CN206155283U - 一种基于图像处理的智能灯光调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于图像处理的智能灯光调节系统，包括GPS导航仪、图像采集处理模块、传感器组及ECU控制单元和执行单元；GPS导航仪将预测前方道路的实时路径信息，图像采集处理模块的实时三维线形图像信息及传感器组采集的各信息送至ECU控制单元，通过对接收各数字信号并进行对比、判断和计算，输出弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的控制信号至执行单元，使左前灯和右前灯的光束在弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的工作模式之间自动切换。本实用新型在避免同向车辆和相向车辆眩目的同时，能提高弯道照明范围，转向随动提前照明和照射角度变换，改善了车辆的照明条件，提高了驾驶安全性。

Description

一种基于图像处理的智能灯光调节系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于图像处理的智能灯光调节系统，属于机动车智能辅助驾驶技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的日益提高，汽车作为重要的交通工具越来越受到人们的重视。在实际使用过程中，行车安全问题日显凸出，特别是在夜间、雨雪雾霾等恶劣天气等能见度较低等情况下，驾驶员的视距变小、视野变窄；在转弯、变道时，前挡风玻璃与前门玻璃之间的A柱会形成视觉死角；在两车交会时，若对方车辆未及时关闭远光灯，造成驾驶员的大片盲区。以上这些情况都可能造成驾驶员判断失误，操作失当，导致事故频发，这些交通事故很多是汽车前照灯照明不足或灯光使用不当造成的。

在目前现有的前照灯控制系统中，传统的远近光手动切换模式由驾驶人员视路况信息手动切换远近光，其照射范围固定，也易造成远光灯滥用；而AFS前照灯系统(AdaptiveFront-lighting System,自适应前照灯系统)是采用多个传感器采集车身状态信息，根据车身状况，来控制前照灯进行转动；而ADB前照灯系统(Adaptive Driving Beam System,自适应远光系统)只能根据车辆上的摄像头采集到的信息，控制前照灯的照明宽度和亮度，上述的照明系统功能单一、智能化程度低的不足。其次由于摄像头的采集严重受制于天气、环境，导致ADB系统判断失准，存在安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种在避免同向车辆和相向车辆眩目的同时，提高了弯道照明范围，转向随动提前照明和照射角度变换，改善了车辆的照明条件，提高了驾驶安全性的一种基于图像处理的智能灯光调节系统。

本实用新型为达到上述目的的技术方案是：一种基于图像处理的智能灯光调节系统，其特征在于：包括GPS导航仪、图像采集处理模块、传感器组以及ECU控制单元和执行单元；

所述的GPS导航仪安装在车辆的中控台处，GPS导航仪用于预测前方道路的实时路径信息，所述的实时路径信息包括道路结构信息和弯道路口曲率信息，且GPS导航仪通过CAN总线与ECU控制单元连接；

所述的图像采集处理模块包括CCD摄像机和DSP图像处理模块，所述的CCD摄像机安装在车辆前部，用于采集车辆前部的实时路面图像并送至DSP图像处理模块，所述的实时路面图像包括目标车辆图像和目标物图像，DSP图像处理模块对采集到的实时路面信息进行特征提取及处理，得到实时三维线形图像信息，且DSP图像处理模块通过CAN总线与ECU控制单元连接；

所述的传感器组包括安装在车身上的转角传感器、车速传感器、悬架行程传感器以及红外测距传感器和光强度传感器，用于采集车辆的实时转向半径信息、实时行驶速度信息、实时悬架与地面之间的角度信息、实时与目标车辆或与目标物之间的距离信息、以及实时外部环境光照信息、传感器组通过CAN/LIN总线与ECU控制单元连接；

所述的ECU控制单元包括信号调理电路、微处理器和电机驱动电路，信号调理电路接收GPS导航仪输出的实时路径信息、传感器组输出的各信息及图像采集处理模块输出的实时三维线形图像信息，信号调理电路将接收的信息转换为数字信号并输出到微处理器，微处理器对接收各数字信号并进行对比、判断和计算，输出弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的控制信号至电机驱动电路，电机驱动电路的输出端与左水平电机、右水平电机、左垂直电机、右垂直电机以及左遮光板调节电机和右遮光板调节电机连接；

