集成式调光装置和包括该装置的车载显示设备的制作方法

1.本发明涉及光源控制领域，更具体而言，本发明涉及一种集成式调光装置，和包括该装置的车载显示设备。


背景技术：

2.车辆驾驶舱内部通常包含多种类型的光源——包括仪表盘灯、阅读灯、座椅照明灯、中控台灯、hud光源等，用于提供不同的照明和功能需求。
3.目前，驾驶舱这些光源的ecu使用自身的感光器件来感知环境亮度，以此调节自身亮度。这造成了光感传感器的冗余，并且针对有调整光强需求的ecu均需要开发相应的软件算法以用于处理传感器信号及执行调光操作，导致了软件开发成本较高。
4.此外，由于各个光源系统中的电路元器件并不完全一致，并且在使用过程中随着时间的推移会出现性能衰减，因此同样的调光逻辑算法在不同批次、不同寿命阶段的ecu中会表现出不同的调光效果，这会造成车内光线强度调整不够协调统一，降低了乘员的驾乘体验。


技术实现要素：

5.根据本发明的第一方面，提出了一种集成式调光装置，该装置用于控制安装在车辆驾驶舱内的至少一个光源的照明模式，在车辆驾驶舱内围绕所述至少一个光源预先标定有多个感光区域，该装置包括:
6.图像传感器，所述图像传感器用于采集涵盖所述多个感光区域的驾驶舱内部图像；
7.图像处理模块，所述图像处理模块配置为对由所述图像传感器采集的图像执行预处理操作，并将预处理后的图像分割为多个图像区域，每个图像区域与所述多个感光区域中的一者相对应；
8.运算模块，所述运算模块配置为基于每个图像区域中的像素的亮度来推算与该图像区域相对应的感光区域的实际亮度值；以及
9.控制器，所述控制器配置为基于由所述运算模块计算得出的各个感光区域的实际亮度值确定需要调节的目标光源和预期调节方式，并基于该预期调节方式向该目标光源输出相应的调光指令。
10.有利地，每个感光区域的实际亮度值被确定为与该感光区域相对应的图像区域中的所有像素的亮度的平均值。
11.有利地，所述运算模块进一步配置为基于如下步骤来计算每个感光区域的实际亮度值：
12.计算与该感光区域相对应的图像区域中所有像素的亮度的平均值；和
13.计算所述图像区域中所有像素的亮度的方差，并将该方差与预定的阈值范围进行比较，
14.其中，如果所述方差落入所述预定的阈值范围之内，则将所述平均值确定为所述感光区域的实际亮度值。
15.有利地，如果所述方差超出所述预定的阈值范围之外，则从所述图像区域中剔除亮度异常的像素，并将其余像素的亮度的平均值确定为所述感光区域的实际亮度值。
16.有利地，所述预期调节方式包括调节所述目标光源的照明亮度，并且所述控制器配置为采用负反馈的一阶控制系统来调节该照明亮度。
17.有利地，所述控制器配置为在预定时长内按照设定的时间间隔调节所述目标光源的照明亮度，其中，每次亮度调节的幅度随着调节次数的增加呈指数下降趋势。
18.有利地，所述至少一个感光区域包括hud镜像区域、环境感光区域、仪表盘区域、中控台显示区域以及座椅照明区域。
19.有利地，所述控制器配置为，当所述环境感光区域的环境亮度超出上限值时，将设置在所述hud镜像区域内的光源切换至高对比度模式。
20.有利地，所述预处理操作包括图像滤波、图像矫正以及图像灰度化处理。
21.根据本发明的第二方面，还提供了一种车载显示设备，该设备包括：
22.显示屏；
23.至少一个光源，所述至少一个光源配置为向所述显示屏提供背光照明；以及
24.如上所述的集成式调光装置。
25.根据本发明的集成式调光装置采用集成式控制策略，不必针对各个光源分别配备单独的传感器和控制算法，而是可以通过单个调光机构便能实现对车辆内部所有光源的协同控制，不仅解决了车内光感传感器的冗余设置问题，而且降低了显示设备(如hud等)的软件控制算法的开发难度和复杂性。此外，该装置引入闭环控制策略，保证了各个光源的亮度调节能够彼此协同进行，减少了由于电路元器件不一致和寿命衰减所导致的调光效果不一致的影响，使得调光过程更稳定和精确，增加了驾乘人员的乘坐体验。
附图说明
26.通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以说明。
