驾驶员情绪交互式像素尾灯控制系统的制作方法

本发明涉及汽车电子控制，尤其是涉及驾驶员情绪交互式像素尾灯控制系统。

背景技术：

1、当前汽车尾灯主要承担制动提示、转向指示和夜间示宽等法定基础照明功能。随着像素化发光二极管技术的普及，汽车尾灯已经具备了点阵成像的硬件基础。然而，现有车辆的尾灯显示内容多为固定光型或有限的预设动态图案，且通常由车辆制造厂预先设定。用户无法自主定义外部灯光的成像内容，导致尾灯的功能属性相对单一，难以满足驾乘人员的个性化表达需求。

2、另一方面，智能座舱领域的情绪识别技术已逐步落地，车载系统能够通过多传感器设备实时感知驾驶员的情绪与状态。但是，现有的情绪识别结果仅应用于座舱内部的交互场景，例如仪表盘的疲劳提醒或车内氛围灯的调节。这些驾驶员状态数据被局限在车厢内部，并未与车外灯光系统建立数据联动机制，缺少向外部交通环境传递信息的通道。

3、综合上述情况，现有车辆尾灯仅能通过驾驶员的制动或转向等操作被动触发，无法主动响应驾驶员的情绪状态。这种系统相互独立的设计，造成车内状态与车外环境之间缺少交互链路，不仅使情绪识别技术的应用场景受到局限，也导致后车无法直观获取前车驾驶员的疲劳或烦躁等状态信息，像素尾灯的车外交互价值未能得到有效发挥。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供驾驶员情绪交互式像素尾灯控制系统，解决了现有车辆尾灯的显示内容通常为固定图案或预设动画，未能与驾驶员情绪状态进行动态交互。同时，车载环境下采集的驾驶员情绪数据易受干扰而产生跳变，导致尾灯显示内容频繁闪烁或切换。此外，自定义图像通常无法直接适配像素尾灯的物理分辨率与色彩法规限制，且个性化显示与车辆法定灯光信号之间缺少协调机制，存在干扰交通指示的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种驾驶员情绪交互式像素尾灯控制系统，包括素材管理模块、情绪采集模块、主控模块和尾灯驱动模块。

4、所述素材管理模块用于接收图像素材，建立所述图像素材与预设情绪类别之间的对应关系，并生成素材配置库；

5、所述情绪采集模块用于采集驾驶员的多模态状态数据，并基于多模态融合结果输出瞬时情绪类别；

6、所述主控模块分别连接所述情绪采集模块和车辆底盘控制总线，用于接收所述瞬时情绪类别和所述车辆底盘控制总线反馈的法定灯光信号，对所述瞬时情绪类别进行时间窗口防抖处理以获得稳定情绪状态，并根据所述法定灯光信号确定当前显示模式；

7、当所述当前显示模式允许输出自定义图案时，所述主控模块调用所述素材配置库中与所述稳定情绪状态对应的图像素材，对所述图像素材进行图像网格划分、局部计算以及色域合规校验与映射，生成点阵控制指令；

8、所述尾灯驱动模块用于接收所述点阵控制指令，并根据所述点阵控制指令调节像素尾灯中各发光单元的供电状态。

9、本系统将驾驶员情绪状态转换为对应的车外点阵显示指令。通过时间窗口防抖处理过滤情绪数据的瞬时跳变，并结合法定灯光信号的优先判断以及色域合规校验，使得自定义图案的输出既能适配尾灯物理规格，又不会干扰车辆基础的交通指示功能。

10、在本发明的一个优选实施例中，所述素材管理模块运行于车机端或与车辆通信连接的智能终端；

11、所述图像素材包括从本地存储空间读取的图片数据、用户在触控界面绘制形成的手绘素材数据中的至少一种；

12、所述素材管理模块在交互界面生成包含裁剪框的编辑视图，根据用户输入的拖动指令和缩放指令调整所述图像素材在所述裁剪框内的显示区域；

13、依据预设画布长宽比例截取局部图像，生成统一尺寸规范的待绑定图像。

14、从而对多源图像素材的尺寸和比例进行规范化处理，为后续的像素映射计算提供统一的数据输入格式。

15、在本发明的一个优选实施例中，所述素材管理模块用于将所述待绑定图像作为所述图像素材，并建立所述图像素材与所述预设情绪类别之间的对应关系；

16、当检测到某一所述预设情绪类别未收到用户分配的所述待绑定图像时，所述素材管理模块将该预设情绪类别关联至系统预设的默认图像或提示类图像；

17、所述素材管理模块将已与所述预设情绪类别建立对应关系的所述待绑定图像、所述默认图像或所述提示类图像转换为图像数据矩阵，并将所述图像数据矩阵以及所述预设情绪类别与所述图像数据矩阵之间的映射索引关系，按照键值对的数据结构打包为所述素材配置库，并将所述素材配置库发送至所述主控模块。

