CN110709281A - 车辆用灯具及其控制装置、控制方法 - Google Patents

车辆用灯具及其控制装置、控制方法 Download PDF

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Abstract

车辆用灯具(200)能够根据由摄像机单元(210)拍摄的图像来控制配光图案(PTN)。车辆用灯具(200)能够切换配光图案(PTN)的空间分辨率和配光图案(PTN)的更新速度的组合不同的多个控制模式。

Description

车辆用灯具及其控制装置、控制方法
技术领域
本发明涉及车辆用灯具。
背景技术
车辆用灯具在夜间和隧道内的安全行驶中发挥重要作用。若使驾驶员的视认性优先，在大范围内明亮地照射车辆前方，则存在对位于本车前方的前行车辆或对面车辆(以下，前方车辆)驾驶员和行人产生眩光这样的问题。
近年来，提出了根据车辆周围的状态，动态地、自适应地控制配光图案的ADB(Adaptive Driving Beam：自适应远光灯)技术。ADB技术检测前方车辆或行人的有无，对与车辆或行人对应的区域进行减光或熄灭等，降低对前方车辆驾驶员和行人造成的眩光。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特开2015-064964号公报
专利文献2：日本特开2012-227102号公报
专利文献3：日本特开2008-094127号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
本发明是鉴于这样的状况而完成的，其一个方式的例示性目的之一在于提供一种能够形成视认性优异的配光图案的车辆用灯具。另外，另一个目的在于提供一种车辆用灯具，该车辆用灯具对于车载摄像机而言能够形成容易识别目标物的配光图案。
另外，本发明人们对用摄像机拍摄车辆前方，并根据拍摄的图像数据控制配光的灯具进行了研究，结果认识到以下的课题。通常，由于车辆用灯具主要在夜间使用，所以摄像机要拍摄的对象较暗。
为了以物体能够被识别的亮度拍摄暗的视野，需要提高摄像机的灵敏度，但如果提高灵敏度，则S/N比降低。如果根据S/N比低的图像数据控制配光，则有可能所投影的配光图案中出现噪声成分的影响，视觉识别性降低。另外，该问题不应理解为本领域技术人员的一般认识。
本发明是在这样的状况下完成的，其一个方式的例示的目的之一在于提供一种能够形成降低了噪声的影响的配光的车辆用灯具。
[用于解决课题的手段]
本发明的一个方式涉及车辆用灯具。车辆用灯具能够根据由摄像机拍摄的图像生成配光图案，能够切换配光图案的空间分辨率和配光图案更新速度的组合不同的多个控制模式。
本发明的一个方式涉及车辆用灯具的控制装置或车辆用灯具。控制装置包括图像处理部，其接收由摄像机拍摄的初始图像数据，并生成与初始图像数据对应的中间图像数据，并根据中间图像数据生成规定车辆用灯具的照度分布的照度控制数据。关于初始图像数据的像素中的、像素值被包含在规定范围内的像素，中间图像数据中的实效性(起到实际效果)的灰阶数比初始图像数据中的灰阶数小。
另外，将以上的构成要素的任意组合、本发明的表现在方法、装置、系统等之间进行变换而得到的构成要素作为本发明的方式也是有效的。
[发明效果]
根据本发明的一个方式，能够形成视认性优异的配光图案，或者能够形成对于车载摄像机而言容易识别目标物的配光图案。另外，根据本发明的另一方式，能够形成降低了噪声的影响的配光。
附图说明
图1是第一实施方式的车辆用灯具系统的框图。
图2的(a)～(c)是说明配光图案的分辨率的图。
图3的(a)、(b)是说明不同控制模式下的配光图案的生成的图。
图4的(a)、(b)是不同控制模式下的车辆用灯具的配光控制的时序图。
图5是说明一个实施例中的多个控制模式的图。
图6的(a)、(b)是表示被分割为多个子区域的摄像机图像的图。
图7的(a)是说明低对比度控制的图，图7的(b)是说明高对比度控制的图。
图8是表示光源单元的构成例的图。
图9是表示光源单元的另一个构成例的图。
图10是第二实施方式的车辆用灯具系统的框图。
图11的(a)～(c)是说明配光图案的分辨率的图。
图12是说明图10的车辆用灯具中的信号处理的图。
图13是说明第一实施例的图像处理的图。
图14的(a)是说明低对比度控制的图，图14的(b)是说明高对比度控制的图。
图15是说明第二实施例的图像处理的图。
图16的(a)、(b)是说明第三实施例的对比度控制的图。
具体实施方式
首先，说明几个代表性的实施方式的车辆用灯具的概要。
1.本发明的一个实施方式涉及车辆用灯具。车辆用灯具能够根据由摄像机拍摄的图像生成配光图案，能够切换配光图案的空间分辨率和配光图案更新速度的组合不同的多个控制模式。
通过根据行驶环境或用户的喜好进行适当的信号处理，能够生成适当的配光图案。
在一个实施方式中，车辆用灯具具有：配光图案发生器，其根据由摄像机拍摄的图像生成配光图案；光源单元，其根据配光图案照射车辆前方；以及模式控制器，其自适应地控制配光图案的空间分辨率和配光图案的更新速度的组合。
多个控制模式也可以包括以相对高分辨且低速生成配光图案的第一模式、和以相对低分辨且高速生成配光图案的第二模式。
由此，不需要昂贵的能够高速处理的硬件。或者，人眼具有只能以低分辨率识别高速移动物体、以高分辨率识别低速移动的物体的特性，能够生成与人眼特性相匹配的配光图案。
可以根据行驶环境自适应地选择控制模式。或者，控制模式也可以由驾驶员手动选择。
