DE102020112284A1

DE102020112284A1 - Simulationsverfahren für ein Pixelscheinwerfersystem

Info

Publication number: DE102020112284A1
Application number: DE102020112284.5A
Authority: DE
Inventors: Nico Rüddenklau
Original assignee: Dspace GmbH; Dspace Digital Signal Processing and Control Engineering GmbH
Current assignee: Dspace GmbH
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2021-11-11
Also published as: WO2021224004A1; EP4147158A1; CN115485743A; US20230131446A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Steuerung für einen realen Pixelscheinwerfer, mit der die zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke der mit dem Pixelscheinwerfer beleuchtbaren Fläche einer Szene in Abhängigkeit von Merkmalen verschiedener Bereiche der beleuchtbaren Fläche der Szene steuerbar ist. Auf diese Weise wird ein derartiges Verfahren bereitgestellt, das ein automatisches Erfassen eines von einer Lichtfunktion abhängigen räumlichen Selektionsbereiches sowie die automatische Änderung der Lichtintensität der für den räumlichen Selektionsbereich betroffenen Pixel ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Simulationsverfahren für ein Pixelscheinwerfersystem und insbesondere ein Verfahren zum Auslegen von Lichtfunktionen eines realen Pixelscheinwerfersystems mit wenigstens einem realen Pixelscheinwerfer, wobei die zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke der mit dem Pixelscheinwerfer beleuchtbaren Fläche einer Szene in Abhängigkeit von Merkmalen verschiedener Bereiche der beleuchtbaren Fläche der Szene steuerbar ist.
Als Pixelscheinwerfer werden vorliegend derartige Scheinwerfer für den automobilen Sektor bezeichnet, die eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Lichtquellen aufweisen. Die Gesamtlichtverteilung der Lichtquellen ist durch das Zusammenwirken aller Lichtquellen über weite Bereiche frei konfigurierbar und innerhalb weniger Millisekunden adaptierbar. Als Lichtquellen werden in der Regel LED-Chips verwendet, die eine Vielzahl an einzeln ansteuerbaren Lichtpunkten, den sogenannten Pixeln, aufweisen. Da in der Regel mindestens zwei Scheinwerfer je Auto verbaut sind, weisen typische Pixelscheinwerfersystem im Allgemeinen mindestens zwei Pixelscheinwerfer auf, die im räumlichen Abstand zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Gesamtlichtverteilung bilden.
Mit dem Begriff „beleuchtbare Fläche“ ist die maximale Fläche gemeint, die die Pixelscheinwerfer bei voller Bestromung aller Pixel ausleuchten kann. Die beleuchtbare Fläche stellt eine Grenze für die Lichtfunktionen dar, da über die maximal beleuchtbare Fläche hinaus keine zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke reichen kann. Folglich kann eine Anpassung der Gesamtlichtverteilung und somit der zweidimensionalen Verteilung der Beleuchtungsstärke lediglich innerhalb der beleuchtbaren Fläche erfolgen. Die beleuchtbare Fläche kann darüber hinaus von Hindernissen, wie Mauern oder großen Bäumen, eingeschränkt sein, da sie die Reichweite der Beleuchtungsstärke limitieren.
Derartige Pixelscheinwerfer ermöglichen eine Erweiterung des herkömmlichen Anwendungsgebietes von Kfz-Scheinwerfern. Sie schaffen die technische Voraussetzung für neue Lichtfunktionen, wie blendfreies Fernlicht, Markierungslicht und/oder Symbolprojektionen. Blendfreies Fernlicht ermöglicht die kontinuierliche Benutzung des Fernlichtes, ohne dass ein vollständiges Abblenden bei entgegenkommendem Verkehr notwendig ist. Aufgrund der einzeln ansteuerbaren Lichtquellen ist es möglich, die Lichtintensität in einzelnen Bereichen, wie der Fahrerkabine des entgegenkommenden Fahrzeugs, anzupassen. Damit kann beim Anwendungsbeispiel des blendfreien Fernlichtes lediglich die Fahrerkabine des entgegenkommenden Fahrzeugs ausgeblendet werden. Der beleuchtbare Bereich außerhalb der Fahrerkabine kann weiter beleuchtet werden. Dadurch wird die Sicherheit bei Nachtfahrten deutlich erhöht, und ein manuelles Ab- und Aufblenden ist nicht mehr zwingend notwendig.
