CN112240529A - 配光控制装置以及车辆用灯具系统 - Google Patents

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Abstract

减少改善降雪时的车辆前方的可视性时的消耗电力。配光控制装置(140)基于从拍摄车辆的在前方区域的可见光区域具有灵敏度的相机获得的可见光图像(IMG1)，将能够向前方区域照射强度分布可变的红外线光束(L1)的红外照明(120)控制为，形成具有向亮度相对较高的无效区域照射的红外线的强度比向亮度相对较低的有效区域照射的红外线的强度低的强度分布的红外线图案(PTN2)。

Description

配光控制装置以及车辆用灯具系统
技术领域
本发明涉及配光控制装置以及车辆用灯具系统。
背景技术
在夜间、隧道内的安全行驶中，车辆用灯具发挥重要的作用。若使驾驶员的可视性优先而对车辆前方进行大范围的明亮照射，则有对存在于自车前方的前行车辆、对面车辆(以下，称作前方车)的驾驶员、行人带来眩光这一问题。
近年来，提出了基于车辆的周围的状态动态、适应性地控制配光图案的ADB(Adaptive Driving Beam)技术。ADB技术为，检测有无前方车、行人，对前方车、行人所对应的区域进行减光或者熄灭等，减少给前方车的驾驶员、行人带来的眩光。
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
发明将要解决的课题
若在降雪时(或者降雨时)点亮头灯，则光束会反射到雪花上，给驾驶员带来眩光，曾有难以看到前方的问题。因而，期望对雪花引起的眩光的对策。另一方面，车辆用灯具始终被要求消耗电力的减少。特别是在搭载于电动汽车的车辆用灯具中，消耗电力的减少是重要的课题。因此，在实施雪花引起的眩光的对策时，期望消耗电力的减少。
本发明鉴于这样的状况而完成，其某一方式的例示目的之一是提供一种减少改善降雪时的车辆前方的可视性时的消耗电力的技术。
用于解决课题的手段
本发明的某一方式涉及一种配光控制装置。该配光控制装置基于从拍摄车辆的在前方区域的可见光区域具有灵敏度的相机获得的可见光图像，将能够向前方区域照射强度分布可变的红外线光束的红外照明控制为，形成具有向亮度相对较高的无效区域照射的红外线的强度比向亮度相对较低的有效区域照射的红外线的强度低的强度分布的红外线图案。
本发明的另一方式涉及一种车辆用灯具系统。该车辆用灯具系统具备：红外照明，其能够向车辆的前方区域照射强度分布可变的红外线光束；相机，其在拍摄所述前方区域的可见光区域具有灵敏度；以及上述方式的配光控制装置。
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、系统等之间转换而得者也作为本发明的方式而有效。
发明效果
根据本发明，能够减少改善降雪时的车辆前方的可视性时的消耗电力。
附图说明
图1是实施方式的车辆用灯具系统的框图。
图2中的(a)、(b)是说明图1的车辆用灯具系统的动作的图。
图3是说明雪花引起的光的反射给驾驶员的可视性带来的影响的图。
图4是说明伴随着遮光控制的可视性的降低的图。
图5中的(a)以及图5中的(b)是说明有效区域与无效区域的图。
图6中的(a)以及图6中的(b)是说明有效区域与无效区域的图。
图7是说明基于对比度比的无效区域的设定的图。
图8是一实施例的配光控制的流程图。
附图标记说明
6雪花，10车辆，100车辆用灯具系统，110配光可变灯，120红外照明，130红外线相机，132可见光相机，140配光控制装置。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边基于优选的实施方式说明本发明。实施方式并非限定发明，而是例示，实施方式所记述的所有的特征、其组合并不一定是发明的本质。对各附图所示的同一或者同等构成要素、部件、处理标注相同的附图标记，适当省略重复的说明。另外，各图所示的各部的比例尺、形状是为了使说明容易而方便地设定，只要没有特别提及，就不限定性地解释。另外，在本说明书或者权利要求中使用“第一”、“第二”等词语的情况下，只要没有特别提及，该词语就并不表示任何顺序、重要度，而是用于区别某一构成与其他构成。另外，在各附图中，省略显示在说明实施方式时不重要的部件的一部分。
