基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法
2023-09-17 17:04:20 4
基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法
【專利摘要】本發明提出一種基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，包括以下步驟：採集駕駛員的視覺有效區域的亮度信息序列；根據預設視覺特性曲線參數得到第N次採集時間與第N-1次採集時間之間的時間段內駕駛員所能承受的亮度變化上限值；根據第N次採集的亮度信息與第N-1次採集的亮度信息得到該時間段內的亮度變化量；比較該亮度變化量和亮度變化上限值；以及根據比較結果對車燈的亮度和照射區域進行控制。本發明的實施例可通過調整車燈亮度和方向控制駕駛員視覺有效區域的亮度變化，達到輔助駕駛員在夜間複雜照明環境下進行良好視覺適應的效果，從而提高駕駛員夜間駕駛的安全性。另外，本方法具有實現簡單、成本低等優點。
【專利說明】基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及汽車製造及生理學【技術領域】，特別涉及一種基於駕駛員視覺高度適應機制的車燈控制方法。
【背景技術】
[0002]由於駕駛員在夜間的分辨能力受到限制，同時夜間行駛時不同的照明設備會對駕駛員的視覺產生幹擾，導致夜間行駛情況下的危險係數遠高於日間行駛，而由於夜間複雜的照明環境所導致的駕駛員視覺有效區域內亮度快速變化是導致夜間行駛危險係數較高的原因。
[0003]研究駕駛員夜間視覺情況，首先需要研究視覺適應機制，即視覺器官為適應外界亮度變化所具有的動態調整能力，是包括人眼在內的生物視覺系統的重要功能。基於解剖、心理物理學和神經科學的機制和研究所進行的視覺適應的仿生模擬可用於解釋視覺適應現象。
【發明內容】
[0004]本發明旨在至少解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。
[0005]為此，本發明的目的在於提出一種基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，該方法通過調整車燈亮度和方向控制駕駛員視覺有效區域的亮度變化，以達到輔助駕駛員在夜間複雜照明環境下進行良好視覺適應的效果，從而提高駕駛員夜間駕駛的安全性。另外，本方法具有實現簡單、成本低等優點。
[0006]為了實現上述目的，本發明的實施例提出了一種基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，包括以下步驟:採集駕駛員的視覺有效區域的亮度信息序列；根據預設視覺特性曲線參數得到第N次採集時間與第N-1次採集時間之間的時間段內駕駛員所能承受的亮度變化上限值；根據第N次採集的亮度信息與第N-1次採集的亮度信息得到所述時間段內的亮度變化量；比較所述亮度變化量和所述亮度變化上限值；以及根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制。
[0007]根據本發明實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，考慮了夜間情況下駕駛員視覺在環境亮度變化時的適應情況，通過調整車燈亮度和方向控制駕駛員視覺有效區域的亮度變化，以達到輔助駕駛員在夜間複雜照明環境下進行良好視覺適應的效果，從而提高駕駛員夜間駕駛的安全性。另外，本方法具有實現簡單、成本低等優點。
[0008]另外，根據本發明上述實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法還可以具有如下附加的技術特徵:
[0009]在本發明的實施例中，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，進一步包括:如果所述亮度變化量大於所述亮度變化上限值，則判定為環境亮度快變狀態；如果所述亮度變化量大於所述亮度變化上限值的一半且小於所述亮度變化上限值，則判定為環境亮度漸變狀態；以及如果所述亮度變化量小於所述亮度變化上限值的一半，則判定為環境亮度穩定狀態。
[0010]在本發明的實施例中，所述控制方法還包括:比較所述第N次採集的亮度信息與第N-1次採集的亮度信息。
[0011]在本發明的實施例中，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，進一步包括:在所述環境亮度快變狀態下，如果所述第N次採集的亮度信息大於第N-1次採集的亮度信息，則控制所述車燈的亮度變暗和控制所述照射區域向右下方偏移；在所述環境亮度快變狀態下，如果所述第N次採集的亮度信息小於等於第N-1次採集的亮度信息，則控制所述車燈的亮度變亮和控制所述照射區域向正前方偏移。
[0012]在本發明的實施例中，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，還包括:在所述環境亮度漸變狀態下，保持所述車燈的亮度和照射區域不變。
[0013]在本發明的實施例中，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，還包括:在所述環境亮度穩定狀態下，對所述車燈的亮度和照射區域進行修正以調節所述環境亮度。