可以根据环境照度自适应地选择控制模式。人眼在明亮和黑暗的环境中，特性会发生变化。因此，通过考虑环境照度，能够提供可视性高的配光图案。或者，摄像机在感光度恒定的条件下，在明亮的环境下和暗的环境下，1帧的曝光时间会变化。因此，通过考虑环境照度，能够提供与摄像机的动作对应的动作。
也可以根据由摄像机拍摄的图像来检测环境照度。通过将摄像机也用作照度传感器，能够减少硬件。
可以根据行驶速度自适应地选择控制模式。行驶速度也可以作为被照射物(照射对象)的移动速度的指标来利用。
也可以根据被照射物(照射对象)的速度自适应地选择控制模式。
可以根据由摄像机拍摄的图像的空间频率自适应地选择控制模式。也可以根据摄像机拍摄的图像中包含的物体的移动速度自适应地选择控制模式。
也可以根据本车行驶的道路的种类来选择控制模式。
也可以将由摄像机拍摄的图像分割为多个子区域，对每个子区域设定控制模式。也可以分割为相对明亮子区域和相对暗的子区域。或者，也可以分割为目标物的位移速度相对较快的子区域和相对较慢的子区域。
2.本发明的一个实施方式涉及车辆用灯具的控制装置。控制装置具备图像处理部，该图像处理部接收由摄像机拍摄的初始图像数据，生成与初始图像数据对应的中间图像数据，根据中间图像数据生成规定车辆用灯具照度分布(配光图案)的照度控制数据。关于初始图像数据的像素中的像素值包含在规定范围内的像素，中间图像数据中的有效的灰阶数比初始图像数据中的灰阶数小。
配光图案作为多个单独区域(网格)的集合来处理，根据初始图像数据所包含的对应的位置的像素的像素值来决定各网格的照度。这里，当噪声叠加在像素值上时，如果噪声包括在某些特定像素值的范围内，则噪声的影响可能在配光图案中变得明显。因此，对于初始图像数据中包含的像素中在最终的照度分布中噪声的影响显著的像素，通过减少有效的灰阶数，能够形成降低了来自摄像机噪声的影响的配光。通过仅在规定范围内减少灰阶数，对于噪声不明显的像素，能够维持原来的高灰阶数。
规定范围也可以是从零到规定的上限值。或者，规定范围也可以是从规定的下限值到最高灰阶值。规定范围也可以是多个。
生成照度控制数据的处理可以包括将中间图像数据或从中间图像数据获得的图像数据的像素值与阈值进行比较的处理。在该情况下，通过与阈值对应地规定规定范围，能够降低噪声的影响。
生成照度控制数据的处理可以包括改变中间图像数据或从中间图像数据获得的图像数据的对比度的处理。通过降低(或提高)对比度，有时暗部噪声被放大。因此，通过在与暗部对应的规定范围内减少灰阶数，能够降低噪声的影响。
生成照度控制数据的处理也可以包括对中间图像数据或从中间图像数据得到的图像数据的像素值进行灰阶反转的处理。在该情况下，由于中间图像数据中越是暗部照度越高，所以暗部中包含的噪声在照度分布的明亮区域中被强调。因此，通过使规定范围与暗部对应而减少灰阶数，能够降低噪声的影响。
图像处理部也可以将中间图像数据的像素值与阈值进行比较，根据比较结果生成照度控制数据。在关注相邻的多个像素时，在包含噪声的像素值超过或不超过阈值时，噪声对照度控制数据的影响变得显著。在该情况下，通过降低中间图像数据灰阶数，能够抑制噪声的影响。
生成中间图像数据的处理可以包括将初始图像数据的像素值乘以小于1的系数的处理。
生成中间图像数据的处理可以包括对初始图像数据的像素值的低位N比特(N≥1的整数)进行舍入的处理。
图像处理部也可以根据初始图像数据中包含的噪声的振幅来改变减少灰阶数的程度。由于有时噪声的量依赖于温度等环境而变化，因此能够根据状况适当地减少噪声的影响。
以上是车辆用灯具的概要。以下，根据优选的实施方式，参照附图对本发明进行说明。实施方式是例示而不是限定发明，实施方式中记载的所有特征或其组合并不一定是发明的本质性特征。对各附图所示的相同或同等的构成要素、部件、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。另外，为了便于说明，各图所示的各部分的比例尺和形状是为了方便而设定的，只要没有特别提及，就不进行限定解释。另外，在本说明书或权利要求中使用"第一"、"第二"等用语的情况下，该用语不表示任何顺序或重要度，用于区别一个结构和其他结构。
图1是第一实施方式车辆用灯具系统的框图。车辆用灯具系统100具备车辆用灯具200、车辆ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)102、以及电池104。电池104产生的电池电压VBAT作为电源电压提供给车辆用灯具200。车辆ECU102和车辆用灯具200遵循诸如CAN(Controller Area Network：控制器区域网络)和LIN(Local InterconnectNetwork：本地互联网络)之类的协议，能够进行通信。车辆ECU102控制车辆用灯具200的点亮熄灭，另外，将车速、转向等车辆的信息发送给车辆用灯具200。能够从车辆用灯具200向车辆ECU102发送故障信号等。
车辆用灯具200构成为能够根据摄像机单元210拍摄的图像(以下称为摄像机图像IMG)动态地、自适应地控制配光图案PTN。另外，该摄像机图像IMG相当于构成动态图像的一帧数据。摄像机单元210既可以仅包括一个摄像机，也可以包括分辨率和/或帧率不同的多个摄像机。在摄像机单元210包括多个摄像机的情况下，摄像机图像IMG被理解为多个摄像机的输出数据的总称。
配光图案PTN被理解为车辆用灯具200在本车前方假想铅垂屏幕900上形成的照射图案902的二维的照度分布。车辆用灯具200针对配光图案PTN的生成，能够自适应地切换多个控制模式。在多个控制模式中，配光图案PTN的空间分辨率和配光图案的更新速度(切换速度)的组合不同。
配光图案PTN被分割为多个网格(区域)，同一网格的照度恒定。配光图案PTN的空间分辨率与网格的精细度(粗度)相对应。
