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        基于DLP投影的智能像素前照燈研究

        2022-03-01 06:11:16張宏雙應(yīng)世明
        汽車電器 2022年2期
        關(guān)鍵詞:智能功能系統(tǒng)

        張宏雙, 應(yīng)世明

        (1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司;2.河北省汽車技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 保定 071000)

        隨著人們對(duì)汽車安全需求的提升,汽車前照燈由最初只能實(shí)現(xiàn)基本的遠(yuǎn)近光照明向智能燈轉(zhuǎn)變逐漸成為一個(gè)趨勢(shì)。目前燈光的遠(yuǎn)近光自動(dòng)切換、防眩目控制等智能化功能越來(lái)越多地被應(yīng)用到車燈上?,F(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)此類功能的主流方式有3種:①通過(guò)機(jī)械擋板結(jié)合電機(jī)控制前照燈轉(zhuǎn)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光切換及不同工況下的照明;②采用矩陣式LED方式,通過(guò)控制相應(yīng)LED燈開和關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)基本照明和防眩目等功能;③通過(guò)采用DMD芯片可實(shí)現(xiàn)基本照明、精準(zhǔn)防眩目以及百萬(wàn)像素級(jí)別交互功能。但是第1種和第2種實(shí)現(xiàn)方式均存在問(wèn)題,第1種方案采用機(jī)械裝置,可靠性不高,且無(wú)法滿足智能化需求;第2種方案的控制精度有限,現(xiàn)階段像素最高只能達(dá)到1024,無(wú)法滿足行駛中互動(dòng)需求。本方案研究的智能像素式前照燈是以LED作為光源,DMD芯片作為核心器件,基于DLP技術(shù),結(jié)合智能識(shí)別控制算法,實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化操控,可擴(kuò)展性好,控制精度高達(dá)百萬(wàn)像素級(jí)別的智能前照燈系統(tǒng)。具體DMD工作原理如圖1所示。

        圖1 DMD工作原理

        1 智能像素前照燈系統(tǒng)介紹

        DLP智能前照燈系統(tǒng)是由智能前置攝像頭控制模塊、智能像素交互模塊及智能系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊3部分組成。其中,智能前置攝像頭控制模塊可以感知車外環(huán)境亮度、前方行人/車輛的距離和狀態(tài) (速度、位置),并將相關(guān)信號(hào)傳遞給控制器,控制器通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自汽車的車速、轉(zhuǎn)向盤角度、轉(zhuǎn)向、車輛狀態(tài)等信號(hào),在不同的場(chǎng)景將攝像頭識(shí)別的圖形經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理輸出給智能前照燈驅(qū)動(dòng)模組,控制DMD來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遠(yuǎn)近光燈切換、車輛靜態(tài)投影和行人防炫目等功能。整個(gè)系統(tǒng)如圖2所示。

        圖2 智能像素前照燈系統(tǒng)框架

        前置攝像頭與控制器通過(guò)LVDS信號(hào)連接,攝像頭將采集信息 (行人、車輛、限速標(biāo)識(shí)、隧道燈圖像信息)輸入到控制器SOC;MCU接收車身CAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行功能邏輯的判斷,并發(fā)送燈光控制信號(hào)和系統(tǒng)啟動(dòng)狀態(tài)信號(hào)給SOC;SOC接收MCU內(nèi)部指令,輸出LVDS信號(hào)實(shí)現(xiàn)DLP像素前照燈14項(xiàng)功能;控制器輸出兩路LVDS信號(hào)給左右DMD車燈,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燈光功能。系統(tǒng)硬件原理如圖3所示。

        圖3 系統(tǒng)硬件原理圖

        2 像素前照燈系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

        智能像素前照燈系統(tǒng)的攝像頭布置在前風(fēng)擋玻璃,主要對(duì)車輛前方的目標(biāo)檢測(cè):識(shí)別車輛、行人、隧道、限速牌然后輸出相應(yīng)的光型??刂破髫?fù)責(zé)對(duì)駕駛員燈光請(qǐng)求下基礎(chǔ)燈光的控制邏輯處理,并在燈光的近光顯示區(qū)域,投射轉(zhuǎn)向標(biāo)識(shí)、限速牌、LOGO標(biāo)識(shí)等。該系統(tǒng)主要可實(shí)現(xiàn)的功能如圖4所示。