Es können jedoch nicht nur einzelne Bereiche ausgeblendet, das heißt die Lichtintensität abgeschwächt werden, sondern auch einzelne Bereiche durch Erhöhung der Lichtintensität aufgehellt werden. Dadurch können beispielsweise Linien und/oder Symbole auf die Straße projiziert werden, sodass Warnsymbole und/oder am Straßenrand erfasste Straßenschilder als Projektion in dem beleuchtbaren Bereich erscheinen und sich im direkten Sichtfeld des Autofahrers befinden. Darüber hinaus können Hilfslinien auf die Straße projiziert werden, die beispielsweise die Fahrzeugbreite anzeigen oder als Abstandswarnung fungieren, sodass eine bessere Abschätzung der eigenen Fahrzeugbreite in Relation zu der verengten Fahrspur oder dynamische Warnfunktionen ermöglicht werden.
Um diese Lichtfunktionen kontrolliert umsetzen zu können, ist eine präzise Steuerung jeder einzelnen Lichtquelle z.B. abhängig von der Fahrsituation, dem Zustand des eignen Fahrzeugs und den Einflüssen aus der Umwelt von Vorteil. Die Berechnung der Leuchtstärke jedes einzelnen Pixels soll daher hochdynamisch und die ständige Neuberechnung der Lichtverteilung mit einer hohen Taktrate erfolgen, um auf Änderungen der äußeren Einflüsse direkt reagieren zu können.
Um derartige Lichtfunktionen der Pixelscheinwerfer in den Straßenverkehr zu integrieren, bedarf es einer Vielzahl an komplexen Vorabberechnungen und eine sorgfältige Programmierung einer Steuersoftware für die Pixelscheinwerfer, um eine zuverlässige Funktion des Systems zu gewährleisten. Insbesondere bei der Funktion des blendfreien Fernlichtes muss das reale Geschehen kontinuierlich erfasst sowie richtig eingeschätzt werden, um daraufhin die einzelnen Pixel zuverlässig steuern zu können. Eine fehlerhafte Steuerung der Pixel stellt insbesondere bei blendfreiem Fernlicht ein großes Risiko für Verkehrsunfälle dar.
Die Berechnung der Lichtverteilung aller Pixel stellt folglich eine hochkomplexe Herausforderung dar. Nicht selten werden daher im Vorfeld reale Nachtfahrten durchgeführt, um sie anschließend als Grundlage für die Berechnung der Lichtverteilung zu verwenden. Reale Nachtfahrten sind jedoch nicht nur gefährlich, sie sind weiterhin auch zeitaufwendig sowie kostspielig. Mit interaktiven Nachtfahrtsimulationen können diese Nachteile jedoch umgangen werden.
Konkret ermöglicht beispielsweise die Simulationsumgebung „LucidDrive“ aus dem Software Paket „LucidShape“ der Firma Synopsys die Simulation von Pixelscheinwerfersystemen mit Hilfe des „AFS Masking PixelLight Feature“. Es wird die Gesamtlichtverteilung aller voll bestromten Pixel gerendert. Aus dieser Gesamtlichtverteilung können dann einzelne Bereiche ausgeblendet werden. Im Anwendungsbeispiel des blendfreien Fernlichtes würde der Bereich der entgegenkommenden Fahrerkabine ausgeblendet werden. Nachteil dieser Simulationsumgebung ist es jedoch, dass die Berechnung unabhängig von den Gegebenheiten der Pixelscheinwerfer und somit ohne Berücksichtigung einer realisierbaren scheinwerferspezifischen Umsetzung erfolgt.
