专利名称：车辆防眩目系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及夜视系统。更具体地说，本发明涉及一种照亮车辆外部选定区域并以适当水平的照度照亮该区域的主动系统和方法。
背景技术：
诸如在夜间的相对较低的可视光水平条件期间，夜视系统使车辆乘员更好地看见物体。夜视系统典型地分类为被动夜视系统或主动夜视系统。被动系统仅探测从特定环境内的物体发出的周围的红外光。主动系统使用近红外(NIR)光源以照射目标区域，而随后探测反射离开该区域内物体的NIR光。
主动系统提供超过被动系统的改进的分辨率和图像清楚程度。主动系统使用激光或白炽光源以产生近红外光谱区中的照射光束，并使用电荷耦合装置或CMOS照相机以探测反射的NIR光。
在主动夜视系统中，NIR激光被用于照射目标区域。照相机连同激光器被用于接收从目标区域内的物体的反射NIR光。激光器可以以占空比产生脉冲，而照相机可以与激光器同步地操作以捕获图像。
照相机典型地包括带通滤波器，该带通滤波器允许在包括由激光器产生的光的波长的窄范围或带宽内的光通过。占空比与使用带通滤波器的结合有效地消除了与迎面而来的车辆的车前灯相关的眩目效应。术语“眩目效应”指由于迎面而来的光的亮度，像素亮度很高时，导致图像“被淹没”或具有大的亮点，从而图像变得模糊。然而，使用激光器和相应的滤波器会增加夜视系统的成本和复杂性。除激光器和滤波器部件成本和增加的电路复杂性外，还存在与激光器的热控制相关的成本和增加的复杂性。激光的波长是依赖温度的。为了将激光保持在期望的工作频带中，激光器的温度必须得到保持。此外，基于激光器的夜视系统还使用扇形光学部件，以形成和创建有效的激光色散图案，这会进一步增加成本。
此外，虽然基于激光的夜视系统能够克服迎面车前灯的眩目效应，但是它们无法克服与高度反射性物体相关的眩目效应。例如，许多标志具有用于反射诸如从车辆车前灯发射的白炽光的高度反射性表面，用于使车辆操作人员容易直接观看到。该标志通常覆盖着能够反射大量光并导致图像饱和的回射油漆。饱和图像通常不清楚而不易读。诸如卡车、公共汽车和厢式货车上的大的平面也能够导致图像饱和。
除了迎面车前灯对夜视系统的眩目效应外，迎面的车前灯也能够降低车辆操作人员的人的视觉。对准主体汽车的来自迎面车前灯的照明能够阻塞车辆操作人员的视觉，限制观看主体汽车前面的公路。
虽然当通常以“高光束”模式工作时的车辆的车前灯提供前方公路的更清晰的视野，但高光束模式操作会进一步妨碍看到迎面汽车。因此，高光束模式操作局限于不存在迎面车辆的情况。通过仅在迎面车辆不存在时操作车前灯，在可能期望高光束操作时，迎面有车辆期间，主体车辆操作人员视觉也会受限。
因此，存在对一种防止夜视系统部件的眩目并限制光指向迎面车辆的改进的主动夜视系统合方法的需要。同样期望的是该主动夜视系统和方法提供系统复杂性和成本的降低，并提供与车辆操作相关的增加的安全性。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种用于车辆的主动光源操作系统。该系统包括产生初始照射光束的光源。根据最初的照射光束，选择性衰减滤波器(减光器)形成具有相关光衰减矩阵的发射照射光束。传感器探测物体并产生物体的探测信号。控制器被联接到选择性衰减滤波器和传感器。控制器根据物体探测信号衰减光衰减矩阵中的像素。
本发明另一个实施例提供了一种包括产生初始照射光束的光源的用于车辆的视觉系统。根据最初的照射光束，选择性衰减滤波器形成具有相关的光衰减矩阵的发射照射光束。根据发射照射光束的反射部分，接收器生成环境状态信号。根据环境状态信号，控制器主动地控制选择性衰减滤波器的工作，并生成图像。
本发明的实施例具有多种优点。一个优点是提供了一种使用选择性衰减滤波器以照亮车辆前方的选择区域的夜视系统。为此，本发明消除了对使用通常与此种装置相关的激光器、扇形光学部件和其它热控制器和滤波器控制电子部件的需要。因此，夜视系统的成本和复杂性减小。
本发明的实施例提供的另一优点是利用从车辆的车前灯或从夜视系统的激光器产生的照明，提供了对车辆前方区域的选择性照明。本发明防止了照射光束的直射，与/或提供了对附近车辆和物体的直射照射光束的选定部分的衰减。这防止了对附近车辆操作人员或步行者视野的退化或妨碍。这种选择性的照明也使视野由于照亮光束经车辆的侧视或后视镜的反射而退化减至最小；允许车辆的车前灯以“高光束”模式连续工作，而不会使迎面汽车的操作人员的视野退化；并防止迎面而来车辆夜视系统的眩目。
