一种基于光强或照度分布数据拟合的像素式车灯模组镜头标定方法与流程

本发明涉及汽车照明、像素式车灯模组、光学系统标定和配光设计，尤其涉及一种基于光强或照度分布数据拟合的像素式车灯模组镜头标定方法。

背景技术：

1、随着自适应远光、道路投影、交互式信号显示等功能的发展，越来越多汽车前照灯或信号灯采用像素式发光器件与投影镜头组合的车灯模组。此类模组的发光面可按像素或小块区域独立控制，后端通过投影镜头形成远场光强或照度分布。为了实现精确配光，设计人员需要知道镜头的有效焦距、水平/垂直视场角、主点位置、径向畸变，以及像素坐标到空间角度或接收面坐标之间的映射关系。

2、传统成像镜头行业通常使用成像测量台、mtf 测试仪、标定板相机系统或专用畸变测试设备来测量上述参数。然而，车灯制造企业的常规检测资源主要是分布式光度计、近场/远场光度计、配光屏幕和 ies/光强数据处理软件。多数车灯厂并不具备完整的成像镜头检测设备，也不便在量产或设计迭代阶段额外引入复杂成像测试流程。

3、现有方式至少存在以下问题：

4、第一，仅依据镜头名义视场角或结构设计值进行配光设计时，实际镜头装配误差、有效焦距偏差和畸变会导致理论像素位置与实测远场光斑位置不一致。

5、第二，专用成像检测设备成本高、夹具复杂、测试流程较重，不适合车灯厂已有检测体系下的快速设计迭代。

6、第三，分布式光度计虽然能输出 ies 或光强角度数据，但传统用法主要用于验证配光结果，缺少从光度数据反向拟合镜头几何模型的完整流程。

7、第四，像素式模组存在点阵、条纹、区域图案等多种发光方式；若缺乏可重复的标定图案和拟合算法，难以将光度扫描结果转化为可用于设计和补偿的镜头参数。

技术实现思路

1、如何充分利用车灯行业现有的光度测量设备，通过一种统一的数据拟合框架，实现对像素式车灯模组镜头参数的自动、高精度标定，同时简化标定流程，降低设备依赖。

2、一种基于光强或照度分布数据拟合的像素式车灯模组镜头标定方法，包括以下步骤：

3、在像素式光源面上点亮预设的标定点阵图案，所述标定点阵根据光源面尺寸、点阵密度和待拟合模型阶数进行配置；所述标定点阵中各标定点具有已知的像素坐标和尺寸；

4、获取光强角度分布数据或照度分布数据，所述光强角度分布数据由分布式光度计扫描所述点阵图案获得，所述照度分布数据由投影屏或标定平面配合相机直接采集；

5、解析所述光强角度分布或照度分布数据，提取水平剖面峰值，获得初始水平视场角和焦距初值；

6、将所述光强角度分布数据按设定距离转换为接收面照度分布，或直接采用所述照度分布数据，在接收面上检测各标定点的实测光斑中心；

7、建立包含焦距、径向畸变系数的几何模型，基于角度域残差作为目标函数，通过迭代拟合所述实测光斑中心与理论投影点之间的残差，反求镜头参数。

8、进一步，所述将光强角度分布数据转换为接收面照度分布的步骤中，采用以下转换公式：

9、x = d·tan(θx)，y = d·tan(θy)，

10、其中d为设定距离，θx和θy分别为水平和垂直方向的角度，x和y为接收面上相应点的坐标。

11、进一步，所述检测实测光斑中心的步骤包括：

12、计算各标定点在接收面上的理论投影点；

13、以所述理论投影点为中心生成搜索窗口；

14、在每个搜索窗口中筛选局部亮区，采用峰值核心加权中心算法计算实测光斑中心。

15、进一步，所述建立几何模型的步骤中，首先将像素坐标(u, v)转换为光源面毫米坐标(x, y)：

16、x = (u - u0)·p，

17、y = (v0 - v)·p，

18、其中u，v为光源面像素坐标，（u0，v0）为光学中心像素坐标，p为像素间距。

