一种基于深度感知和矩阵控制的遮挡光线的系统的制作方法

本发明涉及交通安全技术领域，尤其涉及一种基于深度感知和矩阵控制的遮挡光线的系统。

背景技术：

汽车拥有量越来越多，由汽车引发的交通事故也越来越多。根据国内外的研究表明，虽然只有25%的车流量发生在夜间，但是却带来了55%的死亡事故，而其中超过一半的事故与光线有关。夜间行车，有些司机的远光灯常开，给他人带来麻烦；也有很多人，在应该打开远光灯的时候不开灯，给自己带来麻烦。

现在已经有很多的方案试图解决上面的问题：一个是智能车灯；另外一个是智能遮阳板。

智能车灯方面的代表是奔驰公司的84像素led大灯，它有效的解决了远光照射车前的车辆和行人的问题，但是受限于分立器件，此类设计分辨率最高只能达到150像素，再也无法进一步提高。欧司朗公司在微自适应前照系统（μafs）项目中提出的1024像素的led大灯的分辨率有很大的提高，是一种很好解决办法。海拉公司在volifa2020项目中设计的液晶大灯构思巧妙，使用了两组偏光片遮挡光线，解决了一组偏光片带来的低光效问题，达到了更高的分辨率。英飞凌公司在cn107015360a中提出了利用数字微镜反射光线的解决方案，应该也可以达到很高的分辨率。以上解决方案均有一定的优点，也存在各自特有的缺点。

使用了智能大灯控制光束后，可以解决自己的车灯导致别人眩目的问题，但仍然无法解决远光杀手的问题，智能遮阳板尝试解决这个问题。智能遮阳板方面的代表是辽宁金洋光电的液晶遮阳板，它能够根据车前的光线强度自动调整遮阳板的透明度。然而它的缺点是整体变色，同时由于使用了一组偏光片，导致最高透光率不足45%，所以无法在夜间使用。

现阶段也有很多不需要偏光片的控制光线透过率的技术，比如聚合物分散液晶(pdlc)，微百叶窗(microblinds)，电致变色等，他们都可以受到电压，静电或者电流的驱动实现像素级别的光线控制。例如，cn201710007610提到了通过tft阵列进行电压驱动的聚合物分散液晶来控制光线的设备。us7684105提到了静电驱动的微百叶窗(microblinds)控制光线的设备。cn201210499579提出来基于电致变色材料的主动矩阵显示器件。

深度感知模块，比如深度摄像头，除了能够获取平面图像以外，还可以获得拍摄对象的深度信息，也就是三维的位置和尺寸信息，使得整个计算系统获得环境和对象的三维立体数据。随着自动驾驶技术的进展，深度信息的感知和计算已经可以用低成本实现。现在流行的深度感知技术有结构光，飞行时间（timeofflight，激光雷达的基础技术之一），双目视觉，甚至多目视觉，还有光场深度感知技术等。现在很多汽车主机厂都实现了双目视觉技术来进行深度感知。光场是空间中同时包含位置和方向信息的四维光辐射场的参数化表示。苹果公司在专利us8593564中提到了利用光场技术进行图像拍摄后重新对焦的设备。然而光场技术的优点不仅仅是事后对焦，当用于深度信息计算的时候，它比起双目视觉来说，可以获得更广阔的景深，同时有调试简单，校准容易的优点。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基于深度感知和矩阵控制的遮挡光线的系统，用于至少解决上述技术问题之一。

第一方面，一种基于深度感知和矩阵控制的遮挡光线的系统，其包括：主控制模块、第一深度感知模块和矩阵遮挡控制模块，所述第一深度感知模块用于探测本车辆前方是否存在行人和/或车辆；所述住控制模块用于当所述第一深度感知模块探测到前方存在行人和/或车辆时，控制所述矩阵遮挡控制模块以遮挡所述本车辆的灯光。