图2的(a)～(c)是说明配光图案PTN分辨率的图。图2的(a)表示摄像机图像IMG的一例，图2的(b)、(c)是表示与图2的(a)的摄像机图像IMG对应的配光图案PTN的一例的图。在此，为了便于说明，说明从摄像机图像IMG提取特定目标物，将存在特定目标物的部位的网格设为遮光(即照度为零)的例子。特定目标物是不应该晃眼的对象物，例示了前行车辆904、对面车辆906、以及行人908。在图2的(b)、(c)中，对被遮光的区域附加阴影线。图2的(b)配光图案PTN的分辨率比图2的(c)的配光图案高。分辨率高的一方能够更正确地实现符合特定目标物的形状的遮光。
若进一步提高配光图案PTN分辨率，则也可以仅对前行车辆904的后车窗的部分或对面车辆906的前车窗的部分进行遮光，对主体积极地提高照度。同样地，也可以仅对行人908的脸的部分进行遮光，对身体的部分积极地提高照度。由此，能够防止眩光，并且能够进一步提高本车驾驶员的视认性。
返回到图1，对车辆用灯具200的具体结构进行说明。车辆用灯具200除了摄像机单元210之外，还具备控制单元220和光源单元230。另外，在图1中，摄像机单元210内置于车辆用灯具200中，但也可以设置在车辆侧。
控制单元220包括配光图案发生器222和模式控制器224。控制单元220也被称为灯具ECU。配光图案发生器222根据摄像机图像IMG生成配光图案PTN。控制单元220可以由数字处理器构成，例如可以由CPU、微机和软件程序的组合构成，也可以由FPGA(FieldProgrammable Gate Array：场可编程门阵列)或ASIC(Application Specified IC：应用程序专用IC)等构成。
光源单元230构成为从配光图案发生器222接收指示配光图案PTN数据，能够在车辆前方形成与配光图案PTN对应的照度分布。光源单元230的结构没有特别限定，例如包括：LD(激光二极管)、LED(发光二极管)等半导体光源；以及点亮电路，其驱动半导体光源并使其点亮。光源单元230为了形成与配光图案PTN对应的照度分布，例如也可以包括使用DMD(Digital Mirror Device：数字微镜器件)或液晶器件等的矩阵型的图案形成装置。
模式控制器224对配光图案PTN的空间分辨率与配光图案PTN的更新速度(帧率)的组合，即配光图案发生器222的控制模式自适应地控制。
以上是车辆用灯具200的基本结构。接着，对其动作进行说明。
图3的(a)、(b)是说明不同控制模式下配光图案PTN的生成的图。图3的(a)所示控制模式中的配光图案PTN的更新周期TS1比图3的(b)所示的控制模式的更新周期TS2短。图3的(a)所示控制模式下的配光图案PTN的分辨率比图3的(b)所示的控制模式的分辨率低。
图4的(a)、(b)是不同控制模式下的车辆用灯具200的配光控制的时序图。图4的(a)表示使分辨率优先的控制模式。针对每个预定帧周期TF生成摄像机图像IMG。控制单元220每多个帧接收一次摄像机图像IMG，通过基于接收到的摄像机图像IMG的图像处理来生成配光图案PTN。从一个摄像机图像IMG生成一个高分辨率配光图案PTN所需的处理时间TP比帧周期TF长。配光图案PTN更新周期TS受到处理时间TP的制约。
图4(b)表示使更新速度优先的控制模式。控制单元220按每帧接收摄像机图像IMG，通过基于接收到的摄像机图像IMG的图像处理来生成配光图案PTN。从一个摄像机图像IMG生成一个低分辨率配光图案PTN所需的处理时间TP比帧周期TF短。
图5是说明一个实施例中多个控制模式的图。横轴表示配光图案PTN更新速度(更新周期的倒数)，纵轴表示分辨率。配光图案发生器222至少能够切换第一模式MODE1和第二模式MODE2。在第一模式MODE1中，以相对高分辨率且低速地生成配光图案PTN，在第二模式MODE2中，以相对低分辨率且高速地生成配光图案PTN。
如上所述，控制单元220可以由微型计算机或CPU等处理器来实现。配光图案发生器222的运算量随着配光图案PTN的分辨率变高而增加，并且随着配光图案PTN的更新速度变高而增加。
在图5中，为了在与最高分辨率和最高更新速度对应的区域910中生成配光图案PTN，处理器所要求的运算能力非常高，通常，高速处理器价格昂贵，从成本的观点出发，大多情况下难以搭载在车辆用灯具上。反过来说，在处理器的运算能力不那么高的情况下，分辨率和更新速度可以说是处于权衡的关系。在存在这样的硬件制约的情况下，只要将配光图案发生器222的动作区域限制为图5的区域912即可。由此，由于能够降低处理器所要求的运算能力，所以不需要昂贵的CPU等，能够采用廉价的处理器。
除了第一模式MODE1和第二模式MODE2之外，在区域912内还可以支持处于其中间的第三模式MODE3。此外，也可以支持作为低分辨率和低更新速度的组合的第四模式MODE4。
通过支持第一模式MODE1和第二模式MODE2，还能够享受以下的效果。人眼具有如下特性:只能以低分辨率识别高速移动物体，而以高分辨率识别低速移动的物体。因此，通过能够切换第一模式MODE1和第二模式MODE2，能够生成与人眼的生物学特性匹配的配光图案。
接着，对控制模式切换进行说明。优选根据行驶环境自适应地选择控制模式。具体而言，可以根据以下三个参数中至少一个进行选择，或者可以通过复合地考虑多个参数来进行选择。
1.周围的亮度(环境照度)
第一参数是周围的亮度。即使在应该点亮前照灯的环境下，周围的亮度也大不相同。例如傍晚或清晨比夜间更明亮。而且即使同样是夜间，路灯较多的市区也比路灯较少的郊区要亮。另外，在隧道内，亮度根据照明的个数和亮度有很大不同。