所述的执行单元包括设置在左前灯上的左水平电机、左垂直电机和左遮光板调节电机，以及设置在右前灯上的右水平电机、右垂直电机和右遮光板调节电机，电机驱动电路根据微处理器输出的控制信号分别控制左水平电机、右水平电机、左垂直电机、右垂直电机以及左遮光板调节电机接和右遮光板调节电机动作，并使左前灯和右前灯的光束在弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的工作模式之间自动切换。

本实用新型基于图像处理的智能前照灯系统采用了GPS导航仪、图像采集处理模块以及传感器组，通过GPS导航仪能预测前方道路的道路结构信息和弯道路口曲率信息实时路径信息，通过图像采集处理模块先通过CCD摄像机采集车辆前部的实时路面的目标车辆信息和目标物信息，通过传感器组得到实时转向半径信息、实时行驶速度信息、实时悬架与地面之间的角度信息、实时与目标车辆或与目标物之间的距离信息、以及实时外部环境光照信息，因此ECU控制单元能接传感器组采集的各信息与图像采集处理模块获得车辆及路面信息以及前方道路的实时路径信息的综合信息，并能通过ECU控制单元对接收的各信息进行对比和判断，使具有控制工作模式策略的微处理器输出弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的工作模式之间自动切换的控制信号，而分别控制左、右前灯的各电机动作。本实用新型具有认知道路环境，抑制相向车辆直射眩目、同向车辆反光镜眩目、增加弯道提前照明区域，转向随动提前照明和照射角度变换，能有效改善车辆夜间行车照明环境，提高驾驶安全性，解决现有汽车前照灯照明系统功能单一、智能化程度低的不足的问题，具有较高的应用推广价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型基于图像处理的智能灯光调节系统的原理框图。

图2a是原弯道照明光束的示意图，图2b是本实用新型弯道照明光束模式的示意图。

图3a是原眩光避让照明光束的示意图，图3b是本实用新型眩光避让照明光束模式的示意图。

图4a是原转向照明光束的示意图，图4b是本实用新型转向随动照明光束的模式示意图。

图5a是原照射角度照明光束的示意图，图5b是本实用新型照射角度变换照明光束模式的示意图。

具体实施方式

见图1所示，本实用新型一种基于图像处理的智能灯光调节系统，包括GPS导航仪、图像采集处理模块、传感器组以及ECU控制单元和执行单元。

见图1所示，本实用新型的GPS导航仪安装在车辆的中控台处，GPS导航仪用于预测前方道路的实时路径信息，该实时路径信息包括道路结构信息和弯道路口曲率信息，且GPS导航仪通过CAN总线与ECU控制单元连接，将实时路径信息通过CAN总线传输至ECU控制单元。

见图1所示，本实用新型图像采集处理模块包括CCD摄像机和DSP图像处理模块，CCD摄像机安装在车辆前部，用于采集车辆前部的实时路面图像并送至DSP图像处理模块，该实时路面图像包括目标车辆图像和目标物图像，通过CCD摄像机采集实时车辆前部的目标车辆图像及一些可能会影响行驶的行人、障碍物以及车辆前部的车道线和交通标志牌等目标物图像，DSP图像处理模块对采集到的实时路面图像进行特征提取及处理，得到实时三维线形图像信息，且DSP图像处理模块通过CAN总线与ECU控制单元连接，将实时三维线形图像信息通过CAN总线送到ECU控制单元。

见图1所示，传感器组包括安装在车身上的转角传感器、车速传感器、悬架行程传感器以及红外测距传感器和光强度传感器，转角传感器安装在方向盘上，车速传感器安装在车轮上，悬架行程传感器安装在悬架总成上，红外测距传感器安装在车顶部，光强度传感器安装在车身前外部，用于采集车辆的实时转向半径信息、实时行驶速度信息、实时悬架与地面之间的角度信息、实时与目标车辆或与目标物之间的距离信息以及实时外部环境光照信息，传感器组通过CAN/LIN总线与ECU控制单元连接，使各传感器将各种非电量转换成电压、电流等电信号，并通过CAN/LIN总线传送给ECU控制单元，实时得到车辆转向半径、行驶速度、悬架与地面之间的角度，通过光强度传感器得到的外部环境光照信息，控制ECU控制单元启动照明而进行工作模式或关闭。