此外，本发明提供了一种价格低廉、通用和稳定的主动夜视系统。通过改善主体车辆和由主体车辆探测的任何车辆的操作环境的视野，本发明也提高了车辆操作的安全性。
通过结合附图的下述详细描述，本发明本身以及进一步的目的和伴随的优点将得到很好的理解。
为了更全面地理解本发明，应参照下面通过本发明的实例描述和附图中更详细地示出的实施例。
图1为根据本发明实施例的主动夜视系统的前透视图。
图2为根据本发明实施例的主动夜视系统和主动车前灯操作系统的侧透视和方框图。
图3是根据本发明多个实施例的主动夜视系统和主动车前灯操作系统的方框示意图。
图4是根据本发明实施例的接收器系统的方框示意图。
图5是显示与根据本发明实施例的选择性衰减滤波器的光衰减矩阵相关的照明图案的投影图。
图6是显示根据本发明实施例的重叠模拟像素矩阵的主体汽车的样本视野。
图7是根据本发明实施例的主动控制车辆的照明源的方法；和图8是使用根据本发明多个实施例的主动夜视系统或车前灯操作系统的主体汽车的方框示意俯视图。
具体实施例方式
在下图中，同样的标号将用于指示相同的部件。虽然本发明就主动衰减主动夜视系统和主动车前灯系统的照射光束的选定部分的系统和方法进行了描述，但是本发明也可适用于多种应用和系统，例如，期望照射光束的选定部分衰减的近红外成像应用、自适应的巡航控制应用、防碰撞和抗碰撞系统、图像处理系统、备份照明系统和其它照明、成像和目标探测系统。本发明可以适用于多种类型和样式的车辆，以及非车辆应用。
此外，虽然本发明主要就主动夜视系统照明源和车辆的车前灯进行描述，本发明也可应用于车辆上的任何光源和在车辆内或外部产生定向照射光束的光源。
在下面的描述中，描述了一种构建实施例的多种操作参数和部件。这些具体参数和部件仅用作实例，而并不意味着限制。
此外，在下述描述中，术语“近红外光”是指波长在750到1000nm光谱范围内的光。该术语还至少包括这里公开的特定照明源的近红外光输出的光谱。
现在参照图1和图2，显示了根据本发明实施例的主动夜视系统10的正和侧透视图和主动车前灯操作系统11的侧透视图。视觉系统10被构造用于主体车辆14的内部乘客车厢12。视觉系统10可包括夜视照明系统16。夜视照明系统16产生指向车辆10前方的第一目标区域24的具有第一光束图案22的第一照射光束20。车前灯操作系统11包括一个或多个车前灯(图2中仅显示了一个)25和相应区域的选择性衰减滤波器(图2中仅显示了一个)27。车前灯操作系统11产生也定向到车辆14前方的第二目标区域30的具有第二光束图案29的第二照射光束28。该主动夜视系统10可以使用车前灯25，而代替使用夜视照明系统16。选择性衰减滤波器27被用于主动衰减指向期望较少亮度的车辆14的前方选择区域的光。
部分光束20和28被反射离开目标区域24和30内的对象(未示出)，并经接收器/目标探测传感器31可被接收系统18接收。通过指示器26，接收器系统18根据光束20和28的反射部分指示车辆乘员探测到的物体。接收器系统18产生环境状态信号，由此可以生成一个或多个目标区域24和30的主动夜视图像。图像经指示器26显示。
主控制器35被连接到夜视照明系统16、车前灯25和选择性衰减滤波器27。控制器分别确定光衰减矩阵32和33内将衰减的像素，及其衰减级。
夜视照明系统16被配置以便其部件被安装在头上的控制台34内，例如后视镜36上方的夜视光源37，而接收器系统18被配置以安装在司机座38前方仪表板40上。当然，照明系统16和接收器系统18可被安装在挡风玻璃72周围的其它位置中，以及车辆14中其它窗户和非窗户的位置。
同时参照图3，显示了根据本发明的多个实施例的主动夜视系统10和主动车前灯操作系统11的方框视图。夜视系统10和车前灯操作系统11均包括一个或多个光源50和主控制器35。夜视系统10可包括夜视或第一光源37，其可采用所示的激光器形式；和第一选择性衰减滤波器52。另一方面，除了使用第一光源37和第一衰减滤波器52或作为对使用第一光源37和第一衰减滤波器52的一种选择，夜视系统可以使用第二光源25′、第三光源25″、第二选择性衰减滤波器27′和第三选择性衰减滤波器27″。光源25′和25″和滤波器27′和27″是车前灯系统11的部分。虽然光源25′和25″显示为车前灯，但是它们可以采用本领域中一些其它的已知形式。
