CN111231823A - 一种特种车辆专用车载灯光系统及其灯光调节方法 - Google Patents

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单同立
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Abstract

一种特种车辆专用车载灯光系统，包括车载摄像头、智能LED前照灯、调光LED舱顶灯和用于读取车载摄像头的图像信息对智能LED前照灯和调光LED舱顶灯进行智能管控的照明控制器，车载摄像头与照明控制器的输入端连接，智能LED前照灯和调光LED舱顶灯均与照明控制器的输出端连接；智能LED前照灯包括近光模组和用于实现车辆远光避让和行人闪烁警示的远光模组，调光LED舱顶灯包括用于实现色温和亮度调节的LED灯源。该系统设计合理、功能多样，通过智能LED前照灯和调光LED舱顶灯的设置，不仅能够提高车辆在道路行驶中的主动安全性，而且能够提高驾乘人员的视觉和生理舒适性。

Description

一种特种车辆专用车载灯光系统及其灯光调节方法
技术领域
本发明涉及车用半导体照明技术领域，特别是一种特种车辆专用车载灯光系统，还涉及上述特种车辆专用车载灯光系统的灯光调节方法。
背景技术
汽车照明系统是车辆安全行驶的必备系统之一，它主要包括外部照明系统和内部照明系统两部分，分别用于车外照明和车内照明。
目前，国内大多数车辆的灯光系统普遍存在功能单一，可控性差的问题，车外前照灯只有简单的远近光功能，车内照明灯也只能提供光色单一的照明功能，不能很好的满足驾乘员人的实际使用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理、功能多样、能够提高车辆在道路行驶中的主动安全性的特种车辆专用车载灯光系统。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供了上述特种车辆专用车载灯光系统的灯光调节方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种特种车辆专用车载灯光系统，该系统包括车载摄像头、智能LED前照灯、调光LED舱顶灯和用于读取车载摄像头的图像信息对智能LED前照灯和调光LED舱顶灯进行智能管控的照明控制器，车载摄像头与照明控制器的输入端连接，智能LED前照灯和调光LED舱顶灯均与照明控制器的输出端连接；智能LED前照灯包括近光模组和用于实现车辆远光避让和行人闪烁警示的远光模组，调光LED舱顶灯包括用于实现色温和亮度调节的白光LED灯源和用于隐蔽的红光LED灯源。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的特种车辆专用车载灯光系统，所述智能LED前照灯还包括便于近光模组和远光模组安装的安装板，安装板上还安装有与近光模组和远光模组配合的组合灯罩。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的特种车辆专用车载灯光系统，所述远光模组包括5组并排设置的灯源，5组灯源的灯珠均呈矩阵式分布。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的特种车辆专用车载灯光系统，所述调光LED舱顶灯包括下壳体和安装到下壳体上的上壳体，上壳体和下壳体之间形成有便于白光LED灯源和红光LED灯源安装的安装腔，安装腔内还安装有面罩和显示板，上壳体上安装有用于调光LED舱顶灯手动开闭的开关。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的特种车辆专用车载灯光系统，所述白光LED灯源包括色温为2000K的LED灯源和色温为7000K的LED灯源；红光LED灯源包括若干可以发出红光的红光LED灯珠。