众所周知，人眼具有分辨率低但灵敏度高的视杆细胞和分辨率高但灵敏度低的视锥细胞，在明亮的环境下视锥细胞活跃，在黑暗的环境下，视杆细胞会活跃。即，人眼在暗的环境下分辨率降低，因此可以说即使以高分辨率控制配光图案PTN，也无法识别该配光图案PTN。
因此，模式控制器224也可以根据周围的亮度，越亮越选择高分辨率的控制模式，随着变暗选择更低分辨率的控制模式。在可选择图5的第一模式MODE1～第三模式MODE3的情况下，在周围明亮的状况下选择第一模式MODE1，随着变暗，也可以选择第三模式MODE3、第二模式MODE2。
为了测定周围的亮度，如图1所示，也可以在车辆用灯具200上设置测定环境照度的照度传感器240。模式控制器224可以根据环境照明来选择具有适当分辨率的控制模式。
也可以代替照度传感器240而将摄像机单元210用作照度传感器。摄像机图像IMG包含环境照度的信息。因此，模式控制器224可以通过对摄像机图像IMG实施计算处理来估算环境照度。例如，可以通过取摄像机图像IMG的多个像素的值(像素值)的平均值来估算环境照度。或者，也可以提取摄像机图像IMG中未照射到车辆用灯具200的出射光的区域的像素值，根据该像素值估算环境照度。通过根据摄像机图像IMG估算环境照度，能够省略照度传感器。
2.被照射物与本车的相对速度
第二参数是被照射物(目标物)与本车的相对速度。这里的被照射物包括车辆、道路标识、行人、路面、道路标线、路灯等。换言之，也可以根据本车前方的视野的时间频率来选择控制模式。即，可以在被照射物相对于本车的相对速度为高速的情况下，选择更新速度高的控制模式，随着相对速度成为低速而选择更新速度低的控制模式。在可选择图5的第一模式MODE1～第三模式MODE3的情况下，可以在相对速度高的状况下选择第二模式MODE2，随着变慢，选择第三模式MODE3、第一模式MODE1。
例如，模式控制器224可以根据摄像机图像IMG中包含的被照射物的位移速度来切换控制模式。由此，能够进行反映被照射物与本车的相对速度的控制。
或者，由于存在当本车行驶速度快时相对速度变快，当本车的行驶速度慢时相对速度变慢的倾向，故配光图案发生器222也可以根据本车的行驶速度来切换控制模式。
3.被照射物的形状、配置
第三参数是被照射物(或目标物)的形状或配置的细度，换言之是本车前方的视野的空间频率。可以在视野的空间频率高的情况下，选择分辨率高的控制模式，随着空间频率变低，选择分辨率低的控制模式。在可选择图5第一模式MODE1～第三模式MODE3的情况下，可以在空间频率高的状况下选择第一模式MODE1，随着降低，选择第三模式MODE3、第二模式MODE2。
本车前方的视野的空间频率也可以根据摄像机图像IMG来计算。模式控制器224可以对图像数据进行傅立叶分析并计算空间频率。
模式控制器224可以直接或间接地分别取得第一～第三参数来选择控制模式，但第一～第三参数也可以根据行驶环境进行估算。因此，模式控制器224可以根据行驶环境来选择控制模式。
在一实施例中，也可以根据本车行驶的道路的种类来选择控制模式。道路的类别也可以按市区、郊区、高速公路、隧道等进行区分。道路种类的判定可以根据来自汽车导航系统的信息来进行，也可以根据车速、转向装置等本车信息来进行，也可以根据摄像机单元210拍摄的图像来进行。
如果着眼于第一参数，则由于市区相对明亮，能够以高分辨率识别物体，所以也可以选择第一模式MODE1或第三模式MODE3。相反，因为郊区相对较暗，并且人眼只能以低分辨率识别物体，所以可以选择第二模式MODE2或第三模式MODE3。
如果着眼于第二参数，则在市区存在行驶速度变慢、被照射物与本车的相对速度变慢的倾向，因此可以选择第一模式MODE1或第三模式MODE3。相反，在高速公路或郊外，存在行驶速度变快、被照射物与本车的相对速度变快的倾向，因此也可以选择第二模式MODE2或第三模式MODE3。
如果着眼于第三参数，则由于在市区可能存在多个行人或道路标识等相对小的目标物，因此具有空间频率高的倾向，可以选择第一模式MODE1或第三模式MODE3。另外一方面，在高速公路和郊外，由于行人和道路标识相对变少，所以空间频率有降低倾向，也可以选择第二模式MODE2或第三模式MODE3。
至此，说明了以同一控制模式生成一个配光图案的情况，但不限于此，也可以将一个摄像机图像IMG分割为多个子区域，也可以对每个子区域选择最佳的控制模式。
图6的(a)、(b)是表示被分割为多个子区域的摄像机图像IMG的图。在图6的(a)中，摄像机图像IMG被上下一分为二。在图6的(b)中，摄像机图像IMG在中央、上下、左右被分割为5个。
对于每个子区域，本车前方的视野的亮度(第一参数)、时间频率(第二参数)、空间频率(第三参数)的倾向变大。因此，通过分割为多个子区域，能够进行更适当的控制。
在图6的(a)的分割图案中，由于上侧的子区域SR1包含比下侧的子区域SR1更远的被照射物，因此位移速度慢，即，存在时间频率低的倾向。另外，远处物体看起来比近处的物体小，因此存在空间频率高的倾向。因此，在上侧的子区域SR1中可以使用分辨率优先的模式，在下侧的子区域SR2中可以使用更新速度优先的模式。
在图6的(b)分割图案中，中央的子区域SR1包含消失点，能够包含比其他子区域SR2～SR5更远的被照射物，因此位移速度慢，即，存在时间频率低的倾向、空间频率高的倾向。因此，子区域SR1也可以使用使分辨率优先的模式。
另外一方面，左右子区域SR2、SR3中，出现对面车辆或超越本车的车辆的可能性高，这些目标物具有高速位移的倾向。因此，在子区域SR2、SR3中也可以使用使更新速度优先的模式。
另外，也可以根据行驶道路的种类、本车的车速等自适应地切换分割模式。