18、当用户未配置特定情绪素材时，系统自动关联默认图像或提示类图像，并将所述默认图像或提示类图像一并转换为可调用的图像数据矩阵，防止数据空缺导致寻址异常，同时利用键值对结构提升主控模块在切换显示状态时的数据读取效率。

19、在本发明的一个优选实施例中，所述多模态状态数据包括面部图像序列、音频信号和心率变化数据；

20、所述情绪采集模块通过面部识别摄像头获取所述面部图像序列，并从所述面部图像序列中提取面部表情特征；

21、所述情绪采集模块提取连续图像帧中面部皮肤区域颜色通道强度随时间变化的脉搏波信号，并基于所述脉搏波信号计算所述心率变化数据；

22、所述情绪采集模块通过语音情绪识别单元获取座舱内的音频信号，并从所述音频信号中提取语音语调特征。结合视觉、生理和声学数据，减少单一传感器在光照变化或环境噪声干扰下产生的识别误差。

23、在本发明的一个优选实施例中，所述情绪采集模块利用分别对应于所述面部图像序列、所述音频信号和所述心率变化数据的各模态分类器，对所述多模态状态数据进行独立预测，得到各模态对应的情绪类别预测概率；

24、所述情绪采集模块根据所述各模态的实时信号质量分配动态置信度权重，并根据所述动态置信度权重和所述情绪类别预测概率计算综合情绪概率分布，所述综合情绪概率分布作为所述多模态融合结果；

25、所述情绪采集模块将所述综合情绪概率分布中概率值最大的情绪类别确定为所述瞬时情绪类别。通过动态调整融合权重，降低受干扰模态的计算占比，提高瞬时情绪类别判断的可靠性。

26、在本发明的一个优选实施例中，所述主控模块执行的所述时间窗口防抖处理基于候选情绪变量和时间状态计数器实现，包括：

27、将当前采样时刻的所述瞬时情绪类别与当前稳定输出的所述稳定情绪状态进行比对；

28、当所述瞬时情绪类别与所述稳定情绪状态一致时，清零所述时间状态计数器，并将所述候选情绪变量更新为所述稳定情绪状态；

29、当所述瞬时情绪类别与所述稳定情绪状态不一致时，判断所述瞬时情绪类别是否与所述候选情绪变量一致；

30、若所述瞬时情绪类别与所述候选情绪变量一致，则按照采样周期对应的时间步长累加所述时间状态计数器；

31、若所述瞬时情绪类别与所述候选情绪变量不一致，则将所述候选情绪变量更新为所述瞬时情绪类别，并将所述时间状态计数器重置为采样周期对应的时间步长；

32、当所述时间状态计数器的数值大于或等于预设防抖时间阈值时，将所述稳定情绪状态更新为所述候选情绪变量，并清零所述时间状态计数器；

33、当所述时间状态计数器的数值小于所述预设防抖时间阈值时，保持所述稳定情绪状态不变。

34、采用候选情绪变量与时间状态计数器形成状态机计时逻辑，对情绪类别进行滤波，防止识别噪声直接触发尾灯显示切换，保持图案输出的稳定性。

35、在本发明的一个优选实施例中，所述主控模块根据所述法定灯光信号确定所述当前显示模式，具体包括：

36、所述当前显示模式包括法定灯光优先模式和自定义图案输出模式；

37、所述法定灯光信号包括法定灯光综合触发标志位；

38、当所述法定灯光综合触发标志位处于有效状态时，所述主控模块确定所述当前显示模式为法定灯光优先模式，并根据所述法定灯光信号生成用于输出法定灯光的点阵控制指令，发送至所述尾灯驱动模块，且暂停调用与所述稳定情绪状态对应的图像素材；

39、当所述法定灯光综合触发标志位处于无效状态时，所述主控模块确定所述当前显示模式为自定义图案输出模式，并根据所述稳定情绪状态从所述素材配置库中调取对应的图像素材，生成对应的点阵控制指令。