[0014]在本發明的實施例中，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，還包括:在所述環境亮度快變狀態下，當所述亮度變化量在預設時間內達到預設值，則停止對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，直至所述亮度變化量低於所述預設值時，重新進行控制。
[0015]本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]本發明的上述和附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0017]圖1為根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法的流程圖；
[0018]圖2為根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法的原理框圖；
[0019]圖3為根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法的狀態及轉移條件示意圖；
[0020]圖4為根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法的暗適應過程中視覺閾值隨時間變化的曲線圖；
[0021]圖5為根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法的亮適應過程中視覺閾值隨時間變化的曲線圖；
[0022]圖6為根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法的駕駛員視覺參數和視覺閾值關係示意圖；以及
[0023]圖7為根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法的實現的效果示意圖。
【具體實施方式】[0024]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0025]在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0026]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0027]以下結合附圖詳細描述根據本發明實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法。
[0028]圖1為根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法的流程圖。
[0029]如圖1所示，根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，包括以下步驟:
[0030]步驟S101，採集駕駛員的視覺有效區域的亮度信息序列。
[0031]步驟S102，根據預設視覺特性曲線參數得到第N次採集時間與第N-1次採集時間之間的時間段內駕駛員所能承受的亮度變化上限值。其中，N為大於等於I的整數。預設特性曲線參數例如為預先得到的駕駛員視覺特性曲線參數。
[0032]步驟S103，根據第N次採集的亮度信息與第N-1次採集的亮度信息得到該時間段內的亮度變化量。具體而言，該時間段內的亮度變化量即第N次採集的量度信息與第N-1次米集的売度?目息之差。
[0033]步驟S104，比較上述步驟S103中的亮度變化量和步驟S102中得到的亮度變化上限值。
[0034]進一步地，比較第N次採集的亮度信息與第N-1次採集的亮度信息。
[0035]步驟S105，根據比較結果對車燈的亮度和照射區域進行控制。具體而言，如果亮度變化量大於亮度變化上限值，則判定此時處於環境亮度快變狀態；如果亮度變化量大於亮度變化上限值的一半且小於亮度變化上限值，則判定此時處於環境漸變狀態；如果亮度變化量小於亮度變化上限值的一半，則判定此時處於環境亮度穩定狀態。
[0036]進一步地，在上述步驟S105中，進一步比較第N次採集的亮度信息與第N-1次採集的亮度信息。具體地，如果在環境亮度快變狀態下，且第N次採集的亮度信息大於第N-1次採集的亮度信息，說明此時汽車的車燈亮度逐漸增強，則控制車燈的亮度變暗和控制車燈的照射區域向右下方偏移，以降低駕駛員的視覺有效區域內的燈光亮度，從而進行良好的視覺適應，提高了駕駛的安全性；如果在環境亮度快變狀態下，且第N次採集的亮度信息小於第N-1次採集的亮度信息，說明此時汽車的車燈亮度逐漸降低，則控制車燈的亮度變亮和控制車燈的照射區域向正前方偏移，以增強駕駛員的視覺有效區域內的燈光亮度，從而進行良好的視覺適應，提高了駕駛的安全性。另外，如果在環境亮度漸變狀態下，則保持車燈的亮度和照射區域不變，防止因為對環境亮度的修正以及環境亮度在後續實時的變化而導致亮度疊加超過駕駛員可以承受的環境亮度上限值。如果在環境亮度穩定狀態下，則保持車燈的亮度和照射區域不變。
