用于调节机动车辆的数字照明单元的设定点的方法与流程

1.本发明涉及用于机动车辆的照明模块。具体来说，本发明涉及用于涉及矩阵光源的此类模块的控制方法。


背景技术：

2.发光二极管(led)是能够在其经受具有至少一个阈值强度的电流时发光的半导体电子部件。在汽车领域中，led技术越来越多地用于许多灯信号发送解决方案。led矩阵在汽车照明领域特别受欢迎。矩阵光源可以用于“调平”型功能，即根据车辆的姿态和道路的轮廓来调整发射光束的高度。其他应用包括dbl(“数字弯道灯”)，其对应于调整发射光束的方向以便在水平面中跟随道路，adb(“自适应驾驶光束”)，其对应于在由远光光束发射的光束中生成阴影区域以便不干扰其他道路使用者的防炫目功能，以及用于使用像素化光束在地面上投射图案的功能。阴影区域的轮廓必须由照明装置很好地限定和再现，以便符合现行法规的规定。
3.使用具有用于前述照明应用的不同类型的技术的光源是已知的实践。这可以包括例如单片技术，根据该单片技术，将相当于像素的大量led型基本源蚀刻到公共半导体衬底中。集成电连接允许像素彼此独立地被激活。另一已知技术是微型led的技术，其产生通常小于150μm的小尺寸的led矩阵。还存在微反射镜或dmd(“数字微反射镜器件”)类型的模块，其涉及在均匀光束上使用强度调制器的投射技术。其位置通过压电元件控制的微反射镜被定向成选择性地反射入射光束，使得每个微反射镜对应于由此产生的像素矩阵的基本源。来自光源的光被光学装置引导到微反射镜矩阵上。
4.由矩阵光源发射的光穿过包括至少一个光学透镜的光学装置，以便在机动车辆前方投射期望的轮廓。然而，对于给定的矩阵光源和相关联的输出光学系统，矩阵的基本光源通过光学系统的响应不是均匀的。通常，中心区域能够以高分辨率投射，而分辨率朝向光源的视场的边缘逐渐减小，光源可以同样具有35
°
量级的大孔径。因此，使用已知的解决方案，较低分辨率的区域中(即，在视场的边缘处)的精确轮廓的投射是困难的或者甚至是不可能的。在这样的区域中投射精确轮廓或图案的结果通常是模糊或显著失真的轮廓或图案。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是克服现有技术引起的至少一个问题。特别地，本发明旨在提出一种方法，该方法能够增加通过矩阵光源和相关联的光学系统投射的图案或轮廓的精度，而无需使用更复杂或更昂贵的光学系统。
6.根据本发明的第一方面，提出了一种用于调节旨在由机动车辆的数字照明单元投射的数字照明设定点的方法。该照明单元包括矩阵光源和光学系统。该方法值得注意之处在于它包括在将经滤波的数字设定点传送到照明单元之前通过计算单元将数字滤波应用于数字设定点的步骤。数字滤波预期在数字设定点的投射期间由所述光学系统引起的几何像差。
7.优选地，数字照明设置点可以包括矩阵光源的每个基本光源的基本光强度设置点。数字滤波可以优选地包括根据预定基本设定点滤波值选择性地减小基本光强度设定点。
8.优选地，所述滤波可以包括针对每个基本光设定点应用专用数字滤波器，所述专用数字滤波器预期由所述光学系统在形成与所述基本光设定点相对应的投射像素的空间邻域的一部分的投射像素上引起的几何像差。
9.像素的邻域可以例如覆盖围绕该像素的预定数量的像素。作为替代方案，其可覆盖预定半径的圆内的所有像素。
10.优选地，所述滤波可以包括对基本光设定点的每个列或行应用专用数字滤波器，所述专用数字滤波器预期由所述光学系统在形成与基本光设定点的所述列或行对应的像素的投射列或行的空间邻域的一部分的像素的投射列或行上引起的几何像差。
11.照明设定点可以优选地包括具有至少等于照明装置的投射分辨率的分辨率的数字图像。
12.优选地，该方法可以包括用于矩阵光源的每个基本光源的以下预备步骤：
13.i)确定当基本光源被控制以便以最大输出发射时通过光学系统投射的像素的空间光分布；
14.ii)通过计算机确定最大输出的缩减因子或值，使得缩减的发射输出产生空间光分布，该空间光分布至多以预定的亮度程度照射投射像素的邻域中的像素；
15.iii)将缩减因子或值与所述光源在矩阵光源中的位置相关联，并且将其存储在存储器元件中作为用于对应的基本设置点的基本设置点滤波值。
16.优选地，可以对基本光源的每行或列执行一次预备步骤i)-iii)。
17.根据本发明的另一方面，提出了一种用于机动车辆的照明装置。照明装置包括具有由基本光源构成的矩阵光源的数字照明单元以及光学系统。该装置还包括用于接收照明设定点的数据接收单元。该照明装置值得注意之处在于它包括计算单元，该计算单元被配置为根据如本发明的一个方面的方法来调节所接收的照明设定点。照明装置还包括用于根据滤波后的照明设定点来控制照明单元的控制单元。