见图1所示，本实用新型ECU控制单元包括信号调理电路、微处理器和电机驱动电路，信号调理电路接收GPS导航仪输出的实时路径信息、传感器组输出的各信息及图像采集处理模块输出的实时三维线形图像信息，信号调理电路将接收的信息转换为数字信号并输出到微处理器，信号调理电路可将各信息转换为微处理器能够处理的TTL电平等数字信号，提供给微处理器。本实用新型的微处理器融合卡尔曼滤波、人工神经网络、模糊控制理论等，通过事先学习大量不同的图像样本以及相应的输出结果，具有弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的控制工作模式策略，微处理器对接收各数字信号进行对比、判断和计算，输出弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的控制信号至电机驱动电路，电机驱动电路的输出端与左水平电机、右水平电机、左垂直电机、右垂直电机以及左遮光板调节电机和右遮光板调节电机连接，微处理器将控制信号发送至电机驱动电路；电机驱动电路根据控制信号生成脉冲信号，并进行功率放大，分别控制左右水平电机、左右垂直电机和左右遮光板调节电机的转动步数，而达到变换光型、照射角度和调节亮度的作用。

见图1所示，本实用新型执行单元包括设置在左前灯上的左水平电机、左垂直电机和左遮光板调节电机，以及设置在右前灯上的右水平电机、右垂直电机和右遮光板调节电机，电机驱动电路根据微处理器输出的控制信号分别控制左水平电机、右水平电机、左垂直电机、右垂直电机以及左遮光板调节电机接和右遮光板调节电机动作，使左前灯和右前灯的光束在弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换及默认照明的工作模式之间自动切换，起到调节灯光照射角度、改善照明条件。

本实用新型ECU控制单元对接收GPS导航仪预测前方道路实时路径信息中的道路结构和弯道路口曲率及图像采集处理模块的实时三维线形图像信息中的目标车辆及目标物进行对比和判断，接收GPS导航仪预测十字路口、丁字路口等道路结构信息以及弯道路口曲率信息，并识别出车辆前部的实时路面图像，如在路口处的行人及障碍物2等目标物，并计算出左、右遮光板调节电机的转动角度，输出调节左、右遮光板调节电机的控制信号，电机驱动电路根据控制信号生成脉冲信号，并经功率放大后，分别控左、右遮光板调节电机的转动步数，增加左前灯和右前灯的光束照射宽度，进行弯道补光，见图2a所示，在路口处的行人或障碍物2时，常规的光束无法照在障碍物2上，见图2b所示，经本实用新型的弯道补光后，光束能照在障碍物2上，改善照明条件，而提高安全性。

本实用新型ECU控制单元中对接收图像采集处理模块的实时三维线形图像信息中的同向或相向的目标车辆及红外测距传感器采集的实时与目标车辆之间的距离信息进行对比和判断，当本车1与目标车辆3之间的距离小于150m时，计算出左、右遮光板调节电机的转动角度及左、右水平电机转动角度，输出调节左、右遮光板调节电机及左右水平电机的控制信号，电机驱动电路根据控制信号生成脉冲信号，并经功率放大后，分别控制左、右遮光板调节电机以及左、右水平电机的转动步数，使左前灯形成L型光束、右前灯形成反L型光束，形成具有一个U型暗区的光束，同时调节左、右水平电机，使左前灯和右前灯光束将目标车辆3始终保持在U型暗区中，进行眩光避让。见图3a中现有光束照在目标车辆3改进为图3b所示，使目标车辆3始终位于左前灯光束和右前灯光束形成的U型暗区内，起到避免前方车辆倒车镜眩目和相向车辆的眩目的效果。

本实用新型ECU控制单元中对接收转角传感器采集车辆的实时转向半径信息、车速传感器采集的车辆实时行驶速度信息、GPS导航仪预测前方道路实时路径信息中的道路结构信息和弯道路口曲率进行对比和判断，得到车辆预转弯曲率半径，可计算得到车辆预转弯曲率半径，根据预转弯曲率半径计算出左、右水平电机的转动角度，输出调节左、右水平电机的控制信号，电机驱动电路根据控制信号生成脉冲信号，并经功率放大后，分别控制左、右水平电机的转动步数，使左前灯和右前灯的光束向左或向右偏转。见图4b所示，能提前照亮预计道路，进行转向随动，与图4a相比，能改善照明条件，提高安全性。

