一种MicroLED像素车灯多分区控制方法、系统及车辆与流程

本发明涉及车辆照明控制，具体涉及一种microled像素车灯多分区控制方法、系统及车辆。

背景技术：

1、像素化车灯能够通过对阵列像素独立调光，在同一出光模组上实现自适应远光或近光照明、对向车辆防眩、行人补光以及路面图形投影等功能。随着像素数量增加，照明功能与投影功能需要共享有限的像素、驱动功率和计算资源，其分区边界还会随车辆速度、道路类型和前方交通参与者变化。

2、现有控制方式通常基于预设区域或固定比例将像素分配给照明和投影。当道路风险或第三方眩光状态发生变化时，固定分区难以同时满足基础照明安全、投影图形完整度和防眩需求；若直接在相邻帧之间切换像素归属，还容易在分界位置产生亮度跳变、边界抖动或可感知频闪。

3、此外，microled阵列及其前端光学系统存在像素间漏光、镜头渐晕和像素发光不一致。led结温改变会引起出射光场发散特性变化，雨雾介质又会加剧传播过程中的散射。当采用固定过渡带和固定串扰补偿系数时，常温晴天的标定结果难以覆盖高温、低温、雨雾等工况，可能造成边界弥散、路面光晕或投影画面发灰。

4、解决以上问题成为当务之急。

技术实现思路

1、为解决以上的技术问题，本发明提供了一种microled像素车灯多分区控制方法、系统及车辆。

2、其技术方案如下：

3、本技术的第一方面涉及一种microled像素车灯多分区控制方法，括以下步骤：

4、上电初始化静态标定参数，所述静态标定参数至少包括像素-远场角度映射表、基础光学耦合矩阵、基础过渡带宽度、gamma校正曲线和pwm映射表；

5、周期性获取microled阵列的led结温和车辆外部环境的能见度等级vis，根据所述led结温确定温度修正系数，根据所述能见度等级vis确定雾散射修正系数，并基于所述基础光学耦合矩阵、基础过渡带宽度、温度修正系数和雾散射修正系数确定实时过渡带宽度和实时光学耦合矩阵；其中，对所述实时过渡带宽度和实时光学耦合矩阵分别实施限幅处理；

6、获取车速以及车辆前方的目标集合和道路信息，确定所述目标集合中各目标单元对应的目标碰撞风险系数和第三方眩光系数，根据最大目标碰撞风险系数、车速特征函数、道路类型特征量和最大第三方眩光系数计算综合风险值，其中，所述第三方眩光系数以负向调节项参与所述综合风险值的计算；

7、将所述综合风险值映射为照明权重和投影权重，并在照明权重下限约束、投影最小像素面积约束和microled阵列硬件约束下，生成多条用于划分照明功能区和投影交互区的候选分界线，从满足所述硬件约束的候选分界线中选取对应于当前综合风险值的原始分界线，并对所述原始分界线进行边界平滑滤波处理得到分界线；

8、根据所述分界线和实时过渡带宽度，将microled阵列划分为相互不重叠的照明功能区、投影交互区和过渡像素带；

9、按照基础adb照明、辅助照明、安全投影和舒适投影的优先级依次分配像素，在综合风险值超过第一风险阈值时，全部回收舒适投影像素，并收缩投影交互区的边界，在综合风险值超过第二风险阈值时，回收安全投影的冗余像素，并保留投影最小像素面积，在检测到极高风险近距离会车目标或行人目标时，清空投影交互区并将其像素划入照明功能区；

10、分别生成照明子分区掩码和投影子分区掩码；

11、针对各microled像素，先逐像素计算该microled像素相对于所述分界线的距离，并根据所述实时过渡带宽度构造随距离连续变化的过渡混合权重，根据所述过渡混合权重对所述照明子分区掩码和投影子分区掩码进行融合，得到基础目标亮度，再根据所述实时光学耦合矩阵和该microled像素的邻域像素集合，计算邻域像素对该microled像素的光渗漏分量，并从所述基础目标亮度中扣除所述光渗漏分量后进行驱动范围限幅，得到像素归一化输出亮度；

12、先根据所述gamma校正曲线对所述像素归一化输出亮度进行亮度校正，再根据pwm映射表进行位宽映射，生成用于驱动所述microled阵列输出驱动光场的pwm驱动帧。