18.优选地，控制单元和/或计算单元可以包括用合适的计算机程序编程以便执行所述方法的微控制器元件或数据处理器。
19.光学系统的布置可以优选地使得由照明单元的基本光源发射的光从中穿过。光学系统可以优选地包括至少一个光学透镜。
20.数据接收单元可以优选地包括能够通过机动车辆内部的数据总线接收/发送数据的网络接口。例如，总线可以是can(控制器区域网络)总线、以太网总线、千兆位多媒体串行链路(gmsl)类型的总线或使用低压差分信令(lvds)技术的总线，诸如fpd-link iii总线。
21.矩阵光源可以优选地包括单片光源，其包括具有半导体元件的基本发光光源，该半导体元件被蚀刻到公共基板中并且可彼此独立地激活。
22.矩阵光源可优选地包括微型led型矩阵，其包括由小尺寸(通常小于150μm)的发光二极管led产生的基本源的矩阵。
23.矩阵光源可以优选地包括微反射镜器件dmd(数字微反射镜器件)，其中基本源包括矩阵中的微反射镜，其根据入射光束的位置选择性地反射入射光束。
24.根据本发明的又一方面，提出了一种包括指令序列的计算机程序，所述指令序列在由处理器执行时导致处理器实现根据本发明的一个方面的方法。
25.根据本发明的另一方面，提出了一种非暂时性计算机可读存储介质，所述介质存储根据本发明的前述方面的计算机程序。
26.通过使用根据本发明的方面，有可能预先预期由光学系统投射的图像中引起的几何像差(例如畸变或模糊)。这使用优选地由计算机软件实现的数字方法来实现。因此，该解决方案不需要使用将产生更小的畸变的更昂贵的光学器件。这种方法使得可以保持所提出的照明装置的生产成本相对稳定，同时清楚地改善其光学行为。当照明装置执行“自适应驾驶光束”或adb功能时，这种改进都更有用，“自适应驾驶光束”或adb功能需要精确轮廓和图案的投射，同时需要较低的亮度。
附图说明
27.从实施例的描述和附图将更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：
28.图1是根据本发明的一个优选实施例的方法的图示；
29.图2是根据本发明的一个优选实施例的由照明单元投射的像素的空间光分布的图示；
30.图3是根据本发明的一个优选实施例的照明装置的示意图。
具体实施方式
31.除非另有说明，否则针对一个给定实施例详细描述的技术特征可以与在通过示例而非限制的方式描述的其他实施例的上下文中描述的技术特征组合。
32.该描述集中于理解本发明所需的用于机动车辆的照明模块的元件。以已知方式形成这种模块的一部分的其他元件将不被详细地提及或描述。例如，将不详细描述涉及向矩阵光源供应电力的转换器电路的存在和操作(本身已知)。
33.矩阵光源可产生大量led类型的基本光源，例如数千个基于电致发光半导体元件的光源。这种光源可以覆盖35
°
量级的大视场。在用于机动车辆的照明装置中，包括至少一个光学透镜的光学系统通常与这种矩阵光源相关联。通常，投射图像的中心部分具有高分辨率，而图像边缘区域具有较低分辨率。已经观察到，在高清晰度的中心区域(对应于孔径的大约-11
°
至11
°
)中，由基本源发射的光产生投射像素，并且还对大约两个相邻像素的亮度有贡献。由平均区域(对应于大约 /-11至14)中的基本源发射的光产生投射像素，并且还对大约四个相邻像素的亮度有贡献。在低分辨率边缘区域中，从单个基本源发射的光产生一个投射像素，并且同时对其附近的大约八个像素的亮度有贡献。因此，由矩阵光源的基本源发射的光的空间分布对于构成矩阵光源的所有基本源不是均匀的，而是取决于基本源相对于光学系统的位置，即使基本源的特征在其他方面相同也是如此。还已经观察到，由基本光源发射的光的空间分布取决于其操作输出：与在较低输出处相比在100％输出(始终接通)处，所产生的光易于对于更大数量的相邻像素的照明产生贡献。因此，可以通过减小基本光源的光强度来至少部分地抵消由光学系统引起的投射光束的模糊效应或几何像差效应。发光二极管光源的输出可以以已知的方式通过经由脉冲宽度调制或pwm信号驱动其电流供应来影响，该脉冲宽度调制或pwm信号的特征在于表示期望输出的占空比。本发明使用
这些观察来实现限制由照明单元产生的光学像差的方法。
