CN109154984B - 用来提高障碍物的可识别性的机动车的照明装置 - Google Patents

用来提高障碍物的可识别性的机动车的照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于机动车的照明装置(10)，其设计成在第一运行模式中提供具有第一光分布(21)的第一光束(13a)以照亮机动车的环境(18)，在第二运行模式中提供具有第二光分布(22)的第二光束(13b)以将测量图案照射到环境(18)中。照明装置(10)包括控制装置(15)，其设计成交替地以周期性的序列激活第一运行模式和第二运行模式。本发明还涉及具有这种照明装置(10)和摄像单元的驾驶员辅助系统以及具有这种驾驶员辅助系统的机动车。本发明还涉及相应的方法。

Description

用来提高障碍物的可识别性的机动车的照明装置
技术领域
本发明涉及一种机动车的照明装置。本发明还涉及具有这种照明装置的驾驶员辅助系统以及具有相应的驾驶员辅助系统的机动车。此外，本发明涉及一种用于运行机动车的照明装置的方法。
背景技术
现代的机动车，例如燃油机动车或电动车辆或混合动力车辆依赖于使用超声波、雷达和/或立体摄像机传感器来产生机动车的三维环境的虚拟图像。许多驾驶员辅助系统基于这些测量值工作。
随着传感器数量的增加，环境数据量不断增加。从而，对在机动车环境中的区域中的先前未检测到的信息进行评估。因此，机动车获得关于其环境的全面概览。此外，在高重要性区域中的多个测量传感器的组合使得在收集数据时实现冗余和提高的精度。
就此而言，由DE 10 2010 039 092 A1已知一种用于确定对象与车辆的间距的方法，在其中在车辆前方或后方的环境的图像以红外波长范围或人眼不可见的另一波长范围来拍摄。此外，EP 1 62 8141 A1提出了一种用于以单目摄像机探测在机动车的车辆前方区域中的对象和确定该对象的距离的方法，其中，为单目摄像机在车辆的前方区域中配有至少两个测量光束发射器，其发出限定的照明图案的测量光束。此外，由DE 10 2014 100 579A1已知一种用于产生关于在机动车前方的投影面的信息的系统，包括照明装置、探测器件以及评估器件，其中，照明装置构造成将光发出到投影面上，并且其中，探测器件构造成探测由投影面反射的光。
公开文本DE 10 2013 016 904 A1描述了一种用于机动车的照明单元和用于运行照明单元的方法。为了借助于控制单元调整光分布而能向光源模块发送一关于待调整的基本光分布的信息。在此，特别是根据机动车当前的行驶情况来自动地调整光分布和运行参数。这借助于控制单元由状态参量Z确定。基本光分布可以借助于多个功能，例如4至6个参数的组合功能转换成新的希望的光分布。
公开文本WO 2013/117923 A1描述了一种用于车大灯的照明装置，其具有相位模块。该照明装置构造成，为照亮特定的场景而提供可控的光束。该照明装置具有立体的光相位模块。因此，可以产生与入射的光具有相差的光束。此外，照明装置具有一傅里叶光学装置，以从立体的光调制器接收经过相位调制的光并且由此产生新的光分布。照明装置此外具有投影光学装置以将光分布射出。
目前，尤其借助于摄像机确定和评估在机动车的前部地带中、尤其在预测的行驶路径区域中的对象。智能算法在图像处理领域的逐步发展使得能够实现对障碍物和其距离的识别，尽管摄像机传感器仅仅为评估提供缺少深度数据的二维图像。对于评估而言机动车制造商依赖于：信任在自动评估时正确地识别和解读障碍物。这引起了可能的错误来源。
尤其在黑暗中，相比在具有相对均匀照明环境的日光情况，对于基于摄像机的驾驶员辅助系统而言，更难识别在机动车的行驶范围内的对象的轮廓。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种机动车的照明装置、驾驶员辅助系统和机动车以及方法，通过其改善障碍物的可识别性。
本发明提出了一种机动车的照明装置，其设计成，在第一运行模式中提供具有第一光分布的第一光束以照亮机动车的环境，而在第二运行模式中提供具有第二光分布的第二光束以将测量图案投射到环境中。
根据本发明，通过控制装置来改进照明装置，控制装置设计成以周期性的序列交替地激活第一运行模式和第二运行模式。