每个光源50产生经过相关的滤波器27′，27″和52的一个的初始照射光束54，以产生诸如图1、2和6所示的具有期望衰减图案的发射光束56。如所示，光源50可采用激光器、二极管激光器或车前灯的形式，或可采用后备灯、指示器、驾驶灯或本领域中已知的其它灯的形式。来自任意光源50的光可穿过或反射离开诸如光纤光缆或一组镜子的光耦合器(未示出)，或经本领域已知的一些其它光耦合装置反射或传输。
主控制器35可以是单个控制器或被分成多个控制器。主控制器可包括夜视控制器57、车前灯控制器58和接收系统控制器59。根据接收器31接收的反射信号，夜视控制器57生成车辆14的周围环境的图像。反射的信号自任意发射光束56的反射和接收部分生成。
车前灯控制器58控制车前灯25的发射图案，以便车前灯可以采用“高光束”模式连续工作。术语“高光束”是指一种提高或增加的照明状态，其中车前灯提供增加的照度级，这样其相关的照明区域或部分比以正常工件模式工作时更亮。
主控制器35可以是基于诸如具有中央处理单元、内存(RAM与/或ROM)以及相关的输入和输出总线的计算机的微处理器。主控制器35可以是专用的集成电路或由本领域已知的其它逻辑器件形成。主控制器35可以是组成单个集成控制器的中央车辆主控制单元、交互式车辆动态模块、限制控制模块、主安全控制器、具有电源的控制电路的一部分，或可以是所示的独立的控制器。
滤波器27′，27″和52可以采用液晶显示器(LCD)、数字光投影(DLP)设备、硅上液晶(liquid crystal on silicon/LCOS)设备或诸如扫描激光器的本领域已知的一些其它类似的光衰减和发射控制设备的形式。扫描激光器提供了与这里描述的矩阵类似的矩阵，其中单个发射器生成穿过的或由机械移动反射装置控制的光束，以生成矩阵。光束被偏离并以受控的方式扫描水平和垂直方向。注意本发明并不仅限于上述滤波器，而可以使用本领域已知的其它滤波器。滤波器27′，27″和52可以包括能够用于调节像素传输和投影的起偏镜、微镜、逻辑电路或芯片或其它装置。
指示器26可包括视频系统、音频系统、危险警告(heads-up)显示器、平板显示器、远程信息处理系统或本领域已知的其它指示器。在本发明的一个实施例中，指示器26采用危险警告显示器的形式，而指示信号是一种被投影以出现在车辆14前方的虚像。指示器26提供了目标区域的实时图像，以在相对较低的可见光级条件期间增加目标的可视性，而不必重新集中目光，以监控内部车厢12内的显示屏。
接收器31可用于探测主体车辆14附近的车辆。接收器31可以采用红外传感器、雷达传感器、超声波传感器、激光雷达传感器、照相机、车对车远程信息处理通信或本领域已知的其它环境传感器或其组合。接收器31也可采用照度传感器的形式，并可用于探测目标区域24和30的照度。接收器31可被配置以对白炽光与/或红外光和离开物体的其反射光敏感。与肉眼的敏感性相比，传感器31可以对来自诸如车前灯的白炽光源产生的反射光更敏感，从而提供了包含肉眼不能探测的信息的环境的图像。
主控制器35可连接到被安装在中控台72上的如图2所示的视觉系统控制器70。系统控制器70可包括启动开关、光耦合器位置调节器、照射光束亮度控制器，以及本领域已知的其它控制器。
内存73可被用于存储在生成图像信号中主控制器35可使用的算法、表、公式或其它转换方法或设置。存储器73可以采用本领域中已知的各种形式和类型，并可以是主控制器35的部分。
现在参照图4，显示了根据本发明实施例的接收器系统18的方框示意图。接收器系统18包括具有接收器76、滤波器78、透镜80和接收器系统控制器59的接收器组件74。
接收器76可以采用电荷耦合装置(CCD)或互补型金属氧化物半导体(CMOS)传感器的形式。例如，诸如内华达州拉斯维加斯的WatecAmerica Corporation制造的型号Wat902HS的照相机可用作接收器组件74。近红外和白炽光被反射离开物体而由接收器76接收以生成反射信号。
滤波器78被用于过滤进入照相机的光。滤波器78可以是允许近红外光谱内的光被接收器76接收的光学带通滤波器。滤波器78防止由迎面车辆或物体的光导致的模糊。如所示，滤波器78可与透镜80和接收器76分离，或当适用时，可采用透镜80上的涂层或在接收器76的透镜上的涂层的形式。滤波器78可以是位于接收器76内部的多层光滤波器。
此外，滤波器78位于透镜80和接收器76之间，以防止不期望的重影或假图像的出现。当滤波器78位于透镜80和接收器76之间时，遍及透镜80确定的角度范围，由透镜80接收的光入射滤波器78。