34.图1的图示示出了提供旨在由数字照明单元100投射的数字照明设定点10。数字设定点包括例如图像，其中每个像素12包括光强度值，其理想地应当由数字照明单元100的矩阵光源110的对应的基本光源112再现。矩阵源110可包括单片源、数字微反射镜装置或本领域已知的其它矩阵光源。数字照明单元100还包括光学系统，该光学系统包括沿着发射光的方向布置在矩阵光源下游的至少一个光学透镜120。计算单元130(诸如为此目的编程的处理器或微控制器元件)将数字滤波f应用于原始数字设定点10，从而产生滤波后的数字设定点f(10)。后者被传送到照明单元并最终通过矩阵光源110和光学系统投射。结果是投射图像p(10)。滤波步骤使得可以预期由光学系统120引起的几何像差。应当注意，投射像素p(12)对应于光的空间分布，在中心处具有最大强度并且在其附近具有减小的钟形趋势。滤波器f取决于由光学系统120为每个基本光源112生成的分布。
35.根据本发明的一个优选实施例，计算单元130根据形成滤波器f的数据的一部分的预定缩减因子或值来调节原始设定点10的每个像素12的值。这些基本设定点滤波值中的每个被选择以便限制对于给定像素p(12)发射的光的空间分布对于其邻近像素的影响。根据一个优选实施例，矩阵源的水平行为实际上是均匀的。在这种情况下，为原始设定点10的每列选择一个基本设定点滤波值，从而限制计算单元130的计算要求。
36.图2示出了根据一个优选实施例如何获得基本设定点滤波值，然而本发明不限于该示例。垂直轴示出了像素的参考或等同的基本光源的源/列的参考。水平轴示出了亮度相对于最大归一化强度的百分比。这里考虑标示为x的像素。当光源x以100％的占空比操作时，曲线“pwm100％”下的面积表示所有发射的光，而曲线的趋势示出了该发射的空间分布。针对邻近像素/列x 1(12％)、x 2(4％)、x 3(0％，升高到最小值1％，以虚线示出)指示的值表示像素x的空间光分布必须遵守以便保证具有缩减的几何像差的投射的预定亮度阈值。这些值可以凭经验通过精确测量或通过计算机模拟方法确定。它们取决于所使用的矩阵光源、基本光源的特征以及所使用的光学系统。
37.显而易见的是，对于标示为x的基本光源，等于100％亮度的设定点涉及所有邻近像素的过高亮度水平。为了符合所有施加的约束条件，如果原始设定点指示100％，则应当将50％的输出应用于标示为x的像素。对应权重0.5存储于存储器元件中作为用于标示为x的每一设定点的基本设定点滤波值。可针对标示为x的像素的其它强度细化滤波值。该方法对所有基本光源或对所有基本光源的列执行一次。该方法为所讨论的照明单元产生滤波值f。应当注意，基本设定点滤波值对于所有基本光源不是均匀的，因为它们相对于光学系统120的位置对它们产生的光分布具有主要影响。
38.一旦已经识别了所有这些权重或基本设定点滤波值，则应用滤波器的步骤优选地由以下算法来实现。
39.对于原始设定点的所有像素i、j
40.min
value
＝1；
41.对于在[-5，...，5]范围中的所有k，
[0042]
如果k＝0，
[0043]
则value(值)＝i
t
(i，j)
[0044]
否则
[0045]
value(值)＝i
t
(i k，j)*wc(k)
[0046]
如果value(值)＜i
min
[0047]
则value(值)＝i
min
[0048]
如果value(值)＜min
value
[0049]
则min
value
＝value(值)；
[0050]ip
(i k，j)＝min
value
。
[0051]
其中i
t
表示原始设定点10，i
p
表示滤波后的设定点f(10)，wc是列“c”的滤波权重的向量，并且i
min
是避免算法最终将所有强度设置为0的下阈值。值min
value
使得有可能保留所有邻近像素中的最坏情况，也就是说，受像素x影响最大的邻近像素。在给定的示例中，对于给定像素，通过算法调节10个邻近列，因为10列容易受到由该给定像素发射的光的空间分布的影响。不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，这些数据应根据应用以及所考虑的光源/光学系统的特征来调节。
[0052]
图3示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的照明装置20。它包括具有由基本光源构成的矩阵光源以及光学系统的数字照明单元100。数据接收单元140能够通过机动车辆的数据总线接收数字图像形式的照明设定点10。通常，设定点来自车辆的中央控制模块。该装置包括微控制器元件130，微控制器元件130被配置为根据上述方法调节每个接收到的照明设定点10。该装置还包括用于根据滤波后的照明设定点f(10)控制照明单元100的控制单元150。为此，优选地调节脉冲宽度调制控制信号的占空比，以便反映滤波后的设定点值f(10)。
[0053]
不言而喻，所描述的实施例不限制本发明的保护范围。通过参考刚刚给出的描述，可以在不脱离本发明的范围的情况下设想其他实施例。
[0054]
保护范围由权利要求限定。