用于控制用于投射车辆的像素化光束的模块的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制用于投射车辆的像素化光束的模块的方法。本发明特别适用于控制这些投射模块以允许辅助驾驶车辆。

背景技术

当今，机动车辆通常包括一组光束投射模块，所述光束投射模块通常为左光束投射模块和右光束投射模块，所述光束投射模块限于照明和/或信号指示装置的基本功能，当在夜间或低能见度驾驶时，和/或在不利天气条件的情况下，具有一定程度的智能性。

光束投射模块可以与一个或多个功能(例如，用于以高强度照亮道路或其边缘的“远光”功能)相关联，和/或与用于以较短范围照明道路或其边缘且不会使在相反方向上过来的其他使用者目眩的“近光”功能相关联。

在与光束投射模块相关联的用于机动车辆的已知驾驶辅助系统中，特别地，在不足的外部光的情况下，近光被自动开启，和/或自动切换远光至近光以避免使其他道路使用者目眩。

在汽车领域中，基于高分辨率的投射模块(例如，基于DMD、单片LED、LCD或激光扫描技术的模块)的使用的增长预示了新的可能性，并且将可能的边界推得更远。因此，有必要向设有这些新的装置的机动车辆的驾驶员和/或乘员提供新的功能。

发明内容

本发明的第一方面涉及一种用于控制用于从主车辆投射像素化光束的模块的方法，所述主车辆包括：

-一组传感器；

-至少一个控制设备，所述至少一个控制设备用于控制光束投射模块；

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-数据/图像采集装置能够收集对在所述主车辆前方延伸的道路的廓线进行建模所需的一组数据的步骤；