在一些实施例中，基于深度感知和矩阵控制的遮挡光线的系统还包括第二深度感知模块，用于探测车内驾乘人员的瞳孔或眼睛的位置信息；所述第一深度感知模块还用于探测外部光源的位置信息；所述主控制模块还用于根据接收到的所述外部光源的位置信息和所述车内驾乘人员的瞳孔或眼睛的位置信息控制所述矩阵遮挡控制模块对所述外部光源所照射的光线进行遮挡。

考虑到行车的安全，前述的遮光罩或遮阳板，在系统断电的瞬间应当在极短的时间内恢复透明状态的，以尽力确保行车安全。pdlc材料应当采用反式的材料，断电后透明，而上电后模糊。此类反式材料可能有不同的名称，比如pnlc，pslc等，但总的来说都是聚合物和液晶的按照不同的重量百分浓度混合或结合或聚合成的材料。对于微百叶窗来说，在去掉电场后，它的微单元的活动部分也会自动回缩，从而整体变成透明状态。微百叶窗的一个优点是，可以把它的卷曲的薄膜部分有意的截断一部分，让它在最大的静电电场下也不能遮挡全部的光线，比如说遮挡55%的光线，而允许45%的直射光线透过，这样即使误动作也不会产生致命的影响。电致变色材料在断电后仍然保持不透明状态，需要在应用的时候特别注意。具体在实施的时候，因为材料不同，可能要添加不同的额外辅助层，不过总体的原理都是通过矩阵去控制特定的区域的透光率。

进一步扩展考虑一下，把整个车窗玻璃替换或附加为矩阵驱动的多个像素单元的遮光罩，这样可以解决遮阳板区域过小的限制，在眩光射来的时候，直接控制车窗玻璃的某个像素单元的透光率，这样可以让驾乘人员的眼睛舒适一点。

深度感知模块的实现可以基于双目视觉，或者三目视觉，优选考虑光场技术，因为它校准容易一些。在检测瞳孔的三维立体位置的时候，考虑到车内可能光线比较暗，基于结构光的实现应当优先考虑。光线不足的时候也可以考虑主动补光，以利于捕捉瞳孔或眼睛的位置，比如补充红外光或人眼安全的红外激光(比如905nm波长)来照明，既不影响司机的视觉，也利于深度感知模块获取瞳孔或眼睛的三维立体位置。

在实现主动或者被动矩阵的时候，应当优先考虑用透明度好的导电材料来实现，除了ito电极外，也可以考虑用石墨烯电极。在实现tft的时候，过高的分辨率会降低光线透过率，适合的分辨率非常重要，同时要优先考虑用低温多晶硅(ltps)，而不是非晶硅(a-si)。也可以考虑有机薄膜晶体管（otft）或者氧化物半导体tft(比如基于igzo材料作为沟道材料的tft)的实现。总的考虑是在保证达到遮挡光线的需求的前提下，尽量提高透光率和透明度，降低光线损失。

现在很多车辆都配备了车道保持和碰撞检测装置，甚至有自动驾驶装置，这些都需要深度感知模块。本发明可以充分利用已有的模块，以较低成本实现光线的按需遮挡。不但可以利用已有的深度感知模块，主控模块的功能也可以基于现有的gpu，asic，fpga，cpu，soc等设备来实现，此时只需要增加光线透过率控制模块即可实现智能的光线遮挡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明系统的实现的框图

图2是光场的原理图

图3是微百叶窗的一个单元的示意图

图4是tft主动矩阵装配的实现示意图，其中黑矩阵可选

图5是现有的tft主动矩阵的示意图

图6是不同透过率的一种实现方法

图7是智能遮阳板的实现示意图

图8是智能车窗玻璃的实现示意图

图9是的智能大灯实现示意图

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1所示，本发明的基于深度感知和矩阵控制的遮挡光线的系统由主控制模块100和第一深度感知模块101，矩阵控制模块103，以及可选的第二深度感知模块102组成。