[0037]進一步地，當處於環境狀態快變狀態下，且當亮度變化量在預設時間內達到預設值時，則停止對車燈的亮度和照射區域進行控制，直至亮度變化量低於預設值後，重新進行控制。其中，預設時間和預設值均為根據具體情景所預設的特定值。作為一個具體示例，換言之，即在快變狀態下，當環境亮度在短時間內有較極端的變化時，可能會超出系統控制的範圍(比如車燈亮度已經達到最亮或最暗，但系統可能還要求繼續調節)，此時系統將返回系統鎖死信號，並從存儲器中重新讀入前一時刻的環境平均亮度(記為鎖死亮度)保存在本地，並持續與環境平均亮度進行對比，直到當前環境平均亮度回到鎖死亮度以內時，系統擺脫鎖死狀態，回到正常工作狀態。 [0038]作為具體的示例，根據本發明實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，其實現過程中所涉及到的控制系統的原理框圖如圖2所示，其中，各個模塊具體功能如下:
[0039]該控制系統從圖像傳感器或者亮度傳感器獲得外部輸入數據，其中對於使用圖像傳感器的情況需要在後續計算環境平均亮度。從圖像傳感器或亮度傳感器獲得的數據將傳入後續的亮度調節計算單元，同時，輸入亮度調節計算單元的數據還有駕駛員視覺特性曲線參數，假設來自圖像傳感器的圖像為每秒25幀(或亮度傳感器每秒傳遞25個環境亮度信息)，那麼相鄰平均亮度信息間的空隙為0.04秒，在亮度調節計算單元中利用駕駛員視覺特性曲線參數可以計算得到駕駛員在0.04秒的時間段內保持相對視覺閾值穩定可以承受的最大亮度變化(記為A，A即為亮度變化上限值，需要注意的一點是，在不同的環境平均亮度的情況下A值不同，具體參數通過駕駛員視覺實驗測定)，將環境亮度在之前0.04秒內的變化(記為Bn_1; Bn^1即為亮度變化量)和該值進行比較，輸出亮度值信息(記為(V1)到後續的車燈亮度或方向控制信號輸出單元。
[0040]進一步地，如果環境亮度的變化值已經超過駕駛員該段時間保持視覺閾值穩定所能承受的最大亮度變化(即BN_i>A)，說明目前處於環境亮度快速變化階段(即環境亮度快變狀態)，則將環境亮度的變化值(或是環境亮度的變化值與可承受的最大亮度變化值的差值)傳遞到後續的車燈亮度或方向控制信號輸出單元。
[0041]同時，亮度調節計算單元還會監測當前環境亮度與駕駛員視覺閾值及分辨能力較佳時所需的環境亮度(如I(T1Td)的差距，在0.04秒內環境亮度的變化數值在駕駛員可以承受的最大亮度變化的50%-100% (即0.5A<Bn_1<A)情況下，說明目前處於環境亮度漸變階段(即環境亮度漸變狀態)，系統將不進行環境亮度的修正以避免因為環境亮度的修正和環境亮度在接下來0.04秒的變化疊加超過駕駛員可以承受的環境亮度變化值(即Β,+CVAA)，計算單元將不輸出信號到後續的車燈亮度或方向控制信號輸出單元。
[0042]當在0.04秒內環境亮度的變化數值不超過駕駛員可以承受的最大亮度變化的50%的情況下(即Bim < 0.5A)，說明目前處於環境亮度穩定階段(即環境亮度穩定狀態)，則對車燈的亮度和照射區域進行修正以調節環境亮度。具體而言，計算單元將駕駛員0.04秒內可以承受的最大環境亮度變化和進行環境亮度修正的方向信息(可以通過正、負值進行區分)傳遞到後續的車燈亮度或方向控制信號輸出單元，使得駕駛員在接下來的0.04秒內進行承受範圍內的視覺適應。其中，對車燈亮度和照射區域的修正所導致的環境亮度變化方向應趨向於駕駛員最佳分辨能力時的環境亮度。另外，作為一個具體示例，在進行環境亮度調節時，亮度修正時優先級為:優先通過時間和能量代價較小的方式修正亮度。例如，一般系統中改變車燈亮度較改變車燈照射區域更加節省時間和電能，因此，應該優先通過改變車燈亮度來修正環境亮度，以修正照射區域為輔。
[0043]在亮度調節計算單元得到環境平均亮度後，會將環境平均亮度信息存儲到相應的存儲單元並在下一次0.04秒後輸入圖像時計算相鄰兩次輸入得到的亮度差(即Bh)。
[0044]在車燈亮度或方向控制信號輸出單元，存儲有車燈參數，包括車燈亮度不同檔位和車燈改變方向後對於駕駛員視覺有效區域內亮度的調節能力。當接收到來自計算單元的亮度信號後，將根據所需的亮度調整輸出車燈亮度和方向控制信號，車燈將完成相應的控制。
[0045]另外，當環境亮度在短時間內有較極端的變化(換言之，即環境亮度在預設時間內達到預設值)時(此時系統必然處於環境亮度快變階段)，可能會超出系統控制的範圍(比如車燈亮度已經達到最亮或最暗，但亮度調節計算單元輸出信號仍要求繼續調節)，此時車燈亮度或方向控制信號輸出單元將向亮度調節計算單元返回系統鎖死信號，則亮度調節計算單元將從存儲單元重新讀入前一時刻的環境平均亮度(記為鎖死亮度)保存在本地，並持續與圖像傳感器或亮度傳感器得到的環境平均亮度進行對比，直到當前環境平均亮度回到鎖死亮度以內時，系統擺脫鎖死狀態，回到正常工作狀態。
[0046]上述過程中各個狀態及其之間的轉移條件如圖3所示，即所涉及的系統在環境亮度快變、環境亮度漸變和環境亮度穩定三個狀態之間進行轉換。其中，當亮度變化量Bim大於亮度變化上限值A時，進入環境亮度快變階段；當亮度變化量Bim大於亮度變化上限值A的一半且小於亮度變化上限值A時，進入環境亮度漸變狀態；當亮度變化量Bim小於亮度變化上限值A的一半時，進入環境亮度穩定階段。另外，在環境亮度快變階段時，當控制達到極限，即超出亮度控制範圍，則系統進入鎖死狀態，且在環境亮度回到鎖死亮度內時，脫離鎖死狀態，重新進入環境亮度快變狀態。
[0047]圖7為根據本發明一個實施例的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法的實現的效果示意圖。
