CN110087947A - 根据地形和测得的亮度产生均匀的光分布 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种照明装置、一种用于控制用于车辆的照明装置的方法和计算机程序产品，所述照明装置照亮车辆的周围环境，其中，所述照明装置具有多个照明元件，所述照明元件能够以各一个立体角辐射出各一个可独立地变暗或切换的光通量并且由此以照明强度照亮周围环境中的各一个面。根据所述面到照明元件或照明装置的距离调节(43)所述照明强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制用于车辆的照明装置的方法、装置和计算机程序产品，其中，根据一个被照射的点和照明装置之间的距离调节照明强度。
背景技术
当前市场上的光系统的光技术性能主要通过光学元件例如透镜、反射镜和光源自身确定。在行驶运行中光分布(近光灯、远光灯)的适配不是始终能实现。大灯技术的当前趋势始终越来越走向高分辨率大灯的方向，通过高分辨率的大灯理论上允许产生任意的光分布。这样的系统的优点在于光产生的高灵活性，这通过各个可控制的像素的比较高的水平和垂直的分辨率实现。通过高的局部分辨率允许进一步优化现有的光功能例如“防炫目的远光灯”或者能够实现新的光功能。
已知的是防炫目的远光灯的光功能，在需要时具有竖直的明暗边界(vHDG)。在此光分布与不允许炫目的物体适配。在前面行驶的和/或迎面而来的车辆被排除在远光分布外。在此通过竖直线分开的区域在其整个高度上变暗并且由此也包括能够被照亮而不引起炫目的部位。此外这样的固定的光分布在一些情况中可能导致不同亮度的光区域，因为周围环境的反射特性经常是不同的。
此外，当大灯能够部分地没有照亮或者适配地控制多个区域时，这种措施才得以扩展。这一点不能通过当前的大灯设计实现。
发明内容
本发明的任务在于，为观察者更愉快地并且更安全地设计照明，其方式是尽可能地用希望的亮度照亮所有的区域。光分布与周围环境地形的适配也应当能够被实现，以便达到均匀的照明。在此也应当考虑被照亮的面的不同的反射特性，从而也产生感觉均匀的光分布。
通过这里提出的调节措施应当这样地产生适配的光分布，使得从驾驶员的视线看达到周围环境或道路的均匀照亮并且同时减少出现的自炫目。
概念立体角描述了整个空间的一部分，其中，该部分从原点出发以角形扇状打开的方式伸到该空间中。两维角度的边在此是通常描述圆锥形或棱锥形的周面的面。在定向的方向上射出的常规光通常填满立体角而不是线，因为来自点状光源的常规光也无法通过光阑(Blende)准确地定向，就像例如在激光情况下那样。为了说清楚空间的方面，它也可以被称为三维立体角。
光通量(单位流明)表示每秒辐射出的可见光的功率。
光强度(单位坎德拉)表明在特定的立体角中产生的光通量。
照明强度(单位勒克斯)表示入射到特定的面上的光通量。换句话说，在被照亮的面上的照明强度说明了何种光通量(以流明lm为单位测得)落在单位面积(以平方米为单位测得)上。当前也由此提到额定光值，额定光值说明了多少光应当到达特定的面。
亮度(单位cd/m2)表示从一个面辐射出或者辐射回/反射的光通量。当前由此也提到从车辆出发可见的实际光值，即亮度或强度，反射光通过该额定光值被车辆中的驾驶员或传感装置感觉到。
面在此表示投射面，即一个表面的如下部分，光通量入射在该部分上并且被反射或吸收。这个面通过光被照亮，即在这个面上光通过反射施展它的照亮作用。反射光首先部分地被发送回到潜在的观察者。发送回的光的份额通过反射度或者说吸收度表示。
光分布表示光的空间分布或者说光强。总光分布表示整个照明装置的空间分布，而光分布可以表示到各区域或者各个照明元件上的光分布。
周围环境表示位于前方的区域，也称为场面或场景，该区域可潜在地被照明装置照亮。这是车辆通常向前运动所沿的方向。
照明装置具有照亮周围环境的一个区域或者向着周围环境的方向发送一种或多种光通量的能力。这可以以经典方式包括一个或多个大灯，在车辆中尤其是包括前大灯，该前大灯用于周围环境的照明。照明的意义通常是，驾驶员或摄像机能够得到周围环境的可分析的光学图像或印象。照明装置在此也能够仅包括照明设备的一部分，例如一个单独的大灯模块，或者在大灯或大灯模块内部的仅照明元件组/阵列/段。大灯模块在此大多是一个结构单元并且包括至少一个照明元件。
