基于雷达视觉融合的车灯驱动控制系统的制作方法

本发明涉及汽车智能照明控制，尤其是涉及基于雷达视觉融合的车灯驱动控制系统。

背景技术：

1、自适应远光灯系统通过车载传感器识别前方道路上的交通参与者，控制大灯光源局部熄灭或变暗，以在维持远光照明视距的同时避免造成眩目。

2、目前的车灯自适应照明系统存在以下技术缺陷：在多传感器融合感知环节，车载雷达与视觉摄像头通常依赖软件分配的时间戳进行数据匹配。此种非硬件级同步方式无法消除传感器独立时钟造成的采样时间偏差，导致雷达极坐标数据与图像特征在空间投影时发生错位，降低了目标三维相对位置解算的准确度。同时，系统控制链路的坐标换算、逻辑处理与指令下发过程会产生固定时间延迟。

3、现有控制逻辑缺乏对目标运动状态与系统传输延迟的补偿机制，面对移动目标时，车灯执行的局部遮蔽区域会滞后于目标的真实物理位置，造成防眩目区域偏离。此外，在硬件驱动执行环节，高分辨率像素级大灯的控制数据量较大，传输链路在车载电磁环境中易产生误码。现有的车灯驱动模块多被动执行控制信号，缺乏数据完整性校验逻辑及信号断线的超时保护机制，发生通信异常时会导致发光像素点异常闪烁或大灯总成持续输出远光。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于，现有车灯自适应照明系统在多传感器融合感知时存在时空不同步的缺陷，导致目标位置解算精度低；同时，车灯控制链路中缺乏考虑信号传输延迟与目标运动状态的补偿机制，使得遮光区域与目标实际位置发生偏离，无法实现针对移动行人的高分辨率精准局部遮蔽。

2、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种基于雷达视觉融合的车灯驱动控制系统，包括多传感器融合感知模块、主控单元、像素坐标映射模块与单像素大灯驱动模块；

4、所述单像素大灯为像素级led前照灯，具有可独立寻址亮灭的发光二极管像素阵列；

5、所述多传感器融合感知模块含车载雷达和视觉摄像头，按统一硬件触发脉冲同步采集含雷达极坐标数据和图像数据的环境数据并传至所述主控单元；

6、所述主控单元对所述环境数据时空对齐并特征融合，将所述雷达极坐标数据投影至二维图像坐标系匹配，识别行人目标并解算所述目标三维相对位置坐标；

7、所述像素坐标映射模块结合大灯安装参数将所述目标三维相对位置坐标转换为大灯局部三维坐标向量，并依据大灯逆向光学投影模型及前馈速度补偿逻辑生成动态遮盖像素区域；

8、所述主控单元将所述动态遮盖像素区域离散化为矩阵控制指令；

9、所述单像素大灯驱动模块接收所述矩阵控制指令，对区域内外索引输出关断和导通信号。

10、上述方案中，车载雷达与视觉摄像头不采用各自独立的采样时序，而由统一硬件触发脉冲建立同一采样基准。主控单元在同一时间基准下将雷达极坐标数据投影到视觉摄像头对应的二维图像坐标系内，使雷达测距结果和图像行人识别结果在空间位置上完成匹配。随后，像素坐标映射模块将车辆坐标系下的行人位置转换至大灯局部坐标系，并通过大灯逆向光学投影模型得到目标在发光二极管像素阵列上的对应区域。前馈速度补偿逻辑根据目标运动状态对遮盖范围进行扩展，使遮光控制区域覆盖目标在控制延迟期间可能到达的位置。

11、优选的，所述主控单元内部设有硬件同步触发电路，所述硬件同步触发电路包括定时器电路；

12、所述定时器电路用于周期性生成所述统一硬件触发脉冲，并通过硬线连接将所述统一硬件触发脉冲发送至所述车载雷达与所述视觉摄像头的外部触发引脚，使所述视觉摄像头的图像传感器开启曝光序列生成二维图像数据，同时使所述车载雷达启动调频连续波的发射序列，确立统一的采样时间戳，从而输出附加有所述统一的采样时间戳的目标状态向量与所述二维图像数据作为所述环境数据。通过硬件触发方式建立采样时间戳，可减少软件时间戳分配造成的时间偏差，使后续投影匹配以同步数据为基础。