(实施方式的概要)
为了对雪花遮光，需要检测雪花。在对雪花的检测使用白色(可视)的探测光的情况下，每次照射探测光，雪花就发出白色光，因此导致视野不良。为了避免该问题，本说明书所公开的一实施方式的车辆用灯具系统将红外线作为探测光检测出雪花。雪花引起的红外反射光难以被驾驶员识别。因而，能够不损害前方的可视性地检测雪花。除此之外，若将红外线用作探测光，则即使连续地照射也难以被驾驶员识别。因而能够跟随高速地移动的雪花来进行检测。
假设为车辆前方的雪花的对面侧有虚拟的屏幕。若对于该屏幕照射可见光，则可见光被屏幕反射。因而，在雪花的背景中存在屏幕的情况下，背景的亮度与雪花的亮度之差变小。另一方面，在雪花的背景中没有屏幕的情况下，背景的亮度与雪花的亮度之差变大。一般来说，驾驶员在背景与雪花的亮度差较大时容易感觉到雪花阻碍视野，在该亮度差较小时难以感觉到阻碍视野。因此，在车辆前方的视野存在作为背景亮度高的屏幕发挥功能的部分的情况下，对于其区域停止红外线的照射或者减弱强度。由此，能够减少伴随着雪花的检测的消耗电力。
(实施方式)
图1是实施方式的车辆用灯具系统的框图。在图1中，将车辆用灯具系统100的构成要素的一部分作为功能模块而描绘。这些功能模块作为硬件构成可由以计算机的CPU、存储器为首的元件、电路实现，作为软件构成可由计算机程序等实现。本领域技术人员可理解，这些功能模块通过硬件、软件的组合能够以多种形式实现。
车辆用灯具系统100具备配光可变灯110、红外照明120、红外线相机130、可见光相机132以及配光控制装置140(配光控制器)。可以将它们全部内置于相同的框体，也可以将几个部件设于框体的外部、换言之是车辆侧。
配光可变灯110是能够将强度分布可变的可见光束L3照射到车辆的前方区域的白色光源。配光可变灯110从配光控制装置140接收指示可见光图案PTN1的数据，出射具有与可见光图案PTN1相应的强度分布的可见光束L3，在车辆前方形成可见光图案PTN1。配光可变灯110的构成不被特别限定，例如可包含LD(激光二极管)、LED(发光二极管)等半导体光源和将半导体光源驱动而使其点亮的点亮电路。配光可变灯110为了形成与可见光图案PTN1相应的照度分布，例如也可以包含DMD(Digital Mirror Device)、液晶器件等矩阵型的图案形成器件。配光可变灯110具有能够仅将雪花的部分遮光的程度的分辨率。
红外照明120是能够向车辆的前方区域照射强度分布可变的红外线光束L1的探测光源。红外线光束L1可以是近红外的光，也可以是长波长的光。红外照明120从配光控制装置140接收指示红外线图案PTN2的数据，出射具有与红外线图案PTN2相应的强度分布的红外线光束L1，在车辆前方形成红外线图案PTN2。红外照明120的构成不被特别限定，例如可包含LD(激光二极管)、LED(发光二极管)等半导体光源和将半导体光源驱动而使其点亮的点亮电路。红外照明120为了形成与红外线图案PTN2相应的照度分布，例如也可以包含DMD(Digital Mirror Device)、液晶器件等矩阵型的图案形成器件。红外照明120例如具有与配光可变灯110相同程度的分辨率。
红外线相机130在红外区域具有灵敏度，拍摄车辆的前方区域。红外线相机130拍摄车辆前方的物体引起的红外线光束L1的反射光L2。红外线相机130至少在红外线光束L1的波长区域具有灵敏度即可，优选的是相对于可见光不灵敏。
