CN101767550B - 头灯转向***及其转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是提供一种头灯转向***及其转向控制方法，是通过读取车辆前方道路影像，并辨识出至少一车道线，以及一第一预视点，并设定连续时间后落在车道线上的第二预视点，计算第一、第二预视点间的角度，改变头灯方向，使得第一预视点跟随第二预视点位移并重合，使之随同车道线而变化；等同头灯将随道路曲度改变照射方向，将增加驾驶者过弯时可视范围。

Description

头灯转向***及其转向控制方法

技术领域

本发明涉及车辆的照明装置，特别涉及一种具有适路性的头灯转向***及其转向控制方法。

背景技术

日常可见的车辆都装备有道路照明用的头灯，用以在光线不明或夜间时，提供足够的可视光给驾驶人辨识道路状况；就安全性考量，头灯的设计为了能清楚辨别地面状况，通常都是固定往前照射，且光束是受约束的，也就是说，光线略为偏下而集中于地面固定区域，形成所谓的光型，车辆前方地面也因此而具有明显的明区与暗区；此外，头灯除了提供驾驶人安全距离内有效光线以外，设计时，头灯投射出的光型分布理应有所不同，以欧规左驾靠右行的车辆为例，车辆头灯的光型会在地面明区与暗区之间形成一条左平右斜15度的明暗截止线，代表着所述车辆头灯所投射的右侧光型具有较远投射光型及可视距离，也可以帮助所述车辆辨识右侧道路标示牌的告示，而头灯所投射的左侧光型较短，则是为了避免光线映射到对向车道驾驶的眼睛，造成对方驾驶者眼睛炫光的问题。如述，可以了解车辆发展至今，为保障驾驶人夜间行车安全，其头灯的设计已经在安全性与实用性上设有多重考量。

但是，道路是因应地面状况改变，有弯有直，并非一成不变，纵然车辆的头灯已经有了如此多重安全设计，但如图1所示，车辆行经弯道时，其往前直射的光型却无法反应弯道状况；之后，为了改善车辆过弯的照明问题，相对有车厂提供不同解决方案，如中国台湾省专利号I294843号、I296979号以及I294373号等所述，是利用角度检知器取得方向盘或车轮转向传回的角度，再驱动对应的转向机构驱转头灯组偏转，由以在车辆过弯时提供适当地照明。

然而，上述都在车辆过弯的同时，才偏转头灯反应道路状况，但依照一般驾驶人的开车习惯而言，视觉焦点多集中在一定距离的远处，如此在获知前方道路有状况时才能预留更多反应时间应变，因此，利用方向盘或车轮转向来改变照明位置的方式仍有其美中不足之处。有鉴于此，本发明提出一种头灯转向***及其转向控制方法，以有效改善前述问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种头灯转向***及其转向控制方法，其是具有适路性，完全顺应车道曲度提供照明，更符合驾驶人预视前方状况的行车习惯。

本发明的次一目的是提供一种头灯转向***及其转向控制方法，其与头灯自动启闭搭配，可以提供全自动的照明控制。

本发明的又一目的是提供一种头灯转向***及其转向控制方法，是通过影像辨识车道线以估算出车道曲度，并控制头灯自动随车道曲度进行转向。

本发明的再一目的是提供一种头灯转向***及其转向控制方法，是通过影像辨识取得至少一车道线、依一第一预视点以及连续时间后落于所述车道线的一第二预视点，并通过计算第一、第二预视点间的角度，以改变头灯方向。

