为机动车辆的数字照明单元调整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。特别地，本发明涉及用于包含矩阵光源的这种模块的控制方法。


背景技术：

2.发光二极管(led)是一种半导体电子部件，当其受到具有至少一个阈值强度的电流时能够发光。在汽车领域，led技术越来越多地被用于众多光信号解决方案。led矩阵在汽车照明的领域中特别受关注。矩阵光源可以被用于“调平”类型功能，即根据车辆的姿态和道路的轮廓调整发射的光束的高度。其他应用包括dbl(“数字弯曲光”)，其对应于调整发射的光束的方向以便在水平面中跟随道路，adb(“自适应驱动光束”)，其对应于在由远光灯发射的光束中生成阴影区域以免干扰其他道路使用者的防眩功能，以及使用像素化光束用于在地面上投射图案的功能。阴影区域的轮廓必须由照明设备明确定义和再现，以便于符合严格的规定。
3.将具有不同技术的类型的光源用于上述照明应用是已知的实践。例如，这可以包括单片技术，根据该技术，大量的led类型基本源(相当于像素)被蚀刻到共同的半导体基底内。集成的电连接允许像素被彼此独立地激活。另一种已知技术是微led技术，其产生通常小于150μm的小尺寸的led的矩阵。还有一些微镜的模块或dmd(“数字微镜设备”)类型，其包含在均匀光束上使用强度调制器的投射技术。通过压电元件控制其位置的微镜被定向成选择性地反射入射光束，使得每个微镜对应于因此产生的像素矩阵的基本源。来自光源的光通过光学器件被引导到微镜的矩阵上。
4.然而，这些技术的类型涉及光源之间的高度地接近，这在由相邻光源发射的基本光束中引起干扰(也被称为串扰)。因此已经被观察到，应由光源之一发射的像素的光强度和与该光源相关联的设定点值不对应。具体地，由该光源发射的基本光束的仅一部分被用于产生像素，并且由相邻光源发射的基本光束的一部分也被添加到其中。因此，产生的光强度不同于预期的设定点值，这使得控制光模块发射与被提供给控制器的数字图像一致的像素化光束复杂且不可靠。
5.由矩阵光源发射的光通常还穿过包括至少一个光学透镜的光学器件，以便将所需的轮廓投射到机动车辆的前方。然而，对于给定的矩阵光源和相关的输出光学系统，通过光学系统的矩阵的基本光源的响应是不均匀的。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降低，这等同地可以具有大约35
°
的数量级的大的孔径。因此，使用已知解决方案在分辨率较低的区域(即，在视场的边缘)精确轮廓的投影是很难甚至不可能的。在这样的区域中投射精确轮廓或图案的结果通常是模糊的轮廓或图案。


技术实现要素：

6.本发明的一个目标是克服由现有技术提出的问题中的至少一个。特别地，本发明的一个目的是提出一种可以提高通过矩阵光源投射的图案或轮廓的精度的方法。
7.根据本发明的第一方面，提出了一种用于调整数字照明设定点的方法。数字照明设定点旨在通过机动车辆的数字照明单元被投射，数字照明单元包括矩阵光源和光学系统。数字照明设定点包括用于矩阵光源的每个基本光源的基本光强度设定点。该方法值得注意的是，它包括：
8.a)通过计算单元，将每个基本光强度设定点转换成要被应用到基本光源的电信号的参数，以便于实现所述基本光强度设定点的步骤；
9.b)在将经滤波的参数中继到照明单元之前，通过计算单元将数字滤波应用到将参数的集合分组在一起的矩阵的步骤。给定参数的数字滤波考虑了对应的基本光源的光响应，该响应包括由所述光源生成的光束相对于对应的投射像素的光强度以及相对于形成所述投射像素的预定空间邻域的部分的投射像素的光强度的贡献。
10.优选地，该方法可以包括由控制单元通过使用由所述经滤波的参数参数化的电信号来控制所述光源的步骤。
11.所述数字照明设定点可以优选地包括所需的数字图像或光度测定。
12.优选地，该方法可以包括接收所需像素化光束的数字图像的在先步骤，将所述数字图像划分为多个区域的步骤，每个区域与矩阵光源的基本光源中的一个相关联，以及由与该基本光源相关联的区域计算基本光源中的每一个基本光源的基本光强度设定点值的步骤。换句话说，数字图像被划分成与包括基本光源的矩阵光源一样多的区域，对应于像素的每个区域能够通过这些基本光源之一被发射。例如，贡献于基本光源中的每一个的基本光强度设定点值可以优选地对应于在与该光源相关联的区域中的平均光强度。
13.优选地，电信号可以是脉冲宽度调制电信号，所述参数是该电信号的占空比。