可见光相机132在可见光区域具有灵敏度，拍摄车辆的前方区域。可见光相机132拍摄车辆前方的物体引起的可见光束L3的反射光L4。可见光相机132至少在可见光束L3的波长区域具有灵敏度即可，优选的是相对于红外线不灵敏。另外，也可以由一个相机发挥红外线相机130以及可见光相机132这两方的功能。
配光控制装置140具有图案决定部142以及图案指示部144，基于从红外线相机130获得的红外线图像IMG2，动态、适应性地控制向配光可变灯110供给的可见光图案PTN1。可见光图案PTN1被掌握为，配光可变灯110形成于自车前方的虚拟铅垂屏幕900上的白色光的照射图案902的二维的照度分布。配光控制装置140能够由数字处理器构成，例如可以由包含CPU的微机与软件程序的组合构成，也可以由FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specified IC)等构成。
图案决定部142基于红外线相机130拍摄到的红外线图像IMG2，通过图像处理检测雪花。雪花的检测算法不被特别限定。图案决定部142也可以基于红外线图像IMG2的连续的多个帧检测雪花。然后，图案决定部142决定雪花所对应的部分被遮光的可见光图案PTN1。图案指示部144将指示可见光图案PTN1的数据向配光可变灯110发送。“对某一部分遮光”除了使该部分的亮度(照度)完全为零的情况之外，也包含使该部分的亮度(照度)降低的情况。
以上是车辆用灯具系统100的基本构成以及基本控制。图2中的(a)、(b)是说明图1的车辆用灯具系统100的动作的图。图2中的(a)表示红外线图像IMG2，图2中的(b)表示图2中的(a)的红外线图像IMG2所对应的可见光图案PTN1。红外线图像IMG2上映出雪花6、人8、车辆10。配光控制装置140从红外线图像IMG2之中检测雪花6，在可见光图案PTN1中的与雪花6对应的部分设置遮光部7。
配光控制装置140也可以进行所谓的ADB控制。在该情况下，若检测出以车辆10为首的不应带来眩光的物标，则也在与该物标对应的部分设置遮光部11。
可见光图案PTN1例如以30fps或者其以上的速率更新，能够使遮光部7跟随于雪花6而移动。由此，能够减少雪花6的反射光，改善前方的可视性。
在雪花6的检测中使用白色(可视)的探测光的情况下，每次照射探测光时，雪花6成为以白色发光的眩光，导致视野不良。根据本实施方式，作为探测光使用红外线，因此具有能够防止眩光这一优点。此外，由于将红外线用作探测光，因此具有即使连续地照射探测光也难以被驾驶员识别这一优点。因而能够跟随高速地移动的雪花6来进行检测。
针对雪花6的遮光控制虽然具有减少雪花6对光的反射所引起的眩光这一优点，但根据状况的不同，雪花6对光的反射有时对驾驶员的可视性没有太大影响。图3是说明雪花6对光的反射给驾驶员的可视性带来的影响的图。假设车辆前方的雪花6的对面侧、换句话说是背景中存在墙壁(栅栏)22、路面24等可视为屏幕的物体20。可视为屏幕的物体20中也包含道路标识、广告牌、高速公路的侧壁等。若向车辆前方出射可见光束L3，则不仅由雪花6、也由物体20反射可见光。
因此，驾驶员将会目视确认到来自雪花6的反射光L4与来自物体20的反射光L4。因而，在雪花6的背景中有物体20的情况下，来自雪花6的反射光L4混入来自物体20的反射光L4，背景与雪花6的可见光的亮度差、换句话说是对比度比变小。在该情况下，即使由雪花6反射光，驾驶员也不易困扰。由此，针对与物体20重叠的雪花6的遮光对于驾驶员的可视性的优点较小。另外，不应将该现象视为本领域技术人员的一般认知，而是本发明人独自认识到的。
另外，针对雪花的遮光控制根据状况反而有使前方的可视性降低的隐患。图4是说明伴随遮光控制的可视性的降低的图。在车辆前方的雪花6的对面侧存在可视为屏幕的物体20时，对该物体20投影照射图案902、换言之是可见光图案PTN1。若将雪花6所对应的部分遮光，则在照射图案902中包含随机分布的黑点904，使得可视性降低。除此之外，由于雪花6每时每刻都在移动，因此黑点904也每时每刻都在移动，因而向物体20投影的照射图案902闪烁。该闪烁会进一步导致车辆前方的可视性降低。另外，不应将该问题视为本领域技术人员的一般认知，而是本发明人独自认识到的。
