RU2746614C1 - Method for suppressing backlight when forming images of road environment in front of vehicle and device for implementing method - Google Patents

Method for suppressing backlight when forming images of road environment in front of vehicle and device for implementing method Download PDF

Info

Publication number
RU2746614C1
RU2746614C1 RU2020130224A RU2020130224A RU2746614C1 RU 2746614 C1 RU2746614 C1 RU 2746614C1 RU 2020130224 A RU2020130224 A RU 2020130224A RU 2020130224 A RU2020130224 A RU 2020130224A RU 2746614 C1 RU2746614 C1 RU 2746614C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
images
source
vehicle
light
image
Prior art date
Application number
RU2020130224A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Павлович Агапов
Павел Павлович Гостев
Сергей Александрович Магницкий
Дмитрий Николаевич Фроловцев
Анатолий Степанович Чиркин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "2И" (ООО "2И")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "2И" (ООО "2И") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "2И" (ООО "2И")
Priority to RU2020130224A priority Critical patent/RU2746614C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2746614C1 publication Critical patent/RU2746614C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60QARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q1/00Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor
    • B60Q1/02Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments
    • B60Q1/04Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights
    • B60Q1/14Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments the devices being headlights having dimming means
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70Circuitry for compensating brightness variation in the scene

Abstract

FIELD: image formation.
SUBSTANCE: group of inventions relates to devices for suppressing negative illumination of oncoming radiation when forming images of the terrain in front of the vehicle. The backlight suppression device contains a computing module and two associated source modules and a receiver module. The source modules are used as the main high and / or low beam headlamps for a vehicle. The computing module is designed to collect data from modules, process data and form an image and is configured to generate pseudo-random masks for source modules, calculate the spatial distribution of light intensity at the output from sources, process data received from a receiver module, calculate a cross-correlation function between a signal, received from the receiver, and the calculated light intensities at the output from the sources, the formation of two 2D images of the terrain using the principle of phantom images and the formation of a 3D image using the principle of stereoscopic images.
EFFECT: increased reliability of vehicle control in conditions of strong light interference.
15 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам компьютерного зрения транспортных средств, а именно, к устройствам подавления негативной засветки встречного излучения при формировании изображений местности перед транспортным средством, и направлено на повышение качества формируемых изображений в условиях встречной засветки. The invention relates to computer vision devices for vehicles, namely, to devices for suppressing negative illumination of oncoming radiation when forming images of the terrain in front of the vehicle, and is aimed at improving the quality of the generated images in conditions of oncoming illumination.

Изобретение применимо, в частности, в системах визуализации беспилотных автомобилей.The invention is applicable, in particular, in imaging systems for unmanned vehicles.

В настоящие время основным способом визуализации является захват видеоизображения с помощью камеры. Полученное с помощью камеры изображение впоследствии может быть выведено на экран водителя или использовано бортовыми системами при управлении автомобилем в автоматическом (беспилотном) режиме. Проблема отрицательного влияния засветки в таких устройствах решается разными методами. Currently, the main imaging method is video capture with a camera. The image obtained with the help of the camera can subsequently be displayed on the driver's screen or used by on-board systems when driving in an automatic (unmanned) mode. The problem of the negative influence of light exposure in such devices is solved by different methods.

В патенте US 20180012374 "Image capturing device and method, program, and record medium to perform exposure control based on the brightness in an attention area corresponding to a detected object" видеокамера регистрирует изображение, и с помощью компьютерных алгоритмов вычисляется область повышенного внимания и яркость в этой области. Исходя из величины яркости устройство меняет время экспозиции на камере. In US patent 20180012374 "Image capturing device and method, program, and record medium to perform exposure control based on the brightness in an attention area corresponding to a detected object" this area. Based on the brightness value, the device changes the exposure time on the camera.

В полезной модели RU 169 980 U1 «Матричный ослабитель оптического излучения» подавление паразитной засветки осуществляется за счет внедрения в оптическую систему матричного оптического затвора, выполненного в виде цифрового микрозеркального устройства. Микрозеркальное устройство позволяет исключить фоновую засветку светочувствительной поверхности за счет локального ослабления потока оптического излучения от точечных высокоинтенсивных источников света, например от фар встречного автомобиля, огней уличного освещения и др.In the utility model RU 169 980 U1 "Matrix optical radiation attenuator", parasitic illumination is suppressed by introducing a matrix optical shutter into the optical system, made in the form of a digital micromirror device. The micro-mirror device makes it possible to exclude the background illumination of the light-sensitive surface due to the local attenuation of the flux of optical radiation from high-intensity point light sources, for example, from the headlights of an oncoming car, street lights, etc.

