CN114056226A - 一种汽车led大灯照射高度的自动控制方法 - Google Patents

一种汽车led大灯照射高度的自动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，在车辆行进过程中，利用红外激光发射器向车前路面投射线结构光图案，利用红外摄像机持续采集车前路面图像并提取其中的结构光图案，对结构光图案的变形情况进行分析，计算路面与车身之间的夹角数值并发送给控制器，从而实现照射高度的自动控制。本发明可以快速分析分析路面角度变化情况，避免了纹理不丰富区域背景与目标特征相似造成的误判。

Description

一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法
技术领域
本发明涉及汽车控制技术领域，尤其涉及一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法。
背景技术
随着汽车智能程度的不断提高，汽车大灯的控制已经不满足于由驾驶员手动操控,多数车辆已经配备了自适应前照灯系统(AFS)作为弯道辅助照明系统，可以使得汽车在弯道行驶时进行自动调节左右转向角。但是当车辆即将进入低洼或突起路段时，AFS前照大灯控制系统难以自适应调节，所形成的路面照明暗区严重影响驾驶人员对前方道路的判断。
发明内容
发明目的：为了解决目前车辆即将进入低洼或突起路段时，大灯控制系统难以自适应调节，影响驾驶人员对前方道路判断的问题，本发明提供一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，通过采集的路面结构光图案的图像的变化情况进行分析，进而计算路面与车身之间的角度，提高LED大灯对路面的自适应性能。
技术方案：一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，包括以下步骤：
S1.利用红外激光发射器向车前路面投射线结构光图案；
S2.利用红外摄像机采集车前路面图像并提取其中的结构光图案；
S3.对所提取的结构光图案的变形情况进行分析；
S4.计算路面与车身之间的夹角；
S5.将夹角数值发送给控制器，控制器对车灯俯仰角进行调整从而实现照射高度的自动控制；
S6.当车辆处于行进状态时，重复S1、S2、S3、S4，持续为车灯提供照射方向信息。
优选的，所述步骤S1中：
所述红外激光发射器固定于车身上部或车顶位置，包括左、右两个激光器，同时发射连续或脉冲时间十字线状光斑红外激光，线状光斑投射方向倾斜向下，照射区域为车前一定距离的路面，且左、右两个激光器投射到路面上的十字线状光斑中的两条线相互平行且与车辆前进方向垂直，另两条线成一定的夹角。
优选的，所述步骤S2中：
所述红外摄像机固定于车身前部较低位置处或置于前照大灯位置，其内、外参数已通过标定获得；摄像机对路面连续拍摄或与或拍摄时间与脉冲结构光同步，其拍摄的区域为前述步骤S1中结构光所照射的路面区域，且所拍摄的路面上的结构光图案位于视场的中间位置；从图像中提取的结构光图案包括两个相互平行的线条和两个成一定的夹角的线条。
优选的，所述步骤S3中：
S31.对采集的图片进行基本车迹线拟合，置线采取斜率等视角几何约束确定道路可能存在的左右车迹线。对摄像头采集的第i段待测路面区域的左右各拟合为一条直线，像素集Pi(xi,yi)和Pj(xj,yj)(元素均为m个)的待拟合直线方程组可表示为：
Figure BDA0003376288420000021
S32.通过
Figure BDA0003376288420000022
计算，可以得到拟合直线的参数如下表示：
Figure BDA0003376288420000023
Figure BDA0003376288420000024
根据上述表达公式，则可获取直道区域在摄像头采集区域内双十字线的坐标位置以及在第i段待测路面区域内左右两侧线的拟合斜率ki,a和ki,b。
S33.基于线性逼近原理，对于不在斜率范围内的曲线进行拟合，已知车迹线直线部分左侧边界点集Pi(xi,yi)，过点Pn做其切线，其方程如下所示：
ya＝y(xn)+y'(xa-xn)(xa-xn)(4)；
以l为步长，
yv＝y(xn)+y'(xn)(xv-xn)(5)；
xv＝xn+l(6)；
(xv,yv)在车迹线规划范围内，通过m个拟合点得到车迹线边界点。
S34.最后利用最小二乘法根据各个区域内边缘线的拟合公式，两条成一定的夹角的线条在拟合曲线内发生变化视前方道路为上下坡度。
优选的，所述步骤S4包括以下子步骤：
对步骤S3中所获得的两条成一定的夹角的线条，计算其夹角变化情况，进而给出车灯角度调整信息，其计算方法是：
S41.设水平道路上标准车迹线内线条的空间位置的斜率为ki,l和ki,r，计算根据线条坐标方程与标准情况下坐标的对比给出路面与车身的夹角，计算公式如下所示：
Figure BDA0003376288420000031
Figure BDA0003376288420000032
S42.为保证角度最大优化，计算两条线的夹角为：
Figure BDA0003376288420000033
S43.若曲线不在斜率范围内，计算经验转角数据为：