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的特种车辆专用车载灯光系统，所述照明控制器包括AI芯片和便于AI芯片安装的安装盒，安装盒上安装有便于操作的按钮和便于信息显示的屏幕。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的特种车辆专用车载灯光系统，所述智能LED前照灯设置有2个，分别用于安装到车辆车头的左右两侧；调光LED舱顶灯设置有6个，6个调光LED舱顶灯分成3排，用于安装到车辆顶部的内壁上。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的特种车辆专用车载灯光系统，一种特种车辆专用车载灯光系统的灯光调节方法，其内容如下：
（1）智能LED前照灯的灯光调节：车载摄像头对道路上的车辆和行人进行图像的采集和识别，并将采集的信息传递给照明控制器，照明控制器基于深度神经网络算法根据接收的信息识别道路上车辆和行人，并对车辆及行人的行驶速度及相对位置进行判断，再根据判断控制智能LED前照灯进行车辆远光避让或行人闪烁警示；
（2）调光LED舱顶灯的灯光调节：照明控制器通过调整电流值实现LED舱顶灯的色温和亮度调节进行照明模式切换，LED舱顶灯的照明模式包括色温连续调节照明模式、标准照明模式和红光照明模式；色温连续调节照明模式下，照明控制器控制LED舱顶灯的白光LED灯源的色温与亮度随着外部环境的自然光光色和亮度的变化而变化；标准照明模式下，照明控制器控制LED舱顶灯的白光LED灯源的色温为3600K、亮度为95%；红光照明模式下，照明控制器控制LED舱顶灯的白光LED灯源关闭，红光LED灯源开启。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的特种车辆专用车载灯光系统的灯光调节方法，调光LED舱顶灯的白光LED灯源的色温变化范围为2000K-6500K，亮度变化范围为0-100%。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的特种车辆专用车载灯光系统的灯光调节方法，在智能LED前照灯的灯光调节中：照明控制器对接收的图像进行输入并进行自主学习，再通过滤波和可加偏置对图像进行卷积，得到特征图，接着对每邻域四个像素求和，权值加权，再加上偏置，最后通过sigmoid激活函数进行非线性处理，从而识别出行人和车辆，若识别的是车辆，则控制智能LED前照灯至少关闭一组灯源，使亮度减弱，进行车辆远光避让；若识别的是行人，则控制智能LED前照灯以一定频率开关，进行行人闪烁警示。
与现有技术相比，本发明提供的特种车辆专用车载灯光系统主要用于一些车体密闭的特种军用车辆，该系统由车载摄像头、照明控制器、智能LED前照灯、调光LED舱顶灯组成，照明控制器为系统的核心部件，该部件主要负责读取摄像头的图像信息并且对智能LED前照灯和调光LED舱顶灯进行智能管控，智能LED前照灯除具有远近光功能外还具有远光避让功能和行人闪烁警示功能，能够用来提高车辆在道路行驶中的主动安全性；调光LED舱顶灯具有色温连续调节照明模式、标准照明模式以及红光照明模式，在车体密闭的车辆内，舱顶灯的多种照明模式能够提高驾乘人员的视觉和生理舒适性，同时在紧急状态下能够立刻切换到红光隐蔽模式。该系统设计合理、功能多样，通过智能LED前照灯和调光LED舱顶灯的设置，不仅能够提高车辆在道路行驶中的主动安全性，而且能够提高驾乘人员的视觉和生理舒适性。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明的安装示意图一；
图3为本发明的安装示意图二；
图4为本发明的卷积操作示意图；
图5为本发明的目标检测框架图；
图6为本发明的智能LED前照灯的结构示意图；
图7为本发明的远光模组的折射式光学配光系统图；
图8为本发明的远光模组的结构示意图；
图9为本发明的远光模组的矩阵式显示板示意图；
图10为本发明的远光模组的驱动电路图一；
图11为本发明的远光模组的驱动电路图二；
图12为本发明的自然光色温与亮度变化图；