Известны также способы построения изображений без использования видеокамер. К устройствам, использующим безкамерные способы получения изображений, относятся оптические лидары и недавно появившиеся системы, основанные на методе фантомных изображений. Способ построения изображения окружающего пространства с использованием метода фантомных изображений известен в литературе Yang, Zhaohua, et al. "3-D Computational Ghost Imaging With Extended Depth of Field for Measurement." IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 68.12 (2019): 4906-4912. В работе описан способ получения трехмерного изображения с использованием двух фантомных изображений. В устройстве имеются две микрозеркальные матрицы, разнесенные на некоторое расстояние. Так же имеются две оптические системы и системы подсветки. С их помощью изображаемый объект освещается случайными паттернами (т.н. спекл-картинами), причем с двух разных ракурсов. Рассеянный на объекте свет регистрируется неразрешающим по пространству точечным детектором (bucket-detector). Методами фантомной оптики изображение объекта в двух разных ракурсах восстанавливается, и строится его трехмерное изображение с использованием принципов бинокулярного зрения. Отмечено, что, помимо построения трехмерного изображения, использование метода Фантомных изображений позволяет увеличить глубину резкости.There are also known methods of constructing images without using video cameras. Devices using cameraless imaging techniques include optical lidars and recently introduced phantom imaging systems. A method for constructing an image of the surrounding space using the method of phantom images is known in the literature by Yang, Zhaohua, et al. "3-D Computational Ghost Imaging With Extended Depth of Field for Measurement." IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 68.12 (2019): 4906-4912. The paper describes a method for obtaining a three-dimensional image using two phantom images. The device has two micromirror matrices separated by some distance. There are also two optical systems and a backlight system. With their help, the depicted object is illuminated with random patterns (so-called speckle pictures), and from two different angles. The light scattered by the object is registered by a non-spatial resolution bucket-detector. Using the methods of phantom optics, the image of an object in two different angles is restored, and its three-dimensional image is constructed using the principles of binocular vision. It is noted that, in addition to constructing a three-dimensional image, the use of the phantom image method allows increasing the depth of field.

Предлагаемое изобретение подавления встречной засветки при формировании изображений дорожного окружения перед транспортным средством также основано на методе фантомных изображений и отличается от [Yang, Zhaohua, et al] тем, что позволяет подавлять встречную засветку. Кроме того, вместо неразрешающего по пространству детектора используется камера. В условиях сильных световых помех часть пикселей камеры находится в режиме насыщения, и их сигнал при построении фантомного изображения не учитывается. Учитывается лишь сигнал, лежащей в динамическом диапазоне камеры и дающий информацию об изображении. Использование камеры позволяет решить одну из важных проблем, имеющих место при вычислении фантомных изображений - необходимость набора большой статистики для формирования изображения. Так как корреляционная функция вычисляется поточечно, в отличие, например, от [Yang, Zhaohua, et al], то количество реализаций, по которым проводится усреднение, уменьшается как минимум на 2 порядка. The proposed invention of backlight suppression in the formation of images of the road environment in front of a vehicle is also based on the phantom imaging method and differs from [Yang, Zhaohua, et al] in that it allows the backlight to be suppressed. In addition, a camera is used instead of a non-space-resolving detector. In conditions of strong light interference, some of the camera pixels are in saturation mode, and their signal is not taken into account when constructing a phantom image. Only the signal that lies in the dynamic range of the camera and gives information about the image is taken into account. Using the camera allows you to solve one of the important problems that occur when calculating phantom images - the need to collect large statistics for image formation. Since the correlation function is calculated pointwise, unlike, for example, from [Yang, Zhaohua, et al], the number of realizations over which averaging is carried out decreases by at least 2 orders of magnitude.

Техническая проблема заявленного изобретения заключается в повышении надежности управления транспортными средствами, в особенности беспилотными, в условиях сильных световых помех. The technical problem of the claimed invention is to improve the reliability of control of vehicles, especially unmanned vehicles, in conditions of strong light interference.

Технический результат заключается в повышении точности получаемой информации об окружающей дорожной обстановке при большем значении допустимой внешней засветки, и достигается путем подавления влияния внешней засветки на качество получаемых 2D и 3D изображений с использованием техники Фантомных изображений.The technical result consists in increasing the accuracy of the received information about the surrounding traffic situation with a greater value of the permissible external illumination, and is achieved by suppressing the influence of external illumination on the quality of the obtained 2D and 3D images using the phantom image technique.

Технический результат достигается за счет того, что способ подавления засветки при формировании изображений дорожного окружения перед транспортным средством содержит этапы, на которых: формируют свет с псевдослучайным распределением интенсивности, при этом в каждом источнике свет от светодиода попадает на соответствующую матрицу микро-зеркал, для каждой матрицы микро-зеркал генерируется набор псевдослучайных масок, маски посылаются в блоки управления матриц микро-зеркал, в соответствии с каждой маской матрицы микро-зеркал модулируют излучение фотодиода, таким образом, чтобы указанное излучение направлялось в область перед транспортным средством, с помощью скоростной видеокамеры регистрируют свет из освещаемой области, строят 2D и 3D изображения местности перед транспортным средством методом фантомных изображений.The technical result is achieved due to the fact that the method for suppressing illumination during the formation of images of the road environment in front of the vehicle contains the stages at which: light is formed with a pseudo-random intensity distribution, while in each source the light from the LED falls on the corresponding matrix of micro-mirrors, for each a set of pseudo-random masks is generated, the masks are sent to the control units of the micro-mirror matrices, in accordance with each mask of the micro-mirror matrix, the radiation of the photodiode is modulated, so that the specified radiation is directed to the area in front of the vehicle, using a high-speed video camera is recorded light from the illuminated area, build 2D and 3D images of the terrain in front of the vehicle by the method of phantom images.

