連曉

摘 要：隨著車(chē)輛的迅速普及，駕駛安全問(wèn)題也日益凸顯，其中遠(yuǎn)光燈對(duì)駕駛員的影響已成為夜間影響駕駛安全的重要原因之一。本文討論了一種基于LED光源的自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)將遠(yuǎn)光燈分成了多個(gè)光學(xué)區(qū)域，每個(gè)光學(xué)區(qū)域可以單獨(dú)控制亮滅，配合能夠?qū)崟r(shí)識(shí)別前方車(chē)輛的車(chē)載攝像頭，一旦偵測(cè)到前方車(chē)輛進(jìn)入遠(yuǎn)光燈照射范圍，其對(duì)應(yīng)的光學(xué)區(qū)域便會(huì)自動(dòng)熄滅以保證前方車(chē)輛駕駛員不受遠(yuǎn)光燈干擾。

關(guān)鍵詞：駕駛安全 LED 自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈車(chē)載攝像頭

中圖分類(lèi)號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（a）-0031-03

自從夸入了21世紀(jì)，汽車(chē)市場(chǎng)愈發(fā)火熱，道路交通事故也呈逐年遞增趨勢(shì)，根據(jù)世界衛(wèi)生組織2015年《全球前十位主要死亡原因》報(bào)告可知，道路交通事故所造成的死亡人數(shù)已排名全球前十[1]。避免或降低道路交通事故已成為全世界面臨的課題。

針對(duì)以上事實(shí)，世界不少?lài)?guó)家近年來(lái)頒布了更為嚴(yán)苛的法律；各大汽車(chē)主機(jī)廠及零部件供應(yīng)商也加快推出了主動(dòng)、被動(dòng)安全配置，以此來(lái)降低道路交通事故的發(fā)生。

車(chē)燈，作為汽車(chē)在夜間的眼睛，其重要程度不言而喻。每一次車(chē)燈的技術(shù)突破，都會(huì)為駕駛員帶來(lái)極大的便利，比如：白熾燈的發(fā)明，解決了駕駛員在煤油燈時(shí)代無(wú)法在夜間長(zhǎng)途行駛的限制；氙氣燈的發(fā)明，又極大地拓寬了駕駛員在夜間的視野；LED車(chē)燈的發(fā)明，又增加了車(chē)燈長(zhǎng)期的使用壽命及光照的可靠性；自適應(yīng)近光燈技術(shù)的發(fā)明，又大大降低了駕駛員在彎道及轉(zhuǎn)彎時(shí)的視野盲區(qū)。但是遠(yuǎn)光燈對(duì)駕駛員的干擾始終沒(méi)有一個(gè)有效的技術(shù)手段來(lái)控制。

基于遠(yuǎn)光燈的課題，本文提出了一種自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案以及論述了它對(duì)夜間車(chē)輛行駛安全的重要意義。

1 系統(tǒng)方案模型

自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)的基本工作模型包括了車(chē)載攝像頭，攝像頭控制模塊，前大燈控制模塊，前大燈及中央系統(tǒng)控制模塊，如圖1所示。

車(chē)載攝像頭：它可以識(shí)別前方同向或反向行駛的車(chē)輛并抓取其行駛的實(shí)時(shí)信息。

攝像頭控制模塊：它會(huì)處理攝像頭抓取的前方車(chē)輛信息，通過(guò)算法分析前方車(chē)輛的行駛狀態(tài)。前方車(chē)輛的行駛狀態(tài)包含但不限于車(chē)輛的行駛方向、車(chē)輛與己方車(chē)輛的前后距離及左右距離、車(chē)輛的行駛速度、車(chē)輛的行駛角度、車(chē)輛的大小等。

前大燈：燈內(nèi)的遠(yuǎn)光燈由多顆LED作為光源，遠(yuǎn)光燈的照明區(qū)域被設(shè)計(jì)成由多個(gè)單獨(dú)的小區(qū)域組成，每個(gè)小區(qū)域可以單獨(dú)控制亮滅。

前大燈控制模塊：它可以單獨(dú)獨(dú)控制每顆遠(yuǎn)光燈LED的亮滅。

中央系統(tǒng)控制模塊：它的作用是采集到所有從攝像頭控制模塊及車(chē)身端（車(chē)輛自身的行駛速度，行駛角度等）的信息后，通過(guò)算法計(jì)算前大燈中遠(yuǎn)光燈的每個(gè)小區(qū)域的亮滅需求。然后將指令發(fā)送給前大燈控制模塊，最終遠(yuǎn)光燈投射出的光在前方車(chē)輛的位置會(huì)熄滅（暗區(qū)），并且此暗區(qū)會(huì)實(shí)時(shí)跟隨前車(chē)前后左右切換。