图13为本发明的调光LED舱顶灯结构示意图；
图14为本发明的照明控制器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-14，一种特种车辆专用车载灯光系统，该系统主要用于一些车体密闭的特种军用车辆，该系统由车载摄像头2、照明控制器1、智能LED前照灯3、调光LED舱顶灯4组成；该系统中的照明控制器1为本系统的核心部件，该部件主要负责读取摄像头的图像信息并且对智能LED前照灯3和调光LED舱顶灯4进行智能管控；该系统中的智能LED前照灯3除具有远近光功能外还具有远光避让功能和行人闪烁警示功能，其主要用来提高车辆在道路行驶中的主动安全性；该系统中的调光LED舱顶灯4具有色温连续调节照明模式、标准照明模式以及红光照明模式；在车体密闭的车辆内，舱顶灯的多种照明模式能够提高驾乘人员的视觉和生理舒适性，同时在紧急状态下能够立刻切换到红光隐蔽模式。
本申请的具体技术方案
1、车载摄像头2的图像识别技术
本系统需要通过车载摄像头2对道路上的车辆和行人进行图像的采集和识别，其需要完成行人与车辆的目标宽度、目标高度、相对距离、相对速度、相对侧向距离等信息的采集，并将以上信息通过CAN接口传递到照明控制器1。
2、开发环境
基于深度学习的车辆及行人检测算法需要依赖强大的AI芯片才能实现实时处理，该项目计划采用核心AI芯片为Jetson TX2，该芯片是基于NVIDIA PascalTM架构的Ai单模块核心，具有6核CPU以及256CUDA核心，支持H.265/H.264等硬件解码，能够为视频解码、预处理和目标检测提供硬件加速。
3、算法实现
本技术主要是基于深度神经网络算法识别道路上车辆和行人，并对车辆及行人的行驶速度及相对位置进行判断；针对车辆行驶环境下行人及车辆识别面临的目标类别易混淆、识别模型能力不足等实际问题，分别建立行人及车辆的识别架构，重点实现行人及车辆识别过程中涉及到的多示例目标候选区域选择、基于深度神经网络的目标检测及具有目标在线自学习功能的多目标跟踪等关键技术，其核心算法依据的五层神经网络结构：
3.1、数据输入层
该层要做的处理主要是对原始图像数据进行预处理，其中包括：
3.1.1、去均值：把输入数据各个维度都中心化为0，其目的就是把样本的中心拉回到坐标系原点上；
3.1.2、归一化：幅度归一化到同样的范围，即减少各维度数据取值范围的差异而带来的干扰，比如，我们有两个维度的特征A和B，A范围是0到10，而B范围是0到10000，如果直接使用这两个特征是有问题的，好的做法就是归一化，即A和B的数据都变为0到1的范围；
3.1.3、PCA/白化：用PCA降维；白化是对数据各个特征轴上的幅度归一化；
3.2、卷积计算层
这一层就是卷积神经网络最重要的一个层次，也是“卷积神经网络”的名字来源；
在这个卷积层，有两个关键操作：局部关联，每个神经元看做一个滤波器(filter)；窗口(receptive field)滑动， filter对局部数据计算；先介绍卷积层遇到的几个名词：深度/depth，步长/stride （窗口一次滑动的长度），填充值/zero-padding；
参数共享机制，在卷积层中每个神经元连接数据窗的权重是固定的，每个神经元只关注一个特性；神经元就是图像处理中的滤波器，比如边缘检测专用的Sobel滤波器，即卷积层的每个滤波器都会有自己所关注一个图像特征，比如垂直边缘，水平边缘，颜色，纹理等等，这些所有神经元加起来就好比就是整张图像的特征提取器集合；
3.3、激励层
把卷积层输出结果做非线性映射；CNN采用的激励函数一般为ReLU(The RectifiedLinear Unit/修正线性单元)，它的特点是收敛快，求梯度简单，但较脆弱；
3.4、池化层
池化层夹在连续的卷积层中间，用于压缩数据和参数的量，减小过拟合。简而言之，如果输入是图像的话，那么池化层的最主要作用就是压缩图像。；
3.5、全连接层
两层之间所有神经元都有权重连接，通常全连接层在卷积神经网络尾部；
4、算法验证
本发明应用MATLAB对行人及车辆识别进行仿真；