Дополнительная особенность заключается в том, что 3D изображение местности перед транспортным средством строят с помощью алгоритма, включающего этапы на которых для каждого пикселя видеокамеры рассчитываются две взаимные корреляционные функции

Figure 00000001
и
Figure 00000002
, где
Figure 00000001
- корреляционная функция между сигналом в пикселе видеокамеры с радиус-вектором r и сигналом в соответствующим пикселе в матрице микро-зеркал первого источника, а
Figure 00000002
аналогичная функция, но для матрицы микро-зеркал второго источника.
Figure 00000001
и
Figure 00000002
являются 2D изображениями области перед транспортным средством и представляют из себя стереопару, а 3D изображение строится на основе полученной стереопары. An additional feature is that a 3D image of the terrain in front of the vehicle is built using an algorithm that includes stages at which two cross correlation functions are calculated for each pixel of the video camera
Figure 00000001
and
Figure 00000002
where
Figure 00000001
is the correlation function between the signal in the pixel of the video camera with the radius vector r and the signal in the corresponding pixel in the matrix of micro-mirrors of the first source, and
Figure 00000002
a similar function, but for the second source micro-mirror array.
Figure 00000001
and
Figure 00000002
are 2D images of the area in front of the vehicle and represent a stereopair, and the 3D image is built on the basis of the resulting stereopair.

Технический результат достигается также в устройстве подавления встречной засветки при формировании изображений дорожного окружения перед транспортным средством, содержащем вычислительный модуль, и связанные с ним по меньшей мере два модуля источников и по меньшей мере один модуль приемника, отличающийся тем, что модули источников используются в виде основных фар дальнего и/или ближнего света для транспортного средства и выполнены с возможностью освещения как в обычном, так и в инфракрасном диапазоне, а вычислительный модуль предназначен для сбора данных из остальных модулей, обработки данных и формирования изображения и выполнен с возможностью генерации псевдослучайных масок для модулей источников, вычисления пространственного распределения интенсивности света на выходе из источников, обработки данных полученных от модуля приемника, вычисления взаимной корреляционной функции между сигналом, полученным с приемника и рассчитанными интенсивностями света на выходе из источников, формирования 2-х 2D изображений местности путем использования принципа фантомных изображений, формирования 3D изображения путем использования принципа стереоскопических изображений.The technical result is also achieved in a device for suppressing backlight when forming images of a road environment in front of a vehicle, containing a computing module and associated at least two source modules and at least one receiver module, characterized in that the source modules are used as main headlights of a high and / or low beam for a vehicle and are made with the possibility of illumination both in the usual and in the infrared range, and the computing module is designed to collect data from the remaining modules, process data and form an image and is configured to generate pseudo-random masks for the modules sources, calculating the spatial distribution of the light intensity at the output from the sources, processing the data received from the receiver module, calculating the cross correlation function between the signal received from the receiver and the calculated light intensities at the output from the sources, formation of 2 2D images of terrain by using the principle of phantom images, forming a 3D image by using the principle of stereoscopic images.

Дополнительной особенностью является то, что модули источников содержат матрицу микрозеркал и светодиод.An additional feature is that the source modules contain a matrix of micromirrors and an LED.

Дополнительной особенностью является то, что модули источников содержат двумерный массив светодиодов, излучение которых модулируется по времени и пространству.An additional feature is that the source modules contain a two-dimensional array of LEDs, the radiation of which is modulated in time and space.

Дополнительной особенностью является то, что модули источников содержат жидкокристаллический пространственный модулятор светаAn additional feature is that the source modules contain a liquid crystal spatial light modulator

Дополнительной особенностью является то, что модули источников содержат одномерный массив светодиодов и пространственный сканер луча An additional feature is that the source modules contain a 1D array of LEDs and a spatial beam scanner

Дополнительной особенностью является то, что модули источников содержат быстрый сканер луча. An additional feature is that the source modules contain a fast beam scanner.

Дополнительной особенностью является то, что модуль приемника содержит скоростную видеокамеру.An additional feature is that the receiver module contains a high-speed video camera.

Дополнительной особенностью является то, что видеокамера регистрирует излучение от каждого источника излучения входящего в состав устройства, а также излучение от внешних источников.An additional feature is that the video camera registers radiation from each radiation source included in the device, as well as radiation from external sources.

Дополнительной особенностью является то, что модуль приемника содержит фотодетектор, работающий в линейном режиме, а изображение строится из расчета корреляций между суммарным сигналом с этого фотодиода и сигналом в каждом пикселе матриц микро-зеркал. An additional feature is that the receiver module contains a photodetector operating in a linear mode, and the image is built from the calculation of correlations between the total signal from this photodiode and the signal in each pixel of the micro-mirror arrays.

Дополнительной особенностью является то, что питание используемого фотодетектора модулируется синхронно с источником света.An additional feature is that the power supply of the used photodetector is modulated synchronously with the light source.

Дополнительной особенностью является то, что для освещения используется только один источник излучения, а регистрация излучения производится двумя удаленными друг от друга видеокамерами. An additional feature is that only one radiation source is used for illumination, and the radiation is recorded by two video cameras remote from each other.