为达到上述目的，本发明的头灯转向***及其转向控制方法，是先以一影像读取装置采得一车辆前方道路影像；经由一电性连接此影像读取装置的影像处理单元来分析此道路影像，由此影像处理单元依据所分析的道路影像辨识出至少一车道线特征点；将所述这些车道线特征点送入一电性连接此影像处理单元的数据处理单元，由数据处理单元建立起一沿着道路延伸的车道线，一第一预视点，以及一在连续时间后位于车道线上的第二预视点，并计算第一、第二预视点间的夹角；之后，传送此夹角到一电性连接此数据处理单元的转向控制装置，由于此转向控制装置是连接车辆的头灯，并可依据夹角分配头灯进行转向，使得第一预视点得以重合于第二预视点，而依循所述车道线的变化。其中所述第一、第二预视点为目前及连续时间后车辆头灯所投射出的光型截止线肘部折点，或者光型的光轴中心点。

再者，本发明更可以与头灯自动启闭作进一步的结合，依照环境状况(如白天/晚上)自动决定头灯的启闭，并在头灯开启时自动判断道路状况，再由***随着道路状况来改变头灯偏转角度，除了免除驾驶者夜间忘记开启头灯的状况发生外，也提供更完善的车辆自动照明控制。

本发明的有益效果在于：以更贴近驾驶人开车习惯的方式，模拟路面状况进行夜间照明，提供适路性头灯，有效提高驾驶安全性，且也考虑到头灯偏转后对向车道驾驶的视觉炫光问题，保持头灯设计应有的特性。

下面通过具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1是现有车辆过弯的照明状况示意图；

图2是本发明的头灯转向***结构方块图；

图3是本发明的头灯转向控制流程图；

图4(a)是本发明的影像处理单元夜间判断画面示意图；

图4(b)是本发明的影像处理单元车道线辨识画面示意图；

图5是本发明的影像处理单元流程图；

图6是本发明的行进路线斜率及道路曲率变化示意图；

图7是本发明一实施例行经弯道车辆前后照明状况示意图；

图8是本发明头灯到第一预视点间距离的示意图；

图9是本发明另一实施例光型变化前后的示意图。

附图标记说明：2-影像读取装置；4-影像处理单元；6-数据处理单元；8-转向控制器；10-头灯；11-远场光型；12-近场光型；13-光轴；14-明暗截止线；20-左侧车道线；30-右侧车道线；P-实际车道线；A-第一预视点；B-第二预视点。

具体实施方式

本发明揭示的头灯转向***及其转向控制方法，是在头灯启动时，通过影像读取装置读取道路画面，经由影像处理单元侦测此画面，以辨识出至少一车道线特征点，再由数据处理单元以车道数学模式建立至少一车道线、一第一预视点以及连续时间后与车道线重合的一第二预视点，计算第一、第二预视点间的角度，最后由转向控制器分配头灯应所述偏转的角度，使第一预视点追踪第二预视点移动并重合于车道线上，因而提供适路性的照明；其中上述的预视点一般定义为驾驶人视力可及的最远点，也即为头灯光型所应达到的照明点；而第一预视点及第二预视点是分别为目前及连续时间后，从车辆头灯所投射至前方车道的光型照明点。

此外，所述第一预视点或所述第二预视点可设定为头灯光型的截止线肘部折点，是等同于光型明暗截止线与远场光型的交会点。

另外，其中所述第一预视点或所述第二预视点也可设定为车头灯光轴中心点。

且，所述第二预视点是预设调整为落于车道线上。

因此，如图2的头灯转向***结构方块图所示，本发明的头灯转向***包括有依序电性连接的一影像读取装置2、一影像处理单元4、一数据处理单元6以及一转向控制器8，且转向控制器8更结合车辆的头灯10，用以控制头灯10水平偏摆；其中所述车辆的头灯数量依车型的不同可能为一或多个，其数量并非用以限制本发明的范围。

接续，参照图3的本发明控制流程图，如步骤S11，以设置在车辆前方的影像读取装置2取得道路影像。接着，由影像处理单元4以此道路影像进行辨识工作，如图4(a)以及图4(b)的影像画面示意图，其包括有道路影像上半部的夜间判断以及影像下半部的车道线辨识流程二步骤。首先，在步骤S12中先取得影像上半部画面，并将所述道路影像分隔为若干区间进行明暗判断，其判断的公式是如式(1)及式(2)所示：