照明元件是一个装置，该装置能够以光通量辐射出光并且形成所谓的像素。不同的照明元件或照明元件阵列/模块/段基本上在此相互独立地在光强度方面可被控制。可控性可以包括简单的接通/断开。在一种更复杂的版本中也逐级地或无级地(可变暗地)实现亮度或者说光通量的调节。
照明装置的作用范围通过照明元件分成很多小的区域(像素)。在此在作用范围内部通过有目的地控制各个像素产生一种可相应地改变的光分布。优选均匀划分成行或列。但是同样可行的是，子区域具有不同的大小和形状并且在此无规律地被布置。
高分辨率意味着，由照明装置产生的光分布分成多个区域(例如像素或像素阵列)，这些区域允许被相互独立地控制。在此像素的数量例如可以多于100或1000或10000或100000。通过这类照明装置允许实现新的光功能或者相应地适配和优化现有的光功能。
照明元件可以包括一个唯一的可独立控制的带有发出的光通量的光源。例如在LED模块中就是这种情况。变换地也可以提到一种装置，该装置将来自对多个照明元件进行馈给的光源的光转换成可独立控制的光通量，而不影响光源本身。例如在基于LCD、DMD或LDP的模块中就是这种情况。
LCD照明装置具有一个或多个光源，在这些光源的光路中加入LC显示器或者LCD光阑。LCD可以具有成行和列的分辨率并且理想地是高分辨率的。因此可用照明装置照亮的区域获得与LCD相同的分辨率。通过各个LCD像素的切换产生希望的光分布。
LED照明装置的光源具有LED矩阵或者说LED像素阵列，即光源由很多单个的可个别单独控制的LED组成，这些LED通常布置成行和列。通过通常可逐级或无级地变暗的各个LED的不同亮度能够调节希望的光分布。
在DMD照明装置(基于微镜促动器)或DLP照明装置(数字光处理)中，光束通过活动的微镜的布置被分割成像素并且然后以像素的方式要么反射到投射路径中要么从投射路径反射出来。
该任务按照本发明尤其是通过一种用于控制用于车辆的照明装置的方法解决，该照明装置照亮车辆的周围环境。所述照明装置具有多个照明元件，所述照明元件能够以各一个立体角辐射出各一个可独立地变暗或切换的光通量并且由此以照明强度照亮周围环境中的各一个面。根据所述面到照明元件或照明装置的距离调节所述照明强度。
该任务按照本发明此外尤其是通过一种用于车辆的照明装置解决，所述照明装置照亮车辆的周围环境。所述照明装置具有多个照明元件，所述照明元件能够以各一个立体角辐射出各一个可独立地变暗或切换的光通量并且由此以照明强度照亮周围环境中的各一个面。所述照明强度可根据所述面到照明元件或照明装置的距离调节。
此外一种用于控制用于车辆的照明装置的计算机程序产品是本发明的主题。在此规定，所述计算机程序产品被这样地设计，使得所述计算机程序产品能够执行按照本发明的方法。尤其是可以在此使用按照本发明的照明装置。
本发明的其它优点由从属权利要求得出。
借助距离确定照明强度。因为照明元件的光以立体角(例如圆锥形或棱锥形地)扩散，所以每单位面积(例如1平方厘米)的照明与距离相关。如果例如想要近的和较远的面具有均匀的或相同亮度的照明，则在面积大小相同的情况下，到更远的面的光通量就自然必须更大或更强。换句话说：在面(投射面)的距离更大并且立体角相同的情况下相同的光通量导致更小的亮度，即与同样大小的具有更小距离的面相比更少的光到达确定大小的面上。
为了实现与距离无关的确定的照明(亮度)，更确切地说照明对于每种距离是不变的，照明强度可以按照物理法则随着距离以平方方式增加。其它的影响、如通过例如天气影响等的光学衰减被排除在外。
照明强度由发射出的光通量的强度或者说由照明元件的功率(光功率)得出。本身的控制参量在技术上大多是与使用的大灯技术有关的电学参量(例如电压、激励电流)。
不同的距离或间距中的物理上最精确的距离或间距是在面和照明元件之间的距离，因为立体角的原点正好在该照明元件上。因为照明元件大多并排靠近，通常也可以选择所以面到照明装置的距离，因为这对应于良好的接近，尤其是在大的距离时。同样可以替代照明元件或照明装置选择车辆作为参考点。