13、采用以上一种microled像素车灯多分区控制方法，基于led结温和环境能见度确定温度修正系数及雾散射修正系数；利用同一修正系数乘积，同时修正基础过渡带宽度和基础光学耦合矩阵；在保持像素邻接耦合拓扑、耦合核形状及耦合半径不变的情况下，形成固定空间结构、动态幅值缩放的实时光学耦合模型；基于分界线距离和实时过渡带宽度连续融合照明掩码与投影掩码；再使用所述实时光学耦合矩阵计算邻域光渗漏并实施前馈抵消，最后生成pwm驱动帧。因此，本方法通过以同一温度修正系数和雾散射修正系数同步更新实时过渡带宽度和实时光学耦合矩阵，并将风险驱动的分区、距离场连续融合和邻域光渗漏前馈抵消串联成完整控制链，使照明与投影能够在动态道路工况下共享像素，同时减小边界跳变、串扰弥散和画面发灰，从而实现利用整车车速、道路及目标感知信息直接控制像素车灯，在城市道路、会车、行人横穿、雨雾和故障工况下输出与当前状态相匹配的复合光场。

14、在一些实施方式中，所述实时光学耦合矩阵按照下式确定：

15、；

16、其中，基础光学耦合矩阵的取值范围为[0,0.15]，温度修正系数的取值范围为[0.8,1.6]，雾散射修正系数的取值范围为[1.0,1.8]，实时光学耦合矩阵的单个耦合权重被限幅至[0,0.24]；

17、所述实时过渡带宽度按照下式确定：

18、；

19、其中，基础过渡带宽度的取值范围为[3,8]，实时过渡带宽度wreal被限幅至[2,12]个像素。

20、采用以上设计，采用标量乘积对基础光学耦合权重和基础过渡带宽度进行修正，并分别钳位到有效区间，在保持耦合位置及耦合半径不变的前提下减少动态卷积核重构的计算量，同时避免极端温雾组合导致过度补偿或过宽过渡带。

21、在一些实施方式中，所述目标集合包括目标水平角度、目标垂直角度、目标物理距离和目标状态；

22、针对数据关联后的每一目标建立独立卡尔曼滤波实例，采用状态向量的恒定角速度模型以及观测向量的角度直接观测模型，根据本车车速、目标物理距离和目标状态求解无量纲增益，得到实时自适应过程噪声矩阵：

23、；

24、其中，为基准过程噪声矩阵；

25、利用led结温、环境光照、能见度等级 vis、目标物理距离目标状态结构体求解无量纲增益，得到实时自适应观测噪声矩阵：

26、；

27、其中，为基准观测噪声矩阵；

28、将实时自适应过程噪声矩阵和实时自适应观测噪声矩阵代入卡尔曼滤波迭代运算，获取当前帧最优目标运动状态，再借助状态转移矩阵向外推演，并预测目标未来1至2帧的预测水平角度和预测垂直角度，以确定与目标对应的防眩保护像素集合和原始分界线。

29、采用以上设计，针对每一目标建立独立的恒定角速度卡尔曼滤波实例，并根据车辆运动、目标距离和环境状态自适应调整过程噪声和观测噪声，可在感知抖动或短时遮挡时获得较稳定的未来角度预测，提前形成防眩保护像素集合。

30、在一些实施方式中，所述照明子分区掩码由adb防眩基础掩码与侧向水平亮度衰减函数复合得到：

31、；

32、依据卡尔曼预测得到的预测水平角度和预测垂直角度，将位于目标防眩保护像素集合内的像素在所述adb防眩基础掩码中被置为0，其余置1；

33、所述侧向水平亮度衰减函数采用水平方向分段线性衰减，使远离光场中心的侧向像素的最大允许输出亮度逐步降低：

34、；

35、其中，为像素的水平像素坐标，为光场中心的水平像素坐标，为主照明平坦区半宽，为侧向衰减终止边界；

36、所述投影子分区掩码通过上层交互图形原始灰度图输入光学均匀校正查找表得到。

37、采用以上设计，将adb硬遮挡掩码与侧向水平亮度软衰减复合，可在目标保护区关闭强光，并在无目标遮挡区域限制大角度侧向杂散光；对投影灰度应用均匀校正查找表，可补偿像素差异和渐晕，提高投影灰度一致性。