仿真采用五层网络，第一层为网络的输入，CNN能够对二维图像的特征进行自主学习，故将原图像直接作为网络输入；设置卷积层，卷积层通过个大小的滤波器和可加偏置进行卷积，可得到个特征图；设置网络下采样层，每邻域四个像素求和，权值（卷积核元素）加权，加上偏置，左后通过sigmoid激活函数非线性处理，最终识别任务及车辆；
5、前照灯远光避让及闪烁警示功能的实现技术
5.1、技术综述
由于车载摄像头2识别到道路上的车辆和图像信息后，将图像信息传递给控制器，控制器根据图像信息控制智能LED前照灯3实现车辆远光避让和行人闪烁警示功，因此本系统需解决智能LED前照灯3的配光技术。
5.2、技术方案详解
本系统中的智能LED前照灯3的功能单元包括近光模组33和远光模组32；其中远光避让功能和闪烁警示功能主要远光模组32来实现。
远光模组32的光学方案是基于折射式光学原理，该原理是以非球面透镜或其他形式透镜，将光源放在透镜焦点，使准平行光束被转换成光型；
为了实现远光避让功能，远光模组32的显示单元采用了矩阵式的光源排布方案，矩阵排布并将所有光源分为5个区域，5个区域内的光源能够分别控制其亮灭从而实现远光功能中的远光避让功能；
同时该模组的驱动采用国产通用高亮度LED驱动芯片为核心的LED恒流驱动电路，该芯片能够通过脉宽调制（PWM）方式进行亮度调节和开关控制；本方案就是采用该方案以一定频率开关LED来实现灯具的行人闪烁警示功能。
6、舱室照明灯混光技术
6.1、技术综述
本系统中的舱顶灯能接收控制器的控制信号实现色温从2000K～6500K，亮度从0～100%的连续可调，同时舱顶灯还具备红光模式，能够在紧急状态下开启红光隐蔽模式，因此本发明需解决舱顶灯的混光技术。
6.2、技术方案详解
调光舱顶灯是实现本系统功能的关键部件，该款调光灯内置了2000K和7000K两种色温的LED光源，并采用依据国际照明委员会（CIE）色度计算方法和格拉斯曼颜色混合定律来实现2000K-6500K色温及任意亮度调节。调光灯主要通过恒流驱动电路调节输入LED光源模块的电流值的大小来实现色温和亮度可调，电流值是控制混色光源光（度）色（度）量的唯一因素。
其中调光灯的连续色温调节主要依据自然光光色及亮度变化图进行模拟，依据国际照明委员会（CIE）色度计算方法和格拉斯曼颜色混合定律，我们总结出表1所示的冷暖光源配比方案；
表1
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调光灯就是依据表1的配光方案实现色温连续调节照明模式；调光灯退出色温连续调节照明模式或通讯中断则进入固定色温（3600K）和亮度（95%）的标准照明模式，与此同时客户也可以通过照明分控制器手动调节和存储用户自定义的照明模式；在紧急状态下，也可以通过控制平台直接将全部调光灯切换到红光隐蔽模式。
7、外观结构
7、1结构设计要求
本发明主要安装于各种军用特种车辆上，由于使用环境比较恶劣，因此对灯具的外观结构提出比较高的要求：首先灯具外观要比较小巧紧凑以保证其可靠的抗振性；其次灯具上不能有明显突出的部位以防止驾乘人员无意的磕碰和损坏；最后其控制开关位置要比较明显以方便驾乘人员的方便操作和控制；
7.2、技术方案详解
本发明中调光LED舱顶灯4采用圆形扁平的外观结构设计，包括下壳体47和安装到下壳体47上的上壳体42，上壳体42和下壳体47之间形成有便于LED灯源安装的安装腔，上壳体42和下壳体47之间还安装有用于密封的防水胶圈43；安装腔内还安装有与LED灯源配合的面罩44、驱动板46和显示板45，上壳体42上安装有控制LED灯源开闭的开关41；
本发明中照明控制器1采用矩形外观结构设计，包括矩形状的安装盒，安装盒又包括上壳12和后壳，安装盒的顶部安装有屏幕14，屏幕14上还贴有贴膜11，安装盒内安装有与AI芯片配合的主控板15和电源模块16，主控板15上安装有按键板13，在后壳17上还安装有便于外接外部线路的第一插座18和第二插座19；