本发明基于的认识是，借助于通过安装在机动车中的摄像单元、尤其具有CCD传感器或CMOS传感器的摄像机对环境的测量图案成像，基于通过二维图像拍摄获取的测量图案，可构建环境的空间模型。因此，测量图案以重复的间隔被投射到车道上。为了防止测量图案被机动车的驾驶员干扰性地感知到，适宜地如此选择周期序列的频率，使得机动车的驾驶员不会注意到测量图案的插入。此外，在序列的周期中，可相应地使第二运行模式以比第一运行模式明显更短的持续时间被激活。以这种方式可大大减小测量图案的成像对机动车的驾驶员的干扰性的影响，并且同时将照明装置可提供的功率的绝大部分用来照亮环境。优选地可设置成，第二运行模式以最大10％的时间份额被激活。这(用来照亮环境)相当于90％至<100％的平均光功率。
根据一有利的改进方案，照明装置包括公共的光源，其设计成在第一运行模式中产生第一光束，并且在第二运行模式中产生第二光束。由此得到的优点是，可继续使用车辆的现有构件。尤其可不必使用附加的测量发射体，如例如由DE 10 2010 039 092 A1和EP 1628 141 A1公开的那样。因此，通过利用在机动车中现有的零部件，有利地使用第一光束和第二光束的相同的光谱。光谱尤其在可见光范围内，其中，光谱成分优选地产生白光。第一光束和第二光束尤其可通过相同的光学路径传输。也就是说，第一光束和第二光束具有相同的光路。因此，例如，照明装置的光出射面可如通过投影透镜保持得很小，并且由此实现更紧凑的构造。光源可尤其通过激光光源实现，尤其以一个或多个激光二极管的形式实现。优选地，激光光源在蓝色光谱范围内发射，其中，在使用转换发光材料(Konverterleuchtstoff)的情况下产生白光。显然，本发明还可利用其他类型的光源，例如发光二极管(LED)。
根据一有利的设计方案，照明装置包括可逐点操控的光调制单元，以用于由多个可单独调制的与相应的像点相关的单射束来形成第一光束和/或第二光束，其中，控制装置设计成将图像信号、尤其视频信号提供给光调制单元，以激活第一运行模式和/或第二运行模式。光调制单元例如可通过有源矩阵显示器形成，如从液晶屏幕(LCD，liquid crystaldisplay)或投影仪的使用中已知的那样。在此将LCD矩阵引入光路中，其中，每个单个矩阵像点(Pixel)的透射率可通过相应的控制信号设定。以这种方式可实现逐点可控的遮光。光调制单元的替代的实现方案可通过反射镜矩阵实现。已知为数字微镜装置(DMD)的构件例如为所谓的DLP投影仪(digital light processing，数字光处理)的重要组成部分。在此涉及面光调制器，其由矩阵布置的微镜致动器组成，即，在静电场的影响下运动的可倾斜的镜反射面。每个微镜可单独地调整其角度，并且通常具有两个稳定的最终状态。在这种情况下，导引到环境中的第一光束或第二光束的第一光分布或第二光分布与处在相应的倾斜位置中的微镜的布置相关。
特别优选地，照明装置构造为高分辨率的机动车大灯，其具有的分辨率为至少320000像点、尤其至少360000像点、特别优选地至少400000像点，以产生第一光束和/或第二光束。因此，为了更好地照亮道路并与其他交通参与者互动而引入的未来机动车的高分辨率的大灯能获得在技术上支持的其它功能。这种高分辨率的大灯可利用图像数据流(视频流)来操控。因此，可毫无问题地且无附加花费地嵌入具有测量图案的单个图像(帧)。同样，利用这种机动车大灯可以不受限制地实现限定区域/规定范围的重复转换。
补充地，在此应指出的是，第一运行模式和第二运行模式还可以在其功能目的方面有重叠。因此，用于在第一运行模式中照亮机动车的环境的第一光分布例如可叠加有测量图案，该测量图案与第二光分布的测量图案相反地设计。因此，在完全使用该原理时，还可代替以限定的频率插入测量图案是用这样的运行模式，在其中第一光分布和第二光分布的各像点至少部分地相应地彼此相反地切换。在这种情况下，在序列的一个周期内第一运行模式的持续时间与第二运行模式的持续时间之比不那么重要。另外，在这样的操控下人眼将亮度平均化。而不同的单张图像的分辨率仅能通过摄像单元辨别出。如果照明装置提供足够的光功率，甚至可在100％的时间内产生测量图案。为此，例如由条纹形成的测量图案可在每隔一张图像中反转显示。而在观察者的眼中，则整合地出现均匀的光分布。