本实用新型ECU控制单元中对接收到悬架行程传感器采集的实时悬架与地面之间的角度信息进行对比和判断，得到车辆前倾角度或后仰角度，并根据车辆前倾角度或后仰角度，计算得出左、右垂直电机的转动角度，输出调节左、右垂直电机的控制信号，电机驱动电路根据控制信号生成脉冲信号，并经功率放大后，分别控制左、右垂直电机的转动步数，使左前灯和右前灯的光束光照射角度向上或向下，见图5b所示，能实现照射 角度变换，与图5a相比，能改善照明条件，提高安全性。

见图1、2所示，本实用新型基于图像处理的智能灯光调节系统的调节方法，首先GPS导航仪预测前方道路的道路结构信息和弯道路口曲率信息的实时路径信息，CCD摄像机将采集车辆前部的目标车辆图像和目标物图像的实时路面图像送至DSP图像处理模块，该DSP图像处理模块对采集到的实时路面图像进行特征提取及处理，得到实时三维线形图像信息，传感器组的转角传感器采集车辆的实时转向半径信息、车速传感器采集车辆实时行驶速度信息、悬架行程传感器采集实时悬架与地面之间的角度信息，红外测距传感器采集实时与目标车辆或与目标物之间的距离信息，光强度传感器采集实时外部环境光照信息。

本实用新型ECU控制单元接收GPS导航仪预测前方道路的实时路径信息、图像采集处理模块采集的实时三维线形图像信息以及传感器组采集车辆实时转向半径信息、实时车辆行驶速度信息、实时悬架与地面之间的角度信息及、实时与目标车辆或与目前物之间的距离信息以及实时外部环境光照信息。

本实用新型ECU控制单元的信号调理电路对接收来各信息转换成数字信号送微处理器，具有控制工作模式策略的微处理器对实时外部环境光照数字信号进行对比和判断，在外部环境光照较高而没有达到工作模式时，不开启工作模式，而当外部环境光照达到工作模式时，输出弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换和工作模式并能自动切换。

本实用新型微处理器对实时路径数字信号中的道路结构及弯道路口曲率、实时三维线形图像数字信号中的目标物进行对比和判断，计算出左、右遮光板调节电机的转动角度，并通过电机驱动电路使左、右遮光板调节电机转动至规定角度，增加左前灯和右前灯的光束照射宽度，进行弯道补光。

本实用新型微处理器对实时三维线形图像数字信号中的同向或相向目标车辆进行对比和判断，且当本车1与目标车辆3之间距离小于150m时，计算出左、右遮光板调节电机的转动角度，并控制使左前灯形成L型光束、右前灯形成反L型光束，形成具有一个U型暗区的光束，同时计算出左、右水平电机的转动角度，控制左、右水平电机随目标车辆3调节，使目标车辆3始终位于左前灯和右前灯光束形成的U型暗区中，进行眩光避让。

本实用新型微处理器对车辆的实时转向半径数字信号、实时行驶速度数字信号、实时路径数字信号中的道路结构及弯道路口曲率进行对比和判断，得到车辆预转弯曲率半径，计算并控制左、右水平电机的转动角度，使左前灯和右前灯的光束向左或向右偏转，提前照亮预计道路，进行转向随动。

本实用新型微处理器对实时角度数字信号进行对比和判断，得到车辆前倾角度或后仰角度，计算并控制左、右垂直电机的转动角度，使左前灯和右前灯的光束光照射角度向上或向下，进行照射角度变换。本实用新型使左前灯和右前灯的光束能在弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的工作模式之间自动切换，使汽车前照灯在避免同向车辆和相向车辆、人员眩目的同时，提高了弯道照明范围，转向随动提前照明，在很大程度上改善了车辆的照明条件，提高了驾驶安全性。

Claims (5)

1.一种基于图像处理的智能灯光调节系统，其特征在于：包括GPS导航仪、图像采集处理模块、传感器组以及ECU控制单元和执行单元；

所述的GPS导航仪安装在车辆的中控台处，GPS导航仪用于预测前方道路的实时路径信息，所述的实时路径信息包括道路结构信息和弯道路口曲率信息，且GPS导航仪通过CAN总线与ECU控制单元连接；

