CN204994014U - 基于空间光调制的智能车灯控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于空间光调制的智能车灯控制系统，包括：图像传感模块，采集实时路况信息，并将二维图像数据传入到中央控制器模块；空间光调制器模块，接收中央控制器模块的控制指令，对空间各点光场强度进行高频高速调制，输出合适的照明光束；中央控制器模块，分别连接图像传感模块和空间光调制器模块，接收图像传感模块传入的图像数据，并通过对数字图像信息的分析处理，控制空间光调制器模块产生合适的照明模式。本实用新型针对传统汽车前车灯固定单一照明模式的缺陷，通过实时采集外界图像，实现根据车辆前方的灯光情况、雨雪天气、急弯、陡坡等实时路况信息动态调整前车灯的照明模式，可以提高行车安全和驾驶体验。
Description
技术领域
本申请属于车载灯光控制领域，具体涉及一种基于空间光调制技术的智能车灯控制系统。
背景技术
从早期的乙炔气前照灯，到卤钨灯、氙气灯，再到如今的LED大灯以及尚未得到广泛应用的的激光车灯，尽管汽车前照灯的发展取得了长足的进步，但对于大多数驾驶员来说，车灯控制仍然局限于点亮或者熄灭，通常还无法根据外部具体的行车环境和路况实现车灯不同照明模式的智能控制。对于汽车远光灯发炫光的行车危害以及雨雪等恶劣天气情况下，传统车灯固定单一照明模式的缺陷性等问题，仍然没有得到有效解决。
目前关于夜间会车防眩光的控制方法大体可以分为以下三类：
(1)通过感知外界光强、车距等要素，实现近光远光的切换。如专利201410166117.7公开了一种夜间会车时车灯远近光自动转换装置及其方法，该装置通过检测会车时来车车灯的光照强度，并且判断是否超过某一限定阈值，若超出则将己车的车灯设置为近光，同时通过车灯闪烁的方式来提醒来车，从而能够改善车辆交会时的灯光环境。
(2)通过车灯马达控制车灯光束的角度变化，减少交会车时产生的眩光效果。如专利200410088685.6公开了一种适路性车灯自控装置，该装置通过一路况感测单元感知外界实时路况信息，而适当的调整车灯启闭及其照射的角度及方向，令驾驶人在视线不佳情况下，获得最佳照明范围，确保行车安全。
(3)通过使用偏振技术，降低会车时对面强光的透过率。如专利200820100928.7公开了一种车辆夜间会车防炫目装置，该装置使用两组偏振器，一组装于车前大灯处，作起偏器用；一组装于驾驶员眼睛前方，作检偏器来用，利用光的偏振特性，达到照亮路面而不至于炫目的程度，从而确保行车安全。
上述三种方案均是从外在层面入手，对炫光问题进行讨论和处理，虽然有一定的实际效果，但并没有从根本上解决炫光问题。而且对于复杂路况和恶劣行车环境(雨雪、陡坡，急弯等)而言，车灯的智能化控制水平仍然处于一个较低层次。
空间光调制器是一种能够对光波的某种或某些特性(例如相位、振幅、强度、偏振态等)的一维或二维分布进行空间或时间变换或调制器件，其输出光信号是随控制(电或光)信号变化的时间和空间函数。基于这种性质，空间光调制器已经成为光互连、光信息处理、光计算、光学神经网络等技术中最基本的功能器件之一。
有鉴于此，目前已有人将光学调制器应用到灯光照明领域，其采用薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)作为空间光调制器，通过选择性的透射入射光，控制照明器所输出光束的形态。但由于LCD受液晶材料的限制，透光率低、对比度小，且其面板中的液晶分子长期受热会被分解破坏等本质缺陷，不适合应用于车灯照明领域。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于空间光调制技术的智能车灯控制系统，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本申请实施例公开了一种基于空间光调制的智能车灯控制系统，包括：
图像传感模块，采集实时路况信息，并将二维图像数据传入到中央控制器模块；
空间光调制器模块，接收中央控制器模块的控制指令，对空间各点光场强度进行高频高速调制，输出合适的照明光束；
中央控制器模块，分别连接图像传感模块和空间光调制器模块，接收图像传感模块传入的图像数据，并通过对数字图像信息的分析处理，控制空间光调制器模块产生合适的照明模式。
优选的，在上述的基于空间光调制的智能车灯控制系统中，还包括分束器，分别连接于光源体模块和图像传感模块之间、以及光源体模块和空间光调制器模块之间，该分束器实现图像传感模块和空间光调制器模块的协同定位，在光源体模块发出的光经外界物体反射后，反射光束能够同时到达图像传感模块和空间光调制器模块。