        圖4 智能像素前照燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

        3 像素前照燈系統(tǒng)攝像頭標(biāo)定

        攝像頭視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別的工作原理為:將圖像識(shí)別到的二維圖像信息進(jìn)行幾何變換,根據(jù)攝像頭的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù),換算到車輛三維坐標(biāo)系,并根據(jù)所對(duì)應(yīng)的算法,對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)警或駕駛員輔助控制。在傳統(tǒng)的攝像頭標(biāo)定中,分為內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定和外部參數(shù)標(biāo)定兩個(gè)獨(dú)立的步驟。由于攝像頭視覺(jué)系統(tǒng)的攝像頭采用定焦鏡頭,其內(nèi)部參數(shù)在攝像頭生產(chǎn)環(huán)節(jié)已經(jīng)固定,并且不會(huì)產(chǎn)生變化,故在工廠的下線標(biāo)定過(guò)程中,主要針對(duì)攝像頭外部參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定位置如圖5所示。標(biāo)定角度標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

        表1 標(biāo)定要求

        圖5 攝像頭標(biāo)定基準(zhǔn)

        4 目標(biāo)圖像處理

        智能像素前照燈系統(tǒng)需要將攝像頭識(shí)別的行人、車輛、隧道、限速標(biāo)識(shí)等經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理輸出給驅(qū)動(dòng)模組,基于功能實(shí)現(xiàn)要求給出了部分功能圖片輸出結(jié)果要求。表2為攝像頭識(shí)別處理實(shí)例。

        表2 攝像頭識(shí)別處理實(shí)例

        如圖像識(shí)別算法框圖(圖6)所示,DLP項(xiàng)目算法實(shí)現(xiàn)主要包括3個(gè)部分:目標(biāo)檢測(cè)算法、目標(biāo)跟蹤算法及功能控制算法。其中,目標(biāo)檢測(cè)算法和目標(biāo)跟蹤算法作為DLP圖像識(shí)別算法中的核心內(nèi)容。

        圖6 圖像識(shí)別算法框圖

        1)目標(biāo)檢測(cè):圖7為目標(biāo)檢測(cè)示意圖。深度學(xué)習(xí)算法由于具有非常強(qiáng)大的處理非線性方程的能力,它可以逼近任何復(fù)雜的函數(shù),其對(duì)數(shù)據(jù)的擬合能力相當(dāng)強(qiáng)大。它不僅可以用于特征提取,也可以用來(lái)訓(xùn)練端到端的物體檢測(cè)模型。本研究采用深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè),基于車載視覺(jué)自動(dòng)駕駛的網(wǎng)絡(luò)模型,在DLP項(xiàng)目中,實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境光、隧道、限速標(biāo)志、車輛、夜間車輛燈光(點(diǎn)亮)、行人的檢測(cè)和識(shí)別。

        圖7 目標(biāo)檢測(cè)示意圖

        2)目標(biāo)跟蹤:圖8為目標(biāo)跟蹤示意圖。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是在連續(xù)的視頻序列中,建立所要跟蹤物體的位置關(guān)系,得到物體完整的運(yùn)動(dòng)軌跡。給定圖像第1幀的目標(biāo)坐標(biāo)位置,計(jì)算在下一幀圖像中目標(biāo)的確切位置。如跟蹤算法示意(圖9)所示,算法采用 “匹配—更新—預(yù)測(cè)”的三步法進(jìn)行目標(biāo)建模和更新,結(jié)合每幀的圖像檢測(cè)結(jié)果、本車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、相機(jī)參數(shù)等信息,對(duì)本車及目標(biāo)對(duì)象分別建立獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,以達(dá)到對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并預(yù)測(cè)的目的。

        圖8 目標(biāo)跟蹤示意圖

        圖9 跟蹤算法示意圖

        5 總結(jié)

        與傳統(tǒng)前照燈或低智能化前照燈不同,智能像素式前照燈系統(tǒng)在傳感器和算法領(lǐng)域進(jìn)行了大量技術(shù)革新,使該系統(tǒng)具備了自己的 “眼睛”和 “大腦”,可以結(jié)合復(fù)雜路面環(huán)境以及對(duì)道路上行人、車輛等物體的識(shí)別進(jìn)行深度學(xué)習(xí)計(jì)算,進(jìn)而對(duì)光路進(jìn)行編程投影和像素級(jí)別控制。

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