整個(gè)系統(tǒng)的信息傳輸都是通過(guò)CAN或LIN實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò)以上系統(tǒng)模型，可以直觀地了解該系統(tǒng)的工作模式：車(chē)載攝像頭偵測(cè)前方車(chē)輛，識(shí)別車(chē)輛后判斷其行駛狀態(tài)及是否在遠(yuǎn)光燈照射范圍內(nèi)，將前方車(chē)輛所在實(shí)時(shí)區(qū)域的遠(yuǎn)光燈關(guān)閉直至車(chē)輛駛出遠(yuǎn)光燈區(qū)域，遠(yuǎn)光燈恢復(fù)正常照射。其工作狀態(tài)如圖2所示。

2 模塊方案設(shè)計(jì)

2.1 車(chē)載攝像頭及攝像頭控制模塊

這兩個(gè)模塊將通過(guò)識(shí)別車(chē)輛前燈及尾燈顏色信息并利用左右對(duì)稱(chēng)的條件，將可能是同一車(chē)輛的車(chē)燈進(jìn)行配對(duì)，以此來(lái)確認(rèn)車(chē)輛位置[2]。

車(chē)載攝像頭將由攝像頭公司定向研發(fā)提供，攝像頭控制模塊將由攝像頭公司于我方在其硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上共同研發(fā)控制算法。

2.2 前大燈模塊

車(chē)輛前大燈模塊包含多種功能光源，如近光燈、遠(yuǎn)光燈、轉(zhuǎn)向燈、角燈、日間行車(chē)的及位置燈等。此處僅討論遠(yuǎn)光燈。

2.2.1 法規(guī)要求

對(duì)于自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈光學(xué)設(shè)計(jì)，中國(guó)法規(guī)沒(méi)有明確規(guī)定，ECE R123《關(guān)于批準(zhǔn)裝有汽車(chē)自適應(yīng)前照明系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)定》規(guī)定了實(shí)驗(yàn)相關(guān)的測(cè)試要求，如表1所示，主要評(píng)估光學(xué)相關(guān)特性。ECE R48《關(guān)于在照明和光信號(hào)裝置安裝方面對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》規(guī)定了燈的設(shè)計(jì)要求[3]。

2.2.2 光學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際的法規(guī)要求，一般設(shè)計(jì)光學(xué)范圍涵蓋了-25°～+25°，分多個(gè)個(gè)可以單獨(dú)控制的光學(xué)區(qū)域。每個(gè)光學(xué)區(qū)域所投射的大小不同，從最邊上的矮寬到中間的高窄，主要考慮到實(shí)際運(yùn)用中，中間區(qū)域?yàn)橐暰€集中區(qū)域。另外相鄰區(qū)域部分重疊，是為了避免設(shè)計(jì)偏差而導(dǎo)致的暗光。并且區(qū)域與區(qū)域間的相互過(guò)度能夠更加流暢。圖3以12分區(qū)為例，展示了不同光學(xué)分區(qū)的設(shè)計(jì)模型。

2.3 前大燈控制模塊

該模塊主要由邏輯開(kāi)關(guān)模塊及CAN/LIN通訊模塊組成。其作用是接收中央系統(tǒng)控制模塊的指令后，根據(jù)需求

對(duì)遠(yuǎn)光燈各個(gè)分區(qū)進(jìn)行單獨(dú)控制?？驁D如圖4所示。

2.4 中央系統(tǒng)控制模塊

該模塊為整個(gè)系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)工作的統(tǒng)籌控制，其工作內(nèi)容為監(jiān)控自身車(chē)輛的行駛狀態(tài)，接收攝像頭控制模塊的其他車(chē)輛的行駛狀態(tài)，通過(guò)一系列算法，運(yùn)算出對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)光燈各區(qū)域控制邏輯，最終向前大燈控制模塊發(fā)出執(zhí)行信號(hào)。其結(jié)構(gòu)包括供電模塊CPU、CAN/LIN通訊、邏輯運(yùn)算、信號(hào)處理等?？驁D如圖5所示。

3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)基于MATLAB平臺(tái)，所有的底層設(shè)計(jì)及調(diào)試均由MATLAB完整，最終導(dǎo)出C語(yǔ)言燒寫(xiě)入CPU。