Дополнительной особенностью является то, что используются два удаленных друг от друга фотодетектора. An additional feature is that two remote photodetectors are used.

Дополнительной особенностью является то, что маски сгенерированы заранее.An additional feature is that the masks are pre-generated.

Дополнительной особенностью является то, что используется один модуль источника, один фотодиод и строится 2D изображение области перед транспортным средством. An additional feature is that it uses one source module, one photodiode and builds a 2D image of the area in front of the vehicle.

Дополнительной особенностью является то, что в качестве стереопары используются один источник света и одна камера, и карта смещений строится на основе смещения корреляционной функции источника и матричного приемникаAn additional feature is that one light source and one camera are used as a stereopair, and the displacement map is built based on the offset of the correlation function of the source and the matrix receiver.

Заявленное изобретение поясняется с использованием чертежей:The claimed invention is illustrated using the drawings:

Фиг. 1- принципиальная схема устройства;FIG. 1- schematic diagram of the device;

Фиг. 2- принципиальная схема источника;FIG. 2- schematic diagram of the source;

Фиг.3 – принципиальная схема приемника;Fig. 3 is a schematic diagram of a receiver;

Основные технологические преимущества заключаются в следующем:The main technological advantages are as follows:

1. Устройство одновременно выполняет три функции: освещение дорожного окружения, построение изображения и подавление встречной засветки;1. The device simultaneously performs three functions: illumination of the road environment, imaging and suppression of backlight;

2. Устройство способно подавлять засветку от другого транспортного средства в качестве фар которого используется точно такое же устройство; 2. The device is capable of suppressing the illumination from another vehicle as the headlights of which exactly the same device is used;

3. Возможность полного подавления встречной засветки; 3. Ability to completely suppress backlight;

4. Высокая частота модуляции излучения (более 10 кГц) неразличима человеческим глазом и видеокамерами, используемыми в качестве сенсоров на беспилотных автомобилях, что позволит использовать устройство в качестве основных фар транспортного средства.4. The high frequency of modulation of radiation (more than 10 kHz) is indistinguishable by the human eye and video cameras used as sensors on unmanned vehicles, which will allow the device to be used as the main headlights of a vehicle.

5. Высокая частота модуляции излучения позволяет достичь высокой скорости сбора данных с сенсора (от 50 Гц).5. High frequency modulation of radiation allows to achieve high speed of data collection from the sensor (from 50 Hz).

6. Так как способ работы сенсора некритичен к спектральной полосе излучения, то сенсор может быть изготовлен как с излучателем в видимом диапазоне (в форм-факторе фары или габаритного огня), так и с излучателем в ИК диапазоне.6. Since the way of the sensor operation is not critical to the spectral band of radiation, the sensor can be made both with an emitter in the visible range (in the form factor of a headlamp or side light), and with an emitter in the infrared range.

7. Два устройства, будучи примененными одновременно (например на двух автомобилях), не влияют на работу друг друга, в частности, на способность подавлять негативное влияние паразитной засветки7. Two devices, being used simultaneously (for example, on two cars), do not affect the operation of each other, in particular, the ability to suppress the negative influence of stray light

Пример использования изобретения, реализованного по п.1 в формуле изобретения в качестве фар автомобиля.An example of using the invention, implemented according to claim 1 in the claims as headlights of a car.

Ниже описана одна из возможных реализаций, основанная на следующей схеме (Фиг. 1): One of the possible implementations is described below, based on the following scheme (Fig. 1):

1. Модули источников (4) встраиваются вместо автомобильных фар. 1. Source modules (4) are installed instead of car headlights.

2. В состав каждого источника входят:2. Each source includes:

- Источниксвета Philips X-tremeUltinon LED gen2;- Light source Philips X-tremeUltinon LED gen2;

- Микро-зеркальный модулятор DLPLCR70EVM с частотой переключения до 30 кГц; - Micro-mirror modulator DLPLCR70EVM with switching frequency up to 30 kHz;

- Контроллер микро-зеркального резонатора DLPLCRC410EVM;- Micro-mirror resonator controller DLPLCRC410EVM;

3. Модуль приемника (8) установлен на крыше автомобиля.3. The receiver module (8) is installed on the roof of the vehicle.

4. В состав приемника входит скоростная камера Phantom C1104. The receiver includes a Phantom C110 speed camera

5. Вычислительный модуль (1) встраивается в приборную панель автомобиля и представляет из себя компьютер.5. The computing module (1) is built into the dashboard of the car and is a computer.

6. Модули источников (4) работают в непрерывном режиме, в котором они получают псевдослучайные маски (2) и (3), сгенерированные вычислительным модулем (1).6. The source modules (4) operate in a continuous mode, in which they receive pseudo-random masks (2) and (3) generated by the computational module (1).

7. Частота переключения между масками составляет 25 кГц7. The switching frequency between masks is 25 kHz

8. Свет (5) с псевдослучайным распределением интенсивности попадает на встречный автомобиль (6). 8. Light (5) with a pseudo-random intensity distribution hits an oncoming vehicle (6).

9. Модуль приемника (8) производит видеосъемку со скоростью 25 кГц. 9. The receiver module (8) makes video recording at a speed of 25 kHz.