40、由此，制动、转向、危险报警闪光或其他法定灯光信号被触发时，主控模块优先保证法定灯光输出，避免自定义情绪图案干扰车辆基础交通指示功能。

41、在本发明的一个优选实施例中，所述主控模块执行的所述图像网格划分和局部计算包括：

42、将所述图像素材转换为图像数据矩阵，并根据所述像素尾灯的物理规格将所述图像数据矩阵划分为多个子区块，每一所述子区块对应一个所述发光单元；

43、确定每一所述子区块对应的所述发光单元的位置坐标；

44、提取每一所述子区块内的像素特征值，并采用局部均值池化算法计算对应发光单元的基准输出参数。

45、将图像数据矩阵降维适配至尾灯对应的离散网格点阵，使图像数据匹配像素尾灯的硬件排列。

46、在本发明的一个优选实施例中，所述主控模块执行的所述色域合规校验与映射包括：

47、将所述基准输出参数输入色域限制函数；

48、当所述基准输出参数对应的颜色通道数值超出合法色域表所限定的色度范围时，所述色域限制函数对超标的颜色通道数值进行压降处理，并将所述基准输出参数映射为法规允许的色阶阈值范围内的目标色彩亮度值；

49、当所述基准输出参数对应的颜色通道数值未超出所述合法色域表所限定的色度范围时，所述色域限制函数将所述基准输出参数确定为所述目标色彩亮度值；

50、所述主控模块将各所述发光单元的位置坐标和对应的目标色彩亮度值按照通信协议打包，并添加帧头和校验码，生成所述点阵控制指令。

51、通过上述色域合规校验与映射，能够防止尾灯输出引起交通误判的颜色，使其满足外部照明的色度法规要求。

52、在本发明的一个优选实施例中，所述尾灯驱动模块接收所述点阵控制指令后，剥离数据帧的帧头和校验码，提取有效载荷数据；

53、所述尾灯驱动模块依据硬件拓扑映射表，将所述有效载荷数据中的所述发光单元的位置坐标作为逻辑坐标转换为对应的底层驱动通道索引，并根据所述底层驱动通道索引确定所述有效载荷数据对应的具体发光单元；

54、所述主控模块还用于获取大灯开启状态和环境光强传感器数据中的至少一者，并将所述大灯开启状态和所述环境光强传感器数据中的至少一者转发至所述尾灯驱动模块；

55、所述尾灯驱动模块采用脉宽调制方式控制所述发光单元的亮度，并根据由所述主控模块转发的大灯开启状态、环境光强传感器数据中的至少一者，确定全局亮度调节系数；

56、所述尾灯驱动模块根据所述全局亮度调节系数、所述目标色彩亮度值、最大灰度级参数和占空比上限计算脉宽调制信号占空比，并依据所述脉宽调制信号占空比调节所述发光单元的供电状态。

57、通过硬件拓扑映射提升对不同灯具硬件的兼容性，并结合全局亮度调节系数自适应控制占空比，满足不同环境光条件下的亮度需求。

58、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

59、1.本发明在主控模块中引入了时间窗口防抖处理逻辑。针对情绪采集模块输出的瞬时情绪类别，系统利用候选情绪变量与时间状态计数器进行连续比对和计时，仅当新的情绪状态持续达到预设防抖时间阈值后，才更新为稳定情绪状态并驱动尾灯切换。该处理方式滤除了车载复杂环境下情绪识别过程产生的瞬时噪声与数据跳变，避免了尾灯显示图案频繁闪烁，维持了视觉交互的稳定性。

60、2.本发明建立了基于车辆法定灯光信号的优先控制机制。主控模块通过读取车辆底盘控制总线反馈的法定灯光综合触发标志位，在标志位有效时优先生成用于输出法定灯光的点阵控制指令，暂时抑制自定义情绪图案的输出。该控制逻辑确保车辆在执行制动、转向或开启双闪等基础操作时，个性化交互图案不会干扰标准交通信号的表达，满足了道路行驶的安全性要求。

61、3.本发明在图像映射阶段加入了网格划分、局部池化计算与色域合规校验。通过局部均值池化算法，系统将不同分辨率的图像素材降维适配至像素尾灯具体的发光单元阵列；同时利用色域限制函数将超标的颜色通道压降至法规允许的目标色阶范围内。该结构使多源图像素材能够自动适应底层灯具的物理拓扑，并确保最终输出的光源颜色符合外部照明法规标准。