$\frac{\underset{x}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{y}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{gray}<t{h}_{\mathrm{dark}}}{\underset{x}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{y}{\mathrm{\&Sigma;}}1}>T{H}_{\mathrm{night}}\&DoubleRightArrow;\mathrm{Night}---\left(1\right)$

$\frac{\underset{x}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{y}{\mathrm{\&Sigma;}}\mathrm{gray}<t{h}_{\mathrm{dark}}}{\underset{x}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{y}{\mathrm{\&Sigma;}}1}<{\mathrm{TH}}_{\mathrm{Day}}\&DoubleRightArrow;\mathrm{Day}---\left(2\right)$

其中gray为每个影像像素(Pixel)的灰阶亮度值，th_dark为暗的亮度的阀值，Th_night为判定夜间亮度的阀值；TH_Day为判定白天亮度的阀值；影像处理单元利用取得明暗值作比对，当暗点所占数量大于Th_night即判定为夜间，反的则为白天。当数据流表示为夜间时，***开启车辆左右头灯10并进入下一步骤，读取并更新影像中的车道线。其中，步骤S13是针对道路影像的下半部作车道线特征辨识以决定至少一车道线特征点，配合参考图5的影像处理单元流程图所示，此特征辨识流程S13是利用道路设有标线的特性，经过步骤S21的高灰阶值辨识，步骤S22的标线边缘特性辨识，以及步骤S23的车道宽度辨识，三种辨识方式取得位在车辆二侧至少一车道线特征点(图未示)，并配合ROI方式将道路影像下半部由下而上等分成多区域扫描，时时修正更新车道线特征点(图未示)最新位置。此更新车道线流程包括：步骤S31进行车道线预测模型建立，之后，在步骤S32中进行起始点搜寻，并在步骤S33针对新数值对车道线预测模型更新，最后再步骤S34中进行消失点侦测，经由重复循环步骤S31～步骤S34侦测找出最趋近于道路实际标线的模型，且侦测过程中若有无法侦测到车道线特征点时，也设有补偿动作，当左边有搜寻到点右边无时，则将左边的点加上影像标准车道宽度，其位置即为右边预测车道线特征点应补点的位置，以补偿车道线特征点以更新车道线预测模型，由此可辨识出车道线20、30。

配合图6，接着步骤14中，数据处理单元6内是已先建立车辆1头灯10的远场光型11以及近场光型12，且二光型11、12中间具有一光轴13，在远场光型11以及近场光型12之间更形成有一左平右斜15度的明暗截止线(欧规标准)14；又，光型、光轴以及明暗截止线为现有技术，在此不加赘述。在一实施例中，所述数据处理单元6假定车道线20即为实际车道线P，且同于道路曲度，取头灯10所投射光型中的明暗截止线14与远场光型11交会处(也称为明暗截止线肘部折点)为第一预视点A，在直线行驶状态下，第一预视点A会与实际车道线P重合，利用此特征建立连续时间后在实际车道线P上的第二预视点B，并将实际车道线P带入更新后的二次拟合曲线方程式，使其成为一偏离估算方程式，由此可以求得车道过弯时的偏移状态，也可得到一车辆目前位置，而通过所述车辆目前位置以得到所述第一预视点A，其中所述车辆目前位置是由车辆行进偏移量x_R所估算而得。

其中，所述偏离估算方程式如式(3)所示：

y_L＝k·x²+m·x+b    (3)

其中x、y为平面空间的纵轴及横轴；k、m、b为随时间因子改变的参数值。通过此偏离估算方程式推算出行进路线斜率以及道路曲率，如公式(4)以及公式(5)所示：

ε_L＝2·k·x+m    (4)

${\mathrm{\&rho;}}_L=\frac{2\&CenterDot;k}{{(1+{(2\&CenterDot;k\&CenterDot;y+m)}^2)}^{3/2}}---\left(5\right)$