27.图1示出了围绕车辆内的多个光源布置的多个感光区域的示意图。
28.图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的集成式调光装置的控制流程。
29.图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的集成式调光装置的结构示意图。
30.图4中示出了从图像中分割出来的与图1中的各个感光区域相对应的各个图像区域的分布情况。
31.图5示出了采用负反馈的一阶控制系统来调节目标光源的照明亮度的控制模型。
具体实施方式
32.下面将参照附图并通过实施例来描述根据本发明的集成式调光装置。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同
的实施例。因此，下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定。
33.图1示出了围绕车辆内的多个光源布置的多个感光区域的示意图。在车辆驾驶舱内部通常包含有能够提供不同的照明功能的多个光源，包括仪表盘灯、阅读灯、座椅照明灯、中控台灯、hud光源等等，围绕这些光源布置有多个感光区域。图1中示出了例如hud镜像区域、环境感光区域、仪表盘区域、中控台显示区域以及座椅照明区域。
34.在本文中，“感光区域”的含义指的是车辆上安装的传感器或摄像头的有效接收区域，即，在这些区域传感器或摄像头可以感知到对应区域内的光源光线，并将其转化为电信号进行处理。“感光区域”的大小和位置不仅取决于车辆光源的安装位置及光强情况，还取决于所使用的传感器或摄像头的设计和安装位置，不同的光源和传感器可能对应不同的感光区域，其大小和形状可以根据特定的应用需求进行定制。总之，这些“感光区域”的大小和位置可以是针对已有的光源和传感器设备预先标定好了的并可被存储在车辆ecu内。
35.传统的调光系统针对车辆各个感光区域的调光过程依然是一个开环的控制过程，无法协调各个区域控制的不一致性。此外，针对不同的光源ecu需要设置独立的控制算法，这导致了软件开发成本的增加。
36.针对现有的车辆调光控制策略中存在的上述缺陷，本发明提出了一种集成式调光装置。在此，“集成式”的含义是，不必针对各个光源分别配备单独的传感器和控制算法，而是可以通过单个调光机构便能实现对车辆内部所有光源的协同控制。
37.具体地，根据本发明的集成式调光装置的控制流程如图2中所示，该集成式调光装置的一个特殊之处在于引入了闭环控制策略，通过在车辆中安装车内摄像头来统一负责各个感光区域的亮度探测。随后，针对由摄像头探测到的图像进行预处理，并计算各个感光区域的亮度，基于各个感光区域的亮度，可计算出亮度调节量并向相应的光源ecu发送相应的亮度调节指令，以控制光源ecu调整驾驶舱内的对应灯光，例如，当探测到外部环境光过强时，可以向hud控制器发送指令，以控制hud启用高对比度模式。本发明的集成式调光装置能够实现更精确的调光，并能减少由于电路元器件不一致和寿命衰减所导致的调光效果不一致的影响。
38.图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的集成式调光装置的结构示意图。该装置用于控制安装在车辆驾驶舱内的至少一个光源的照明模式，在车辆驾驶舱内围绕所述至少一个光源预先标定有多个感光区域，包括但不限于hud镜像区域、环境感光区域、仪表盘区域、中控台显示区域以及座椅照明区域。
39.此外，该装置还可包括图像传感器和图像处理模块，该图像传感器可用于采集涵盖有上述多个感光区域的驾驶舱内部图像。该图像处理模块可对由图像传感器采集的图像执行预处理操作，并将预处理后的图像分割为多个图像区域，每个图像区域与上述多个感光区域中的一者相对应。图像预处理操作例如可包括图像滤波、图像矫正以及图像灰度化处理等等。
40.经处理后的图像区域可被传送给运算模块，在此模块中可基于每个图像区域中的像素的亮度来推算与该图像区域相对应的感光区域的实际亮度值。图4中示出了从图像中分割出来的与图1中的各个感光区域相对应的各个图像区域的分布情况。