10. Модуль приемника регистрирует свет (5), сгенерированный в (4) и рассеянный на (6), а также свет (9), который высвечивается аналогичным изобретением (10), но установленным на автомобиль (6). 10. The receiver module registers the light (5) generated in (4) and scattered by (6), as well as the light (9), which is illuminated by a similar invention (10), but installed on the car (6).

11. Вычислительный модуль строит 3D изображение методом фантомных стереоскопических изображений. В полученном изображении подавляется свет от изобретения, установленного на встречном автомобиле. 11. The computing module builds a 3D image by the method of phantom stereoscopic images. In the resulting image, light from an invention mounted on an oncoming vehicle is suppressed.

12. При этом формируется последовательность 3D изображений, т.е. видео с частотой кадров 25 Гц. 12. In this case, a sequence of 3D images is formed, i.e. video with a frame rate of 25 Hz.

Подавление встречной засветки при формировании изображений дорожного окружения перед транспортным средством в данном изобретении реализуется за счет использования принципа фантомных изображений. Фантомные изображения формируются с помощью следующих модулей, входящих в состав изобретения: Suppression of backlight in the formation of images of the road environment in front of the vehicle in the present invention is implemented by using the principle of phantom images. Phantom images are formed using the following modules that are part of the invention:

• Модуль источника - источник света с псевдослучайным пространственным распределением интенсивности;• Source module - a light source with a pseudo-random spatial intensity distribution;

• Модуль приемника - детектор излучения;• Receiver module - radiation detector;

• Вычислительный модуль - вычислительный модуль, предназначенный для сбора данных из остальных модулей, обработки данных и формирования изображения.• Computing module - a computing module designed to collect data from other modules, process data and generate an image.

В состав устройства входит вычислительный модуль (1), который генерирует псевдослучайные маски (2) и (3) и посылает их на два независимых модуля источников (4). Модули источников (4) генерируют свет с псевдослучайным распределением интенсивности в соответствии с полученными масками (2) и (3). Переключение между масками происходит с частотой до 30 КГц. Два световых луча (5) из модулей источников (4) освещают пространство перед транспортным средством, на котором они установлены. Объекты (6), находящиеся в интересующей области пространства, рассеивают свет (5). Модуль приемника (8) регистрирует часть излучения, рассеянного на объектах (7). Кроме того, в модуль источника (8) попадает свет (9) от внешних источников (10), например от фар встречных автомобилей. Модуль приемника (8) посылает сигналы, содержащие информацию о зарегистрированном излучении в вычислительный модуль (1). Из полученных сигналов от (4) и (8) вычислительный модуль (1) формирует два 2D изображения с помощью метода фантомных изображений, который основан на расчете корреляционной функции интенсивностей освещающего и детектируемого излучений. Каждый пучок (5) на выходе из модулей источников (4) обладает уникальными корреляционными свойствами, которые определяются масками (2) и (3). Эти свойства позволяют выделить из общего сигнала с модуля приемника два 2D изображения. Кроме того, так как свет (5) обладает уникальными корреляционными свойствами, то при формировании изображений свет (9) будет подавлен. Изображения представляют из себя стереопару, из которой может быть получено 3D изображение местности методом стереоскопических изображений. Подавление фона в стереопаре приводит к подавлению фона в 3D изображении. The device includes a computing module (1) that generates pseudo-random masks (2) and (3) and sends them to two independent source modules (4). The source modules (4) generate light with a pseudo-random intensity distribution in accordance with the obtained masks (2) and (3). Switching between masks occurs with a frequency of up to 30 KHz. Two light beams (5) from the source modules (4) illuminate the space in front of the vehicle on which they are installed. Objects (6) located in the region of interest in space scatter light (5). The receiver module (8) registers part of the radiation scattered by objects (7). In addition, light (9) from external sources (10), for example, from the headlights of oncoming vehicles, enters the source module (8). The receiver module (8) sends signals containing information about the detected radiation to the computing module (1). From the received signals from (4) and (8), the computing module (1) forms two 2D images using the phantom image method, which is based on calculating the correlation function of the intensities of the illuminating and detected radiation. Each beam (5) at the exit from the source modules (4) has unique correlation properties, which are determined by masks (2) and (3). These properties allow separating two 2D images from the total signal from the receiver module. In addition, since light (5) has unique correlation properties, light (9) will be suppressed when forming images. The images are a stereopair, from which a 3D image of the terrain can be obtained by the method of stereoscopic images. Background suppression in stereopair leads to background suppression in 3D image.

В качестве исходного источника излучения используется мощный "белый" светодиод с мощностью излучения от 30 до 50 Вт и равномерным распределением интенсивности по профилю пучка. Создание света с псевдослучайным распределением интенсивности производится с помощью матрицы микро-зеркал (ММЗ). ММЗ имеет ячеечную структуру, в которой каждая ячейка это независимое зеркало. В предлагаемом изобретении для каждого зеркала доступны два положения: "вкл" и "выкл". При положении "вкл" зеркало отражает свет в выходную апертуру источника. При положении "выкл" зеркало отражает свет в гасящий экран. A powerful "white" LED with a radiation power of 30 to 50 W and a uniform intensity distribution along the beam profile is used as an initial radiation source. The creation of light with a pseudo-random intensity distribution is performed using an array of micro-mirrors (MSM). The MSM has a cell structure, in which each cell is an independent mirror. In the present invention, two positions are available for each mirror: "on" and "off". When set to "on", the mirror reflects light into the output aperture of the source. In the "off" position, the mirror reflects the light into the blanking screen.