19、进一步，所述几何模型通过以下公式将毫米坐标映射为出射角：

20、r² = x² + y²，

21、s(r) = 1 + σ(k_i · r^(2i))，i=1,…,n，其中n≥1，k_i为径向畸变系数，且所述径向畸变系数至少为一个，

22、θx = atan((x / f)·s(r)) + δθx，

23、θy = atan((y / f)·s(r)) + δθy，

24、其中f为焦距，δθx和δθy为角度偏移。

25、进一步，所述拟合的反求参数包括：模型焦距f、至少一个径向畸变系数、水平角度偏移δθx、垂直角度偏移δθy。

26、进一步，所述方法包括迭代收敛判断步骤：若参数变化量或残差未达到预设收敛阈值，则更新拟合初值并重新进行模型拟合，直至收敛后输出标定结果。

27、进一步，所述方法包括将标定结果应用于地面投影补偿的步骤：输入地面目标图，基于标定结果的焦距和畸变参数，计算并输出可导入光源面的发光图案。

28、进一步，所述地面投影补偿步骤中还包括根据安装高度和车辆下压角，对发光图案进行透视变换、距离平方反比补偿和入射角余弦补偿。

29、进一步，所述方法包括将标定结果应用于水平平面模式配光的步骤：输入固定距离垂直接收平面上的目标照度图，基于标定得到的视场角和焦距映射关系进行反投影计算，输出水平模式光源面图案。

30、进一步，所述方法包括将标定结果应用于仿真验证的步骤：输入光源面目标图案，基于标定得到的焦距和畸变参数计算理论投影点位置和覆盖范围，输出用于评估配光效果的仿真数据。

31、本发明的有益效果为：

32、1、本发明同时支持分布式光度计获取的光强角度分布数据（ies文件）和投影屏配合相机采集的照度分布数据两种数据源。车灯厂无需额外购置专用成像镜头标定设备，可直接利用产线或实验室已有的分布式光度计完成镜头几何标定，大幅降低设备投入和标定流程复杂度。

33、2、本发明的标定过程直接在完成装配后的车灯模组上进行，标定结果包含镜头光学参数、光源贴装位置偏差、装调公差及系统误差的综合效应。相比于单独标定镜头再迁配光源的方案，本发明获得的几何映射关系更贴合实际工作状态，配光修正的精度更高。

34、3、本发明通过一次拟合即可获得七项完整参数：模型焦距f、至少一个径向畸变系数、水平角度偏移δθx和垂直角度偏移δθy，配合视场角fov和主点坐标。这些参数可直接用于地面投影补偿、法规配光反算、光源面图案畸变校正和仿真验证，无需重复标定或数据转换。

35、4、本发明采用两级约束策略：首先利用光强或照度分布的水平剖面峰值稳定估计初始水平视场角和焦距初值，为后续非线性优化提供可靠起点；随后在接收面照度分布上检测多个标定点的实测光斑中心，提供多点空间约束。配合奇次径向畸变模型进行拟合，所得畸变参数具有明确的物理意义，可直接用于镜头的像差分析和配光修正。

36、5、本发明将拟合目标函数定义在角度域，即直接最小化实测光斑中心与理论投影点的出射角偏差。车灯配光设计通常以远场（25米及以上）角度分布为最终评价依据，角度域评价避免了因投影距离变化导致的残差解释困难，使标定结果的精度更直接地反映在实际配光效果中，契合车灯远场应用场景。

37、6、本发明标定得到的完整参数可直接应用于多种像素式车灯功能开发场景：支持地面投影补偿模式、水平接收平面投影模式和光源面图案预校正模式，为自适应远光、地面警示投影、配光法规优化等功能提供基础几何映射。基于标定结果，工程师可以快速完成从目标配光到光源面图案的逆向映射，并借助仿真验证功能评估设计效果，从而显著缩短像素式车灯的设计迭代周期。