CN103373274B - 用于补偿大灯定向误差的方法和大灯设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于补偿车辆（10）大灯（36）的定向误差的方法（100）和大灯设备（37），其中该大灯（36）被提供用于产生具有不同光束分布图的光。该方法包括下列步骤：借助所述大灯（36）在位于所述车辆（10）外部的对象（40）上产生（110）光标记（38）；借助摄像机（18）拍摄（120）所述光标记（38）的图像；借助同一个摄像机（18）拍摄（130）环境图像；在考虑照明规则的情况下确定（140）与环境图像相关的理想照明；在考虑所确定的与环境图像相关的理想照明和所拍摄的光标记（38）图像的情况下确定（150）与光标记相关的理想照明；在考虑与光标记相关的理想照明的情况下调整（160）所述大灯（36）的光束分布图。

Description

用于补偿大灯定向误差的方法和大灯设备
技术领域
本发明涉及一种用于补偿车辆大灯定向误差的方法，其中该大灯被提供用于产生具有不同光束分布图/辐射图(Strahldiagrammen)的光，其中，该方法包括下列步骤：借助所述大灯在位于所述车辆外部的对象上产生光标记)；借助摄像机拍摄所述光标记的图像；借助同一个摄像机拍摄环境图像；在考虑照明规则的情况下确定与环境图像相关的理想照明。此外本发明还涉及一种相应的大灯设备。
背景技术
DE102010046517A1描述了一种车辆，其具有两个光单元和一个用于获取车辆环境条件的图像获取单元。行驶灯在远光灯、部分远光灯和近光灯之间自动切换，其中自动调整照明距离、照明特性和/或水平摆动角度。在所述两个光单元之一中，在光路中设置有机械操作的光学元件，该光学元件在光分布中产生两个竖直的明暗界限。借助图像获取单元根据所述竖直的明暗界限进行图像获取单元的校准和调整。理想明暗界限也可以在图像获取单元中存储为样本。由图像获取单元的图像中的竖直明暗界限的位置确定图像获取单元的被调节的定向角度。图像获取单元和光单元也可以在车辆的主动行驶状态下得到校准和调整。
文献DE102010006190A1描述了一种车辆，其中借助被激活的光源产生光单元的表征特定光函数的光分布。借助车辆的图像获取单元获取光分布的图像。通过分析所获取的图像，确定光分布的至少一个预给定部分的水平和/或竖直的位置并将其与预先规定的水平和/或竖直的理想位置/理论位置进行比较。在所确定的位置偏离预先规定的理想位置时触发用于水平和/或竖直调整所述光单元的装置。
文献DE102007049619A1描述了一种用于车辆的照明系统，其具有光单元，该光单元被提供用于产生具有不同光束分布图的光。该光单元具有一基本光源，利用该基本光源在激活的状态下可以产生至少一个表征特定光函数的光分布。此外还可以在可见光谱范围内对于人眼不可见地产生光学调整标记。在光单元的调整模式中可以借助检测单元检测该调整标记。光单元可根据检测和与参考标记的比较自动进行调整。为此可以借助致动机构在竖直和水平的摆动方向上调整该光单元。
由DE102008011699A1已知一种用于调节大灯的方法。为此借助大灯在行车道上产生样本图案。该样本图案由图像获取装置获取。用于投影该样本图案的大灯根据在图像中拍摄到的样本图案进行调节。这种已知的方法其缺点在于，在大灯分级可调的情况下和/或在调节机构存在公差的情况下存在照明误差，这种照明误差不能通过该已知方法去除。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种光元件，利用该光元件可以在大灯分级可调的情况下和/或在调整机构存在公差的情况下比通过已知的用于调整大灯的方法所实现的还更进一步地减小照明误差。此外本发明的目的还在于提供一种具有这种优点的大灯设备。