接着，对配光图案发生器222中的图像处理进行说明。
最简单地说，配光图案发生器222也可以进行根据摄像机图像IMG检测特定的目标物、并对检测出的目标物的部分进行遮光的控制。
更高度地，配光图案发生器222也可以根据与该网格对应的摄像机图像IMG的像素的值(像素值)来使配光图案PTN各网格的照度变化。将其称为对比度控制。图6的(a)、(b)是说明对比度控制的图。横轴表示摄像机图像的像素值，纵轴表示对应的网格的照度。
图7的(a)是说明低对比度控制的图。在低对比度控制中，根据被照射物的亮度、换言之像素值，设定为越亮的物体照度越低，越暗的物体照度越高。由此，暗的部分和亮的部分的明暗差变小，特别能够提高暗的部分的视认性。另外，右侧下降的直线除了实线以外，也可以如虚线所示那样进行右侧下降的阶梯状的离散的控制，也可以进行如单点划线所示那样的沿着曲线的控制。或者，也可以通过反馈控制来调节网格的照度，以使各网格的像素值接近规定的目标值。
图7的(b)是说明高对比度控制的图。在高对比度控制中，根据被照射物的亮度，设定越亮的物体的照度越高，暗的物体的照度越低。由此，暗部分和亮部分的明暗差变大。明暗差大的视野具有人眼容易瞬间形成物体的位置和形状的优点。除了根据右侧上升的直线的控制以外，也可以如虚线所示那样进行右侧上升的阶梯状的控制，也可以进行如单点划线所示那样的沿着曲线的控制。
接着，对光源单元230的构成例进行说明。图8是表示光源单元230的构成例的图。图8的光源单元230A包括光源232、点亮电路234和图案形成装置236。此外，光源单元230A也可以包括未图示的反射光学系统或透射光学系统。
光源232优选为LED或LD等高亮度半导体光源。点亮电路234向光源232供给稳定化的驱动电流(灯电流)，使光源232以规定的亮度发光。光源232的出射光入射到图案形成装置236。
可以使用DMD或液晶面板作为图案形成装置236。DMD是反射角能够单独控制的微镜的阵列，每个微镜的有效反射率能够以多灰阶进行控制。液晶面板是透过率能够单独控制的像素的阵列，对于每个像素，透过率能够以多灰阶进行控制。
图9是表示光源单元230的其他构成例的图。图9的光源单元230B是扫描式的灯具，包括光源232、点亮电路234以及扫描光学系统238。扫描光学系统238构成为能够使光源232的出射光束进行扫描。例如，扫描光学系统238可以包括马达239a和安装在马达239a的旋转轴上的反射镜(反射片)239b。当电动机239a旋转时，反射镜239b的反射面与出射光束所成的角度发生变化，随之扫描光束BMSCAN进行扫描。在扫描光束BMSCAN的光路上，可以设置透射系统或反射系统的投影光学系统235。
以上，根据第一实施方式对本发明的一个方面进行了说明。接着，说明与第一实施方式相关的变形例。
(变形例1)
在实施方式中，通过模式控制器224自适应地切换控制模式，但也可以由驾驶员手动选择控制模式。人眼细胞的特性存在个体差异，并且在被认为是优选的配光模式中也存在个体差异。因此，通过向驾驶员提供选择控制模式的自由，能够对各个驾驶员实现适当的配光图案。
(变形例2)
也可以使驾驶员能够输入在自动控制控制模式时参照的参数。由此，能够对每个驾驶员提供适当控制模式的切换。
(变形例3)
在实施方式中，考虑了控制单元220的硬件的处理速度的制约，但不限于此，控制单元220在图5中也可以在与最高分辨率、最高更新速度对应的区域910中进行动作。即使在这种情况下，也能够享受本发明的优点。
(变形例4)
在实施方式中，说明了主要着眼于驾驶员的视认性的处理，但不限于此。在自动驾驶或半自动驾驶中，由于根据车载摄像机的目标物识别是重要的，因此对于车载摄像机而言，为了容易进行目标物识别，也可以自适应地切换控制模式。
(第二实施例)
图10是第二实施方式的车辆用灯具系统的框图。车辆用灯具系统100具备车辆用灯具200、车辆ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)102、以及电池104。电池104产生的电池电压VBAT作为电源电压提供给车辆用灯具200。车辆ECU102和车辆用灯具200，它遵循CAN(Controller Area Network：控制器区域网络)和LIN(Local InterconnectNetwork：本地互联网络)等的协议，可以进行通信。车辆ECU102控制车辆用灯具200的点亮熄灭，另外，将车速、转向等车辆的信息发送给车辆用灯具200。能够从车辆用灯具200向车辆ECU102发送故障信号等。
车辆用灯具200构成为能够根据摄像机单元210拍摄的图像(以下称为初始图像数据IMG1)，动态、自适应地控制配光图案PTN。另外，该初始图像数据IMG1相当于构成动态图像的1帧数据。摄像机单元210可以仅包括一个摄像机，或者可以包括分辨率和/或帧率不同的多个摄像机。在摄像机单元210包括多个摄像机的情况下，初始图像数据IMG1被理解为多个摄像机的输出数据的总称。
配光图案PTN被理解为车辆用灯具200在本车前方的假想铅垂屏幕900上形成的照射图案902的二维的照度分布。关于配光图案PTN生成，车辆用灯具200具备控制单元(控制装置)220以及光源单元230。控制单元220也被称为灯具ECU。
配光图案PTN被分割为多个网格(个别区域)，同一网格的照度恒定。配光图案PTN的空间分辨率与网格的精细度(粗度)相对应。但不限于此，例如，配光图案的分辨率可以是WUXGA(1920×1200)、FHD(1920×1080)、FWXGA(1366×768或1280×720)、SXGA(1280×1024)、WXGA(1280×800)、WVGA(800×480)、VGA(640×480)、QVGA(320×240)中的一个种。或者可以是更粗的分辨率，也可以具有与更高精细的4K或8K相当的分辨率。