现在参照图5，显示了根据本发明实施例的与选择性衰减滤波器94的光衰减矩阵92相关的照明图案90的投影图。光衰减矩阵显示了照射光束98的衰减部96。
现在参照图6，显示了描述根据本发明实施例的重叠(overlaid)模拟像素矩阵102的主体汽车的样本视野100。上面的滤波器27′，27″和52可具有诸如矩阵102(仅显示了其一部分)的像素矩阵。主控制器35可选择像素矩阵内的像素104以衰减。这使得控制器35衰减直射向目标物体或车辆108周围的诸如区域106的区域的照射光束部分。该控制器35可衰减区域106的部分或整个区域106。
现在参照图7和图8，显示了根据本发明实施例的主动控制车辆的照明源的方法，和使用主动夜视系统10和车前灯操作系统11的主体车辆14的方框俯视图。在所示实例中，主体车辆14跟随第一目标车辆110，接近迎面而来的即第二目标车辆112，并在第三目标车辆114附近。第二目标车辆具有主动夜视系统115。
在步骤150中，根据反射离开主体车辆14的环境内的诸如车辆110，112和114的物体的所接收的光，接收器31产生物体探测信号或环境状态信号。
在步骤152中，根据环境状态信号，初始照射光束由诸如光源50的一个或多个的光源生成。例如，光源116生成初始光束118。如上所述，光源可以是车前灯。可以不使用激光器。
在步骤154中，经诸如滤波器27′，27″或52的一个的选择性衰减滤波器，发射照射光束从初始照射光束形成。选择性衰减滤波器120具有被用于以扩展角α形成发射光束122的诸如矩阵92的相关光衰减矩阵。
在步骤154A中，通过选择性衰减滤波器，诸如主控制器35的控制器衰减与关心的探测物体相关的光衰减矩阵的选择像素。光衰减矩阵上的衰减和非衰减像素的图案被形成，其被投影在物体和周围区域。
在步骤154B中，控制器确定规定像素的适合衰减级。对于与迎面车辆112相关的像素，该控制器例如可选择高衰减级，而对于与诸如车辆110和114的其它附近车辆相关的像素，可选择中等衰减级。该控制器35衰减了光束122的选定部分以防止干扰车辆110，112和114的操作员的视野。该控制器可根据任何探测的物体调节衰减级。发射光束122的区域124，126和128分别以期望的衰减级被衰减。
该控制器可以衰减与诸如车辆110的车辆保险杠130、侧视镜132，和后视镜134的高反射性物体相关的像素。这可以防止由于照射光束在镜子上的反射，对车辆14和110的车辆操作人员的视野的退化与/或妨碍。
在步骤156中，根据发射照射光束的反射部分，接收器生成更新的环境状态信息或反射信号。
在步骤158中，控制器根据反射的信号生成图像信号。一旦完成步骤158，根据图像信号，控制器158返回到步骤154以主动调节像素矩阵的像素衰减。图像信号可以经指示器26显示。
上述步骤旨在作为说明性实例，这些步骤可以根据应用顺序地、同时地、同步地或按不同的顺序地执行。
上述方法将使由于接近目标区域内的高反射物体而导致图像饱和降至最低，而不会负面地影响观看其它物体。在生成的图像中保持看得见高度反射的物体和不是高度反射的物体。因此，此方法提供了目标区域的清晰观看。上述方法也将由于光反射离开高度反射物体而致使主体车辆操作人员的退化或视觉障碍降至最低。
本发明提供了一种用于主动控制由夜视系统与/或车前灯操作系统提供的照明图案的技术。本发明通过减少系统部件而将系统成本和复杂性降到最低。本发明使车辆操作人员的视野退化或障碍降至最低，从而增加了车辆操作的安全性。
虽然已结合一个或多个实施例描述了本发明，但是应该理解已描述的具体机构和技术仅用于说明本发明的原理，在不背离所附权利要求确定的本发明的精神和范围的情况下，可对所述方法和装置进行多种修改。
权利要求
1.一种用于车辆的主动光源操作系统，包括产生初始照射光束的至少一个光源；选择性衰减滤波器，所述选择性衰减滤波器根据所述初始照射光束，形成具有带有多个像素的相关光衰减矩阵的发射照射光束；传感器，所述传感器探测至少一个物体并产生物体探测信号；和控制器，所述控制器被连接到所述选择性衰减滤波器和所述传感器，并根据所述物体探测信号，衰减所述光衰减矩阵中的所述多个像素的至少一个。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个光源包括至少一个车辆车前灯，并照亮车辆前方的区域。