对应于本发明因此提供一种用于补偿用于车辆的大灯的定向误差的方法，其中该大灯被提供用于产生具有不同光束分布图的光，其中该方法包括下列步骤：借助所述大灯在一位于所述车辆外部的对象上产生光标记，其中所述光标记在该车辆前方、旁边和后方在空间上位于摄像机的视界和驾驶员的视界之间的区域内产生；借助摄像机拍摄所述光标记的图像；借助同一个摄像机拍摄环境图像；在考虑照明规则的情况下确定与环境图像相关的理想照明；在考虑所确定的与环境图像相关的理想照明和所拍摄的光标记图像的情况下确定与光标记相关的理想照明；在考虑与光标记相关的理想照明的情况下调整所述大灯的光束分布图。
根据本发明，这样改进用于车辆的大灯设备，使得其被准备用于实施根据本发明的方法。
为了灵活调节大灯的光束分布图，近年来开发了多种自适应矩阵LED光系统，其也被称为矩阵光束系统。通过在考虑照明规则的情况下确定与环境相关的理想照明，可以通过该光系统在不同的交通和天气状况下为驾驶员提供交通场景的最佳照明。矩阵光束系统的特征在于，可以在黑暗中持久地以远光灯行驶并且仅在其它交通参与者所处的区域中变成近光。这种变近光通过可自由编程的LED矩阵无需机械装置而实现。但是(灯)光对各种交通和天气状况的强匹配以特别精确且可靠的光调节为前提。
通过在考虑所确定的与环境图像相关的理想照明和所拍摄的光标记图像的情况下确定与光标记相关的理想照明并且在考虑与光标记相关的理想照明的情况下调整大灯的光束分布图，即使当大灯的定向误差不能自身消除时，该定向误差(如果其没有过大的话)也可能不再影响借助大灯对环境的照明。根据本发明的方法相对于已知方法的优点在于，大灯的分级可调节性和/或调节机构中的公差不再或者至少较弱地影响照明精确度。可以舍弃大灯的用于去除小的定向误差的用电机驱动的可调节性。因此可以降低大灯设备的重量和制造成本。也可以舍弃大灯的用于独立去除小的定向误差的电子可调节性。由此可以简化大灯设备的复杂程度并因此精简其开发、测试和维护费用。
该方法的一种实施方式规定，所述光标记图像的拍摄在所述环境图像的拍摄之前和/或之后进行。通常宜在环境图像之前拍摄光标记图像。然后例如可以针对多个随后的实际的环境图像分别使用所拍摄的光标记图像。
该方法的另一实施方式规定，所述光标记图像的拍摄与所述环境图像的拍摄同时进行。由此可以提高所拍摄的光标记图像的现实性。
优选该方法的其中所述光标记主要借助波长在380nm和780nm之间的光而产生的改进方案。由此，用于拍摄光标记图像的摄像机的光谱方面的拍摄能力可以保持不变。如果摄像机要即便在非常亮的日光下也能可靠工作，则摄像机的光学器件典型地包括红外滤光器，从而由此不能识别红外光标记。
此外当所述光标记在一使得光对于人眼不可察觉的频率范围内以使光对于人眼不可察觉的调制频率和/或以使光对于人眼不可察觉的幅度而产生时也是有利的。由此避免了驾驶员和/或可能构成交通危险的其它交通参与者的分心和/或对其的刺激。当人眼不能感知到光标记时，光标记也可以在这样的对象上产生，该对象位于主照射方向上，具有足够的反光性能并且距离大灯不太远。由此可以避免对于光标记而言光在一从驾驶员的角度来看无用的方向上发射。因此该特征也可以有助于提高大灯设备的效率。此外光标记还位于这种在快速行驶时将以高的分辨率分析的图像部分的中心处，从而对于该重要的图像部分减少所拍摄的图像标记与所拍摄的环境图像之间的存储误差和/或视差。
此外，当所述光标记是角形的，优选呈L形时也是有利的。由此可以以较小的用于制造用于产生光标记的遮光装置的制造费用来实现光标记的良好识别和可分析性。
当为产生所述光标记的图像而多次拍摄所述光标记时也是有利的。由此例如可以借助多个光标记图像的重叠而产生合成的光标记图像，其中运动的对象模糊成像，由此可以简化和改善对合成的光标记图像的识别和分析。