-所述控制设备能够根据收集到的所述数据来确定对所述道路的边缘的廓线和中央的廓线进行建模的多项式函数的步骤；

-控制设备确定用于图案的投射的区域的起点Pd和终点Pa的步骤；

-控制设备分别针对右投射区域和左投射区域确定图案与数据/图像采集装置的轴线之间的距离Dc的步骤；

-所述控制设备确定所述图案的宽度Lm的步骤。

在一个实施例中，能够收集对道路廓线进行建模所需的数据的数据/图像采集装置是照相机、和/或雷达、和/或激光雷达。

根据本发明的一个实施例，当道路的所述廓线是直线时，道路的所述廓线的建模由形式为y＝f(x)＝Bi.x+Ai的一次多项式函数产生。

根据一个实施例，当道路的所述廓线为抛物线时(例如，转弯)，道路的所述廓线的建模由形式为y＝f(x)＝Ci.x

在本发明的一个实施例中，当道路的所述廓线包括拐点(例如，连续的两个转弯)时，道路的所述廓线的建模由形式为y＝f(x)＝Di.x

在一个实施例中，当图像/数据采集装置检测到障碍物时，所述图像/数据采集装置将与障碍物相关的数据发送给控制设备，以便限定安全裕度，从而防止图案被投射到障碍物上。

在一个实施例中，距离Dc可根据所投射的图案的类型被参数化。

在一个实施例中，当距离Dc＝0时，控制设备控制投射模块，使得右投射区域和左投射区域的图案在同一个投射区域中被重叠。

在另一个实施例中，能够被投射到投射区域中的图案可以是圆形、方形、三角形、矩形、人字形、箭头或更复杂的形状，或诸如速度计的显示的数字，或连续线或虚线。

在另一实施例中，控制设备能够动态地增加被最远地投射到道路上的图案的宽度Lm，以便校正透视效果。

在另一实施例中，控制设备与一组传感器相关联，所述一组传感器能够确定主车辆的俯仰，所述一组传感器被配置成补偿投射模块的机械和/或数字校准。

在一个实施例中，控制设备能够根据图案的投射距离和“平光束”基础光束来补偿光强度。

在另一实施例中，与数据/图像采集装置相关联的控制设备被配置为通过将主车辆的轮廓投射在两个障碍物之间来确定所述轮廓是否能够在两个障碍物之间通过。

在一个实施例中，主车辆的轮廓的投射的取向与所述主车辆的转向系统的角度动态相关。

在另一实施例中，与数据/图像采集装置相关联的控制设备能够计划障碍物避开策略。

在另一实施例中，与数据/图像采集装置相关联的控制设备能够投射一组图案，所述一组图案被配置成当车道在工作区域中变窄时建立用于主车辆的轨线。

在另一实施例中，与车辆的“GPS”导航系统相关联的控制设备能够投射主车辆的轨线的变化，所述轨线的变化为地面上的箭头的形式。

本发明的另一方面涉及一种用于机动车辆的照明设备，所述照明设备旨在由能够实施根据前述特征中的任一项所述的用于控制用于投射像素化光束的模块的方法的控制设备来控制。

在另一实施例中，用于信息的融合的设备能够确定来自与主车辆相关联的各个传感器的每一个数据的相关性，以便将用于有助于决策制定的可靠数据发送给控制设备。

附图说明

通过研究以下详细描述和附图，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的系统；

图2是示出根据本发明的方法的步骤的图；

图3示出了在第一驾驶情况下根据本发明的方法的实施方式；

图4示出了在第二驾驶情况下根据本发明的方法的实施方式；

图5示出了在第三驾驶情况下根据本发明的方法的实施方式；以及

图6示出了在第四驾驶情况下根据本发明的方法的实施方式。

具体实施方式

图1示出了机动车辆100，所述机动车辆100包括系统110，该系统110包括一组传感器120、和用于控制投射光束的模块140的至少一个设备130，所述控制设备130连接到车辆100的控制单元150。所述控制设备130包括与一个或多个存储器和图形处理单元相关联的至少一个微控制器。在说明书的其余部分中，包括这种系统110的机动车辆100在下文中将被称为主车辆100。

投射模块140是高分辨率模块，换句话说，投射模块140是具有高于1000像素的分辨率的模块。但是，对用于制造投射模块140的技术没有限制。

投射模块140可以例如包括单片源。单片源是指布置成至少两列乘至少两行的方式的电致发光元件的单片矩阵阵列。在单片矩阵阵列中，电致发光元件可以从共用基板延伸，并且可以电连接，以便能够选择性地、单独地或由电致发光元件的子集被激活。基板可以主要由半导体材料制成。基板可以包括一种或多种其他材料，例如非半导体材料(金属和绝缘体)。因此，每一个电致发光元件或每一组电致发光元件都可以形成发光像素，并且当所述电致发光元件或所述电致发光元件的材料被供电时，所述电致发光元件能够发光。与要被焊接到印刷电路板上的传统的发光二极管相比，这种单片矩阵阵列的配置使得可以将可选择性激活的像素布置成彼此非常接近。单片矩阵阵列可以包括电致发光元件，所述电致发光元件的主延伸尺寸(特别是高度)与共用基板大致垂直，该高度等于一微米。

能够发射光线的一个或多个单片矩阵阵列可以耦接到控制设备130，以便控制像素化光束的生成和/或由投射模块140对所述像素化光束的投射。

控制设备130因此能够单独地控制矩阵阵列的每一个像素的光发射。

作为上面已经提出的方案的替代方案，投射模块140可以包括耦接到反射镜的矩阵阵列的光源。因此，像素化光源可以由至少一个光源和光电元件的矩阵阵列的组件形成，其中所述至少一个光源由至少一个发射光线的发光二极管形成，所述光电元件的矩阵阵列例如为微镜的矩阵阵列，微镜的矩阵阵列是“数字微镜器件”，也简称为DMD，所述微镜的矩阵阵列通过反射将源自光源的光线朝向光学投射元件引导。在适当的情况下，光学收集元件使得可以收集来自至少一个光源的光线，以便聚集所述光线并朝向微镜的矩阵阵列的表面引导所述光线。

每一个微镜都能够在两个固定位置之间枢转，所述两个位置为第一位置和第二位置，其中，在所述第一位置处，光线被反射向光学投射元件，在所述第二位置处，光线沿不同于光学投射元件的方向被反射。对于全部微镜，两个固定位置以相同的方式被定向，并相对于微镜的矩阵阵列的支撑参考平面形成微镜的矩阵阵列的角度特性，该角度特性在所述矩阵阵列的规格中被限定。这种角度通常小于20°，并且通常可以具有大约12°的值。因此，反射光线的入射在微镜的矩阵阵列上的一部分的每一个微镜都形成像素化光源的基本发射器，反射镜的位置的变化的致动和控制使得可以选择性地激活该基本发射器，以便发射或不发射基本光束。

作为另一变形例，光束投射模块可以由激光扫描系统形成，在所述激光扫描系统中，激光源朝向扫描装置发射激光束，该扫描装置被配置成利用激光束扫描波长元件转换器的表面，该表面由光学投射元件成像。光束的扫描可以由扫描装置以足够高从而使得人眼不会察觉到其在投影图像中的移动的速度进行。

激光源的激活和光束的扫描运动的同步控制使得可以在波长转换器元件的表面处生成可选择性激活的基本发射器的矩阵阵列。扫描装置可以是用于通过激光束的反射来扫描波长转换器元件的表面的可移动微镜。作为扫描装置提及的微镜例如是MEMS(微机电系统)类型。但是，本发明不限于这种扫描装置，并且可以使用其他类型的扫描装置，例如布置在旋转元件上的一系列反射镜，该元件的旋转使得传输(transmission)表面被激光束扫描。