图11的(a)～(c)是说明配光图案PTN的图。图11的(a)表示初始图像数据IMG1的一例，图11的(b)、(c)表示与图11的(a)的初始图像数据IMG1对应的配光图案PTN的一例的图。在此，为了便于说明，说明从初始图像数据IMG1中提取特定目标物，将存在特定目标物的部位的网格设为遮光(即照度为零)的例子。特定目标物是不应该晃眼的对象物，例示了前行车辆904、对面车辆906、以及行人908。在图11的(b)、(c)中，对被遮光的区域附加阴影线。图11的(b)的配光图案PTN的分辨率比图11的(c)的配光图案的高。分辨率越高，越能够更准确地实现符合特定目标物的形状的遮光。
若进一步提高配光图案PTN的分辨率，则也可以仅对前行车辆904的后车窗的部分或对面车辆906的前车窗的部分进行遮光，对主体积极地提高照度。同样地，也可以仅对行人908的脸的部分进行遮光，对身体的部分积极地提高照度。由此，能够防止眩光，并且能够进一步提高本车驾驶员的视认性。
返回到图10，对车辆用灯具200的具体结构进行说明。车辆用灯具200除了摄像机单元210之外，还具备控制单元220和光源单元230。另外，在图10中，摄像机单元210内置于车辆用灯具200中，但也可以设置在车辆侧。
控制单元220综合地控制车辆用灯具200。控制单元220包括图像处理部221、未图示的其他处理部。图像处理部221可以由数字处理器构成，例如可以由CPU、微机和软件程序的组合构成，也可以由FPGA(Field Programmable Gate Array：场可编程门阵列)或ASIC(Application Specified IC：应用程序专用IC)等构成。
预处理部226接收摄像机单元210拍摄的初始图像数据IMG1，生成与初始图像数据IMG1对应的中间图像数据IMG2。
关于初始图像数据IMG1的像素中的、像素值被包含在规定范围RNG中的像素，中间图像数据IMG2中的有效的灰阶数比初始图像数据IMG1中的灰阶数小。在本实施方式中，为了简单而考虑单色图像，但也可以是彩色图像。预处理部226在根据初始图像数据IMG1生成中间图像数据IMG2时，也可以进行降低分辨率的处理。
配光图案发生器222根据中间图像数据IMG2生成规定车辆用灯具200的照度分布(配光图案PTN)的照度控制数据。基于中间图像数据IMG2的配光图案PTN的生成方法没有特别限定，配光图案PTN所包含的个别区域(网格)的照度是基于中间图像数据IMG2的对应像素的值(像素值)的。
光源单元230构成为从配光图案发生器222接收指示配光图案PTN的照度控制数据，能够在车辆前方形成与配光图案PTN对应的照度分布。光源单元230的结构没有特别限定，例如包括：LD(激光二极管)、LED(发光二极管)等半导体光源；以及驱动半导体光源并使其点亮的点亮电路。光源单元230为了形成与配光图案PTN对应的照度分布，例如也可以包括DMD(Digital Mirror Device：数字微镜器件)或液晶器件等矩阵型的图案形成装置。
以上是车辆用灯具200的结构。接着，对其动作进行说明。图12是说明图10的车辆用灯具200中的信号处理的图。在图12中，为了简化说明，将图像数据简化为一维地进行表示。在成为灰阶数的降低处理对象的规定范围RNG中附加有阴影线。在该例子中，像素值0～11的12个灰阶量成为规定范围RNG。参照中间图像数据IMG2，规定范围RNG的有效的灰阶数为3灰阶。
原本的初始图像数据IMG1中随机地包括噪声N。在该噪声中，包含在规定范围RNG中的噪声能够通过减少灰阶数来除去。
另外，减少灰阶数的处理也可以是将低位的几个比特舍入(进位或舍去处理)。在图12的例子中，通过将低位2比特设为零来进行舍入处理。可以考虑噪声N的振幅和噪声N对最终的配光图案的影响来规定将下位多少比特舍入、换言之减少何种程度的灰阶数。因此，图像处理部221也可以根据初始图像数据IMG1中包含的噪声的振幅(换言之，S/N比)来改变减少灰阶数的程度。
以上是车辆用灯具200的动作。根据该车辆用灯具200，对于初始图像数据IMG1所包含的像素中的在最终的照度分布中噪声的影响显著的像素，通过减少实效性的灰阶数，能够形成降低了来自摄像机的噪声的影响的配光。另外，通过仅在附加了阴影线的规定范围RNG内减少灰阶数，从而能够对于噪声不明显的这以外的范围的像素维持原来的高灰阶数。
本发明涉及图10的框图和电路图所反映的、或者从上述说明导出的各种装置、电路、方法，并不限定于特定的结构。以下，不是为了缩小本发明的范围，而是为了帮助理解发明的本质和电路动作，并且使它们明确化，对更具体的构成例和变形例进行说明。
参照几个实施例详细说明配光图案发生器222中的图像处理和中间图像数据的生成的关系。
(第一实施例)
图13是说明第一实施例的图像处理的图。最简单地说，配光图案发生器222也可以根据初始图像数据IMG1检测特定的目标物，进行对检测出的目标物的部分进行遮光(或减光)的控制。例如，作为应遮光的物体，可以例示对面车辆、前行车辆、路灯或电子公告板等发光体等。从抑制眩光的观点出发，对对面车辆、前行车辆要求遮光，路灯、电子公告板等发光体原本即使照射前照灯也没有意义。
因此，图像处理部221也可以对于初始图像数据IMG1中的像素值超过规定的阈值TH的像素，判定为存在发光体的可能性高的范围，进行遮光(或减光)控制。
在进行这样控制的情况下，在初始图像数据IMG1的像素值处于阈值TH的附近时，重叠了噪声的像素值与阈值TH交叉，根据随机噪声形成遮光区域。该情况在图13的从上方起第三段的配光图案中示出。