光标记在车辆的前方、旁边和后方产生于一在空间上位于摄像机的视界和驾驶员的视界之间的区域内。由此可以避免由于光标记而导致驾驶员分心和/或对驾驶员造成刺激。
大灯的光束分布图的调整可以借助大灯的光辐射特征的电子和/或机械的适配/配光得以实现。大灯的辐射特征的快速电子匹配特别可以借助大灯以矩阵LED技术实现。
附图说明
现在借助附图详细阐述本发明。
其中：
图1示出用于展示对正常身材的驾驶员而言从其正常的坐位置/座椅位置不前倾就很难看见但是车辆摄影机可以看见的区域的示意性侧视图；
图2示意性地示出具有两个设置在该区域内的不同形状的光标记的俯视图；
图3示出摄像机曝光的时间序列和光标记的调制；和
图4示出用于补偿车辆大灯的定向误差的方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1和图2示出车辆10连同正常身材的驾驶员14在其正常坐位置的的下视界15和摄像机18的下视界19，所述摄像机设置在车辆10的内部后视镜20中(优选在镜座中)。由此可以清楚地看到，在车辆10的前方存在有驾驶员14和摄像机18都看不到的第一区域31。
摄像机18可以是远光灯辅助设备的一部分，该远光灯辅助设备使用摄像机信息并且当在照射方向34上出现其它交通参与者时立即自动地由远光灯切换为近光灯。远光灯辅助设备也可以设置用于：使用摄像机信息，以便当在照射方向34上的其它交通参与者消失时立即自动地由近光灯切换为远光灯。借助可控制的滚轮/辊还可以连续地在远光灯和近光灯分布之间切换。这种方法已知被称为“自适应明暗界限”和“流畅的照明距离”。
在一种更先进的已知被称为“无眩光持续远光灯”和“矩阵光束”的改进方案中，大灯36的远光灯分布基于可自由编程的LED矩阵完全可以个性化。由此可以取消大灯36中的整个机构装置，并且可以省去由大灯36单个照亮多个由车辆摄像机18识别到的交通参与者。特别是在弯道较多的行程中，矩阵光束方法由于其与光分布的极平静的匹配而被证实是有利的。但是在该矩阵光束方法中必须切换离散的光段，从而在一个光段未激活时同样在光分布中形成一个可察觉的空缺或者已存在的空缺扩展了可察觉的一块。在自适应光系统(利用该光系统远光灯的各单个的子区域也即被使用)中，当其它交通参与者位于大灯36的照射区域内时，可以以精确的远光灯定向改善该光系统的使用。
长度在大约89cm和176cm之间的第二区域32连接着第一区域31，该第二区域虽然可以被摄像机18看到，但如果驾驶员14不前倾则不能看到。第一区域31和第二区域32的长度在有15位男士和5位女士参与的志愿者研究中确定，这些人的身高在1.65m和2.08m之间，其平均值为1.83m。该志愿者研究所使用的车辆10为奥迪A8。
大灯36应在其中投射光标记38的角区域αmin、αmax根据以下步骤(1)和(2)计算得出，其中hSW为大灯高出行车道的高度，dk为摄像机18的视界19与大灯36之间的水平距离，dFl为驾驶员14的视界15与左侧大灯36之间的左侧水平距离，dFR为驾驶员14的视界15与右侧大灯36之间的右侧水平距离：
αmin＝arctan(dK/hSW)□–10.4°(1)
αmax＝arctan(min(dFl,dFr)/hSW)□-8.5°(2)
由此得出，光标记38应该竖直地设置在-9°至-10°之间的角区域内。其中投射出十字结构的动态驾驶测试显示：稍微超过驾驶员14的视界15是可以接受的。当驾驶员的视线看向远方区域35时，虽然光标记38对驾驶员14而言部分可识别，但是该光标记通常不被觉察到。这一认知使得为了确定视界15而以不同身材的驾驶员的视界的平均值为基础是可接受的。
在第二区域32上连接着第三区域33，该第三区域一直达到地平线并且在出现下一个在此之间的对象之前摄像机18和驾驶员14均可看见该第三区域。