41.在此，每个感光区域的实际亮度值可确定为与该感光区域相对应的图像区域中的
所有像素的亮度的平均值。作为一个优选实施例，运算模块可基于如下步骤来计算每个感光区域的实际亮度值：计算与该感光区域相对应的图像区域中所有像素的亮度的平均值；和计算该图像区域中所有像素的亮度的方差，并将该方差与预定的阈值范围进行比较。
42.其中，如果所述方差落入所述预定的阈值范围之内，则将所述平均值确定为所述感光区域的实际亮度值。如果像素的亮度方差超出预定的阈值范围(该阈值范围可由仿真、实验或经验值来获得)之外，则从图像区域中剔除亮度异常的像素(这些异常的像素可能存在过曝光或曝光不足的问题)，并将其余像素的亮度的平均值确定为该感光区域的实际亮度值。
43.由所述运算模块计算得出的各个感光区域的实际亮度值可被进一步提供给控制器，在该控制器中，基于各个区域的实际亮度值，控制器可确定需要调节的目标光源和预期调节方式，并基于该预期调节方式向该目标光源输出相应的调光指令。
44.例如，控制器可基于环境光强与hud光强之间的对比来判断是否需要切换hud的显示模式。当外部环境光过于强烈时，驾驶员往通常看不清楚hud上显示的内容，因此，可在条件满足时——例如，当从图像中计算得出的环境感光区域的环境亮度超出上限值时，将设置在hud镜像区域内的光源切换至高对比度模式，或将hud显示内容、例如文字改为橙色等，从而提高hud图像的可读性。
45.在此，预期调节方式主要可包括调节所述目标光源的照明亮度，目标亮度调节曲线需要以收集数据的方式来进行拟合，该拟合过程的数据源包括现有项目的亮度设定算法、测试人员肉眼感知的标定数据。由于hud和仪表盘屏幕设置位置的不同，需要使用不同的亮度调节曲线。
46.在执行亮度调节的过程中，超调量不应过高。如果导致光源的亮度变化过快，则会使驾驶员产生不适感，如果光源亮度调节过程过慢，又无法实现自适应调节的目的。
47.为此，本发明的一个优选实施例规定了，该控制器可采用负反馈的一阶控制系统来调节目标光源的照明亮度。具体地，该控制器可在预定时长内按照设定的时间间隔调节目标光源的照明亮度，其中，每次亮度调节的幅度随着调节次数的增加呈指数下降趋势。换句话说，控制器被编程为按照设定的时间间隔定期地调整光源的照明亮度。每次调节时，调节的幅度会逐渐减小，意味着调节的变化越来越小。这种下降幅度可能是指数型的，也就是说，调节变化的速度会越来越慢。
48.这样的调节方式可以使光源的照明亮度在预定的时间内逐渐稳定下来，避免剧烈的变化和快速的调节。呈指数下降的调节幅度可以帮助实现更加平滑和渐进的亮度调节，以适应不同的环境和需求。
49.图5示出了采用负反馈的一阶控制系统来调节目标光源的照明亮度的控制模型。为了方便分析，可对数据进行归一化处理，该模型的反馈增益为单位负反馈，同时n(s)为0。对于系统的其他性能指标，设定系统的调节时间为1s(2％误差带)。设定目标光源的ecu每隔100ms执行一次调光强操作，可推知时间常数t为0.25，则每100ms控制器下发的调整幅度可遵循以下公式：e-4t
(1-e
0.4
)，其中e为自然系数，取e近似为2.7。则实际输出的调节量变化情况为：
50.表1
[0051][0052]
根据本发明的集成式调光装置采用集成式控制策略，不必针对各个光源分别配备单独的传感器和控制算法，而是可以通过单个调光机构便能实现对车辆内部所有光源的协同控制，不仅解决了车内光感传感器的冗余设置问题，而且降低了显示设备(如hud等)的软件控制算法的开发难度和复杂性。此外，该装置引入闭环控制策略，保证了各个光源的亮度调节能够彼此协同进行，减少了由于电路元器件不一致和寿命衰减所导致的调光效果不一致的影响，使得调光过程更稳定和精确，增加了驾乘人员的乘坐体验。
[0053]
本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的方法的各个步骤并不限于按照上述所列举的次序来实施。此外，在本发明中，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的步骤以外，本技术的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它步骤的情形。