本发明中LED前照灯采用集中的结构形式，包括便于近光模组33和远光模组32安装的安装板34，安装板34上旋接有便于安装的螺钉；安装板34上还安装有与近光模组33和远光模组32配合的组合灯罩31；远光模组32包括装有LED灯珠39的矩阵式显示板36、底座37和远光灯罩38。

Claims (10)

1.一种特种车辆专用车载灯光系统，其特征在于：该系统包括车载摄像头、智能LED前照灯、调光LED舱顶灯和用于读取车载摄像头的图像信息对智能LED前照灯和调光LED舱顶灯进行智能管控的照明控制器，车载摄像头与照明控制器的输入端连接，智能LED前照灯和调光LED舱顶灯均与照明控制器的输出端连接；智能LED前照灯包括近光模组和用于实现车辆远光避让和行人闪烁警示的远光模组，调光LED舱顶灯包括用于实现色温和亮度调节的白光LED灯源和用于隐蔽的红光LED灯源。
2.根据权利要求1所述的特种车辆专用车载灯光系统，其特征在于：所述智能LED前照灯还包括便于近光模组和远光模组安装的安装板，安装板上还安装有与近光模组和远光模组配合的组合灯罩。
3.根据权利要求1或2所述的特种车辆专用车载灯光系统，其特征在于：所述远光模组包括5组并排设置的灯源，5组灯源的灯珠均呈矩阵式分布。
4.根据权利要求1所述的特种车辆专用车载灯光系统，其特征在于：所述调光LED舱顶灯包括下壳体和安装到下壳体上的上壳体，上壳体和下壳体之间形成有便于白光LED灯源和红光LED灯源安装的安装腔，安装腔内还安装有面罩和显示板，上壳体上安装有用于调光LED舱顶灯手动开闭的开关。
5.根据权利要求1或4所述的特种车辆专用车载灯光系统，其特征在于：所述白光LED灯源包括色温为2000K的LED灯源和色温为7000K的LED灯源。
6.根据权利要求1所述的特种车辆专用车载灯光系统，其特征在于：所述照明控制器包括AI芯片和便于AI芯片安装的安装盒，安装盒上安装有便于操作的按钮和便于信息显示的屏幕。
7.根据权利要求1所述的特种车辆专用车载灯光系统，其特征在于：所述智能LED前照灯设置有2个，分别用于安装到车辆车头的左右两侧；调光LED舱顶灯设置有6个，6个调光LED舱顶灯分成3排，用于安装到车辆顶部的内壁上。
8.一种特种车辆专用车载灯光系统的灯光调节方法，其特征在于：该方法使用权利要求1-7任意一项所述的特种车辆专用车载灯光系统，其内容如下：
（1）智能LED前照灯的灯光调节：车载摄像头对道路上的车辆和行人进行图像的采集和识别，并将采集的信息传递给照明控制器，照明控制器基于深度神经网络算法根据接收的信息识别道路上车辆和行人，并对车辆及行人的行驶速度及相对位置进行判断，再根据判断控制智能LED前照灯进行车辆远光避让或行人闪烁警示；
（2）调光LED舱顶灯的灯光调节：照明控制器通过调整电流值实现LED舱顶灯的色温和亮度调节进行照明模式切换，LED舱顶灯的照明模式包括色温连续调节照明模式、标准照明模式和红光照明模式；色温连续调节照明模式下，照明控制器控制LED舱顶灯的白光LED灯源的色温与亮度随着外部环境的自然光光色和亮度的变化而变化；标准照明模式下，照明控制器控制LED舱顶灯的白光LED灯源的色温为3600K、亮度为95%；红光照明模式下，照明控制器控制LED舱顶灯的白光LED灯源关闭，红光LED灯源开启。
9.根据权利要求8所述的特种车辆专用车载灯光系统的灯光调节方法，其特征在于：调光LED舱顶灯的白光LED灯源的色温变化范围为2000K-6500K，亮度变化范围为0-100%。
10.根据权利要求9所述的特种车辆专用车载灯光系统的灯光调节方法，其特征在于：在智能LED前照灯的灯光调节中：照明控制器对接收的图像进行输入并进行自主学习，再通过滤波和可加偏置对图像进行卷积，得到特征图，接着对每邻域四个像素求和，权值加权，再加上偏置，最后通过sigmoid激活函数进行非线性处理，从而识别出行人和车辆，若识别的是车辆，则控制智能LED前照灯至少关闭一组灯源，使亮度减弱，进行车辆远光避让；若识别的是行人，则控制智能LED前照灯以一定频率开关，进行行人闪烁警示。
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