13、进一步的，所述主控单元对所述环境数据执行时空对齐与特征融合运算的具体过程包括：

14、所述主控单元将所述二维图像数据输入至预置的行人目标检测神经网络模型中，输出包含行人类别的二维图像边界框；

15、所述主控单元提取具有所述统一的采样时间戳的所述目标状态向量，依据所述车载雷达与车辆前轴中心作为原点的车辆坐标系之间的几何偏置关系将所述行人目标的所述雷达极坐标数据转换为雷达局部三维空间点，并结合预设的所述视觉摄像头的内参矩阵与由车载雷达坐标系转换至视觉摄像头坐标系的外参矩阵执行矩阵乘法投影，获取所述行人目标在所述二维图像坐标系下的投影点向量。该过程将雷达的距离和方位信息与视觉摄像头输出的行人类别和边界框信息进行关联，用于确定具有类别属性和距离属性的行人目标。

16、在本发明的一个优选实施例中，所述主控单元将所述雷达极坐标数据投影至所述二维图像坐标系内进行逻辑匹配时，引入距离验证逻辑用于滤除错误回波：

17、所述主控单元根据所述二维图像边界框的像素高度、所述视觉摄像头的内参矩阵及预设行人实际高度，利用透视变换原理估算出所述行人目标的参考距离值；

18、当存在多个所述投影点向量的横纵坐标值落入同一个所述二维图像边界框内时，所述主控单元判断多个所述投影点向量对应的所述目标状态向量中的雷达径向距离与所述参考距离值的绝对差值，保留所述绝对差值最小且小于预设距离差阈值的所述投影点向量作为有效匹配点，所述预设距离差阈值为预先设定的允许匹配距离误差最大值。通过距离验证逻辑，可在多个雷达回波点对应同一图像边界框时剔除不符合行人参考距离的回波点，减少地面杂波或相邻目标回波造成的误匹配。

19、优选的，所述行人目标检测神经网络模型部署于所述主控单元内部的硬件加速器中，所述行人目标检测神经网络模型的模型结构依次包含特征提取主干网络、多尺度特征融合网络及检测输出头；

20、所述行人目标检测神经网络模型是采用联合损失函数进行离线训练生成的，所述联合损失函数由用于优化类别预测的交叉熵损失函数与用于优化边界框位置的平滑l1回归损失函数相加构成。该模型用于从二维图像数据中提取行人类别和边界框位置，为雷达投影点的图像匹配提供视觉约束。

21、进一步的，所述像素坐标映射模块依据所述大灯逆向光学投影模型计算二维投影平面上的中心像素点坐标向量的过程包括：

22、读取预设的车辆大灯安装高度与照射倾角参数作为所述大灯安装参数，构建旋转矩阵与平移向量，将所述目标三维相对位置坐标转换为所述大灯局部三维坐标向量，所述大灯局部三维坐标向量将所述单像素大灯光学中心作为物理原点；

23、利用预设的大灯光学参数矩阵对所述大灯局部三维坐标向量进行投影运算，并除以所述行人目标在大灯局部坐标系下的纵向物理距离值，得到包含横向中心像素坐标与纵向中心像素坐标的所述中心像素点坐标向量。该过程将车辆坐标系下的目标位置转换到大灯光学坐标基准下，使行人空间位置能够对应至发光二极管像素阵列的行列位置。

24、在本发明的一个优选实施例中，所述像素坐标映射模块还用于解算所述动态遮盖像素区域的边界物理跨度，依据所述纵向物理距离值与所述大灯光学参数矩阵中等效焦距的透视比例关系，将内部固化的标准行人的物理外形尺寸参数中的行人横向物理宽度与行人纵向物理高度换算为所述二维投影平面上的横向像素跨度与纵向像素跨度。通过物理尺寸和距离的透视换算，可获得与目标实际空间占用范围对应的像素遮盖边界。

25、优选的，结合前馈速度补偿逻辑生成所述动态遮盖像素区域的过程包括：

26、所述像素坐标映射模块提取具有所述统一的采样时间戳的所述目标状态向量中的径向相对速度与方位角参数，并结合相邻的所述统一的采样时间戳下所述目标三维相对位置坐标的坐标差分，计算所述行人目标相对于车辆的横向估计运动分速度与纵向估计运动分速度；