Одна из возможных реализаций модуля источника представлена на фиг.2.One of the possible implementations of the source module is shown in Fig. 2.

В данном случае светодиод (11), излучающий свет (12) в видимом диапазоне (450-650 нм), облучает ММЗ (13). ММЗ (13) имеет блок управления (14), который получает из вычислительного модуля (1) маску (15). Согласно полученной маске блок (14) выставляет все микро-зеркала в (13). При этом частота переключения между масками не превышает 30 кГц. Отражённый промодулированный свет (16) попадает в выходную апертуру источника (17). Свет (18) от источника, который не участвует в формировании изображения, гасится на экране (19).In this case, the LED (11), emitting light (12) in the visible range (450-650 nm), irradiates the MMZ (13). MMZ (13) has a control unit (14), which receives a mask (15) from the computing module (1). According to the mask obtained, block (14) exposes all micro-mirrors to (13). In this case, the switching frequency between masks does not exceed 30 kHz. The reflected modulated light (16) enters the output aperture of the source (17). Light (18) from a source that does not participate in the formation of the image is extinguished on the screen (19).

На выходе такого источника распределение интенсивности будет обладать псевдотепловой статистикой, что позволяет реализовать принцип фантомных изображений.At the output of such a source, the intensity distribution will have pseudo-thermal statistics, which makes it possible to implement the principle of phantom images.

Для формирования фантомных изображений необходимо использовать еще один модуль --- модуль приемника. Одна из возможных реализаций модуля приёмника представлена на фиг.3. На вход модуля приемника поступает свет (20), состоящий из света, сгенерированного в модулях источников и рассеянного на объектах перед транспортным средством, а также из света от внешних источников, таких как фары встречных автомобилей. To form phantom images, you need to use one more module - the receiver module. One of the possible implementations of the receiver module is shown in Fig. 3. The input of the receiver module receives light (20), consisting of light generated in the source modules and scattered on objects in front of the vehicle, as well as light from external sources, such as headlights of oncoming cars.

Оптическая система (21) формирует изображение области перед транспортным средством и проектирует его на фоточувствительную матрицу (22) видеокамеры. Видеокамера работает в режиме быстрой съемки с частотой съемки до 30 кГц. Каждый кадр (23) посылается в вычислительный модуль. The optical system (21) forms an image of the area in front of the vehicle and projects it onto the photosensitive matrix (22) of the video camera. The camcorder operates in fast shooting mode with a shooting frequency of up to 30 kHz. Each frame (23) is sent to the computational module.

Фантомное изображение извлекается из корреляционной функции интенсивностей света, облучающего объект и детектируемого модулем приемника. Для этого необходимо использовать еще один модуль --- вычислительный модуль. The phantom image is extracted from the correlation function of the intensities of the light irradiating the object and detected by the receiver module. For this it is necessary to use one more module - the computational module.

Вычислительный модуль представляет из себя многофункциональный компьютер, в чьи задачи входит:The computing module is a multifunctional computer, whose tasks include:

- генерация псевдослучайных масок для модулей источников;- generation of pseudo-random masks for source modules;

- вычисление пространственного распределения интенсивности света на выходе из источников;- calculation of the spatial distribution of light intensity at the exit from the sources;

- обработка данных полученных от модуля приемника;- processing of data received from the receiver module;

- вычисление взаимной корреляционной функции между сигналом, полученным с приемника и рассчитанными интенсивностями света на выходе из источников;- calculation of the cross-correlation function between the signal received from the receiver and the calculated intensities of light at the output from the sources;

- формирование 2-х 2D изображений местности путем использования принципа фантомных изображений с устраненным влиянием засветки;- formation of 2 2D images of the terrain by using the principle of phantom images with eliminated the influence of backlighting;

- формирование 3D изображения путем использования принципа стереоскопических изображений. - formation of 3D images by using the principle of stereoscopic images.

Совокупность указанных модулей позволяет реализовать назначение изобретения. The combination of these modules makes it possible to realize the purpose of the invention.

Claims (15)