14.例如，像素的邻域可以覆盖该像素周围的预定数量的像素。或者，它可以覆盖在以所述像素为圆心的圆圈中的所有像素。
15.该方法可以优选地包括为每个基本光源测量由对应的基本光源投射的光响应的初步步骤。或者，光响应可以通过使用计算单元和矩阵光源的模型以及其发射特性的模型的数字模拟被获得。
16.针对每个基本光源的光响应可以优选地以分布矩阵的形式存储在储存元件中，分布矩阵包括由所述基本光源生成的光束相对于作为中心元素的对应的投射像素的光强度的数字化贡献。分布矩阵还可以包括由所述基本光源生成的光束相对于作为外围元素形成所述投射像素的预定空间邻域的部分的投射像素的强度的数字化贡献。因此，矩阵p(112)中的每个元素对应于一个投射像素。
17.优选地，应用数字滤波的步骤可以包括以下步骤：
18.对于参数的矩阵的每个参数，所述参数与基本光源和分布矩阵相关联，考虑对应于由分布矩阵定义的邻域的参数的邻域；
[0019]-使用计算单元，将分布矩阵的归一化表示的元素与参数的邻域一一相乘；
[0020]-使用计算单元，计算这些乘法的结果的算术平均值，以便于获得经滤波的参数。
[0021]
转换步骤可以优选地包括为每个基本光源应用先前定义的转换函数。
[0022]
所述滤波可以优选地包括为基本光设定点中的每一个应用专用的数字滤波器。
[0023]
优选地，所述滤波可以包括对基本光设定点的每一列或每一行应用专用的数字滤波器。
[0024]
照明设定点可以优选地对应于具有分辨率至少等于照明设备的投影分辨率的数字图像。
[0025]
根据本发明的另一方面，提出了一种用于机动车辆的照明设备。照明设备包括具有由基本光源组成的矩阵光源以及光学系统的数字照明单元。设备还包括旨在接收照明设定点的数据接收单元。照明设备值得注意的是，它包括计算单元，所述计算单元被配置为依据根据本发明一个方面的方法调整接收到的照明设置点。该设备还包括控制单元，所述控制单元旨在通过由经滤波的参数参数化的电信号来控制照明单元。
[0026]
根据本发明的又一方面，提出了一种计算机程序，包括指令的序列，当它们被处理器执行时，使得处理器实施根据本发明的一个方面的方法。
[0027]
根据本发明的最后一个方面，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一个方面的计算机程序。
[0028]
优选地，控制单元和/或计算单元可以包括带有合适的计算机程序的微控制器元件或数据处理器，以便于执行所述方法。
[0029]
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穿过其中。光学系统可以优选地包括至少一个光学透镜。
[0030]
数据接收单元可以优选地包括能够经由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(控制器局域网)总线、以太网总线、千兆多媒体串行链路的总线、gmsl类型或使用低压差分信号lvds技术的总线，例如fpd-链路iii总线。
[0031]
矩阵光源可以优选地包括单片源，包括带有半导体元件的基本发光光源，这些半导体元件被蚀刻到共同的基底中并且彼此被独立地激活。
[0032]
矩阵光源可以优选地包括微led类型矩阵，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。
[0033]
矩阵光源可以优选地包括微镜设备dmd(数字微镜设备)，其中基本源包括在矩阵中的微镜，其根据自身位置选择性地反射入射光束。
[0034]
通过使用根据本发明的方面，可以预先地估测在矩阵光源的靠近在一起的基本光源之间的干扰(串扰)的影响。通过根据本发明的方面调整的信号控制的光源投射的图像因而更接近所需的设定点图像。这是使用优选由计算机软件实施的数字方法实现的。因此，该解决方案不需要使用可以纠正这些不期望的影响的更昂贵的光学器件。这种方法可以使所提出的照明设备的生产成本保持相对稳定，同时明显改进其光学行为。当照明设备执行“自适应驱动光束”或adb功能时(其需要精确的轮廓和图案的投影，同时要求较低的亮度)，这种改进是更加有用的。通过考虑当产生设定点图像时出现的光干涉，该方法可以整体地以更清晰的方式在设定点图像中产生所需亮度的轮廓(等值曲线)或梯度，而不是目标为以精确的方式逐个像素地产生每个基本光强度设定点。
附图说明
[0035]
本发明的其他特征和优点将从示例的描述和附图中被更好的理解，其中：
[0036]
图1是根据本发明的一个优选实施例的方法的图示；