优选地，用于机动车的驾驶员辅助系统可包括根据本发明的照明装置以及摄像单元，其设计成根据以第一光束和/或第二光束照亮的机动车的环境确定图像数据，由此得到根据本发明的驾驶员辅助系统。摄像单元可优选地与第一运行模式和第二运行模式的周期性序列同步。
根据一有利的改进方案，驾驶员辅助系统包括评估单元，其设计成由图像数据确定在机动车的环境中存在的障碍物。因此，由照明装置以重复的间隔投射到车道上的测量图案可由同步运行的摄像单元、例如安置在机动车的内后视镜附近的摄像机以照亮的行驶区域的图像的形式拍摄到，并且将其转送给评估单元。评估单元比较发射的测量图案与拍摄的图像，并且借助图案变形和光传播的预期值计算：在行驶区域内是否存在障碍物并且障碍物具有什么形状以及多远的距离。在此，除了图案的变形之外，其厚度/宽度还可指示观测的对象的几何结构。因此，可通过评估测量图案建立环境的三维图像。因此，通过评估单元附加地确定的信息可有利地用于提高布置在机动车中的其他传感器的测量精度。
根据驾驶员辅助系统的一有利的改进方案，评估单元设计成根据确定的障碍物在机动车的环境内的位置提供修正信号，该修正信号用于操控机动车的转向装置和/或制动装置。因此，由评估单元确定的障碍物可直接由驾驶员辅助系统予以考虑，以修正机动车的行驶路径和/或速度，并且由此实现附加的安全增益。
优选地，机动车可包括根据本发明的驾驶员辅助系统，由此得到根据本发明的机动车。机动车可具有作为动力设备的内燃机和/或电马达。机动车尤其可设计成提供自动的速度调节和/或轨迹引导调节(自动巡航)。本发明可有利地用在机动车的半自动和/或全自动的行驶运行中。
本发明还涉及一种用于运行机动车的照明装置的方法，包括：在第一运行模式中提供具有第一光分布的第一光束来照亮机动车的环境，而在第二运行模式中提供具有第二光分布的第二光束以将测量图案投射到环境中。根据本发明，方法由此改进，即，交替地以周期性的序列激活第一运行模式和第二运行模式。
根据一有利的改进方案，本方法包括根据以第一光束和/或第二光束照亮的机动车的环境确定图像数据，所述图像数据尤其相应地是与第一运行模式和/或第二运行模式同步的图像序列。因此，可根据使用目的提供不同的图像数据，例如根据以第二光束照亮的机动车环境为用于障碍物识别的评估单元提供图像数据，或例如将根据以第一光束照亮的环境确定的图像数据提供给显示单元，例如在机动车的内部空间中的屏幕。
根据本方法的一优选的设计方案，测量图案构造为条纹图案或栅格图案。条纹光投影用于测量对象和表面，其数据转化成CAD模型。在此，借助于光源将条纹图案施加到待检测的对象上，并且同步地利用摄像机来拍摄该对象。根据先前固定限定的光影图案在对象上的变形，借助于计算机程序算出该对象的几何结构。因此，条纹图案或栅格图案提供了合适的基础，以便分析出对象或表面的三维轮廓。优选地可设置成，在每次激活第二运行模式时，在第二运行模式中不是调用唯一的测量图案，而是以重复的顺序调用多个测量图案。特别优选地，可相应交替地激活两个条纹图案，它们的条纹取向彼此正交。独立于此地，可周期性地改变照亮条纹的间距和/或照亮条纹的宽度。还可设置成，条纹图案的以下参数中的至少一个与时间或序号(序列的当前周期的编号)相关：条纹图案的取向；条纹图案的间距；条纹图案的宽度。通过改变提到的参数中的一个或多个可实现最大可能的细节深度。
针对根据本发明的照明装置说明的优点和优选的实施方式同样适用于根据本发明的驾驶员辅助系统和根据本发明的机动车。同样，针对根据本发明的装置说明的优点和特征以及实施方式同样适用于相应的方法，反之亦然。因此，可为装置特征设置相应的方法特征，反之亦然。
上文在说明书中提到的特征和特征组合以及下文在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以相应说明的组合应用，而且可以以其他组合应用或单独应用，都不脱离发明的范围。因此，这样的实施方案可看作被本发明公开，其未在附图中明确示出或阐述但其通过所阐述的实施方案的单独的特征组合而得到或能够被想到。
附图说明
参考附图借助实施例的下文的说明得到其他的优点和特征。在附图中，相同的附图标记表示相同的特征和功能。其中：
图1以简化的示意性图示出了根据本发明的照明装置的优选的第一实施例；
图2以简化的示意性图示出了根据本发明的照明装置的优选的第二实施例；
图3以简化的示意性图示出了根据本发明照亮的无障碍物的机动车环境；
