技術文章?簡述矩陣式汽車前照燈的技術應用
作者 丨翁梓馨
編輯 丨Mark
引言
近年來，市場上出現了矩陣式動態智能全LED前照燈。配合攝像頭、激光測距儀、亮度感測器、車載GPS，智能照明控制可以實現每個LED燈的點亮、熄滅或是亮度調整。矩陣式車燈可在夜間及惡劣天氣條件下提供理想的行車視野。光照的智能化分布可確保路面整體都籠罩在高精度、最大化的光輸出下，同時又不會讓迎面駛來的駕駛者目眩，有助提升汽車主動安全性。
矩陣車燈技術應用
矩陣車燈相較於傳統的汽車前照燈，最突出的特點是它的靈活性高。每一個LED燈都可以獨立控制，多個LED燈規則排布則形成了完整的汽車前照燈。正因為前照燈是由多個LED組合而成，因此可以單獨的開啟或關閉其中一些LED燈，在需要的區域進行照明或者減少干擾性的照明。
1、防對向車輛眩光
實現智能的汽車照明，首先需要對汽車所處的道路交通環境進行探測和判斷，才能合理控制車燈。汽車控制系統通過車載攝像頭採集汽車前方的視頻數據信息，然後將信息傳輸給車輛檢測模塊。汽車檢測模塊對待檢測圖像採用數字圖像處理演算法和機器視覺演算法來檢測車輛，最後從圖像中獲取車輛的精確位置信息。
跟蹤模塊則依據檢測模塊所檢測到的車輛信息得到需要進行跟蹤的車輛，並初始化需要跟蹤車輛的信息，然後車輛檢測系統通過對車輛的運動軌跡進行相應的運算和估計，最終實現對目標車輛的跟蹤。跟蹤主要是使用目標在連續視頻圖像中的信息預測下一時刻目標可能出現的位置，採用跟蹤演算法可以避免全局搜索，是實現實時、準確的檢測前方車輛的關鍵。
因此汽車控制系統可以依據需求實時的對前方車輛進行檢測、識別和跟蹤，並通過相應的光束調節，進而能夠實現防眩光功能。遇到前方同方向行駛車輛時，可繞開前車輪廓，同時完全照亮前車左側和右側區域。因此夜間行車時可一直開啟遠光燈，大幅提升行車安全性。LED根據前雷達和立體攝像機的數據進行點亮、熄滅或者是調整亮度動作，實現自動調整照射範圍，保證自己視線的同時，避免造成對方車輛的眩光。
圖源文獻3 有對向來車時的遠光燈
圖源文獻3 有前行車輛時的遠光燈
2、路口轉彎照明
汽車控制系統可以根據圖像感測器系統採集的信息和當前車身的狀態，控制矩陣式 LED 使光束角度與駕駛員期望的方向一致。在汽車轉向前，控制系統會依據汽車轉向的不同角度，按順序打開或關閉單個的LED ，汽車轉向的角度越大，LED 打開的位置就越靠近汽車外側，汽車通過彎道以後，偏向汽車內側的 LED 燈會被重新打開。
從而解決了行駛過程中車燈抖動、車燈轉角調節精度不高和轉角容易出現超調等問題。轉彎燈的作用是使得轉彎過程更安全。這是通過讓車輛前部周圍區域在轉彎時得到更好的照明來實現的。
最重要的是讓駕駛員能更好地看清車輛前部的側面情況並快速識別出危險源。而在十字路口處，車燈除了接通正常的近光燈外，還接通了兩側的轉彎燈。這樣的話，就使得車輛前部的側面獲得了良好的照明，從而可以更好地識別危險源了。
圖源文獻3 右置轉向盤的車輛行駛在靠左側行駛的國家時車燈的狀態
圖源文獻3 車輛在路口時車燈的狀態
圖源文獻3 車輛在十字路口前時車燈的狀態
3、彎道照明
彎道燈可以將彎道外側的遠光燈LED亮度調低，使得前照遠光燈最亮點從光束的中間移至所需要的那一側，減少車燈的能耗。在彎道和交叉路口這些特定道路上的照明可以通過車載GPS及道路信息確定好所經過的道路條件，進行預先設置。
圖源文獻4 車輛以彎道燈進行照明
4、道路信息顯示
通過感測器和軟體，實現對微型透鏡的智能化控制，則可以將燈光做進一步的細緻劃分，將車燈優化為像素點，通過對車燈光型精細的控制，在道路上進行投影。這項技術可以直接在道路前方顯示出導航信息，方便夜間駕駛，同時還可以顯示速度、行人信息等。通過微型透鏡形成的圖像信息也不會對其他駕駛人員造成干擾。
對路面投影，顯示道路信息
發展趨勢
矩陣車燈的發展一方面是完善車燈控制系統，對汽車所處環境進行及時正確的解讀，並制定相應的車燈控制策略，另一方面則是對燈具本身的優化。
1、矩陣式激光前照燈
激光前照燈是採用激光二極體作為光源的汽車燈。激光前照燈具有響應速度快、發光效率高、亮度衰減低、體積小和能耗低等優點; 和 LED 燈相比，在體積方面具有明顯的優勢。由於激光的光束比較集中，所以能夠照射的距離就非常遠; 但是也存在光束的發散性較差和光束照射的範圍較窄等不足之處，所以不適合用作汽車的近光燈。
矩陣式激光前照燈的光源是激光二極體發射出的藍色光束，其波長為 450nm；為了得到白光就需要在反射鏡的前端安裝含有磷塗層的濾鏡，藍色光束通過含有磷塗層的濾鏡後就會變為白色，色溫為接近日光的 5 500 K，然後白色光束還需要穿過一塊透鏡完成最後的優化。
2、矩陣式OLED燈
OLED 燈與 LED燈相比其具有自發光、寬視角、高對比度、低功耗、響應速度快等許多優點; 另外還擁有更為豐富的色彩和更高的可塑性，能夠直接與車燈外殼結合，從視覺上來看，變得更具有立體感。
結語
汽車照明智能控制技術是光源技術、電氣技術、微電子技術、檢測技術、微機技術、自控技術、感測技術和通信技術的緊密結合和相互滲透的結晶。矩陣車燈技術的發展，將為汽車駕駛帶來更高的安全性和可靠性，更加方便人們的出行。
參考文獻
文章來自林燕丹教授課題組
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