[0037]
图2是根据本发明的一个优选实施例的包括由基本光源产生的光分布的矩阵的图示；
[0038]
图3是由图2所图示的矩阵的归一化版本的图示；
[0039]
图4图示了根据本发明的一个优选实施例的数字滤波的示例；
[0040]
图5图示了根据本发明的一个优选实施例的数字滤波的示例；
[0041]
图6是根据本发明的一个优选实施例的照明设备的示意图示。
具体实施例
[0042]
除非另有说明，对于一个给定实施例，被详细描述的技术特征可以与在由示例方式和非限制方式描述的其他实施例的上下文中描述的技术特征相结合。
[0043]
描述集中于理解本发明所需要的用于机动车辆的照明模块的元件。以已知方式形成这些模块的部分的其他元件将不被提及或详细描述。例如，本身已知的涉及向矩阵光源供电的转换器电路的存在和操作将不被详细描述。
[0044]
发光二极管光源的输出可以以已知方式被脉冲宽度调制或pwm信号的方式驱动其电流供应影响，其由所需的输出的占空比表示表征。本发明使用该原理以实施方法，该方法可以实现所需的带有高程度的光学可预测性的光设定点。
[0045]
图1中图示示出了旨在由数字照明单元100投射的数字照明设定点10的设置。例如，数字设定点包括其每个像素12具有一光强度值的图像，这应该理想地由数字照明单元100的矩阵光源110的对应的基本光源112再现。或者，基本数字设定点12可以对应于具有比矩阵源110的投影分辨率更高的分辨率的数字设定点图像的像素的区域。矩阵源110可以包括单片源、数字微镜设备或在本领域已知的其他矩阵光源。数字照明单元100还包括光学系统，该光学系统包括至少一个光学透镜120，其沿着发射光的方向被布置在矩阵光源的下游。计算单元130(例如为了该目的而编程的处理器或微控制器元件)首先将对应于设定点10的元件的每个基本光强度设定点12转换成旨在控制对应的基本光源112的电信号的参数12'，使得后者实现基本光强度设定点12。通常，参数12'是被应用到电流转换器的pwm控制信号的占空比。这对应于所提出方法的步骤a)。
[0046]
在表示为b)的第二步骤中，计算单元将数字滤波f应用到结合了在先步骤的转换产生的参数的矩阵10'。然后，经滤波的参数f(10')的集合被中继到照明单元110，以便于根据经滤波的参数控制矩阵光源110。其结果是接近所需设定点10的投影r(10)。
[0047]
数字滤波考虑了对应的基本光源112的光响应。该光响应包括由对应的基本光源112生成的光束相对于预先测量或模拟的对应的投射像素r(112)的光强度的贡献。光响应还包括由基本光源12生成的光束相对于形成所述投射像素r(112)的预定空间邻域v(112)的部分的投射像素的光强度的贡献。在由图1示出的示例中，该邻域包括紧邻投射像素r(112)的七个像素。通常，当只有基本光源112开启时，投射像素r(112)的邻域可以被确定为包括具有大于预定阈值的亮度的所有像素。优选地，这些初步测量可以针对不同的发光程度被执行。因此，邻域v(112)优选地包括可感知由对应的基本光源112投射的空间光分布的像素。针对如此确定的投射像素的邻域v(112)的该光响应或光分布的数值优选地预先以矩阵形式存储在储存元件中：矩阵的每个元素对应于投射像素的物理位置，使得矩阵p(112)是由基本光源112生成的光响应或等效空间光分布的采样版本。
[0048]
以示例的方式，步骤a)的转换可以包括以下子步骤。例如，在第一子步骤中，将定义由控制器限定的占空比值和由矩阵光源110的基本光源112发射的基本光束的光强度之
间的光模块的转换函数，这在所讨论的照明设备的生产结束时或在配备有该照明设备的机动车辆的第一次驱动之前执行。
[0049]
为此，控制器将多个预定占空比值顺序地传输到像素化光源的集成控制器以使像素化光源110发射具有不同强度的多个完整像素化光束。预定值是以固定的间隔从0增加到100％的占空比值。因此，所有的基本光源都以相同的方式被控制，所有的像素因此对于每个占空比出现都被开启，每个光束因此形成强度增加的“空白页”。
[0050]
对于每次出现的占空比，由光模块发射的像素化光束的最大强度imax被测量。最后，外推各种被测量的光强度值，以便于定义在占空比和实际发射的光强度之间的转换函数。在所描述的示例中，外推转换函数是被以下等式定义的二次多项式函数im＝0.76α+0.24α2，其中im是实际发射的光强度，并且α是应用到像素化光源110的电信号的占空比。
[0051]