通常不同的照明元件照亮不同的立体角。但并不是必须始终如此，例如如果照明元件并排布置地平行地发射它们的光通量，则构成立体角的锥体从确定的距离开始重叠。也可能的是，不同的大灯模块(例如用于近光灯和远光灯)以相同的立体角辐射。这种考虑近似地有效，因为模块通常不会定位在相同的位置上并且因此立体角的原点相同。
有利地，可以在行驶期间与距离有关地求出用于每个立体角的额定光值(照明强度)。
替代基于光束的横截面的二维扩展的面和亮度，也可以使用简化的建模。因此该方法同样可用于点状的照明，在此替代面使用点并且替代亮度使用光强度，专门用于点状的光源或反射点。点状的方式也可以用于实际的照明单元和面的理想化的建模。
按照本发明的扩展构型，在该方法中，对于照明装置的多个或所有的照明元件执行所述调节。
由此也照亮属于所述多个或所有的照明元件的每个立体角。由此不仅点状地执行调节，而且在由所述面中的多个面组合成的更大范围中执行调节，立体角以投射入射到这些面上。
由此也能够与前方的周围环境或地形的类型无关地在其照明强度方面调节所有可由所述照明元件照射的面，从而形成希望的亮度。
换言之，用于例如均匀的光分布的额定光值(照明强度)的计算与距离相关地对于每个立体角或者说三维立体角被确定。有利地因此能以类似远光的光分布实现对周围环境的完全照亮。此外能够有利地产生对于驾驶员而言均匀的类似于日光分布的光分布，而没有由系统引起的光心(热点)。
在一种特别的实施方式中，照明装置或者大灯的所有照明元件具有可变暗或可切换并且按照本发明被控制的能力。
在一种特别的实施方式中，至少一组多个照明元件也可以被选出，在这些照明元件上应用本方法。由此能够选择一个被照亮的区域。该区域能够按照照亮相关立体角的照明元件的选择有利地呈现不同的形状。所述选择又可以与其它的参数有关，例如物体识别有关地做出。借此能够增强、变暗或均匀地照亮物体(例如其它的车辆、危险点、道路走向)。
按照本发明的一种扩展构型，在该方法中确定周围环境的地形和/或道路走向的地形。
周围环境的地形是地球表面的一种描述和与地形固定连接的自然的和人造的物体。在需要时在此也可以使用术语三维地形，以便说明高度方面，高度方面包括在地球中心点的方向上的距离或者平面的垂线或z轴。
道路走向的地形描述了组成道路的点的位置。走向、方向、曲率等可以由此导出。
地形包括表面的点的位置并且由此也暗示了这些点相对彼此的距离。如果现在观察者(或者在此照明装置)的位置是已知的，则可以有利地确定该点到观察者的距离。
按照本发明的一种扩展构型，在本方法中通过合适的数据源或传感装置确定地形和/或距离，其中，周围环境在不同测量点被读出。
在此作为被动的数据源可以例如使用地图，在该地图中存储有三维地形数据。有利地由此提前就已知，车辆的未来停留地点的地形看起来如何，相应的光分布可以因此已经被预先调节并且避免直到正确调节为止的停止时间，如在传感装置中的情况那样。
另一方面可以使用(主动的)传感装置，该传感装置测量地形。这可以例如光学地借助摄像机或红外摄像机发生或者基于激光的测量(激光探测和测量)或雷达。有利地在此考虑真实的和当前的周围环境，该周围环境例如相对于地图可能已经改变。
于是在此可以在确定的测量点上、例如按照地图的网格或传感器的扫描(例如基于像素)确定距离。通过在不同的测量点上的测量，周围环境的这些位置被读出或者在这些位置上的周围环境参数、例如距离被确定。为了确定距离，存在不同的在现有技术中已知的方法，如亮度分析、特征分析、三角测量等等。
周围环境参数的测量值然后被分配给正确的立体角。这可以通过坐标变换被执行。在需要时测量点的距离也一起进入该变换中，因为传感器和照明装置的位置大多是不相同的。因此例如摄像机图像中的测量点(像素)在不同的距离时也由不同的立体角被检测和照明。因此也可以由传感器数据确定水平角和竖直角。
在一种实施例中，为了求出道路网格的点的照明强度，由获得的水平角和竖直角计算道路点或周围环境点与大灯的距离。
在一种特别的实施方式中，照明元件的立体角被这样地调节，使得通过测量点的网格存在一致化。替代地，测量点的网格被这样地调节或选择，使得它们对应于照明元件的立体角。这时有利地存在简单的配属关系，该配属关系节省了耗费的计算。
按照本发明的一种扩展构型，在本方法中在其中两个不同的测量点之间进行插值。