因此，通过将规定范围RNG以及规定范围RNG内的中间图像数据的灰阶数与噪声的振幅以及阈值TH相对应地进行规定，从而能够降低噪声影响。该情况在图13的从上方起第4段的配光图案中示出。
(第二实施例)
配光图案发生器222也可以根据初始图像数据IMG1，进行降低车辆前方视野的对比度或者提高对比度的处理。这里的对比度被理解为暗部与亮部的亮度之比。
更详细地说，为了降低对比度，只要提高暗的部分(反射率低的部分)的照度，并相反地降低亮的部分的照度即可，换言之，根据被照射物的亮度，设定为越亮的物体的照度越低，越暗的物体的照度越高。即，对于配光图案的各个别区域，初始图像数据IMG1的对应的像素的像素值越低，则越提高照度，像素值越高则将照度设定得越低即可。在本说明书中，将该处理称为低对比度控制。
图14(a)是说明低对比度控制的图。由此，暗的部分和亮的部分的明暗差变小，特别能够提高暗的部分的视认性。另外，右侧下降的直线除了实线以外，也可以如虚线所示那样进行右侧下降的阶梯状的离散的控制，也可以进行沿着如单点划线所示那样的曲线的控制。或者，也可以通过反馈控制来调节网格的照度，以使各网格的像素值接近规定的目标值。
相反地，为了提高对比度，只要降低暗的部分(反射率低的部分)的照度，相反地提高亮的部分的照度即可，换言之，根据被照射物的亮度，越亮的物体将照度设定得越高，越暗的物体将照度设定得越低。即，对于配光图案的各个别区域，初始图像数据IMG1的对应的像素的像素值越低，将照度设定得越低，像素值越高，将照度设定得越高即可。在本说明书中将该处理称为高对比度处理。图14的(b)是说明高对比度控制的图。在高对比度控制中，由此，暗部分和亮部分明暗差变大。明暗差大的视野具有人眼容易瞬间形成物体的位置和形状的优点。除了根据右侧上升的直线的控制以外，也可以如虚线所示那样进行右侧上升的阶梯状的控制，也可以进行沿着如单点划线所示那样的曲线的控制。
图15是说明第二实施例的图像处理的图。在此，说明通过灰阶反转来实现图14的(a)所示的低对比度控制的情况。例如，在将最大灰阶设为MAX、将某像素的像素值设为X时，被反转的灰阶Y由下式给出。
Y＝MAX-X
如果对初始图像数据IMG1直接进行灰阶反转，则低灰阶向照射分布的高灰阶区域移动。因此，包含在初始图像数据IMG1的低灰阶中的噪声将变得被包含在照度高的区域中，变得明显(图15的右上方的无舍入)。具体而言，在配光图案的明亮区域内，包含因噪声而变暗的光点，有可能导致视认性降低。
因此，不是将初始图像数据IMG1直接进行灰阶反转，在初始图像数据IMG1中在低灰阶范围(0～A)内对像素值进行舍入而生成中间图像数据IMG2，通过对中间图像数据IMG2进行灰阶反转，能够降低照度高区域的噪声(图15的右下方存在舍入)。
归纳起来可以引导出以下的技术思想。即，图像处理部221只要规定规定范围RNG，以降低在照度分布中噪声明显的照度范围中包含的噪声即可。在将像素值设为X、将与其对应照度设为Y时，设其关系由任意的函数表示。
Y＝f(X)
此时，在照度分布中包含噪声的情况下，将该噪声明显的照度范围的上限值设为YMAX，将下限值设为YMAX。与YMAX、YMIN对应的像素值XMAX、XMIN由下式给出。
XMAX＝f-1(YMAX)
XMIN＝f-1(YMIN)
f-1是函数f的逆函数。因此，用XMAX和XMIN规定规定范围的上限和下限即可。另外，可以是XMAX＞XMIN的情况，也可以是XMAX＜XMIN的情况。
(第三实施例)
说明对比度控制的其他例子。图16的(a)、(b)是说明第三实施例的对比度控制的图。图16的(a)表示物体的反射率(％)与亮度的关系，在以不依赖于被摄体的恒定照度进行照射的情况下，如(i)所示，物体的亮度与反射率成正比例。存在如下情况：所谓的图像处理领域中的高对比度图像具有如(ii)所示的灰阶分布，低对比度图像具有如(iii)所示的灰阶分布。
图16的(b)表示物体的反射率与照度(归一化后的相对值)的关系。物体的反射率也可以替换为像素值。在高对比度控制或低对比度控制任一种情况下，在反射率低的区域中，反射率-照度特性的斜率都较大。这意味着像素值的低灰阶区域中的噪声的振幅被放大。因此，在进行图16的(a)所示的对比度控制的情况下，可以将低灰阶区域作为规定范围RNG进行舍入处理，生成中间图像数据IMG2。
归纳起来可以导出以下的技术思想。即，在从像素值变换(映射)为照度时，在存在噪声振幅被放大的灰阶范围的情况下，图像处理部221只要针对该灰阶范围规定规定范围RNG即可。
在将像素值设为X、将与其对应的照度设为Y时，设其关系由任意的函数表示。
Y＝f(X)
噪声的放大率高的范围是函数f(X)的斜率大的范围，相当于微分函数f’(X)的绝对值大的范围。因此，在将提供斜率|f’(X)|的最大值的像素值设为XMAX时，以包含像素值XMAX的方式规定规定范围RNG即可。
以上，根据第二实施方式对本发明的一个方面进行了说明。接着，说明与第二实施方式相关的变形例。
(变形例1)
在实施方式中，主要对从驾驶员来看时的噪声对策进行了说明，但不限于此。在自动驾驶或半自动驾驶中，由车载摄像机进行目标物识别是重要的，因此，为了降低对车载摄像机而言不优选的噪声，也可以决定应该进行舍入处理的规定范围RNG。
(变形例2)
在实施方式中，说明了在配光图案的明亮区域内包含因噪声而变暗的光点时，视认性降低的情况，但不限于此。人眼对暗区域中的亮度变化比亮区域中的亮度变化更敏感。从该观点来看，如果在配光图案的暗的区域内包含因噪声而变亮的光点，则也可能有不愉快的情况。因此，在该情况下，规定规定范围RNG，以降低照度暗的灰阶内所包含的噪声即可。
