，其英文全称直译为“无线电探测和测距”。在定位方面，雷达发射出无线电脉冲后会等待并接收被物体反射回来的脉冲，得到往返传播时间dt。由于无线电是一种电磁波，我们可以用下式计算出其在某种介质中的速度，

其中c和n分别代表真空中光速以及某种介质（如空气）的折射率。于是，物体距离雷达的距离就可以表示为：

如果需要在三维空间中实现定位，可以采取多基站的方法来实现，这在以往的文章中已经详细解读过了，有兴趣可以回顾一下~那么，雷达又是如何实现测速的呢？这就要提到我们所熟知的多普勒效应。

图12 声波的多普勒效应

多普勒效应指的是物体辐射的波长会随着波源和观察者的相对运动而改变。比如对于声波为代表的机械波，当一辆汽车（波源）向你驶来，你听起来汽车发出的声音音调会变高，即频率增大；若波源远离，音调会变低沉，即频率减小。光波也会出现类似的现象，只不过情况略微复杂：假定波源发出的波频率为f，而接收到的波频率为f’，则二者之间有关系：

其中θ为波源与接收器的连线与波源速度方向的夹角。当然，在车载雷达判断周围车辆或行人的位置和速度时，情况会更复杂些。因为发出脉冲的装置和接收装置都在行进的车上，而反射该脉冲的物体也可能在行进。然而，只要认真考虑二者之间的相对运动，还是可以基于上述原理做出判断。

图13 车载雷达的种类对比 | 图片源自【5】

实际广义上的雷达不仅可以发射无线电，还可以通过发射红外线、超声波甚至激光等，其定位和测速的原理是相似的。根据发射脉冲的种类可以分为红外雷达、超声波雷达、毫米波雷达等。

图14 车载雷达的工作流程 | 图片源自【5】

有了这样的定位和测速的装置，汽车就可以扫描周遭的环境，并将信号传给算法芯片进行分析。一旦发现有周围物体快速靠近，就可以通过报警装置警示司机或者通知周围汽车、行人。在必要时，如发现与前车距离迅速接近时，汽车也可以启动自动的刹车制动系统完成刹车流程，这大大增加了司机驾车的安全系数。

Part 4：可以更智能

近些年，无人驾驶技术这一科技词汇已经为人们所熟知，这也意味着在未来完全实现无人驾驶的时代，驾驶员将被完全解放，也不会再有“盲区”这个概念。那么，这一切是如何做到的呢？这主要依赖于两个方面：定位系统与环境感知。

图15 谷歌无人驾驶汽车工作原理 | 图片源自【8】

由于互联网技术的发展，我们逐渐可以以更快的速度实时与互联网进行信息交换，这意味着一台行驶中的汽车也可以实时通过互联网获取自身的定位以及路况信息。可以设想，如果所有的汽车都与互联网相连，相当于它们都可以在一定程度上拥有全局视角。

图16 北斗及其他卫星定位系统

而兼具分辨率高、精度高、抗干扰能力强等优点的激光雷达的普及，使得汽车对于周遭环境的探测能力绝非简单的定位与测速。比如车载的三维激光雷达可以通过高速旋转实时绘制出车辆周边的三维空间地图，同时测量出周边其他车辆在三个方向上的距离、速度、加速度、角速度等信息。

图17 激光雷达给出的三维建模示意 | 图片源自【9】

除了上面所说的定位系统与环境感知，我们还可以联想到最近不断发展的计算机视觉。未来的汽车不仅可以充分感知周遭的环境，甚至可以提取并识认其中的不同元素，并有选择性地做出响应、警示、避让等操作。

图18 无人驾驶场景概念图 | 图片源自【8】

当科技真的出手，我们不仅可以减小盲区，甚至可以消除盲区；不仅可以帮助驾驶员，甚至可以解放驾驶员。期待更多的科学技术变得成熟、普及并最终成为每个人出行安全的守护神。也希望在通往这一理想化终点的路上，我们都能用更好的安全意识为自己和他人负责。

参考资料

【1】汽车盲区示意图讲解 - 知乎 (zhihu.com)

【2】盲区多危险你知道吗？10张图详解- 知乎 (zhihu.com)

【3】汽车后视镜上的小圆镜有什么作用？有必要安装吗？

【4】US20170227781A1 - Apparatuses and methods for making an object appear transparent - Google Patents

【5】车载毫米波雷达——高阶自动驾驶的标配 - 知乎 (zhihu.com)

【6】雷达（利用电磁波探测目标的电子设备）_百度百科 (baidu.com)

【7】多普勒效应_百度百科 (baidu.com)

【8】无人驾驶技术的发展历程与瓶颈技术及其未来的发展趋势 - 知乎 (zhihu.com)

【9】揭秘自动驾驶（摄像头、雷达、激光雷达）3大传感器系统 - 传感器/Mems - -EETOP-创芯网