4 方案驗(yàn)證

基于以上方案分析，通過(guò)最簡(jiǎn)易的模型，來(lái)搭建并驗(yàn)證方案的可行性，如圖3所示。

攝像頭及控制模塊：用OPEN-MV來(lái)模擬車(chē)載攝像頭及攝像頭控制模塊，OPEN-MV自帶的攝像頭可探測(cè)光源及跟蹤光源，通過(guò)一定的算法計(jì)算，其光源位置會(huì)傳輸?shù)紼CU。

ECU：即中央系統(tǒng)控制模塊，它會(huì)根據(jù)OPEN-MV提供的光源位置來(lái)關(guān)閉相應(yīng)區(qū)域的LED。

LED及控制模塊：共有12顆LED，模擬前大燈中的擁有12個(gè)可單獨(dú)控制分區(qū)的遠(yuǎn)光燈及相應(yīng)的控制模塊。

光源：用手機(jī)手電筒模擬路上車(chē)輛的前燈及尾燈燈光。

可以驗(yàn)證隨著光源與攝像頭相對(duì)位置的改變，其假設(shè)對(duì)應(yīng)的光學(xué)區(qū)域的LED也會(huì)隨之亮滅改變。

5 結(jié)語(yǔ)

本文探討了車(chē)輛的快速發(fā)展給人們的出行安全帶來(lái)了較大的安全隱患?；谏鲜鍪聦?shí)，本文提出了一種自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)，它能通過(guò)檢測(cè)路上的車(chē)輛來(lái)關(guān)閉照射到對(duì)應(yīng)車(chē)輛所在區(qū)域的遠(yuǎn)光燈，以此避免遠(yuǎn)光燈對(duì)其駕駛員造成的影響。其主要目的便是為了避免車(chē)輛駕駛員在夜間開(kāi)車(chē)受遠(yuǎn)光燈干擾而導(dǎo)致的車(chē)輛安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 世界衛(wèi)生組織.道路安全全球現(xiàn)狀報(bào)告2015[R].2015.

[2] 田強(qiáng)，孔斌，孫翠敏，等.車(chē)輛尾燈燈語(yǔ)的檢測(cè)與識(shí)別[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2015，24（11）：213-218.

[3] 劉然，陳積先，武華堂，等.覃北階.自適應(yīng)遠(yuǎn)光（ADB）相關(guān)法規(guī)研究[J].光源與照明，2017（1）：16-19.

連曉

摘 要：隨著車(chē)輛的迅速普及，駕駛安全問(wèn)題也日益凸顯，其中遠(yuǎn)光燈對(duì)駕駛員的影響已成為夜間影響駕駛安全的重要原因之一。本文討論了一種基于LED光源的自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)將遠(yuǎn)光燈分成了多個(gè)光學(xué)區(qū)域，每個(gè)光學(xué)區(qū)域可以單獨(dú)控制亮滅，配合能夠?qū)崟r(shí)識(shí)別前方車(chē)輛的車(chē)載攝像頭，一旦偵測(cè)到前方車(chē)輛進(jìn)入遠(yuǎn)光燈照射范圍，其對(duì)應(yīng)的光學(xué)區(qū)域便會(huì)自動(dòng)熄滅以保證前方車(chē)輛駕駛員不受遠(yuǎn)光燈干擾。

關(guān)鍵詞：駕駛安全 LED 自適應(yīng) 遠(yuǎn)光燈 車(chē)載攝像頭

中圖分類(lèi)號(hào)：O439 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（a）-0096-02

自從跨入了21世紀(jì)，汽車(chē)市場(chǎng)愈發(fā)火熱，道路交通事故也呈逐年遞增趨勢(shì)，根據(jù)世界衛(wèi)生組織2015年《全球前十位主要死亡原因》報(bào)告可知，道路交通事故所造成的死亡人數(shù)已排名全球前十[1]。避免或降低道路交通事故已成為全世界面臨的課題。

針對(duì)以上事實(shí)，世界不少?lài)?guó)家近年來(lái)頒布了更為嚴(yán)苛的法律；各大汽車(chē)主機(jī)廠及零部件供應(yīng)商也加快推出了主動(dòng)、被動(dòng)安全配置，以此來(lái)降低道路交通事故的發(fā)生。