在需要时在测量值的点之间插值，具体而言尤其是当测量值的网格如此地设计以至于立体角不是全等的或者说不能简单地与测量网格对应时。当扫描、即测量点的数量过少，尤其是少于空间角的数量时，插值也可能是必要的。有利地能够由此适配和由此使用为其它目的已经存在的或者简单的并且成本有利的测量系统。
在一种特别的实施方式中，插值是线性插值。该插值有利地包括简单的计算规则，对于该计算规则而言两个测量点的测量值就足够。
在一种特别的实施方式中，在车辆运动期间，在不同的测量点发生迭代或者说反复的或连续的测量。由此有利地实现适应性的光分布，该光分布在行驶期间始终与确定出的地形适配。周围环境、例如道路的均匀的照亮能够实现，方法是：道路走向的前面的三维地形或者说车辆前方的三围空间坐标通过合适的传感装置检测并且计算基于距离的额定光值(照明强度)。用于均匀的光分布的额定光值的计算由此对于每个立体角而言与距离相关地被确定。
按照本发明的一种扩展构型，在本方法中照明强度附加地根据亮度被调节。
亮度的确定基于相同的面，照明元件的所属的立体角射到该面并且通过该照明元件的照明强度照亮该面。
根据亮度或者说周围环境强度的确定或者说测量，检查额定光值(照明强度)是否被保持或者说达到。因为基于距离的、均匀的照明的计算严格地说仅可用于确定的表面特性，即在所有的点中具有相同的/恒定的反射特性。但是因为物体具有不同的反射特性，所以额定光值(照明强度)可以根据辐射回的光强度(亮度)被修正。反射的光可以借助合适的传感器(摄像机)例如借助强度测量被测量。理想地可以为此使用与用于确定距离的相同的摄像机。
有利地可以实现与理想条件适配的照明并且光分布看起来符合期望。
按照本发明的一种扩展构型，在本方法中用于周围环境的至少一个区域的亮度被均匀地调节。
在此在该区域中应该实现均匀的光分布或者说恒定的亮度。
照明元件的光通量在此被这样地调节，即希望的区域的每个像素的照亮这样地发生，使得车辆中的具有均匀/均衡亮度的反射光被感受到。有利地这辅助驾驶员或摄像机，因为其眼睛或传感装置仅仅必须检测小的动态范围。
在一种特别的实施方式中，该区域也可以涉及整个可照亮的区域(总光分布)。替代于此地也可以仅仅包括特定的区域，例如前方的道路，而不包括其它部分，例如与交通无关的风景。
如果照明强度的适应足够快速地成功，则可以在另一种实施方式中最终甚至取消面到照明元件的距离的测量。
按照本发明的一种扩展构型，当亮度过高时，在本方法中减少照明强度。
通过调节回路，因此减少了具有过高亮度(大于额定值)的区域。在此实际光值(亮度)被测量并且与额定光值(照明强度)比较和被分析。优选地，实现简单地确定必须减小的区域，例如如下区域，这些区域通过物体例如路牌，湿的道路、桥梁、隧道、护栏等等造成。费劲的物体识别因此不再强制需要。
这例如在交通牌上容易识别，交通牌的反射甚至能够导致驾驶员的自炫目。也就是说，结果是自炫目根据相应的立体角中的反射光，即测量的亮度被减少或者说被调节到与距离有关的额定光值、即照明强度。因此例如在强反射的交通牌上根据反射光减小额定光值。该方法也可用在其它强反射的表面上，如湿的道路或者本身发光的物体。
根据本发明的一种扩展构型，当亮度过低时，在本方法中提高照明强度。
当不能达到计算出的额定值时，同样可想到光额定值(照明强度)的提高。具有过低的亮度(过小额定值)的区域相应地被加强地照亮。
换言之，当强度的回测显示实际光值过低时，提高额定光值。前述情况类似地适用。
具有差反射特性的暗区域由此也可以均匀地被照亮。具有不同的反射特性(例如沥青、混凝土)的不同路面可以由此更好地变得可见并且更不容易形成暗的深谷的印象。
在此要注意的是，在一种特别的实施方式中在正常状态即没有通过亮度的回馈测量实现适配情况下的照明强度必须被这样地选择，使得光通量仍能够被增加。照明元件不允许在这时就已经辐射其最大的光功率。正常额定值应当被这样选择，使得它不是最大可能的。
附图说明
本发明的实施例在下面借助附图被详细阐述。
图1a示出空间中道路走向的第一视觉化；
图1b示出第一道路投射；
图1c示出在投射壁上的第一光分布；
图2a示出空间中道路走向的第二视觉化；
图2b示出第二道路投射；
图2c示出在投射壁上的第二光分布；
图3a示出空间中道路走向的第三视觉化；
图3b示出在投射壁上的第三光分布；