27、将所述横向估计运动分速度与所述纵向估计运动分速度分别乘以系统预先标定的固定控制延迟时间常数，得到所述行人目标在所述固定控制延迟时间常数内的空间相对物理位移；

28、将所述空间相对物理位移按照所述透视比例关系映射为附加像素跨度，叠加至所述横向像素跨度与所述纵向像素跨度两端，生成连续的所述动态遮盖像素区域。该过程利用目标速度和控制链路延迟估算目标在延迟时间内的相对位移，并将该位移转化为像素尺度的扩展量，用于降低移动行人与遮光区域之间的位置偏差。

29、进一步的，所述主控单元将所述动态遮盖像素区域离散化生成矩阵控制指令，并将所述矩阵控制指令发送至所述单像素大灯驱动模块的具体过程为：

30、建立大小为所述发光二极管像素阵列的总行数乘总列数的二维状态矩阵，遍历所述二维状态矩阵的各个行列索引，当所述行列索引落入所述动态遮盖像素区域内部时，其元素赋值为0；

31、当所述行列索引位于所述动态遮盖像素区域外部时，其元素赋值为1，由此生成所述矩阵控制指令；

32、所述主控单元将生成的所述矩阵控制指令转化为串行数据流，在所述串行数据流的帧尾附加循环冗余校验码，并通过车载低压差分信号通信总线将所述串行数据流发送至所述单像素大灯驱动模块。该矩阵控制方式以像素阵列行列索引为控制对象，将连续遮盖区域转换为可由驱动电路执行的开关状态数据；

33、循环冗余校验码用于在驱动侧进行数据完整性判断。

34、在本发明的一个优选实施例中，所述单像素大灯驱动模块内部集成有移位寄存器网络、包含金属氧化物半导体场效应管的多路独立寻址的恒流驱动电路和看门狗定时电路；

35、当所述车载低压差分信号通信总线发生异常，导致所述单像素大灯驱动模块在连续预设超时时间内未收到更新的所述矩阵控制指令时，所述看门狗定时电路触发超时溢出，清空所述移位寄存器网络中的遮光逻辑并将所述发光二极管像素阵列强制切换至基础近光照明模式；

36、在所述矩阵控制指令验证无误后，所述移位寄存器网络锁存所述矩阵控制指令，针对赋值为0的所述元素向对应的所述金属氧化物半导体场效应管栅极输出低电平信号使所述金属氧化物半导体场效应管处于截止状态，针对赋值为1的所述元素向对应的所述金属氧化物半导体场效应管栅极输出高电平信号使所述金属氧化物半导体场效应管处于导通状态。通过移位寄存器网络和多路恒流驱动电路，可对发光二极管像素阵列进行独立寻址控制；

37、通过看门狗定时电路，可在通信中断或控制指令未更新时将照明状态切换至基础近光照明模式。

38、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

39、1.本发明通过主控单元内部的硬件同步触发电路向车载雷达与视觉摄像头发送统一硬件触发脉冲以确立统一采样时间戳，并在对环境数据执行特征融合时将雷达极坐标转换为三维空间点投影至视觉二维图像坐标系内，同时引入基于透视变换与绝对差值比较的距离验证逻辑，从而消除了异构传感器异步采样带来的空间偏差并滤除了错误回波，提高了目标三维相对位置解算的准确性。

40、2.本发明在像素映射阶段利用大灯逆向光学投影模型将目标三维坐标转换为投影平面上的中心像素点与物理跨度，并通过前馈速度补偿逻辑提取目标的相对运动分速度并结合系统固定控制延迟时间常数计算出空间相对物理位移，进而将其转化为附加像素跨度叠加至初始遮光边界两端，从而补偿了系统数据处理延迟与目标自身运动引发的物理位置脱节，使最终生成的动态遮盖像素区域能够与行驶过程中的移动行人保持位置贴合。

41、3.本发明在控制执行环节将动态遮盖像素区域离散化为矩阵控制指令并通过附加循环冗余校验码的车载低压差分信号通信总线传输，结合驱动模块内部集成的看门狗定时电路对通信超时情况执行强制近光降级动作，最后依靠移位寄存器网络对场效应管的纯电控独立寻址实现发光像素的亮灭控制，从而在去除机械实体部件以缩短光束调整响应时间的基础上，构建了防止电磁干扰与通信断开的控制安全机制。