Figure BDA0003376288420000034
S44.此时边缘线的夹角公式如下表示：
α＝sgn(d)·ed(11)；
其中，
Figure BDA0003376288420000035
优选的，所述步骤S5中：
车载摄像头通过CAN总线与中央处理器进行通信，中央处理器会收到车载摄像头的自检反馈数据，将采集的信号传递给舵机，通过最佳舵机打角值来驱动车灯进行自动调节俯仰角度α，完成LED大灯智能的角度控制。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
本发明通过图像处理和结构光技术的结合，设计的双十字线状结构光图案，可以有效的采集并分析路面变化情况；通过车迹线线条坐标方程给出路面与车身的夹角，避免了纹理不丰富区域背景与目标特征相似造成的误判，对LED大灯高度角度控制具有良好的检测效果，且发明可满足实际测量。
附图说明
图1为本发明一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法流程图；
图2为本发明照相机采集图像俯视示意图；
图3为本发明图像采集的单幅二维图像的双十字线模式示意图；
图4为本发明红外照相机侧面剖图模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明采用的几何模型，如图4所示，其中，O为摄像机光心，D为待测路面区域到摄像头的水平距离，h为车载摄像头距离地面的高度。
请参考图1和图2，一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，包括如下步骤：
S1.参照图3，利用红外激光发射器向车前路面投射线结构光图案；
所述步骤S1中，所述红外激光发射器固定于车身上部或车顶位置，包括左、右两个激光器，同时发射连续或脉冲时间十字线状光斑红外激光，线状光斑投射方向倾斜向下，照射区域为车前一定距离的路面，且左、右两个激光器投射到路面上的十字线状光斑中的两条线相互平行且与车辆前进方向垂直，另两条线成一定的夹角。
S2.利用红外摄像机采集车前路面图像并提取其中的结构光图案；
所述步骤S2中，所述红外摄像机固定于车身前部较低位置处或置于前照大灯位置，其内、外参数已通过标定获得；摄像机对路面连续拍摄或与或拍摄时间与脉冲结构光同步，其拍摄的区域为前述步骤S1中结构光所照射的路面区域，且所拍摄的路面上的结构光图案位于视场的中间位置；从图像中提取的结构光图案包括两个相互平行的线条和两个成一定的夹角的线条。
S3.对所提取的结构光图案的变形情况进行分析；
所述步骤S3包括以下子步骤：
S31.对采集的图片进行基本车迹线拟合，置线采取斜率等视角几何约束确定道路可能存在的左右车迹线。对摄像头采集的第i段待测路面区域的左右各拟合为一条直线，像素集Pi(xi,yi)和Pj(xj,yj)(元素均为m个)的待拟合直线方程组可表示为：
Figure BDA0003376288420000041
S32.通过
Figure BDA0003376288420000042
计算，可以得到拟合直线的参数如下表示：
Figure BDA0003376288420000051
Figure BDA0003376288420000052
根据上述表达公式，则可获取直道区域在摄像头采集区域内双十字线的坐标位置以及在第i段待测路面区域内左右两侧线的拟合斜率ki,a和ki,b。
S33.基于线性逼近原理，对于不在斜率范围内的曲线进行拟合，已知车迹线直线部分左侧边界点集Pi(xi,yi)，过点Pn做其切线，其方程如下所示：
ya＝y(xn)+y'(xa-xn)(xa-xn)(4)；
以l为步长，
yv＝y(xn)+y'(xn)(xv-xn)(5)；
xv＝xn+l(6)；
(xv,yv)在车迹线规划范围内，通过m个拟合点得到车迹线边界点。
S34.最后利用最小二乘法根据各个区域内边缘线的拟合公式，两条成一定的夹角的线条在拟合曲线内发生变化视前方道路为上下坡度。
S4.计算路面与车身之间的夹角；
所述步骤S4包括以下子步骤：
对步骤S3中所获得的两条成一定的夹角的线条，计算其夹角变化情况，进而给出车灯角度调整信息，其计算方法是：
S41.设水平道路上标准车迹线内线条的空间位置的斜率为ki,l和ki,r，计算根据线条坐标方程与标准情况下坐标的对比给出路面与车身的夹角，计算公式如下所示：
Figure BDA0003376288420000053
Figure BDA0003376288420000054
S42.为保证角度最大优化，计算两条线的夹角为：
Figure BDA0003376288420000061
S43.若曲线不在斜率范围内，计算经验转角数据为
Figure BDA0003376288420000062
S44.此时边缘线的夹角公式如下表示：
α＝sgn(d)·ed(11)；
其中，
Figure BDA0003376288420000063
S5.将夹角数值发送给控制器，控制器对车灯俯仰角进行调整从而实现照射高度的自动控制；
所述步骤S5中，车载摄像头通过CAN总线与中央处理器进行通信，中央处理器会收到车载摄像头的自检反馈数据，将采集的信号传递给舵机，通过最佳舵机打角值来驱动车灯进行自动调节俯仰角度α，完成LED大灯智能的角度控制。