在用于智能大灯的时候，第一深度感知模块101可以探测当前车辆前面的车辆和行人，并将探测得到的深度数据送往主控制模块100，主控制模块100经过一定计算，发出指令到矩阵控制模块103，根据指令在像素的级别上全部或者部分遮挡当前车辆的光源104的光束，防止当前车辆的光源104的眩光对前面的车辆和行人造成困扰。

在实现智能大灯的时候，深度感知模块检测前方的行人和车辆，得到的三维立体深度数据送往主控模块，主控模块可以通过矩阵控制在大灯光源前面的遮光罩的每个像素，主动遮挡射向前方行人和车辆的光束。遮光罩的关键部分就是矩阵驱动的pdlc，微百叶窗或电致变色材料等。pdlc材料是电压驱动的，微百叶窗单元是静电驱动的，电致变色材料是电流驱动的。从实现的容易程度来说，低像素的时候每个像素都可以独立寻址的直接矩阵来驱动，或者用被动矩阵来驱动，而高像素就必须用到薄膜晶体管(tft)主动矩阵了。海拉在实现液晶大灯的时候，tft主动矩阵使用了黑矩阵(blackmatrix)来提高对比度，这在一定程度上降低了光线的利用率，应当考虑去掉黑矩阵增加光线的利用率。智能大灯的光源可以是卤素大灯，氙气灯，led灯，或者激光车灯，其中的led灯也可以是多颗led灯珠的组合。

在用于智能遮阳板的时候，第一深度感知模块101可以检测当前车辆前面的眩光源（即，外部光源），从而检测得到眩光源的三维立体深度数据并发送至主控制模块100，同时第二深度感知模块102检测驾乘人员的的瞳孔或眼睛的三维立体深度数据，并发送至主控制模块100，然后主控制模块100经过一定计算，发出指令到矩阵控制模块103，矩阵控制模块103根据指令在像素的级别全部或部分遮挡眩光源的光束，减轻眩光源发出的眩光对当前车辆的驾乘人员的影响。此时的眩光源可能有多个，第一深度感知模块101都可以检测到，矩阵控制模块103也能按需遮挡。

在实现智能遮阳板的时候，深度感知模块不但要检测前方射来的眩光，还要检测司机的瞳孔或眼睛的位置，把从这两部分的三维立体深度数据送往主控模块计算，得出遮阳板应当动作的矩阵的正确位置，以尽量降低眩光对司机的影响。遮挡的时候，优先考虑部分遮挡，以提醒驾乘人员注意前方来车。比如晚上戴上墨镜，虽然很不安全，但是能够很大的程度上降低眩光的影响，而墨镜的透明度从5~45%不等。本发明试图模仿墨镜的透明度，比如说虽然某些像素遮挡了远光的眩光，但是即使最不透明的时候，也应当允许部分直射光透过，比如允许45%的直射光线透过。针对电致变色材料而言，此种设计非常有意义，因为最小光线透过率的提高意味着较小的电流和较薄的ito导电层。前面所说的部分遮挡的实现方法可以是调整某些像素的驱动电压，比如使用较低的电压或者较小电流；或者以四个像素为一组，组内的两个像素完全透明，而另外两个完全遮挡，以实现某种程度的部分遮挡。

各个模块之间的联系可以有多种方式，例如，第一深度感知模块101和第二深度感知模块102到主控制模块100，还有从主控制模块100到矩阵控制模块103，都可以是基于控制器局域网络(can)总线，fpd-link，车载以太网，hdmi，displayport，mipi，widi等中的至少一种，本发明不作一一枚举。

图2简单介绍了光场技术的原理，从物体200射出的多束光线，先经过主透镜201，然后经过微透镜阵列202的某一个微透镜，最后射向光电检测器203。注意此时光电检测器203有多个像素对应一个微透镜，理论上可以检测多个方向的光线，从而得到四维光场，最后推导得到三维立体深度数据。