(变形例3)
在实施方式中，作为减少灰阶数的舍入处理，说明了位的舍去(进位)，但不限于此。对于包含在规定范围RNG中的像素值，也可以通过乘以小于1的系数来减少实质的灰阶数。该处理在规定范围RNG为低灰阶区域的情况下有效。
根据实施方式，使用具体的语句说明了本发明，但实施方式只不过是表示了本发明的原理、应用的一个方面，在实施方式中，在不脱离权利要求所规定的本发明的思想的范围内，可以有许多变形例和配置的变更。
[附图标记说明]
100...车辆用灯具系统，102...车辆ECU，104...电池，200...车辆用灯具，210...摄像机单元，220...控制单元，221...图像处理部，222...配光图案发生器、224...模式控制器、226...预处理部、230...光源单元、232...光源、234...点亮电路、236...图案形成设备、238...扫描光学系统、240...照度传感器、PTN...配光图案、IMG...摄像机图像、900...虚拟垂直屏幕、902...照射图案、904...前行车辆、906...对面车辆，908...行人。
[产业上的可利用性]
本发明能够用于车辆用灯具。

Claims (22)

1.一种车辆用灯具，其特征在于，
能够根据由摄像机拍摄的图像来控制配光图案，能够切换所述配光图案的空间分辨率和所述配光图案的更新速度的组合不同的多个控制模式。
2.如权利要求1所述的车辆用灯具，其特征在于，
所述多个控制模式包括:第一模式，以相对高分辨率且低速生成配光图案；以及第二模式，以相对低分辨率且高速生成配光图案。
3.如权利要求1或2所述的车辆用灯具，其特征在于，
根据行驶环境自适应地选择所述控制模式。
4.如权利要求1或2所述的车辆用灯具，其特征在于，
根据环境照度自适应地选择所述控制模式。
5.如权利要求4所述的车辆用灯具，其特征在于，
根据所述摄像机拍摄的图像检测所述环境照度。
6.如权利要求1至3中任意一项所述的车辆用灯具，其特征在于，
根据行驶速度自适应地选择所述控制模式。
7.如权利要求1至3中任意一项所述的车辆用灯具，其特征在于，
根据被照射物的速度自适应地选择所述控制模式。
8.如权利要求1至3中任意一项所述的车辆用灯具，其特征在于，
根据由所述摄像机拍摄的图像的空间频率选择所述控制模式。
9.如权利要求1至3中任意一项所述的车辆用灯具，其特征在于，
根据本车行驶的道路的种类自适应地选择所述控制模式。
10.如权利要求1至3中任意一项所述的车辆用灯具，其特征在于，
由所述摄像机拍摄的图像被分割为多个子区域，对每个子区域设定所述控制模式。
11.一种车辆用灯具，其特征在于，具有：
配光图案发生器，其根据由摄像机拍摄的图像生成配光图案；
光源单元，其根据所述配光图案照射车辆前方；以及
模式控制器，其自适应地控制所述配光图案的空间分辨率和所述配光图案的更新速度的组合。
12.一种车辆用灯具的控制装置，其特征在于，
具有图像处理部，其接收由摄像机拍摄的初始图像数据，生成与所述初始图像数据对应的中间图像数据，根据所述中间图像数据生成规定车辆用灯具的照度分布的照度控制数据，
关于所述初始图像数据的像素中的、像素值被包含在规定范围内的像素，所述中间图像数据中的实效性的灰阶数，比所述初始图像数据中的灰阶数小。
13.如权利要求12所述的车辆用灯具的控制装置，其特征在于，
所述图像处理部进行将所述像素值变换为照度的处理，
以降低在所述照度分布中噪声明显的照度范围内所包含的噪声的方式规定所述规定范围。
14.如权利要求12所述的车辆用灯具的控制装置，其特征在于，
所述图像处理部执行将所述像素值转换为照度的处理，所述规定范围是所述照度相对于所述像素值的斜率取最大值的灰阶范围。
15.如权利要求12至14中任一项所述的车辆用灯具的控制装置，其特征在于，
生成所述照度控制数据的处理包括将所述中间图像数据或从所述中间图像数据得到的图像数据的像素值与阈值进行比较的处理，
所述规定范围是对应于所述阈值而规定的。
16.如权利要求12至15中任一项所述的车辆用灯具的控制装置，其特征在于，
生成所述照度控制数据的处理包括使所述中间图像数据或从所述中间图像数据得到的图像数据的对比度变化的处理。
17.如权利要求12至16中任一项所述的车辆用灯具的控制装置，其特征在于，
生成所述照度控制数据的处理包括对所述中间图像数据或从所述中间图像数据得到的图像数据的像素值进行灰阶反转的处理。
18.如权利要求12至16中任一项所述的车辆用灯具的控制装置，其特征在于，
生成所述中间图像数据的处理包括对所述初始图像数据的像素值的低位N比特进行舍入的处理，其中，N为≥1的整数。
19.如权利要求12至17中任一项所述的车辆用灯具的控制装置，其特征在于，
生成所述中间图像数据的处理包括对所述初始图像数据的像素值乘以小于1的系数的处理。
20.如权利要求12至19中任一项所述的车辆用灯具的控制装置，其特征在于，
所述图像处理部根据所述初始图像数据中包含的噪声的振幅使减少所述灰阶数的程度变化。
21.一种车辆用灯具，其特征在于，具备权利要求12～20中任一项所述的控制装置。
22.一种车辆用灯具的控制方法，其特征在于，包括：
生成与由摄像机拍摄的初始图像数据对应的中间图像数据的步骤，以及
根据所述中间图像数据生成规定车辆用灯具的照度分布的照度控制数据的步骤；
关于所述初始图像数据的像素中的、像素值被包含在规定范围内的像素，所述中间图像数据中的实效性的灰阶数比所述初始图像数据中的灰阶数小。
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