然后在步骤a)中应用互补转换函数，以便于将每个基本光强度设定点变换成对应的占空比，该占空比适合于将要实现所讨论的设定点的基本光源。
[0052]
图2示出了对于给定的基本光源112正如在说明书的关于图1的相关内容中所描述的矩阵p(112)的示例。由光源112生成的光强度被存储在表示为p
13
的中心元素中，而接近对应的空间光分布的强度被存储在矩阵的其他元素中。这是由基本光源112生成的光分布的空间采样的表示。
[0053]
图3示出了矩阵p(112)的归一化版本。这种归一化版本k用于所提出的数字滤波f的一个优选实施例。图示的归一化矩阵k的元素由根据以下用于24像素的邻域的公式通过计算单元130被生成。不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，公式可以适合于不同尺寸的邻域：
[0054]
然后，对于中心元素：k
13
＝1-∑
i≠13 ki使得归一化矩阵的元素之和等于一。
[0055]
最后，图4示出了根据本发明的一个优选实施例的数字滤波f的示例。与矩阵光源的给定基本光源112有关的空间分布矩阵p(112)的归一化版本k在左上方被示出。在下面示出了由矩阵源产生的一个光设定点10的集合的转换版本10'。如在先所解释的，矩阵10'的输入对应于参数，并且更精确地对应于pwm信号的占空比。在图5的右侧，示出了值12'的滤波的结果f(12')。对应于由分布矩阵p(112)表征的邻域v(112)的参数的邻域v(12')被考虑。接下来，计算单元(130)将矩阵k的元素与该邻域v(12')一一相乘。这些乘法的结果的算术平均值给出了参数的滤波值f(12')，其将被用于控制对应的基本光源。所描述的方法使用与其相关的数据p、k被应用到每个基本设定点。可以看出，在该示例中，在转换的光度测定或设定值p(112)包括均匀值/齐次值的情况下，几乎不需要校正。
[0056]
图5示出了包括不同值/异构值的转换的基本光设定值p(112)的集合的第二示例性计算，特别是对应于在对应的数字设定值图像中的尖锐截止。在这种情况下，滤波引起了pwm控制参数的较大程度的校正。由于来自相邻源的杂散亮度足够高，因此，几乎不需要打开所讨论的基本光源112。将源112打开仅会负面影响水平截止的所需效果。
[0057]
矩阵光源可以产生大量的基本光源，例如，led类型的几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
°
数量级的大视场。在用于机动车辆的照明设备中，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的分辨率。已经观察到，在高清晰度的中心区域(对应于约-11
°
至11
°
的孔径)中，由基本源发射的光产生投射像素，并且还有助于大约两个相邻像素的亮度。由在平均区域(对应于约+/-11至14)中的基本源发射的光产生投影像素，并且还有助于大约四个相邻像素的亮度。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，并且同时有助于其附近的大约八个像素的亮度。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是不均匀的，而是取决于基本源相对于光学系统的位置，即使基本源的特征另外地是相同的亦是如此。由于这种源的光学行为沿竖直轴是相似的，则要被滤波的图像的每一列一个滤波器内核k会是足够的，因此减少了计算任务。
[0058]
图6示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的照明设备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能够接收(例如以机动车辆的数据总线上的数字图像的形式的)照明设定值10。通常，设定值来自车辆的中央控制模块。设备包括微控制器元件130，所述微控制器元件130被配置为根据上述方法来调整每个接收的照明设定点10。设备还包括旨在根据经滤波的参数f(10')控制照明单元100的控制单元150。为此，脉冲宽度调制控制信号的占空比优选地被调整以反映经滤波的参数值f(10')。
[0059]
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，在不会另外脱离本发明的范围的情况下，可以预期其他的实施例。
[0060]
保护范围由权利要求所限定。