車(chē)燈，作為汽車(chē)在夜間的眼睛，其重要程度不言而喻。每一次車(chē)燈的技術(shù)突破，都會(huì)為駕駛員帶來(lái)極大的便利，比如白熾燈的發(fā)明，解決了駕駛員在煤油燈時(shí)代無(wú)法在夜間長(zhǎng)途行駛的限制；氙氣燈的發(fā)明，極大地拓寬了駕駛員在夜間的視野；LED車(chē)燈的發(fā)明，增加了車(chē)燈的使用壽命及光照的可靠性；自適應(yīng)近光燈技術(shù)的發(fā)明，又大大降低了駕駛員在彎道及轉(zhuǎn)彎時(shí)的視野盲區(qū)。但是遠(yuǎn)光燈對(duì)駕駛員的干擾始終沒(méi)有一個(gè)有效的技術(shù)手段來(lái)控制。

基于遠(yuǎn)光燈的課題，本文提出了一種自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案并論述了它對(duì)夜間車(chē)輛行駛安全的重要意義。

1 系統(tǒng)方案模型

自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)的基本工作模型包括了車(chē)載攝像頭、攝像頭控制模塊、前大燈控制模塊、前大燈及中央系統(tǒng)控制模塊。

（1）車(chē)載攝像頭：它可以識(shí)別前方同向或反向行駛的車(chē)輛并抓取其行駛的實(shí)時(shí)信息。

（2）攝像頭控制模塊：它會(huì)處理攝像頭抓取的前方車(chē)輛信息，通過(guò)算法分析前方車(chē)輛的行駛狀態(tài)。前方車(chē)輛的行駛狀態(tài)包含但不限于車(chē)輛的行駛方向、車(chē)輛與己方車(chē)輛的前后距離及左右距離、車(chē)輛的行駛速度、車(chē)輛的行駛角度、車(chē)輛的大小等。

（3）前大燈：燈內(nèi)的遠(yuǎn)光燈由多顆LED作為光源，遠(yuǎn)光燈的照明區(qū)域被設(shè)計(jì)成由多個(gè)單獨(dú)的小區(qū)域組成，每個(gè)小區(qū)域可以單獨(dú)控制亮滅。

（4）前大燈控制模塊：它可以單獨(dú)控制每顆遠(yuǎn)光燈LED的亮滅。

（5）中央系統(tǒng)控制模塊：它的作用是采集到所有從攝像頭控制模塊及車(chē)身端（車(chē)輛自身的行駛速度，行駛角度等）的信息后，通過(guò)算法計(jì)算前大燈中遠(yuǎn)光燈的每個(gè)小區(qū)域的亮滅需求。然后將指令發(fā)送給前大燈控制模塊，最終遠(yuǎn)光燈投射出的光在前方車(chē)輛的位置會(huì)熄滅（暗區(qū)），并且此暗區(qū)會(huì)實(shí)時(shí)跟隨前車(chē)前后左右切換。

整個(gè)系統(tǒng)的信息傳輸都是通過(guò)CAN或LIN實(shí)現(xiàn)的。

通過(guò)以上系統(tǒng)模型，可以直觀地了解該系統(tǒng)的工作模式：車(chē)載攝像頭偵測(cè)前方車(chē)輛，識(shí)別車(chē)輛后判斷其行駛狀態(tài)及是否在遠(yuǎn)光燈照射范圍內(nèi)，監(jiān)控前方車(chē)輛所在實(shí)時(shí)區(qū)域，遠(yuǎn)光燈關(guān)閉直至車(chē)輛駛出遠(yuǎn)光燈區(qū)域，遠(yuǎn)光燈恢復(fù)正常照射。

2 模塊方案設(shè)計(jì)

2.1 車(chē)載攝像頭及攝像頭控制模塊

這兩個(gè)模塊通過(guò)識(shí)別車(chē)輛前燈及尾燈顏色信息并利用左右對(duì)稱(chēng)的條件，將可能是同一車(chē)輛的車(chē)燈進(jìn)行配對(duì)，以此來(lái)確認(rèn)車(chē)輛位置[2]。

車(chē)載攝像頭將由攝像頭公司定向研發(fā)提供，攝像頭控制模塊將由攝像頭公司與筆者所在單位在其硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上共同研發(fā)控制算法。

2.2 前大燈模塊

車(chē)輛前大燈模塊包含多種功能光源，如近光燈，遠(yuǎn)光燈，轉(zhuǎn)向燈，角燈，日間行車(chē)的及位置燈等。此處僅討論遠(yuǎn)光燈。

2.2.1 法規(guī)要求

對(duì)于自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈光學(xué)設(shè)計(jì)，中國(guó)法規(guī)沒(méi)有明確規(guī)定，ECE R123《關(guān)于批準(zhǔn)裝有汽車(chē)自適應(yīng)前照明系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)定》規(guī)定了實(shí)驗(yàn)相關(guān)的測(cè)試要求，主要評(píng)估光學(xué)相關(guān)特性。ECE R48《關(guān)于在照明和光信號(hào)裝置安裝方面對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》規(guī)定了燈的設(shè)計(jì)要求[3]。