优选的，在上述的基于空间光调制的智能车灯控制系统中，所述光源体模块包括近光灯模块和远光灯模块，所述近光灯模块采用RGB三基色LED光源体，所述远光灯模块采用激光发光二极管光源体。
优选的，在上述的基于空间光调制的智能车灯控制系统中，所述激光发光二极管光源体，包括450nm蓝色半导体激光器和转换装置，所述转换装置包括一陶瓷腔体以及填充在该陶瓷腔体内的散射粒子和转换微粒，所述转换微粒将入射的部分蓝色波长的激光转换成中心波长为570nm左右的黄光。
优选的，在上述的基于空间光调制的智能车灯控制系统中，所述图像传感模块为高速摄像机。
优选的，在上述的基于空间光调制的智能车灯控制系统中，所述图像传感模块采用德国basler公司的500万像素工业相机acA2040。
优选的，在上述的基于空间光调制的智能车灯控制系统中，所述中央控制器模块采用英特尔公司的主频为3.5GHz的酷睿i7-4700四核八线程CPU。
优选的，在上述的基于空间光调制的智能车灯控制系统中，所述空间光调制器模块采用德州仪器公司的0.7英寸XGADDR12°DMD数字微镜器件芯片。
优选的，在上述的基于空间光调制的智能车灯控制系统中，所述空间光调制器模块包括：
准直透镜，设于光源体模块和平面反射镜之间，将光源体模块发出的发散的照明光束转变为平行光；
平面反射镜，设于准直透镜和数字微镜器件之间，对来自准直透镜的平行光进行反射，按照一定的角度投射到数字微镜器件上，所述中央控制器模块通过控制数字微镜器件板载FPGA，实现图像下载接收，并对数字微镜器件进行控制，实现对空间各点光场强度的有效控制；
投影透镜，对来自数字微镜器件的光束进行扩束，输出所需要的调制光束；
吸光组件，吸收部分反射光和减少不规则散射光对实际输出光束的串扰。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型针对传统汽车前车灯固定单一照明模式的缺陷，通过实时采集外界图像，实现根据车辆前方的灯光情况、雨雪天气、急弯、陡坡等实时路况信息动态调整前车灯的照明模式，可以提高行车安全和驾驶体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本实用新型具体实施例中基于空间光调制的智能车灯控制系统的原理框图；
图2所示为图1中空间光调制器模块的具体工作光路示意图；
图3所示为图1中光源体模块产生白色激光的示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参图1所示，基于空间光调制的智能车灯控制系统包括光源体模块1、分束器2、图像传感模块3、中央控制器模块4和空间光调制器模块5。
光源体模块1，用于产生稳定的光场输出。光源体模块优选采用RGB三基色LED光源(近光灯)和激光发光二极管光源(远光灯)的组合使用。
图像传感模块3，通过高速摄影技术感知外界实时路况信息，并将获取到的二维单色图像数据传入到中央控制器模块4中。图像传感模块优选采用德国basler公司的500万像素工业相机acA2040。
中央控制器模块4分别连接图像传感模块3和空间光调制器模块5，接收图像传感模块传入的图像数据，通过对数字图像信息的分析处理，控制空间光调制器模块产生合适的照明模式。
中央控制器模块可以包括微处理器(MCU)，该MCU可以包括中央处理单元(CentralProcessingUnit,CPU)、只读存储模块(read-onlymemory,ROM)、随机存储模块(randomaccessmemory,RAM)、定时模块、模拟数字转换模块(ADC)、以及多路输入/输出接口。当然，控制器也可以采用其它形式的集成电路，如特殊应用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)或现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)等。
本实施例中，中央控制器模块优选采用英特尔公司生产的主频为3.5GHz的酷睿i7-4700四核八线程CPU，其具备同步多线程技术。
空间光调制器模块5，接收中央控制器模块的控制指令，通过对数字微镜器件(DMD)上每片微镜偏转角度的控制，实现对空间各点光场强度的高频高速调制，从而输出合适的照明光束。
本实施例中，空间光调制器模块采用德州仪器公司的0.7英寸XGADDR12°DMD数字微镜器件芯片，其具有内外同步、微镜任意时间锁定和帧频控制等功能。