作为另一变形例，光源可以是矩阵阵列，并且包括发光元件的至少一个区段，例如发光二极管、或单片光源的表面部分。

图2示出了由一个或多个传感器和控制设备130实施的方法的步骤。

在步骤200中，例如当启动主车辆时，或者当激活远光功能或近光功能时，该方法开始。

在步骤201中，主车辆的所述一组传感器120能够收集一组数据。特别地，传感器中的至少一个被配置成收集对道路的廓线建模所需的数据。收集的所述数据和该数据的精度取决于一个或多个传感器的性质，根据所述传感器是照相机、雷达还是激光雷达(而定)。

已知的建模方法可以被应用，以便根据由照相机和/或雷达和/或激光雷达采集到的图像和/或数据来估计道路的廓线。为了便于理解根据本发明的方法和系统，仅示出一个照相机121，并且下面将描述所述照相机121的操作及其与系统100的全部其它元件的交互。但是，要说明的是，该相机121在图3至图6中被示意性地示出为位于车辆的中央后视镜的高度处。也可以设想用于照相机和/或用于采集与在主车辆前面延伸的道路160有关的数据和/或图像的其它装置的完全不同的位置。但是，显而易见的是，这些所述装置的不同位置将需要本领域技术人员根据该新的参考系来确定各种参数和常数，这将在下面进行描述。

在步骤202中，本发明更具体地提供确定对道路边缘的廓线进行建模的多项式函数。以多项式的形式对道路的边缘的廓线进行建模使得可以根据多项式的次数或多或少精确地表示道路的边缘的廓线。可以理解，形式为y＝f(x)＝Bi.x+Ai的一次多项式函数使得可以对直线道路廓线进行建模，其中Ai和Bi是参数，而x和y是道路平面(近似地假设为平坦道路)中的道路边缘上的点的坐标。形式为y＝f(x)＝Ci.x

对于以上定义的这些多项式方程中的每一个，Ai是迭代常数，该迭代常数与道路160的右边缘161有关，在此情况下，i＝1，或者所述迭代常数与道路160的左边缘163有关，在此情况下，i＝3，或者所述迭代常数与道路160的中央162有关，在此情况下，i＝2。Bi是迭代常数，所述迭代常数与道路160的右边缘161的仿射直线的表示有关，在此情况下，i＝1，或者所述迭代常数与道路的左边缘163的仿射直线的表示有关，在此情况下，i＝3，或者所述迭代常数与道路160的中央162的仿射直线的表示有关，在该情况下，i＝2。Ci是迭代常数，所述迭代常数与道路160的右边缘161的曲率的表示有关，在此情况下，i＝1，或者所述迭代常数与左边缘163的曲率的表示有关，在此情况下，i＝3，或者所述迭代常数与道路160的中央162的曲率的表示有关，在此情况下，i＝2。Di是迭代常数，所述迭代常数与道路160的右边缘161的双曲率有关，在此情况下，i＝1，或者所述迭代常数与道路160的左边缘163的双曲率有关，在此情况下，i＝3，或者所述迭代常数与道路160的中央162的双曲率有关，在此情况下，i＝2。

因此，当照相机121已经采集到在主车辆100前方延伸的道路160的图像时，所述照相机121能够将基于道路160的右边缘161、左边缘163和中央162的廓线的X坐标和Y坐标发送给控制设备130。控制设备130确定照相机121的轴线Ac在道路160的平面Pr上的虚拟投影分别与道路160的右边缘161、左边缘163和中央之间的距离Ai。

根据一个实施例，并且如稍后详细描述的，多项式的参数可以动态地变化。例如，通过照相机、雷达或激光雷达以给定频率或在检测到道路廓线的变化时更新参数。优选地，本发明提供了三次多项式函数的使用，从而提供了复杂度与精度之间的优化折衷。具体地，一般而言，照相机121的视场FOV中的道路廓线很少比连续的两个转弯更复杂，并且使用高于或等于四次的多项式函数将导致控制设备的数据处理单元中的大量计算时间。可选地，可以规定要被提供的多项式函数的次数的自适应选择，且根据所讨论的图像实时地适配多项式函数的次数。当然，本发明决不限于使用多项式函数来估计道路边缘的廓线。本发明可扩展到任何其它类型的函数，例如三角函数、对数函数、指数函数等。