[0054]
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：
1.一种集成式调光装置，该装置用于控制安装在车辆驾驶舱内的至少一个光源的照明模式，在车辆驾驶舱内围绕所述至少一个光源预先标定有多个感光区域，其特征在于，该装置包括：图像传感器，所述图像传感器用于采集涵盖所述多个感光区域的驾驶舱内部图像；图像处理模块，所述图像处理模块配置为对由所述图像传感器采集的图像执行预处理操作，并将预处理后的图像分割为多个图像区域，每个图像区域与所述多个感光区域中的一者相对应；运算模块，所述运算模块配置为基于每个图像区域中的像素的亮度来推算与该图像区域相对应的感光区域的实际亮度值；以及控制器，所述控制器配置为基于由所述运算模块计算得出的各个感光区域的实际亮度值确定需要调节的目标光源和预期调节方式，并基于该预期调节方式向该目标光源输出相应的调光指令。2.根据权利要求1所述的集成式调光装置，其特征在于，每个感光区域的实际亮度值被确定为与该感光区域相对应的图像区域中的所有像素的亮度的平均值。3.根据权利要求1或2所述的集成式调光装置，其特征在于，所述运算模块进一步配置为基于如下步骤来计算每个感光区域的实际亮度值：计算与该感光区域相对应的图像区域中所有像素的亮度的平均值；和计算所述图像区域中所有像素的亮度的方差，并将该方差与预定的阈值范围进行比较，其中，如果所述方差落入所述预定的阈值范围之内，则将所述平均值确定为所述感光区域的实际亮度值。4.根据权利要求3所述的集成式调光装置，其特征在于，如果所述方差超出所述预定的阈值范围之外，则从所述图像区域中剔除亮度异常的像素，并将其余像素的亮度的平均值确定为所述感光区域的实际亮度值。5.根据权利要求1或2所述的集成式调光装置，其特征在于，所述预期调节方式包括调节所述目标光源的照明亮度，并且所述控制器配置为采用负反馈的一阶控制系统来调节该照明亮度。6.根据权利要求5所述的集成式调光装置，其特征在于，所述控制器配置为在预定时长内按照设定的时间间隔调节所述目标光源的照明亮度，其中，每次亮度调节的幅度随着调节次数的增加呈指数下降趋势。7.根据权利要求1或2所述的集成式调光装置，其特征在于，所述至少一个感光区域包括hud镜像区域、环境感光区域、仪表盘区域、中控台显示区域以及座椅照明区域。8.根据权利要求7所述的集成式调光装置，其特征在于，所述控制器配置为，当所述环境感光区域的环境亮度超出上限值时，将设置在所述hud镜像区域内的光源切换至高对比度模式。9.根据权利要求1或2所述的集成式调光装置，其特征在于，所述预处理操作包括图像滤波、图像矫正以及图像灰度化处理。10.一种车载显示设备，其特征在于，该设备包括：显示屏；
至少一个光源，所述至少一个光源配置为向所述显示屏提供背光照明；以及根据权利要求1至9中任一项所述的集成式调光装置。

技术总结
本发明涉及一种集成式调光装置，在车辆驾驶舱内围绕所述至少一个光源预先标定有多个感光区域，该装置包括：图像传感器，用于采集涵盖所述多个感光区域的驾驶舱内部图像；图像处理模块，用于对由所述图像传感器采集的图像执行预处理操作，并将预处理后的图像分割为多个图像区域，每个图像区域与所述多个感光区域中的一者相对应；运算模块，配置为基于每个图像区域中的像素的亮度来推算与该图像区域相对应的感光区域的实际亮度值；以及控制器，用于基于由所述运算模块计算得出的各个感光区域的实际亮度值确定需要调节的目标光源和预期调节方式，并基于该预期调节方式向该目标光源输出相应的调光指令。本发明还涉及一种包括该装置的车载显示设备。装置的车载显示设备。装置的车载显示设备。


技术研发人员：鲁韬 叶庆波
受保护的技术使用者：大陆汽车车身电子系统（芜湖）有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/10/7