因此，配光控制装置140在车辆前方存在作为屏幕发挥功能的物体20的情况下，对于该区域(称作无效区域)使雪花6的检测以及遮光控制无效。另一方面，对于除此以外的区域(称作有效区域)，使雪花6的检测以及遮光控制有效。通过设定无效区域，能够抑制伴随着雪花6的检测的消耗电力的增大。另外，能够抑制黑点904所引起的可视性的降低。
图5中的(a)、图5中的(b)、图6中的(a)以及图6中的(b)是说明有效区域与无效区域的图。图5中的(a)表示可见光图像IMG1，图5中的(b)表示红外线图案PTN2，图6中的(a)表示红外线图像IMG2，图6中的(b)表示可见光图案PTN1。
图案决定部142基于从可见光相机132获得的可见光图像IMG1，设定亮度(可见光的亮度)相对低的有效区域A和亮度相对高的无效区域B。因而，有效区域A以及无效区域B根据车辆前方的状况动态、适应性地变化。在图5中的(a)中，路面24所对应的范围被设定为无效区域B，除此以外的范围被设定为有效区域A。
有效区域A以及无效区域B的设定算法不被特别限定。作为一个例子，图案决定部142预先保持与可见光的亮度(灰度)相关的第一阈值和与无效区域B的大小(面积)相关的第二阈值。而且，在可见光图像IMG1中，将亮度为第一阈值以上且大小为第二阈值以上的区域设定为无效区域B，将除此以外的范围设定为有效区域A。
作为另一方法，也可以基于可见光图像IMG1的对比度比设定有效区域A与无效区域B。图7是说明基于对比度比的无效区域的设定的图。图7中示出可见光图像IMG1。可见光图像IMG1的上方映出天空，不存在屏幕物体。在该范围A中，雪花6的亮度(像素值)高，其周围没有反射所以亮度非常低。因而，亮度的峰值与谷底之比(或者差)、即对比度比变大。
相反，在可见光图像IMG1的下方包含路面、即屏幕物体。在该范围B中，雪花6的亮度高，其周围由于屏幕物体引起的反射而使亮度以某种程度变高。因而，亮度的峰值与谷底之比、即对比度比变小。根据以上，通过利用对比度比，能够动态设定有效区域A与无效区域B。
图案决定部142如图5中的(b)所示，决定具有向无效区域B照射的红外线的强度比向有效区域A照射的红外线的强度低的强度分布的红外线图案PTN2。在该红外线图案PTN2中，向无效区域B照射的红外线的强度也可以完全为零(换句话说是不照射红外线)，也可以是比向有效区域A照射的红外线的强度弱的强度(换句话说是照射较弱的红外线)。
图案指示部144通过向红外照明120发送指示决定好的红外线图案PTN2的数据，将红外照明120控制为形成红外线图案PTN2。若在车辆前方形成红外线图案PTN2，则如图6中的(a)所示，可获得映出存在于有效区域A的雪花6的红外线图像IMG2。
图案决定部142基于该红外线图像IMG2检测出雪花6，决定在雪花6所对应的部分具有遮光部7的可见光图案PTN1。图案指示部144将配光可变灯110控制为形成决定好的可见光图案PTN1。其结果，如图6中的(b)所示，在有效区域A中，通过遮光控制对雪花6所对应的部分遮光。另一方面，在无效区域B中，遮光控制被无效化，因此雪花6所对应的部分也被可见光束L3照射。由此，能够抑制红外照明120引起的电力的消耗，此外，能够防止黑点904投影到屏幕物体。
虽然向有效区域A照射的红外线的强度也可以被固定地设定，但也可以根据车辆周围的状况、车辆自身的状况而使其动态、适应性地变化。例如在降雪量少的情况下，驾驶员的视野被雪花6的反射所阻碍的程度较小。因此，通过雪花6的遮光获得的可视性提高的效果较小。即，在降雪量少的情况下，相对于红外照明120引起的电力的消耗，可获得的优点变小。特别是，在检测远方的雪花6的情况下，需要提高红外线的强度，因此相对于电力消耗可获得的优点越发变小。