图4以简化的示意性图示出了根据本发明照亮的具有方形障碍物的环境；
图5以简化的示意性图示出了根据本发明照亮的具有球形障碍物的环境。
具体实施方式
根据优选的第一实施方式，如图1所示，根据本发明的照明装置10包括光源11，其将光发射到光调制单元12上。光调制单元12构造为液晶显示器(英文：liquid crystaldisplay，LCD)。光调制单元12具有多个矩阵布置的单独元件，所述单独元件各自对应于一个单像点(像素)。根据由控制装置15提供的图像信号16，单个像点可切换成可穿透(透明)的状态或不可穿透的、尤其吸收性的状态。因此，照明装置10产生一最终生成的光图案13，其与由控制装置15产生的操控模式14相关，该操控模式经由图像信号16被提供给光调制单元12。
通过控制装置15以周期性的序列交替地激活第一运行模式和第二运行模式，其中，在第一运行模式中提供具有第一光分布的第一光束13a来照亮机动车的环境，而在第二运行模式中提供具有第二光分布的第二光束13b以用于将测量图案投射到环境中。在此，针对图1的图示例性地选择的操控模式14对应于在条状测量图案下的第二光束的第二光分布。
根据相应于图2中的图的优选的第二实施方式，光调制单元12通过微镜阵列形成。光源11以及将图像信号16提供给光调制单元12的控制装置15与第一实施例的构造相同。为了更好地说明微镜阵列的工作原理，不对本发明造成限制地将操控模式14示例性地示出为十字形。此外，十字可以被认为是由两个单独条带形成的、点阵的最原始形式。
以矩阵形式布置在光调制单元12上的各个微镜与操控模式14相关地被控制。由此，将第一光束13a或第二光束13b向最终生成的光图案13的方向导向。如在前面的图示中那样，最终生成的光图案13或操控模式14表示用于第二运行模式的测量图案。隐没的光图案17形成与操控模式14并且因此与最终生成的光图案13互补的图示。因此，隐没的光图案17是最终生成的光图案13的负片。朝隐没的光图案17的方向导向的光线有利地朝所谓的光阱中重定向，在光阱中，光被吸收并且不期望的反射被抑制。利用这种包括数十万个微镜阵列的数字微镜装置(Digital Micromirror Device，DMD)，其中，各微镜中的每个微镜可借助于静电场每秒倾斜高达5000次。因此，微镜阵列不仅是用于实施本发明的极其合适的器件，而且能够通过在两种运行模式中的任一种中的相应的时间调制、例如脉冲宽度控制实现设定在完全朝最终生成的光图案13的方向导向的光线和完全朝隐没的光图案17的方向导向的光线之间的有效的中间值，以实现任意的亮度值，即，灰度值，而不是纯黑白值。
光图案13的黑色方块表示在图1和图2中未照亮的区域/暗区。
图3示出了机动车的环境18，其具有车道19，在车道中间设有分道线20。由图1和图2已知的第一光束13a具有第一光分布21，其示出了在机动车中典型的波瓣状走向。在此，双波瓣由两个单个的大灯的叠加得到。适宜地，两个单个大灯彼此匹配，在叠加区域中具有暗条纹23的第二光分布22的几乎无错位地重叠。为了更清楚的图示，第一光分布21的附图标记显示在照亮的区域的边界线上。在边界线内的第一光分布被认为是均匀的，除了由相应的机动车大灯的相应的光学结构(投射透镜)引起的改变，其以与具有第二光分布22的第二光束13b相同的方式涉及到具有第一光分布21的第一光束13a。第二光分布22包括在表征第一光分布21的边界线内减去暗条纹23的整个区域，其以与第二光分布22相同的方式仅仅示例性地设有附图标记。因此，照明装置10产生一出现在车道19上的图案。在此，暗条纹23表示没有被大灯照亮的区域。在没有障碍物的情况下得到如图3所示的简化和示例性的光分布。以表示机动车的视点的下水平线为起点，照亮黑暗道路的光锥由暗线中断，即，在其中恰好切断光的区域。在背景中示出的是未照亮的车道19连同分道线20。在此，大灯的暗图案线性地在水平方向上延伸直至表征第一光分布21的边界线。在边界线的另一边，除了没有照明功能的可能发生的散射光之外，车道19未被照亮。
在图4的图中，图3的布置方案被补充以呈正方体形式的障碍物24。第二光分布22和暗条纹23(它们在障碍物24的区域中相对于其如图3所示的线性走向存在失真)的形状可借助于安置在机动车上或机动车中的摄像单元来获取。通过表征在第二光分布22中的间隙的暗条纹23的变形，机动车的评估单元可算出障碍物24的尺寸和距离。