用于光标记38的光可以在大灯36外部或内部产生。优选地，对于两个大灯36中的每一个在行车道40上在车辆10紧前方各投射一个光标记38。为了产生光标记38，使用投射模块。一种实施方式规定，由发光装置发出的光束为产生光标记而被遮光装置切断。当假定第二区域32从成像透镜看已经被分配了无限远的距离(“已经处于无限远处”)时，遮光装置为高锐度成像/清晰成像而设置在成像透镜的背离行车道40的焦平面中。成像透镜在此理解为可包括一个或多个透镜和/或反射镜的光学系统。为了改善光标记的锐度/清晰度，其成像比其它遮光装置部件的成像更靠近车辆10的遮光装置部件分可以设置在比其它遮光装置部件离成像透镜稍远的距离处或反之。因此，遮光装置相对于成像透镜主平面倾斜地设置可能是有利的。
典型的是，装在镜座中的多功能摄像机18的光学系统(其也可以为其它驾驶员辅助功能提供信息)具有红外滤光器，由此摄像机18也可以在非常明亮的日光下可靠地工作。由于这个原因，为产生光标记38而使用产生白光(其适用于借助车辆摄像机18识别光标记38)的大功率LED是有利的。此外，这样可以避免驾驶员14和/或其它交通参与者被光标记38的颜色刺激到。
挑战之处在于所需遮光装置的机械制造。对于光十字42，需要具有极狭窄的开缝的遮光装置。光十字42的缺点还在于：所产生的光的大部分由于遮光装置而无用地被废置。对于阴影十字，必须在成像透镜的焦平面中引入非常纤细且由此相当不稳定的十字结构。一种有利的组合技术方案是：具有L形透光体的遮光装置和/或遮蔽四分之一透光体的、用于产生L形光标记38的遮光装置，如图2所示。因此可以机械简单地制造遮光装置并且将该遮光装置固定在光路中。仅有相对较少的光被废置。并且可以得到两个相对成直角布置的透镜用于进行测量。
光标记38在行车道40上的位置通过大灯36内的结构上的措施固定地与矩阵光束光段的定向相联系。
为了检测光标记38，特别建议两个原则。第一个原则在于：累加合成连续的摄像机18图像51。在此充分利用下述事实，即每个摄像机图像中的光标记38理论上保持在相同的位置上并保持锐度。其余的图像内容在车辆运动时由于车辆环境60的相对于车辆10的运动而不清晰。第二个原则在于：以相对较低的频率调制光标记38。
图3示出摄像机曝光的可能的时间序列和光标记的调制。在该附图的上部示出摄像机18的曝光和分析处理周期71，在中间示出的是光标记38的开关状态72，在该附图的下部示出的是所得到的摄像机图像51至56。其目标在于，在少数几个摄像机图像51内获取具有光标记38的图像52和没有光标记38的图像54。假设两个图像52、54中的场景61是相同的，则可以通过在这两个图像52、54之间求差计算出(即突出或分离出)光标记38。后一种方法在初步试验中提供了比前述的稍好的结果并且现在对其进行详细阐述。
下面阐述应如何适宜地选择调制频率。在该所示的示例中，第一摄像机图像51和第三摄像机图像53中的光标记38各自仅在曝光时间62的一半中是激活的。必须摒弃这些图像51、53。而第二摄像机图像52和第四摄像机图像54的图像差提供了极好的光标记38图像。在此使用相当于摄像机频率一半的调制频率。该频率可以进一步降低，其优点在于，分别形成多个连续的、其中光标记38完全被激活或被去激活的图像。通过求平均值，可以减小图像噪音。但是其缺点在于，场景61发生变化的可能性变大，并因此不适用上述假设，由此会影响求差的结果。
第一种经验表明，相向而来的交通参与者在相遇时几乎不会察觉到被低频调制的光。如果证实光标记38会对其它交通参与者造成刺激，则可以考虑：仅当摄像机18在周围没有检测到其它交通参与者时才产生光标记38，否则则对之前检测到的光标记38进行拍摄以确定与光标记相关的理想照明。