因此，图案决定部142基于降雪量变更向有效区域A照射的红外线的强度。图案决定部142从设于车辆侧的雨滴传感器12接收表示降雪量的数据，在降雪量相对较少的情况下，对有效区域A相对地减弱照射红外线的强度。另一方面，在降雪量相对较多的情况下，对有效区域A相对地加强照射红外线的强度。例如图案决定部142预先保持与降雪量相关的第三阈值，在降雪量小于第三阈值时，使红外线的强度比预先设定的基准值降低。另一方面，在降雪量为第三阈值以上时，使红外线的强度为基准值或比基准值增大。如此，在降雪量少时减弱向有效区域A照射的红外线的强度，从而能够以更高的维度同时实现消耗电力的减少与车辆前方的可视性的改善。另外，雨滴传感器12也可以设于车辆用灯具侧。
此外，例如在车辆的移动速度(车速)较慢的情况下，驾驶员在目视确认到前方应避开的物标然后停车或者转变行进方向为止所需的时间变短。即，想要目视确认远方这一要求的程度下降。因此，相对于远方的雪花6的检测引起的电力消耗，可得的优点变小。
因此，图案决定部142基于车速变更向有效区域A照射的红外线的强度。图案决定部142从设于车辆侧的车速传感器14接收表示车速的数据，在车速相对较慢的情况下对有效区域A相对地减弱照射红外线的强度。另一方面，在车速相对较快的情况下对有效区域A相对地加强照射红外线的强度。例如图案决定部142预先保持与车速相关的第四阈值，在车速小于第四阈值时，使红外线的强度比预先设定的基准值降低。另一方面，在车速为第四阈值以上时，使红外线的强度为基准值或比基准值增大。如此，在车速较慢时减弱向有效区域A照射的红外线的强度，从而能够以更高的维度同时实现消耗电力的减少与车辆前方的可视性的改善。另外，车速传感器14也可以设于车辆用灯具侧。
考虑在无效区域B存在轮廓标的状况。若使遮光控制无效化，则轮廓标将会被雪花6的反射埋没，可能降低轮廓标的可视性。因此，在通过图像处理在无效区域B中检测出轮廓标的情况下，可以将包含轮廓标的局部部分设为例外区域，在例外区域中使遮光控制有效化。即，配光控制装置140也可以具有将遮光控制被例外地执行的例外区域设定于无效区域B中的例外区域设定部(未图示)。
在该情况下，在有效区域A中，雪花6所对应的部分被遮光。另一方面，在无效区域B中，雪花6所对应的部分不被遮光，但例外区域所含的雪花6所对应的部分被遮光。其结果，能够在抑制轮廓标的周围的雪花6的反射的同时，对轮廓标照射可见光束L3。由此，能够防止轮廓标埋没于雪的反射。另外，驾驶员应该察觉的物标并不限定于轮廓标，也可以包含行人、前行车辆、对面车辆、驾驶标识等。
图8是一实施例的配光控制的流程图。首先，利用可见光相机132进行拍摄(S100)。然后，基于可见光图像IMG1，设定有效区域A与无效区域B(S102)。接着，基于设定好的有效区域A与无效区域B决定红外线图案PTN2，形成该红外线图案PTN2并利用红外线相机130进行拍摄(S104)。然后，若在红外线图像IMG2中感测到有效区域A内的雪花6，则将雪花6的部分遮光(S106)。进而，判定在无效区域B内是否包含轮廓标等应注视的物体(S108)。在不包含的情况下(S108的N)，更新可见光图案PTN1(S114)。在包含的情况下(S108的Y)，将该物体的周围设定为例外区域(S110)。然后，若感测到例外区域内的雪花6，则将雪花6的部分遮光(S112)，更新可见光图案PTN1(S114)。
如以上说明那样，本实施方式的配光控制装置140基于从拍摄车辆的前方区域的可见光相机132获得的可见光图像IMG1，将能够向前方区域照射强度分布可变的红外线光束L1的红外照明120控制为，形成具有向亮度相对较高的无效区域B照射的红外线的强度比向亮度相对较低的有效区域A照射的红外线的强度低的强度分布的红外线图案PTN2。