以相应的方式，图5示出了通过根据本发明的照明装置10照亮的机动车环境18，其中，在这种情况下，障碍物24是一球形对象。由通过暗条纹23中断的第二光分布22给出的明暗图案的相应的示例性的变形可相应地通过车载摄像单元(摄像机)获取。
以这种方式由摄像机或评估装置获得的、关于障碍物24的尺寸和/或距离的数据可以与机动车中的其它传感器数据合并，从而以更高的精度检测障碍物24。此外，数据可以与其他道路使用者共享，例如通过所谓的车对车通信或车对X通信实现这一点。
实施例仅用于阐述本发明，而对本发明没有限制作用。因此，测量图案的方式和数量尤其可任意设计，这都不脱离本发明的构思。
因此，上文示出了如何借助于高分辨率大灯将带状光拓扑图案用于障碍物识别。

Claims (10)

1.一种机动车的照明装置(10)，所述照明装置构造成，
-在第一运行模式中提供具有第一光分布(21)的第一光束(13a)以照亮机动车的环境(18)并且将第一测量图案投射到环境(18)中，
-在第二运行模式中提供具有第二光分布(22)的第二光束(13b)，以将第二测量图案投射到环境(18)中，
设有控制装置(15)，该控制装置设计成交替地以周期性的序列激活第一运行模式和第二运行模式，
第一测量图案与第二测量图案相反地设计，
设有能逐点操控的光调制单元(12)，该光调制单元用于由多个可单独调制的与相应的像点相关的单射束来形成第一光束(13a)和/或第二光束(13b)，其中，控制装置(15)设计成将图像信号(16)提供给光调制单元(12)，以激活第一运行模式和/或第二运行模式。
2.根据权利要求1所述的照明装置(10)，其特征在于，设有公共的光源(11)，该光源设计成在第一运行模式中产生第一光束(13a)而在第二运行模式中产生第二光束(13b)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的照明装置(10)，其特征在于，所述照明装置(10)构造为高分辨率的机动车大灯，用以产生第一光束(13a)和/或所述第二光束(13b)，该机动车大灯具有的分辨率为至少320000像点。
4.一种用于机动车的驾驶员辅助系统，该驾驶员辅助系统具有根据上述权利要求中任一项所述的照明装置(10)，其特征在于，设有摄像单元，该摄像单元设计成根据通过第一光束(13a)和/或第二光束(13b)照亮的机动车的环境(18)来确定图像数据。
5.根据权利要求4所述的驾驶员辅助系统，其特征在于，设有评估单元，该评估单元设计成由图像数据确定在机动车的环境(18)中存在的障碍物(24)。
6.根据权利要求5所述的驾驶员辅助系统，其特征在于，所述评估单元设计成根据所确定的障碍物(24)在机动车的环境(18)内的位置提供修正信号，该修正信号用于操控所述机动车的转向装置和/或制动装置。
7.一种机动车，该机动车具有根据权利要求4至6中任一项所述的驾驶员辅助系统。
8.一种用于运行机动车的照明装置(10)的方法，包括：
-在第一运行模式中提供具有第一光分布(21)的第一光束(13a)，以照亮机动车的环境(18)并且将第一测量图案投射到环境(18)中，
-在第二运行模式中提供具有第二光分布(22)的第二光束(13b)，以将第二测量图案投射到环境(18)中，
-以周期性的序列交替地激活第一运行模式和第二运行模式，
第一测量图案与第二测量图案相反地设计，
设有能逐点操控的光调制单元(12)，该光调制单元用于由多个可单独调制的与相应的像点相关的单射束来形成第一光束(13a)和/或第二光束(13b)，其中，控制装置(15)设计成将图像信号(16)提供给光调制单元(12)，以激活第一运行模式和/或第二运行模式。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据通过第一光束(13a)和/或第二光束(13b)照亮的机动车的环境(18)确定图像数据，该图像数据作为相应地与第一运行模式和/或第二运行模式同步的图像序列。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量图案构造为条纹图案或栅格图案。
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