2.2.2 光學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際的法規(guī)要求，一般設(shè)計(jì)光學(xué)范圍涵蓋了-25°到+25°，分多個(gè)可以單獨(dú)控制的光學(xué)區(qū)域。每個(gè)光學(xué)區(qū)域所投射的大小不同，從最邊上的矮寬到中間的高窄，主要考慮到實(shí)際運(yùn)用中，中間區(qū)域?yàn)橐暰€集中區(qū)域。另外相鄰區(qū)域部分重疊，是為了避免設(shè)計(jì)偏差而導(dǎo)致的暗光。并且區(qū)域與區(qū)域間的相互過(guò)度能夠更加流暢。

2.3 前大燈控制模塊

該模塊主要由邏輯開(kāi)關(guān)模塊及CAN/LIN通訊模塊組成。其作用是接收中央系統(tǒng)控制模塊的指令后，根據(jù)需求對(duì)遠(yuǎn)光燈各個(gè)分區(qū)進(jìn)行單獨(dú)控制。

2.4 中央系統(tǒng)控制模塊

該模塊為整個(gè)系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)工作的統(tǒng)籌控制，其工作內(nèi)容為監(jiān)控自身車(chē)輛的行駛狀態(tài)，接收攝像頭控制模塊的其他車(chē)輛的行駛狀態(tài)，通過(guò)一系列算法，運(yùn)算出對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)光燈各區(qū)域控制邏輯，最終向前大燈控制模塊發(fā)出執(zhí)行信號(hào)，其結(jié)構(gòu)包括，供電模塊，CPU，CAN/LIN通訊，邏輯運(yùn)算，信號(hào)處理等。

3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)基于MATLAB平臺(tái)，所有的底層設(shè)計(jì)及調(diào)試均由MATLAB完整，最終軟件將會(huì)燒寫(xiě)入CPU。

4 方案驗(yàn)證

基于以上方案分析，通過(guò)最簡(jiǎn)易的模型來(lái)搭建并驗(yàn)證方案的可行性。

（1）攝像頭及控制模塊：用OPEN-MV來(lái)模擬車(chē)載攝像頭及攝像頭控制模塊，OPEN-MV自帶的攝像頭可探測(cè)光源及跟蹤光源，通過(guò)一定的算法計(jì)算，其光源位置會(huì)傳輸?shù)紼CU。

（2）ECU：即中央系統(tǒng)控制模塊，它會(huì)根據(jù)OPEN-MV提供的光源位置來(lái)關(guān)閉相應(yīng)區(qū)域的LED。

（3）LED及控制模塊：共有12顆LED，模擬前大燈中的擁有12個(gè)可單獨(dú)控制分區(qū)的遠(yuǎn)光燈及相應(yīng)的控制模塊。

（4）光源：用手機(jī)手電筒模擬路上車(chē)輛的前燈及尾燈燈光。

可以驗(yàn)證隨著光源與攝像頭相對(duì)位置的改變，其假設(shè)對(duì)應(yīng)的光學(xué)區(qū)域的LED也會(huì)隨之亮滅改變。

5 結(jié)語(yǔ)

本文探討了車(chē)輛的快速發(fā)展給人們的出行安全帶來(lái)了較大的安全隱患。基于上述事實(shí)，本文提出了一種自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)，它能通過(guò)檢測(cè)路上的車(chē)輛來(lái)關(guān)閉照射到對(duì)應(yīng)車(chē)輛所在區(qū)域的遠(yuǎn)光燈，以此避免遠(yuǎn)光燈對(duì)其駕駛員造成的影響。其主要目的便是為了避免車(chē)輛駕駛員在夜間開(kāi)車(chē)受遠(yuǎn)光燈干擾而導(dǎo)致的車(chē)輛安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 世界衛(wèi)生組織.道路安全全球現(xiàn)狀報(bào)告2015[R].意大利：世界衛(wèi)生組織，2015.

[2] 田強(qiáng)，孔斌，孫翠敏，等.車(chē)輛尾燈燈語(yǔ)的檢測(cè)與識(shí)別[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2015，24（11）：213-218.

[3] 劉然，陳積先，武華堂，等.自適應(yīng)遠(yuǎn)光（ADB）相關(guān)法規(guī)研究[J].光源與照明，2017（1）：16-19.