因此，当已经根据道路的廓线限定了参数Ai、Bi、Ci、Di时，控制设备130在步骤203中确定用于图案170的投射的区域ZPd、ZPg、ZP的起点Pd和终点Pa。投射距离DP被限定为是投射区域ZPd、ZPg、ZP的近端点Pd和远端点Pa之间的距离。Pd是由主车辆100的制造商默认的预先定义的参数，但是Pd也可以由使用所述主车辆的驾驶员或操作者修改。Pa是当数据/图像采集装置检测到没有障碍物时达到其最大值的参数。因此，当障碍物180出现在数据/图像采集装置121的视场中时，安全余量MS然后由控制设备130预先限定，以便防止图案170被投射到障碍物180上。用于采集与在主车辆100前方延伸的道路160相关的数据和/或图像的装置能够确定障碍物180的类型。参考了不少于六种障碍物180。因此，0对应于未分类物体，1对应于未知的小尺寸物体，2对应于未知的大尺寸物体，3对应于行人，4对应于自行车，5对应于汽车，6对应于卡车。

在步骤204中，控制设备130以默认的方式确定照相机121的轴线Ac在道路的平面Pr上的虚拟投影与分别用于右投射区域ZPd和左投射区域ZPg的图案170的投射区域ZPd、ZPg之间的距离Dc。照相机121的虚拟轴线Ac在道路的平面Pr上的虚拟投影表现为投射区域Zpd与投射区域Zpg之间的对称轴线。但是，该距离Dc可以根据由主车辆100的驾驶员或操作者选择的图案170的类型被配置。实际上，在一个可选的实施例中，距离Dc＝0，使得图案170的投射区域ZPd和投射区域ZPg重叠，以便具有同一个投射区域Zp。

能够被投射在投射区域ZPd、ZPg、ZP中的图案170的列表不是穷举的，并且所述图案170的列表可以由主车辆100的制造商限定和/或由驾驶员或操作者根据其需要更新。作为能够被右投射模块141和左投射模块143投射的图案170的类型的示例，可以投射圆形、正方形、三角形、人字形或者连续线或虚线。因此，在步骤205中，控制设备130确定图案170的宽度Lm。该值由主车辆100的制造商默认地限定，但是该值可由使用所述主车辆100的驾驶员或操作者进行参数化。为了补偿一些投射模块140的潜在的低分辨率，根据本发明的方法能够动态地增加最远地投射到道路上的图案170的宽度，以便校正透视效果。每一个投射图案170之间的距离Dm也可以由使用所述主车辆100的驾驶员或操作者进行参数化，以便提供更好的视觉舒适度

根据本发明的控制设备130包括步骤206，所述步骤206用于允许投射模块140的自校准，使得分别由右投射模块141和左投射模块143对图案170进行的投射相对于被投射到道路160上的照相机121的虚拟轴线对称。投射模块140的自校准的步骤还能够机械地和/或数字地配置所述投射模块140，使得分别由右模块141和左模块143投射的图案171、173允许两个图案170重叠，以便形成一个单个图案172。

利用投射模块140，与近光功能相关的光束被分开成并置的称为“平光束”基础光束的下部和被称为“弯折”的上部，其中所述上部用于照亮道路160，同时避免使其他用户目眩。同样地，与“远光”功能相关的光束被分解为“平光束”基础光束和“远光束”(Head Beam)中央部分的叠加，其中所述“远光束”中央部分具有受限且更强的基础光束。图案170将利用来自近光或远光的光束被投射。

在一个实施例中，与用于确定主车辆100的俯仰122并考虑投射模块140的高度和/或转动的一组传感器120相关联的控制设备130被配置成补偿投射模块140的机械和/或数字校准，以使得图案170的投射对于使用主车辆100的驾驶员和/或操作者保持稳定和舒适。

控制设备能够根据图案的投射的距离和“平光束”基础光束来补偿光强度。

借助于根据本发明的与数据/图像采集装置相关联的控制方法，控制设备能够确定车辆的轮廓是否能够在两个障碍物180之间通过。

在另一实施例中，与数据/图像采集装置相关联的控制设备130能够计划障碍180避开策略(参见图6)。

在另一实施例中，当车道在工作区域变窄时，与数据/图像采集装置相关联的控制设备130能够投射主车辆100的轨线。

在另一实施例中，与车辆123的“GPS”导航系统相关联的控制设备130能够投射/计划主车辆100的轨线的变化。

在另一实施例中，与用于采集数据/图像和/或用于检测线交叉的装置相关联的控制设备能够投射轨线辅助，以使得主车辆100停止在道路上的标记线上的行进并且具有稳定的轨线。

在另一实施例中，与数据/图像采集装置相关联的控制设备能够在其已经消失或不可见时将虚拟标记投射到道路上。

在本发明的一个可选实施例中，用于信息融合的设备180能够确定来自与主车辆100相关联的各个传感器的每一个数据的相关性，以便将用于辅助决策制定的可靠数据发送给车辆100的控制单元150，并随后发送给控制设备130。

在本发明的另一实施例中，主车辆100能够完全自动驾驶，从而不需要驾驶员来遵循预定轨线。