[0048]如圖7所示，首先在亮度控制方面:在車輛A、B會車時，A車從亮度傳感器或照相機檢測到環境亮度增強，為了減小B車駕駛員因為明適應導致的分辨能力下降，A車通過減弱車燈亮度，一方面降低A車車燈照明在A車駕駛員視覺有效區域的照明效果，幫助A車駕駛員在環境亮度快速升高時視覺適應，另一方面降低A車車輛照明導致B車駕駛員的視覺有效區域平均亮度的增加，幫助B車駕駛員視覺適應。會車之後，環境光亮度會大幅減小，為了減小暗適應導致的分辨能力下降，A車通過增強車燈亮度，提高A車駕駛員視覺有效區域平均亮度，輔助A車駕駛員視覺適應，對應B車車燈的控制原理相同。
[0049]在方向控制方面:在車輛A、B會車時，A車從亮度傳感器或照相機檢測到環境亮度增強，為了減小B車駕駛員因為明適應導致的分辨能力下降，通過調整A車車燈方向，使得亮度集中的照射方向偏離B車駕駛員視覺有效區域中心，幫助B車駕駛員在環境亮度快速升高時進行視覺適應。會車之後，環境光亮度會大幅減小，為了路面照明安全，A車將車燈調整回初始狀態，對應B車系統工作原理相同。
[0050]例如，在我國車輛交通法規中規定車輛靠右行駛，可以在會車時檢測到環境亮度增加後，通過將車燈向右下方調整照明方向來避免本方車燈直射對方駕駛員視覺有效區域中央而導致的長時間視覺適應，並且在會車結束後檢測到環境亮度回到正常值，將車燈調整回正常照射方向以保證安全駕駛。
[0051]另一方面，人類視覺系統可以工作在一個大範圍的照明水平比(坎德拉/平方米)中，超過(candelas/m2)，車輛獨立行駛(即駕駛員有效視覺區域內無其它車輛照明)的情況下，駕駛員在夜間行車時視覺系統工作於中間視覺和暗視覺範圍內。
[0052]如下表1所示，為可見光強度及視覺類型:
[0053]
【權利要求】
1.一種基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，其特徵在於，包括以下步驟: 採集駕駛員的視覺有效區域的亮度信息序列； 根據預設視覺特性曲線參數得到第N次採集時間與第N-1次採集時間之間的時間段內駕駛員所能承受的亮度變化上限值； 根據第N次採集的亮度信息與第N-1次採集的亮度信息得到所述時間段內的亮度變化量; 比較所述亮度變化量和所述亮度變化上限值；以及 根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制。
2.如權利要求1所述的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，其特徵在於，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，進一步包括: 如果所述亮度變化量大於所述亮度變化上限值，則判定為環境亮度快變狀態； 如果所述亮度變化量大於所述亮度變化上限值的一半且小於所述亮度變化上限值，則判定為環境亮度漸變狀態；以及 如果所述亮度變化量小於所述亮度變化上限值的一半，則判定為環境亮度穩定狀態。
3.如權利要求1所述的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，其特徵在於，還包括: 比較所述第N次採集的亮度信息與第N-1次採集的亮度信息。
4.如權利要求1-3任一項所述的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，其特徵在於，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，進一步包括: 在所述環境亮度快變狀態下，如果所述第N次採集的亮度信息大於第N-1次採集的亮度信息，則控制所述車燈的亮度變暗和控制所述照射區域向右下方偏移； 在所述環境亮度快變狀態下，如果所述第N次採集的亮度信息小於等於第N-1次採集的亮度信息，則控制所述車燈的亮度變亮和控制所述照射區域向正前方偏移。
5.如權利要求1-3任一項所述的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，其特徵在於，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，還包括: 在所述環境亮度漸變狀態下，保持所述車燈的亮度和照射區域不變。
6.如權利要求1-3任一項所述的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，其特徵在於，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，還包括: 在所述環境亮度穩定狀態下，對所述車燈的亮度和照射區域進行修正以調節所述環境亮度。
7.如權利要求1-2任一項所述的基於駕駛員視覺亮度適應機制的車燈控制方法，其特徵在於，所述根據比較結果對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，還包括: 在所述環境亮度快變狀態下，當所述亮度變化量在預設時間內達到預設值，則停止對所述車燈的亮度和照射區域進行控制，直至所述亮度變化量低於所述預設值後，重新進行控制。
【文檔編號】H05B37/02GK103648210SQ201310612998
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】楊敏達, 喬飛, 楊華中 申請人:清華大學