38、在一些实施方式中，所述综合风险值按照下式确定：

39、；

40、其中，均为预先标定的风险权重系数，取值区间均为[0.1,1.0]；

41、所述综合风险值映射为满足的照明权重和投影权重，并使所述照明权重满足：

42、；

43、其中，为基础照明权重，其为照明权重的下限。

44、采用以上设计，将碰撞风险、车速和道路类型作为照明资源的正向调节量，将第三方眩光作为负向调节量，并设置照明权重下限和上限，使综合风险值作为像素调度指标而非物理概率，在安全照明和抑制眩光之间形成明确的控制方向。

45、在一些实施方式中，所述分界线的确定包括以下步骤：

46、针对多个候选分区方案分别计算照明安全分、投影完整度分和第三方眩光损失分，以作为最大化综合收益、以作为最小化眩目损失，筛除不满足预设microled驱动约束和投影最小面积约束的候选分区方案，从帕累托最优解集中依据所述综合风险值选择原始分界线；

47、按照下式对所述原始分界线进行边界平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的分界线：

48、；

49、其中，为边界滤波系数，表示上一帧的分界线；

50、并且，满足，从而将相邻帧之间的分界线移动量限制在预设的边界单帧最大移动限值以内。

51、采用以上设计，通过硬件约束筛选、帕累托非支配解选择、帧间低通滤波和单帧最大移动限值，使选出的分界线兼顾照明安全、投影完整度及眩光损失，并降低边界随感知噪声快速跳动的可能。

52、在一些实施方式中，所述分界线至投影交互区一侧的实时过渡带宽度范围内，所述过渡混合权重满足：

53、；

54、表示当前像素完全采用照明子分区掩码输出，表示当前像素完全采用投影子分区掩码输出，在[0,1]区间内权重连续单调变化，用于实现光滑过渡；

55、通过过渡混合权重融合照明子分区掩码和投影子分区掩码，计算出未考虑像素光学串扰的基础目标亮度：

56、；

57、其中，为全局亮度均衡增益系数；

58、所述像素归一化输出亮度的计算式为：

59、；

60、其中，为实时自适应光学耦合系数，其用于表示邻域像素对当前像素的光渗漏强度权重；为下限截断，其用于保证像素输出亮度物理可实现，避免强串扰工况下出现负亮度数值。

61、采用以上设计，采用升余弦距离权重在过渡像素带内连续融合照明掩码与投影掩码，再按实时耦合权重扣除邻域漏光并实施上下限截断，可获得连续、非负且可由驱动电路实现的像素亮度。

62、在一些实施方式中，还包括并行执行故障状态检测，包括：

63、在发生感知短时丢帧的一级故障时，冻结上一帧像素归一化输出亮度和上一帧分界线；

64、在摄像头或雷达永久失效的二级故障时，清空投影交互区，并仅保留照明子分区掩码的计算；

65、在发生算法溢出或microled硬件故障的三级故障时，停止执行microled像素车灯多分区控制方法，并输出预存的固定近光基础光型或固定远光基础光型。

66、采用以上设计，通过三级故障策略分别处理短时丢帧、关键传感器持续失效以及算法或硬件严重故障，使系统从冻结上一有效输出、仅保留安全照明逐级降级到固定基础光型，避免故障状态下继续执行不可靠的复杂投影和补偿。

67、本技术的第二方面涉及一种microled像素车灯多分区控制系统，包括：

68、可独立调光的microled阵列；

69、温度传感器，其用于采集microled阵列的led结温；

70、环境感知模块，其用于采集生成能见度等级vis的信息；

71、目标感知模块，其用于采集生成目标集合的信息；

72、车辆信息接口，其用于采集车速和道路信息；

73、存储器，其至少存储有像素-远场角度映射表、基础光学耦合矩阵、基础过渡带宽度、gamma校正曲线、pwm映射表和和计算机程序；

74、处理器，其执行所述计算机程序时，实现上述的microled像素车灯多分区控制方法，并向所述microled阵列输出pwm驱动帧。

75、采用以上microled像素车灯多分区控制系统，具体上述microled像素车灯多分区控制方法的全部优点。

76、本技术的第三方面涉及一种车辆，其特征在于，包括上述的microled像素车灯多分区控制系统。

77、采用以上车辆，具体上述microled像素车灯多分区控制方法的全部优点。