Claims (6)

1.一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.利用红外激光发射器向车前路面投射线结构光图案；
S2.利用红外摄像机采集车前路面图像并提取其中的结构光图案；
S3.对所提取的结构光图案的变形情况进行分析；
S4.计算路面与车身之间的夹角；
S5.将夹角数值发送给控制器，控制器对车灯俯仰角进行调整从而实现照射高度的自动控制；
S6.当车辆处于行进状态时，重复S1、S2、S3、S4、S5，持续为车灯提供照射方向信息。
2.根据权利要求1所述的一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，其特征在于步骤S1中：
所述红外激光发射器固定于车身上部或车顶位置，包括左、右两个激光器，同时发射连续或脉冲时间十字线状光斑红外激光，线状光斑投射方向倾斜向下，照射区域为车前一定距离的路面，且左、右两个激光器投射到路面上的十字线状光斑中的两条线相互平行且与车辆前进方向垂直，另两条线成一定的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，其特征在于步骤S2中：
所述红外摄像机固定于车身前部较低位置处或置于前照大灯位置，其内、外参数已通过标定获得；摄像机对路面连续拍摄或与或拍摄时间与脉冲结构光同步，其拍摄的区域为前述步骤S1中结构光所照射的路面区域，且所拍摄的路面上的结构光图案位于视场的中间位置；从图像中提取的结构光图案包括两个相互平行的线条和两个成一定的夹角的线条。
4.根据权利要求1所述的一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，其特征在于步骤S3中：
S31.对采集的图片进行基本车迹线拟合，置线采取斜率等视角几何约束确定道路可能存在的左右车迹线。对摄像头采集的第i段待测路面区域的左右各拟合为一条直线，像素集Pi(xi,yi)和Pj(xj,yj)(元素均为m个)的待拟合直线方程组可表示为：
Figure FDA0003376288410000011
S32.通过
Figure FDA0003376288410000012
计算，可以得到拟合直线的参数如下表示：
Figure FDA0003376288410000021
Figure FDA0003376288410000022
根据上述表达公式，则可获取直道区域在摄像头采集区域内双十字线的坐标位置以及在第i段待测路面区域内左右两侧线的拟合斜率ki,a和ki,b。
S33.基于线性逼近原理，对于不在斜率范围内的曲线进行拟合，已知车迹线直线部分左侧边界点集Pi(xi,yi)，过点Pn做其切线，其方程如下所示：
ya＝y(xn)+y'(xa-xn)(xa-xn) (4)；
以l为步长，
yv＝y(xn)+y'(xn)(xv-xn) (5)；
xv＝xn+l(6)；
(xv,yv)在车迹线规划范围内，通过m个拟合点得到车迹线边界点。
S34.最后利用最小二乘法根据各个区域内边缘线的拟合公式，两条成一定的夹角的线条在拟合曲线内发生变化视前方道路为上下坡度。
5.根据权利要求1所述的一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，其特征在于步骤S4中：
对步骤S3中所获得的两条成一定的夹角的线条，计算其夹角变化情况，进而给出车灯角度调整信息，其计算方法是：
S41.设水平道路上标准车迹线内线条的空间位置的斜率为ki,l和ki,r，计算根据线条坐标方程与标准情况下坐标的对比给出路面与车身的夹角，计算公式如下所示：
Figure FDA0003376288410000023
Figure FDA0003376288410000024
S42.为保证角度最大优化，计算两条线的夹角为：
Figure FDA0003376288410000031
S43.若曲线不在斜率范围内，计算经验转角数据为：
Figure FDA0003376288410000032
S44.此时边缘线的夹角公式如下表示：
α＝sgn(d)·ed (11)
其中，
Figure FDA0003376288410000033
6.根据权利要求1所述的一种汽车LED大灯照射高度的自动控制方法，其特征在于步骤S5中：
车载摄像头通过CAN总线与中央处理器进行通信，中央处理器会收到车载摄像头的自检反馈数据，将采集的信号传递给舵机，通过最佳舵机打角值来驱动车灯进行自动调节俯仰角度α，完成LED大灯智能的角度控制。
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