图4示出方法的流程图。
具体实施方式
图1a借助对象地图视觉化示出在空间中道路走向的第一视觉化。在此可看到三个笛卡尔空间坐标，正交面的位于高度0上的网格模板以车辆为参考点被示出。点状虚线示出具有道路走向在此具有右弯道的前方道路。
图1b示出按照图1a的在投影面(道路投影)上的道路走向。显示的x和y轴表示立体角(α、β)。行车道的线按照其布局表示行车道边缘和车道标记、如中间虚线和侧面虚线。
图1c示出按照图1b的投影面。在此，描绘与距离相关的照明强度。因此投射壁上的那些可看到道路走向的更远区域的地方设有更强的照明强度。在最终效果中，这在真实的周围环境中导致均匀的、即同样亮度的照亮(亮度)。
图2a、2b、2c类似于图1a、1b、1c地示出一个在此具有前方洼地和后面的上升的道路走向。
图3a、3b类似于图1a、1c地示出一个在此具有前方上升的道路走向。
图4示出方法的流程图。从起点41出发，执行三维立体角和距离的确定42，接着计算43与距离相关的额定光值(照明强度)，接着检测44周围环境实际强度(亮度)。如果接下来检查45，实际强度是否大于额定光值，若得到肯定结果，则执行光额定值的减小49。如果该检查45得到否定的结果，则如果进一步检查46、实际强度是否小于额定光值，若得到肯定结果，则执行光额定值的提高48。最后将新的额定值传送47给大灯。接着可以重新从前面开始该流程。
附图标记列表
41 起点
42 确定三维立体角和距离
43 计算与距离相关的额定光值
44 检测周围环境额定强度
45 检查实际强度是否大于额定光值
46 检查实际强度是否小于额定光值
47 将额定值转送给大灯
48 提高光额定值
49 减小光额定值
Claims (10)
1.用于控制用于车辆的照明装置的方法，所述照明装置照亮车辆的周围环境，其中，所述照明装置具有多个照明元件，所述照明元件能够分别以一个立体角辐射出各一个可独立地变暗或切换的光通量并且由此分别以一种照明强度照亮周围环境中的一个面，
其特征在于，根据所述面到照明元件或照明装置的距离调节(43)所述照明强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述照明装置的多个或者所有照明元件执行所述调节。
3.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，确定周围环境的地形和/或道路走向的地形。
4.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过合适的数据源或传感装置确定(42)所述地形和/或距离，其中，在不同的测量点读出所述周围环境。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在不同的测量点中的两个测量点之间插值。
6.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，附加地根据亮度调节(44)所述照明强度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，均匀地调节用于周围环境的至少一个区域的亮度。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，当所述亮度过高时(45)，减小(49)所述照明强度，和/或当所述亮度过低(46)时，提高(48)所述照明强度。
9.用于车辆的照明装置，所述照明装置照亮车辆的周围环境，其中，所述照明装置具有多个照明元件，所述照明元件能够分别以一个立体角辐射出各一个可独立地变暗或切换的光通量并且由此分别以一种照明强度照亮周围环境中的一个面，
其特征在于，所述照明强度可根据所述面到照明元件或照明装置的距离调节(43)。
10.用于控制用于车辆的照明装置的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品被设计成，使得所述计算机程序产品尤其是利用根据权利要求9所述的照明装置执行根据权利要求1至8之一所述的方法。
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