1. Способ подавления засветки при формировании изображений дорожного окружения перед транспортным средством содержит этапы, на которых: формируют свет с псевдослучайным распределением интенсивности, при этом в каждом источнике свет от светодиода попадает на соответствующую матрицу микрозеркал, для каждой матрицы микрозеркал генерируется набор псевдослучайных масок, маски посылаются в блоки управления матриц микрозеркал, в соответствии с каждой маской матрицы микрозеркал модулируют излучение фотодиода таким образом, чтобы указанное излучение направлялось в область перед транспортным средством, с помощью скоростной видеокамеры регистрируют свет из освещаемой области, строят 2D- и 3D-изображения местности перед транспортным средством методом стереоскопических фантомных изображений.1. A method for suppressing illumination in the formation of images of a road environment in front of a vehicle contains the stages at which: light with a pseudo-random intensity distribution is generated, while in each source the light from the LED falls on the corresponding matrix of micromirrors, for each matrix of micromirrors a set of pseudo-random masks, masks are sent to the control units of the micromirror matrices, in accordance with each mask of the micromirror matrix, the radiation of the photodiode is modulated so that the specified radiation is directed to the area in front of the vehicle, with the help of a high-speed video camera, the light from the illuminated area is recorded, 2D and 3D images of the terrain in front of the transport by the method of stereoscopic phantom images. 2. Устройство подавления засветки при формировании изображений дорожного окружения перед транспортным средством, содержащее вычислительный модуль и связанные с ним по меньшей мере два модуля источников и по меньшей мере один модуль приемника, отличающийся тем, что модули источников используются в виде основных фар дальнего и/или ближнего света для транспортного средства и выполнены с возможностью освещения как в обычном, так и в инфракрасном диапазоне, а вычислительный модуль предназначен для сбора данных из остальных модулей, обработки данных и формирования изображения и выполнен с возможностью генерации псевдослучайных масок для модулей источников, вычисления пространственного распределения интенсивности света на выходе из источников, обработки данных, полученных от модуля приемника, вычисления взаимной корреляционной функции между сигналом, полученным с приемника, и рассчитанными интенсивностями света на выходе из источников, формирования двух 2D-изображений местности путем использования принципа фантомных изображений, формирования 3D-изображения путем использования принципа стереоскопических изображений.2. A device for suppressing illumination when forming images of a road environment in front of a vehicle, comprising a computing module and associated with at least two source modules and at least one receiver module, characterized in that the source modules are used in the form of main headlights of a distant and / or low beam for a vehicle and are made with the possibility of illumination both in the usual and in the infrared range, and the computing module is designed to collect data from the remaining modules, process data and form an image and is configured to generate pseudo-random masks for source modules, calculate the spatial distribution light intensity at the output from the sources, processing the data received from the receiver module, calculating the cross correlation function between the signal received from the receiver and the calculated light intensities at the output from the sources, forming two 2D images of the terrain by using using the principle of phantom images, forming a 3D image by using the principle of stereoscopic images. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что модули источников содержат матрицу микрозеркал и светодиод, а модуль приемника содержит скоростную видеокамеру, при этом 3D-изображение местности перед транспортным средством строят с помощью алгоритма, включающего этапы, на которых для каждого пикселя видеокамеры рассчитываются две взаимные корреляционные функции
Figure 00000003
и
Figure 00000004
, где
Figure 00000005
- корреляционная функция между сигналом в пикселе видеокамеры с радиус-вектором r и сигналом в соответствующем пикселе в матрице микрозеркал первого источника, а
Figure 00000004
аналогичная функция, но для матрицы микрозеркал второго источника,
Figure 00000003
и
Figure 00000004
являются 2D-изображениями области перед транспортным средством и представляют из себя стереопару, а 3D-изображение строится на основе полученной стереопары.
3. The device according to claim 2, characterized in that the source modules contain a matrix of micromirrors and a light-emitting diode, and the receiver module contains a high-speed video camera, while a 3D image of the terrain in front of the vehicle is built using an algorithm that includes stages at which for each pixel of the video camera two cross correlation functions are calculated
Figure 00000003
and
Figure 00000004
where
Figure 00000005
is the correlation function between the signal in the pixel of the video camera with the radius vector r and the signal in the corresponding pixel in the matrix of micromirrors of the first source, and
Figure 00000004
a similar function, but for the matrix of micromirrors of the second source,
Figure 00000003
and
Figure 00000004
are 2D images of the area in front of the vehicle and represent a stereopair, and the 3D image is built on the basis of the resulting stereopair.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что модули источников содержат двумерный массив светодиодов, излучение которых модулируется по времени и пространству.4. The device according to claim. 3, characterized in that the source modules contain a two-dimensional array of LEDs, the radiation of which is modulated in time and space. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что модули источников содержат жидкокристаллический пространственный модулятор света.5. The device according to claim 3, wherein the source modules comprise a liquid crystal spatial light modulator. 6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что модули источников содержат одномерный массив светодиодов и пространственный сканер луча. 6. The device according to claim. 3, characterized in that the source modules contain a one-dimensional array of LEDs and a spatial beam scanner. 7. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что модули источников содержат быстрый сканер луча. 7. The device according to claim 3, wherein the source modules contain a fast beam scanner. 8. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что скоростная видеокамера выполнена с числом пикселей, равным числу элементов в матрице микрозеркал.8. The device according to claim 3, characterized in that the high-speed video camera is made with a number of pixels equal to the number of elements in the micromirror matrix. 9. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что модуль приемника содержит фотодетектор, работающий в линейном режиме, а изображение строится из расчета корреляций между суммарным сигналом с этого фотодиода и сигналом в каждом пикселе матриц микрозеркал. 9. The device according to claim 3, characterized in that the receiver module contains a photodetector operating in a linear mode, and the image is built from the calculation of correlations between the total signal from this photodiode and the signal in each pixel of the micromirror matrices. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что питание используемого фотодетектора модулируется синхронно с источником света.10. The device according to claim 9, characterized in that the power supply of the used photodetector is modulated synchronously with the light source. 11. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что для освещения используется только один источник излучения, а регистрация излучения производится несколькими удаленными друг от друга модулями приёмников. 11. A device according to claim 2, characterized in that only one radiation source is used for illumination, and the radiation is recorded by several receiver modules located at a distance from each other. 12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что маски сгенерированы заранее.12. The device according to claim 1, wherein the masks are generated in advance. 13. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что используется один модуль источника, один фотодиод и строится 2D-изображение области перед транспортным средством. 13. The device according to claim 2, characterized in that one source module, one photodiode is used, and a 2D image of the area in front of the vehicle is built. 14. Устройство по п. 2, отличающиеся тем, что в качестве стереопары используются один источник света и одна камера и карта смещений строится на основе смещения коллекционной функции источника и матричного приемника.14. The device according to claim 2, characterized in that one light source is used as a stereopair and one camera and a displacement map is built on the basis of the displacement of the collection function of the source and the matrix receiver. 15. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что количество пикселей в матрице микрозеркал и видеокамере не совпадает. 15. A device according to claim 3, characterized in that the number of pixels in the micromirror matrix and the video camera does not match.
RU2020130224A 2020-09-14 2020-09-14 Method for suppressing backlight when forming images of road environment in front of vehicle and device for implementing method RU2746614C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130224A RU2746614C1 (en) 2020-09-14 2020-09-14 Method for suppressing backlight when forming images of road environment in front of vehicle and device for implementing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020130224A RU2746614C1 (en) 2020-09-14 2020-09-14 Method for suppressing backlight when forming images of road environment in front of vehicle and device for implementing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746614C1 true RU2746614C1 (en) 2021-04-19