如此，通过缩小照射红外线的范围或照射强度较强的红外线的范围，能够减少改善降雪时的车辆前方的可视性时的消耗电力。另外，能够抑制红外照明120的发热量，因此能够实现对红外照明120实施的散热构造的小型化、轻量化。由此，能够实现红外照明120进而是车辆用灯具系统100的低成本化。
另外，配光控制装置140基于从拍摄前方区域的红外线相机130获得的红外线图像IMG2检测雪花6，将能够向前方区域照射强度分布可变的可见光束L3的配光可变灯110控制为，形成雪花6所对应的部分被遮光的可见光图案PTN1。由此，能够改善降雪时的车辆前方的可视性。
另外，配光控制装置140基于降雪量变更向有效区域A照射的红外线的强度。另外，配光控制装置140基于车速变更向有效区域A照射的红外线的强度。由此，能够以更高的维度同时实现消耗电力的减少与车辆前方的可视性的改善。
以上，详细说明了本发明的实施方式。前述实施方式只是表示实施本发明时的具体例。实施方式的内容并不限定本发明的技术范围，在不脱离权利要求书所规定的发明思想的范围内，能够进行构成要素的变更、追加、删除等多种设计变更。加入了设计变更的新的实施方式一并具有所组合的实施方式以及变形各个效果。在前述的实施方式中，关于可进行这种设计变更的内容，标注“本实施方式的”、“在本实施方式中”等表述来强调，但在没有这样的表述的内容中也允许设计变更。以上的构成要素的任意的组合也作为本发明的方式而有效。对附图的剖面标注的阴影线并不限定标注了阴影线的对象的材质。
(变形例1)
实施方式中，动态地进行了无效区域B的设定，但不限于此。由于路面24相对于自车存在于大致相同的位置，因此也可以对于路面24所对应的范围固定地设为无效区域B。相反，关于远光所照射的视野上方的区域，背景为空间(天空)，不存在屏幕物体的可能性较高。因而对于该部分可以固定地设为有效区域A。
(变形例2)
在实施方式中，说明了关于雪花的遮光控制，但是关于雨粒、雾粒，也可以设为遮光控制的对象。
(变形例3)
图案决定部142例如也可以进行以可见光亮度最高的区域的亮度为基准随着亮度降低而提高红外线的强度的设定，或者以可见光亮度最的区域的亮度为基准随着亮度变高而降低红外线的强度的设定，从而决定红外线图案PTN2。
上述实施方式的发明也可以由以下记载的项目确定。
[项目1]
一种车辆用灯具系统(100)，具备：
红外照明(120)，其能够向车辆的前方区域照射强度分布可变的红外线光束(L1)；
相机(132)，其在拍摄前方区域的可见光区域具有灵敏度；以及
配光控制装置(140)。

Claims (5)

1.一种配光控制装置，其特征在于，
基于从拍摄车辆的在前方区域的可见光区域具有灵敏度的相机获得的可见光图像，将能够向所述前方区域照射强度分布可变的红外线光束的红外照明控制为，形成具有向亮度相对较高的无效区域照射的红外线的强度比向亮度相对较低的有效区域照射的红外线的强度低的强度分布的红外线图案。
2.根据权利要求1所述的配光控制装置，其特征在于，
所述配光控制装置基于从在拍摄所述前方区域的红外区域具有灵敏度的相机获得的红外线图像检测雪花，将能够向所述前方区域照射强度分布可变的可见光束的配光可变灯控制为，形成与所述雪花对应的部分被遮光的可见光图案。
3.根据权利要求1或2所述的配光控制装置，其特征在于，
基于降雪量变更向所述有效区域照射的红外线的强度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的配光控制装置，其特征在于，
基于车速变更向所述有效区域照射的红外线的强度。
5.一种配光控制装置，其特征在于，具备：
红外照明，其能够向车辆的前方区域照射强度分布可变的红外线光束；
相机，其在拍摄所述前方区域的可见光区域具有灵敏度；以及
权利要求1至4中任一项所述的配光控制装置。
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