分束器2的主要作用在于实现图像传感模块3和空间光调制器模块5的协同定位，即使得前照灯发出的光经外界物体反射后，反射光束能够同时到达图像传感模块3和空间光调制器模块5。
图2所示为图1中空间光调制器模块5的具体工作光路示意图。
发光二极管(LED)光源或半导体激光器(LD)光源发出的发散的照明光束在一个准直透镜(根据光源尺寸进行设计)作用下，转变为平行光，经过平面反射镜的反射，按照一定的角度投射到数字微镜器件(DMD)上。中央控制器模块4通过控制DMD板载FPGA(现场可编程逻辑门阵列)，实现图像下载接收，并对DMD进行相应驱动、时序同步、复位等控制，经过一个扫描循环，即可以实现对空间各点光场强度的有效控制。然后在投影镜头的扩束作用下，即可以输出所需要的调制光束。其中，吸光材料的主要作用是：吸收部分反射光和减少不规则散射光对实际输出光束的串扰。
图3所示为图1中光源体模块1白色激光的产生示意图。
其中，激光光源采用450nm蓝色半导体激光器，转换装置主要由填充在一陶瓷腔体内的散射粒子和转换微粒构成，转换微粒将入射的部分蓝色波长的激光转换成中心波长为570nm左右的黄光，经过散射粒子的多重散射，腔体后部就会产生一定比例的蓝光和黄光，通过改变陶瓷腔体内转换微粒和散射粒子的构成比例，即可以合成色温适宜且符合人眼视觉特性的白色激光。
本实用新型的基于空间光调制的智能车灯控制系统，不仅可以有效解决汽车远光灯发炫光的行车危害以及复杂路况和恶劣行车环境(雨雪、陡坡，急弯等)情况下传统车灯固定单一照明模式的缺陷，也可扩展应用到室内智能照明、城市景观灯设计等相关领域。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于空间光调制的智能车灯控制系统，其特征在于，包括：
图像传感模块，采集实时路况信息，并将二维图像数据传入到中央控制器模块；
空间光调制器模块，接收中央控制器模块的控制指令，对空间各点光场强度进行高频高速调制，输出合适的照明光束；
中央控制器模块，分别连接图像传感模块和空间光调制器模块，接收图像传感模块传入的图像数据，并通过对数字图像信息的分析处理，控制空间光调制器模块产生合适的照明模式。
2.根据权利要求1所述的基于空间光调制的智能车灯控制系统，其特征在于：还包括分束器，分别连接于光源体模块和图像传感模块之间、以及光源体模块和空间光调制器模块之间，该分束器实现图像传感模块和空间光调制器模块的协同定位，在光源体模块发出的光经外界物体反射后，反射光束能够同时到达图像传感模块和空间光调制器模块。
3.根据权利要求2所述的基于空间光调制的智能车灯控制系统，其特征在于：所述光源体模块包括近光灯模块和远光灯模块，所述近光灯模块采用RGB三基色LED光源体，所述远光灯模块采用激光发光二极管光源体。
4.根据权利要求3所述的基于空间光调制的智能车灯控制系统，其特征在于：所述激光发光二极管光源体，包括450nm蓝色半导体激光器和转换装置，所述转换装置包括一陶瓷腔体、以及填充在该陶瓷腔体内的散射粒子和转换微粒，所述转换微粒将入射的部分蓝色波长的激光转换成中心波长为570nm左右的黄光。
5.根据权利要求1所述的基于空间光调制的智能车灯控制系统，其特征在于：所述图像传感模块为高速摄像机。
6.根据权利要求5所述的基于空间光调制的智能车灯控制系统，其特征在于：所述图像传感模块采用德国basler公司的500万像素工业相机acA2040。
7.根据权利要求1所述的基于空间光调制的智能车灯控制系统，其特征在于：所述中央控制器模块采用英特尔公司的主频为3.5GHz的酷睿i7-4700四核八线程CPU。
8.根据权利要求1所述的基于空间光调制的智能车灯控制系统，其特征在于：所述空间光调制器模块采用德州仪器公司的0.7英寸XGADDR12°DMD数字微镜器件芯片。
9.根据权利要求1所述的基于空间光调制的智能车灯控制系统，其特征在于：所述空间光调制器模块包括：
准直透镜，设于光源体模块和平面反射镜之间，将光源体模块发出的发散的照明光束转变为平行光；
平面反射镜，设于准直透镜和数字微镜器件之间，对来自准直透镜的平行光进行反射，按照一定的角度投射到数字微镜器件上，所述中央控制器模块通过控制数字微镜器件板载FPGA，实现图像下载接收，并对数字微镜器件进行控制，实现对空间各点光场强度的有效控制；
投影透镜，对来自数字微镜器件的光束进行扩束，输出所需要的调制光束；
吸光组件，吸收部分反射光和减少不规则散射光对实际输出光束的串扰。
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