所述的图像采集处理模块包括CCD摄像机和DSP图像处理模块，所述的CCD摄像机安装在车辆前部，用于采集车辆前部的实时路面图像并送至DSP图像处理模块，所述的实时路面图像包括目标车辆图像和目标物图像，DSP图像处理模块对采集到的实时路面信息进行特征提取及处理，得到实时三维线形图像信息，且DSP图像处理模块通过CAN总线与ECU控制单元连接；

所述的传感器组包括安装在车身上的转角传感器、车速传感器、悬架行程传感器以及红外测距传感器和光强度传感器，用于采集车辆的实时转向半径信息、实时行驶速度信息、实时悬架与地面之间的角度信息、实时与目标车辆或与目标物之间的距离信息、以及实时外部环境光照信息、传感器组通过CAN/LIN总线与ECU控制单元连接；

所述的ECU控制单元包括信号调理电路、微处理器和电机驱动电路，信号调理电路接收GPS导航仪输出的实时路径信息、传感器组输出的各信息及图像采集处理模块输出的实时三维线形图像信息，信号调理电路将接收的信息转换为数字信号并输出到微处理器，微处理器对接收各数字信号并进行对比、判断和计算，输出弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的控制信号至电机驱动电路，电机驱动电路的输出端与左水平电机、右水平电机、左垂直电机、右垂直电机以及左遮光板调节电机和右遮光板调节电机连接；

所述的执行单元包括设置在左前灯上的左水平电机、左垂直电机和左遮光板调节电机，以及设置在右前灯上的右水平电机、右垂直电机和右遮光板调节电机，电机驱动电路根据微处理器输出的控制信号分别控制左水平电机、右水平电机、左垂直电机、右垂直电机以及左遮光板调节电机接和右遮光板调节电机动作，使左前灯和右前灯的光束在弯道补光、眩光避让、转向随动及照射角度变换的工作模式之间自动切换。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灯光调节系统，其特征在于：所述ECU控制单元对接收GPS导航仪预测前方道路实时路径信息中的道路结构和弯道路口曲率及图像采集处理模块的实时三维线形图像信息中的目标车辆及目标物进行对比和判断，并计算出左、右遮光板调节电机的转动角度，输出调节左、右遮光板调节电机的控制信号，电机驱动电路根据控制信号生成脉冲信号，并经功率放大后，分别控左、右遮光板调节电机的转动步数，增加左前灯和右前灯的光束照射宽度，进行弯道补光。

3.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灯光调节系统，其特征在于：所述ECU控制单元中对接收图像采集处理模块的实时三维线形图像信息中的同向或相向的目标车辆及红外测距传感器采集的实时与目标车辆之间的距离信息进行对比和判断，当本车与目标车辆之间的距离小于150m时，计算出左、右遮光板调节电机的转动角度及左、右水平电机转动角度，输出调节左、右遮光板调节电机及左、右水平电机的控制信号，电机驱动电路根据控制信号生成脉冲信号，并经功率放大后，分别控制左、右遮光板调节电机以及左、右水平电机的转动步数，使左前灯形成L型光束、右前灯形成反L型光束并形成U型暗区，同时调节左、右水平电机，使左前灯和右前灯的光束将目标车辆始终保持在U型暗区中，进行眩光避让。

4.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灯光调节系统，其特征在于：所述ECU控制单元中对接收转角传感器采集车辆的实时转向半径信息、车速传感器采集的车辆实时行驶速度信息、GPS导航仪预测前方道路实时路径信息中的道路结构信息和弯道路口曲率进行对比和判断，得到车辆预转弯曲率半径，并计算出左、右水平电机的转动角度，输出调节左、右水平电机的控制信号，电机驱动电路根据控制信号生成脉冲信号，并经功率放大后，分别控制左、右水平电机的转动步数，使左前灯和右前灯的光束向左或向右偏转，提前照亮预计道路，进行转向随动。

5.根据权利要求1所述的基于图像处理的智能灯光调节系统，其特征在于：所述ECU控制单元中对接收到悬架行程传感器采集的实时悬架与地面之间的角度信息进行对比和判断，得到车辆前倾角度或后仰角度，并计算得出左、右垂直电机的转动角度，输出调节左、右垂直电机的控制信号，电机驱动电路根据控制信号生成脉冲信号，并经功率放大后，分别控制左、右垂直电机的转动步数，使左前灯和右前灯的光束光照射角度向上或向下，进行照射角度变换。