其中ε_L为车辆行进路线斜率；1/ρ_L为道路曲率。关于上述车道线模型建立的方式以及偏离估算方式，可同时参照本发明人先前在台湾专利申请第96145498号的“车辆偏移的检知方法与装置”中所提及。

配合图7及图8所示，经过步骤S14取得上列数据后即进入步骤S15，假设第一预视点A追随第二预视点B轨迹位移，借着这种校正过程，过弯时至少一头灯10投射的光型11、12也会沿着弯曲路面改变照射方向。计算时，本实施例采用美规FMVSS108的方式先取得头灯10到第一预视点A的距离R，并以二头灯10中间为圆心，此距离R为半径画圆，求得位在实际车道线P上的第二预视点B位置，再利用第一、第二预视点A、B相对座标与距离R求得第一、第二预视点A、B间的角度β，其计算如公式(6)所示：

$\mathrm{\&beta;}=\frac{\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2}}{R};$

$R=\frac{h_2}{\tan \mathrm{\&theta;}};$ 以及

$\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\frac{h_2-h_1}{L};---\left(6\right)$

其中使用的符号β为第一、第二预视点间的角度，(x₀，y₀)为第一预视点座标A，(x，y)为第二预视点座标B，R为头灯10到第一预视点距离，θ头灯10倾斜角，h₁为明暗截止线离地高度，h₂为二头灯10离地高度，L为静态测试时明暗截止线打在墙上的距离。另外，所述角度β也可以是利用车道边缘与车辆行进方向的偏移量计算，其计算方式如公式(7)表示：

x_R＝k·R²+m+R+b；  以及

$\mathrm{\&beta;}={\tan }^{-1}\frac{x_R}{R}-{\mathrm{\&beta;}}_0---\left(7\right)$

其中x_R为车辆行进偏移量，R为二头灯10到第一预视点间距离，β为第一、第二预视点A、B间的角度，β₀为第一预视点与光轴间的夹角。以公式(6)或公式(7)都可以取得第一、第二预视点间的角度β。

步骤S16依据步骤S15求得的角度β发送到转向控制机构内的晶片组(图中未示)，由晶片组调配马达驱转左右二头灯10的转向，使得第一预视点A跟随第二预视点B位移。且行驶过程中若是连续弯道路程，数据处理单元6所计算出的最新转向角度β，会先扣除先前投射角度β，以达到快速调整头灯的效果。

再者，本发明是考虑到一般驾驶人习惯把视线焦点放在远方预定处的习惯设计，通过，与道路曲率相同的实际车道线P以及第一、第二预视点A、B重合的方式，达到适路性头灯转向***的目的。如图9所示，本发明提出另一实施例，是光轴13取头灯10高度一百倍距离作为第一预视点A位置，以第一预视点A与头灯10间的距离为半径画圆，可以求得移动后的实际车道线P上的第二预视点B位置，利用两点A、B间的距离以及第一预视点A与头灯10间的距离即可以换算二预视点A、B与头灯10间的夹角β。其公式(8)如下：

x_L＝k·L²+mL+b

$\mathrm{\&beta;}={\tan }^{-1}\frac{x_L}{L}$

其中为x_L第一预视点与第二预视点横向位移距离；L为头灯到第一预视点间距离，β为所述角度。由此，节省设定时间。如此一来，也能达到适路性偏转头灯10的目的。

由此，本发明以更贴近驾驶人开车习惯的方式，模拟路面状况进行夜间照明，提供适路性头灯有效提高驾驶安全性。且也考虑到头灯偏转后对向车道驾驶的视觉炫光问题，保持头灯设计应有的特性。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种头灯转向***，其特征在于，是应用在一车辆的至少一头灯上，以控制所述头灯随一道路的状况偏转，所述头灯转向***包括有：