3.根据权利要求1所述的系统，其中探测所述至少一个物体的所述传感器探测至少一个迎面而来的照射光束。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器衰减与所述物体的坐标相关的所述多个像素的至少一个。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被连接到所述至少一个光源并以“高光束”操作模式连续地操作所述至少一个光源。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被连接到所述至少一个光源，并以“高光束”操作模式操作所述至少一个光源，而不考虑所述物体探测信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器根据所述物体探测信号防止所述多个像素的至少一个的照射。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述选择性衰减滤波器包括液晶显示器、数字光投影设备和硅上液晶设备的至少一个。
9.一种用于车辆的视觉系统，包括产生初始照射光束的至少一个光源；选择性衰减滤波器，所述选择性衰减滤波器根据所述初始照射光束，形成具有相关光衰减矩阵的发射照射光束；接收器，所述接收器根据所述发射照射光束的至少反射部分，生成环境状态信号；和控制器，所述控制器连接到所述光源、所述选择性衰减滤波器和所述接收器，而根据所述环境状态信号，所述控制器主动控制所述选择性衰减滤波器的操作并生成图像。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器探测至少一个迎面而来的照射光束，并根据所述环境状态信号，衰减所述光衰减矩阵中的至少一个像素。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器探测至少一个迎面而来的照射光束，并根据所述环境状态信号，衰减与所述至少一个迎面而来的照射光束的坐标相关的所述光衰减矩阵中的至少一个像素。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器探测至少一个物体，并根据所述环境状态信号，衰减所述光衰减矩阵中的至少一个像素。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器探测至少一个物体，并根据所述环境状态信号，衰减与所述至少一个迎面而来的照射光束的坐标相关的所述光衰减矩阵中的至少一个像素。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述至少一个光源包括激光器。
15.根据权利要求9所述的系统，其中所述至少一个光源包括车辆车前灯。
16.根据权利要求9所述的系统，其中所述选择性衰减滤波器包括液晶显示器、数字光投影设备和硅上液晶设备的至少一个。
17.一种主动控制车辆的至少一个照明源的方法，包括产生初始照射光束；经选择性衰减滤波器，根据所述初始照射光束，形成具有相关光衰减矩阵的发射照射光束；探测物体并产生物体探测信号；和根据所述物体探测信号，衰减所述光衰减矩阵中的至少一个像素。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括根据所述发射照射光束的至少反射部分，生成图像信号；和根据所述图像信号，衰减所述至少一个像素。
19.根据权利要求17所述的方法，其中衰减所述至少一个像素包括生成所述光衰减矩阵上的衰减和非衰减像素的图案。
20.根据权利要求17所述的方法，其中形成所述发射照射光束包括照亮车辆外部的第一组选择区域和不照亮第二组选择区域。
全文摘要
一种用于车辆(14)的主动光源操作系统(10，11)，包括产生初始照射光束(54)的光源(50)。根据最初的照射光束(54)，选择性衰减滤波器(27，52)形成具有相关光衰减矩阵(32，33)的发射照射光束(56)。传感器(31)探测物体并产生物体探测信号。控制器(35)被联接到选择性衰减滤波器(27，52)和所述传感器(31)。该控制器(35)根据物体探测信号衰减光衰减矩阵(32，33)中的像素(104)。
文档编号B60Q1/00GK1800905SQ200510134069
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年1月3日
发明者塞弗·戴维德·埃瑞克 申请人:福特环球技术公司