图3是微百叶窗的一个实现示意图，包括微百叶窗单元之间的空隙306，微百叶窗的固定部分307，微百叶窗的活动卷曲部分308。微百叶窗的活动卷曲部分308可以随着其下部ito/tco等透明导电薄膜所带的静电场的强度不同而卷曲或者舒展，从而遮挡光线。

图4是液晶大灯的tft主动矩阵的层组成示意图，包括玻璃底板400，黑矩阵401，ito导电膜402，摩擦定向层403，间隙子404，液晶材料405，其他部分不多介绍。在本发明的实现中玻璃底板400还可以采用透明的塑料材料替代，比如pet，peek等。可以去掉黑矩阵401以提高透光率，摩擦定向层403在无需液晶的时候也可以去掉，例如，驱动微百叶窗时候就无需此层。液晶材料405可以是液晶和聚合物的混合物或结合物或聚合物组成的单元，例如，反式pdlc，pnlc或者pslc等。液晶材料405也可以是由微百叶窗组成的单元。每个这样单元对应的ito或其他材料的透明导电薄膜都受到被动矩阵的控制，或者主动矩阵的薄膜晶体管(tft)的控制，可以维持一定的电压，电流或者静电电场。

图5是tft矩阵的平面示意图，包括tft基板500，数据线501，栅极线502，像素对应的ito电极503。可以通过像素对应的ito电极503的电压或者电场控制其对应的微百叶窗的活动卷曲部分308舒展和卷曲，从而控制光线的透过率；如果与像素对应的ito电极503的上方对应的是液晶材料405的pdlc材料，那么也能利用不同的电压控制光线的透过率。

除了修改每个单元对应的ito薄膜的电压、静电电场或者电流外，还可以通过图6所示的空间灰度调制法获得一定程度的灰度，例如，图示中有包含四个单元的一组像素，分别是610，611，612和613。图示中的600表示四个像素全透明，601表示一个像素不透明，602表示两个像素不透明，603表示三个像素不透明。通过上面的方法，可以实现大约100%，25%，50%，75%等不同的光线透过率，这样做的好处是在一定电压或电场的控制之外获得额外的光线总透过率。

图7是智能遮阳板的实现示意图，包括遮阳板701，遮阳板上的一个摄像头702，用于捕捉车前的眩光。图示中画出的为双目视觉用的两个摄像头，当然也可以用一个光场摄像头来实现三维立体深度数据的捕捉。按照类图4组成的透明区域703，其可以是基于tft主动阵列控制704的液晶聚合物或者微百叶窗或电致变色，也可以是基于可直接寻址的矩阵或被动矩阵。遮阳板的背面设置有捕捉驾乘人员的眼睛或瞳孔的第二深度感知模块102，图中并未画出。

图8是智能车窗玻璃的实现示意图，包括眩光源801，车窗玻璃的tft阵列802示意图，深度感知模块803，图示中画出的为双目视觉用的两个摄像头，当然也可以用一个光场摄像头来实现深度信息的捕捉。车窗按照类图4组成的透明区域，可以是基于tft主动阵列704控制的液晶聚合物或者微百叶窗，也可以是基于可直接寻址的矩阵或被动矩阵。深度感知模块803的背面设置有捕捉驾乘人员的眼睛或瞳孔的第二深度感知模块102，图中并未画出。

图9是智能大灯的示意图，包括按照图4组成的透明区域901，其可以是基于tft主动阵列704控制的液晶聚合物或微百叶窗，也可以是基于可直接寻址矩的阵或被动矩阵。光源902可以是卤素灯，氙气灯，led灯，或者激光大灯等的多种形式的，也应当包括可能需要的透镜组等。还包括灯的壳体903，灯的前玻璃罩904。透明区域901可能根据需要有散热器等，以保证器件安全使用。智能大灯还需要第一深度感知模块101和主控制模块100的配合，图中没有画出。

本发明不仅仅可以用于汽车，也可以用于其它的运输工具的场景。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。