Family

ID=75521257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020130224A RU2746614C1 (en) 2020-09-14 2020-09-14 Method for suppressing backlight when forming images of road environment in front of vehicle and device for implementing method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2746614C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2034325C1 (en) * 1991-06-20 1995-04-30 Святослав Иванович АРСЕНИЧ Counter-blinding system of illumination track of vehicles
RU2048316C1 (en) * 1990-11-12 1995-11-20 Горев Владимир Васильевич Device for automatic control of vehicle lamp light
RU2446963C1 (en) * 2010-11-24 2012-04-10 Сергей Иванович Титков Head light (versions) and method of road illumination
RU169980U1 (en) * 2016-08-22 2017-04-11 Открытое акционерное общество "НПО "Геофизика-НВ" Matrix Optical Flux Attenuator
US20180012374A1 (en) * 2015-01-22 2018-01-11 Mitsubishi Electric Corporation Image capturing device and method, program, and record medium

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2048316C1 (en) * 1990-11-12 1995-11-20 Горев Владимир Васильевич Device for automatic control of vehicle lamp light
RU2034325C1 (en) * 1991-06-20 1995-04-30 Святослав Иванович АРСЕНИЧ Counter-blinding system of illumination track of vehicles
RU2446963C1 (en) * 2010-11-24 2012-04-10 Сергей Иванович Титков Head light (versions) and method of road illumination
US20180012374A1 (en) * 2015-01-22 2018-01-11 Mitsubishi Electric Corporation Image capturing device and method, program, and record medium
RU169980U1 (en) * 2016-08-22 2017-04-11 Открытое акционерное общество "НПО "Геофизика-НВ" Matrix Optical Flux Attenuator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10632899B2 (en) Illumination device for a motor vehicle for increasing the perceptibility of an obstacle
EP3423865B1 (en) Gated imaging apparatus, system and method
US9855887B1 (en) Dynamic control of projected light relative to a scene
EP3213107B1 (en) High dynamic range imaging of environment with a high intensity reflecting/transmitting source
US10345684B2 (en) Pattern projection and imaging using lens arrays
JP6293134B2 (en) Stereo-gated image system and method
JP6361631B2 (en) In-vehicle sensor, vehicle lamp, and vehicle
CN102971776B (en) Obstacle detection system and method, obstacle detector
JP5772714B2 (en) Light detection device and vehicle control system
US20200348127A1 (en) 3-d environment sensing by means of projector and camera modules
JP2004104646A (en) On-vehicle image processor
CN113383280A (en) Ballistic light modulation for image enhancement via fog
JP5839253B2 (en) Object detection device and in-vehicle device control device including the same
WO2021010339A1 (en) Imaging device, lighting device for same, vehicle, and lamp fitting for vehicle
RU2746614C1 (en) Method for suppressing backlight when forming images of road environment in front of vehicle and device for implementing method
WO2018173715A1 (en) Illumination image capture device
JP2017085414A (en) Imaging system, lamp fitting for vehicle and vehicle
JP2006252363A (en) Detector for object around vehicle, and method of detecting object around vehicle
WO2021193645A1 (en) Gating camera, sensing system, and vehicle lamp
RU2788319C1 (en) Method and apparatus for suppressing illumination when forming photographic and video images of the road environment in front of a vehicle using the phantom image method
WO2021060397A1 (en) Gating camera, automobile, vehicle lamp, image processing device, and image processing method
US20230252660A1 (en) Image-capturing apparatus for vehicle
JP2015194388A (en) Imaging device and imaging system
JP7452554B2 (en) Imaging device, optical element, image processing system, and image processing method
JP7298562B2 (en) Vehicle peripheral detection device