摄像机18识别所述光标记38。由于车辆10和光标记38之间的微小距离，可以良好地实现对大灯定向的水平和竖直偏差的精确补偿。
如果为两个或多个前大灯36中的每一个产生一个光标记38并且在考虑所拍摄的光标记38图像时也考虑其它大灯36的光标记38图像，则可以在考虑三角学关系的情况下从拍摄到的光标记38图像得到额外的用途，例如用以确定光标记38相互之间的相对位置，或者光标记38相对于摄像机18的相对位置。可以利用摄像机系统18(例如借助立体摄像机)得到相应的优点，该摄像机系统具有空间上不同地布置或定向的多个拍摄通道。
图4示出用于补偿用于车辆10的大灯36的定向误差的方法100的流程图，其中，大灯36被提供用于产生具有不同光束分布图的光。在第一步骤110中，借助所述大灯36在位于所述车辆10外部的对象40上产生光标记38。在第二步骤120中，借助摄像机18拍摄所述光标记38的图像。在第三步骤130中，借助同一个摄像机18拍摄环境图像。在第四步骤140中，在考虑照明规则的情况下确定与环境图像相关的理想照明。在第五步骤150中，在考虑所确定的与环境图像相关的理想照明和所拍摄的光标记38图像的情况下确定与光标记相关的理想照明。在第六步骤160中，在考虑与光标记相关的理想照明的情况下调整所述大灯36的光束分布图。
作为上述用于补偿大灯36的定向误差的方法100的附加或替代方案，可以确定大灯36的误差位置，即校准大灯36的位置，其方法是：通过大灯36(例如矩阵光束光段)与光标记38之间的固定关系对所拍摄的光标记38的被识别的实际位置与所拍摄的光标记38的事先确定的理想位置进行比较。

Claims (10)

1.一种用于补偿车辆(10)大灯(36)的定向误差的方法(100)，其中，该大灯(36)被提供用于产生具有不同光束分布图的光，其中，该方法包括下列步骤：
-借助所述大灯(36)在位于所述车辆(10)外部的对象(40)上产生光标记(38)，其中，在该车辆(10)前方、旁边和后方在空间上位于摄像机(18)的视界(19)与驾驶员(14)的视界(15)之间的区域内产生所述光标记(38)；
-借助摄像机(18)拍摄所述光标记(38)的图像；
-借助同一个摄像机(18)拍摄环境图像；
-在考虑照明规则的情况下确定与环境图像相关的理想照明；
-在考虑所确定的与环境图像相关的理想照明和所拍摄的光标记(38)图像的情况下确定与光标记相关的理想照明；以及
-在考虑与光标记相关的理想照明的情况下调整所述大灯(36)的光束分布图。
2.根据权利要求1的方法(100)，其特征在于，光标记图像的拍摄在环境图像的拍摄之前和/或之后进行。
3.根据权利要求1的方法(100)，其特征在于，光标记图像的拍摄与环境图像的拍摄同时进行。
4.根据权利要求1-3之一的方法(100)，其特征在于，所述光标记(38)主要借助波长在380nm和780nm之间的光来产生。
5.根据权利要求1或2的方法(100)，其特征在于，所述光标记(38)在一频率范围内以使得光对于人眼不能察觉的调制频率和/或幅度而产生。
6.根据权利要求1或2的方法(100)，其特征在于，所述光标记(38)是角形的。
7.根据权利要求6的方法(100)，其特征在于，所述光标记(38)是L形的。
8.根据权利要求1或2的方法(100)，其特征在于，为产生光标记(38)图像而多次拍摄所述光标记(38)。
9.根据权利要求1或2的方法(100)，其特征在于，借助所述大灯(36)的辐射特征的电子和/或机械适配来实现所述大灯(36)的光束分布图的调整。
10.一种用于车辆(10)的大灯设备(37)，其特征在于，该大灯设备被提供用于实施根据权利要求1-9之一的方法(100)。
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