至少一影像读取装置，用以取得所述车辆前方一道路影像；

一影像处理单元，其电性连接所述影像读取装置，所述影像处理单元分析所述道路影像；

一数据处理单元，其电性连接所述影像处理单元，所述数据处理单元建立一实际车道线，依所述实际车道线得到目前的一第一预视点，以及连续时间后的一第二预视点，并计算所述第一预视点以及所述第二预视点间的一夹角；以及

一转向控制器，连接所述头灯，以驱动所述头灯偏转，所述转向控制器并电性连接所述数据处理单元，而依据所述夹角驱动所述头灯偏转，使得所述第一预视点与所述第二预视点重合。

2.根据权利要求1所述的头灯转向***，其特征在于，所述数据处理单元是已建立所述头灯的一远场光型及一近场光型，并在所述远场光型及所述近场光型之间形成一明暗截止线，在所述明暗截止线与所述远场光型交会处具有一截止线肘部折点，且所述第一预视点以及所述第二预视点分别为目前及连续时间后的所述截止线肘部折点。

3.根据权利要求2所述的头灯转向***，其特征在于，所述数据处理单元是经以下公式来设定所述角度：

$\mathrm{\&beta;}=\frac{\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2}}{R};$

$R=\frac{h_2}{\tan \mathrm{\&theta;}};$ 以及

$\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\frac{h_2-h_1}{L}$

其中，β为所述角度；(x₀，y₀)为所述第一预视点座标；(x，y)为所述第二预视点座标；R为所述头灯到所述明暗截止线距离；θ为所述明暗截止线与所述头灯间的投射角；h₁为所述明暗截止线离地高度；h₂为所述头灯离地高度；L为静态测试时所述明暗截止线打在墙上的距离。

4.根据权利要求2所述的头灯转向***，其特征在于，所述数据处理单元是经以下公式来设定所述角度：

x_R＝k·R²+m+R+b；以及

$\mathrm{\&beta;}={\tan }^{-1}\frac{x_R}{R}-{\mathrm{\&beta;}}_0;$

其中，x_R为所述车辆行进偏移量；R为所述头灯到所述明暗截止线距离；β为所述角度；β₀为所述明暗截止线折点与水平中心的夹角。

5.根据权利要求1所述的头灯转向***，其特征在于，所述数据处理单元已建立所述头灯的一远场光型及一近场光型，并在所述远场光型及所述近场光型中央形成一光轴，且所述第一预视点以及所述第二预视点分别为目前及连续时间后的所述光轴中心点。

6.根据权利要求1所述的头灯转向***，其特征在于，所述第二预视点是落在所述实际车道线上。

7.根据权利要求1所述的头灯转向***，其特征在于，所述影像读取单元先取得一明暗值来判断是否开启所述头灯，当所述头灯开启时再继续建立所述实际车道线。

8.一种头灯转向控制方法，是应用在一车辆的至少一头灯上，以控制所述头灯随着一道路的状况偏转，其特征在于，所述头灯转向控制方法的步骤如下：

(a)取得所述车辆前方一道路影像；

(b)分析所述道路影像，辨识出至少一实际车道线；

(c)利用所述实际车道线取得现在一第一预视点，以及连续时间后的一第二预视点；计算所述第一预视点与所述第二预视点间的一夹角；以及

(d)依据所述夹角驱转所述头灯转向，使得所述第一预视点与所述第二预视点重合。

9.根据权利要求8所述的头灯转向控制方法，其特征在于，所述步骤(c)中已建立所述头灯的一远场光型及一近场光型，并在所述远场光型及所述近场光型之间形成一明暗截止线，所述明暗截止线与所述远场光型交会处具有一截止线肘部折点，且所述第一预视点以及所述第二预视点分别为目前及连续时间后的所述截止线肘部折点。

10.根据权利要求8所述的头灯转向控制方法，其特征在于，所述步骤(c)中已建立所述头灯的一远场光型及一近场光型，并在所述远场光型及所述近场光型中央形成一光轴，且所述第一预视点以及所述第二预视点分别为目前及连续时间后的所述光轴中心点。

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