Außerdem zeigt die Software „ALiSiA“ der Hella KGaA einen weiteren Lösungsansatz zur simulationsbasierten Auslegung von Lichtfunktionen für Pixelscheinwerfer auf. Zur Visualisierung der Lichtverteilung beider Scheinwerfer wird die Lichtverteilung je Scheinwerfer auf eine vertikal vor dem jeweiligen Scheinwerfer stehende Messfläche projiziert. Dabei ist die Lichtverteilung von einstellbaren Parametern beeinflussbar. Die Projektion auf eine vertikale Messfläche der Gesamtlichtverteilung wird mit einer realen Nachtfahrt Videoaufnahme überlagert. Durch Variieren der einstellbaren Parameter kann die projizierte Gesamtlichtverteilung soweit angepasst werden, bis sie in der Videoaufnahme der realen Nachtfahrt entsprechend der gewünschten Lichtfunktion geeignet erscheint. Durch die Überlagerung der Projektion der Gesamtlichtverteilung mit der Videoaufnahme einer realen Nachtfahrt entstehen Unsicherheiten bezüglich der Genauigkeit der Gesamtlichtverteilung in der Umgebung der Videoaufnahme. Dies liegt einerseits daran, dass die Gesamtlichtverteilung lediglich auf eine vor den Scheinwerfern stehende vertikale Messfläche projiziert wird und somit der reale Lichteindruck nicht dargestellt werden kann. Andererseits können Umwelteinflüsse, wie beispielsweise reflektierende Oberflächen oder distanzabhängige Abschwächungen, nicht für die Darstellung der Gesamtlichtverteilung berücksichtigt werden. Somit kann die Software „ALiSiA“ lediglich eine Annäherung an die reale Gesamtlichtverteilung visuell darstellen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erlauben es bisher noch nicht, äußere Umwelteinflüsse während einer Nachtfahrt, wie beispielsweise reflektierende Oberflächen oder distanzabhängige Abschwächungen, in der Berechnung der Gesamtlichtverteilung zu berücksichtigen sowie die Gesamtlichtverteilung realitätsnahe visuell darzustellen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren zum Auslegen von Lichtfunktiones realen Pixelscheinwerfersystem anzugeben, das es erlaubt, die zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke der mit einem Pixelscheinwerfer des Pixelscheinwerfersystems beleuchtbaren Fläche in Abhängigkeit von Merkmalen verschiedener Bereiche der beleuchtbaren Fläche, vor allem in Abhängigkeit von dynamischem Gegenverkehr, automatisiert zu steuein sowie dafür die Simulation von frei wählbaren Fahrszenarien realitätsnah zu gestalten, sodass die Berechnung der Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfersystems unter Berücksichtigung von fahrzeugspezifischen und/oder umweltspezifischen Einflüssen erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zum Auslegen von Lichtfunktionen eines realen Pixelscheinwerfersystems mit wenigstens einem realen Pixelscheinwerfer vorgesehen, das folgende Verfahrensschritte aufweist:

a) Definieren eines virtuellen Fahrszenarios, wobei das virtuelle Fahrszenario eine Straße und die Straßenumgebung, insbesondere Bepflanzung, Bordsteine, Straßenschilder, Straßenmarkierungen, Verkehrsteilnehmer und/oder wetterbedingte Merkmale umfasst,
b) Definieren eines virtuellen Kraftfahrzeuges, wobei das virtuelle Kraftfahrzeug einen virtuellen, dem realen Pixelscheinwerfer entsprechenden Pixelscheinwerfer und einen virtuellen Umgebungssensor zum Erfassen wenigstens eines Teilbereichs der von dem virtuellen Pixelscheinwerfer beleuchtbaren Fläche aufweist,
c) Simulieren einer Nachtfahrt des virtuellen Kraftfahrzeugs in dem definierten virtuellen Fahrszenario mit eingeschaltetem virtuellen Pixelscheinwerfer durch Simulieren aufeinanderfolgender virtueller Szenen, wobei jede virtuelle Szene ein Standbild aus der simulierten virtuellen Fahrt mit dem virtuellen Kraftfahrzeug in dem definierten virtuellen Fahrszenario darstellt,
d) Erfassen von virtuellen Umgebungsdaten durch den virtuellen Umgebungssensor in dem von dem virtuellen Umgebungssensor erfassbaren Teilbereich der von dem virtuellen Pixelscheinwerfer beleuchtbaren Fläche in wenigstens einer der virtuellen Szenen,
e) Analysieren der erfassten virtuellen Umgebungsdaten zur automatischen Ermittlung wenigstens eines räumlichen Selektionsbereiches in der virtuellen Szene, wobei der räumliche Selektionsbereich den Bereich angibt, in dem aufgrund einer vordefinierten, von Merkmalen verschiedener Bereiche der beleuchtbaren Fläche der Szene abhängigen, Beleuchtungsvorschrift eine Änderung der Beleuchtungsstärke erforderlich ist,
f) Bestimmen einer Gruppe von aufgrund des ermittelten räumlichen Selektionsbereiches betroffenen Pixeln des virtuellen Pixelscheinwerfers und Ändern der individuellen Lichtintensität der einzelnen Pixel der bestimmten Gruppe von Pixeln des virtuellen Pixelscheinwerfers, um einen jeweiligen Änderungsbetrag hin zu einer stärkeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift in dem räumlichen Selektionsbereich eine höhere Beleuchtungsstärke vorschreibt, oder hin zu einer schwächeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift in dem räumlichen Selektionsbereich eine niedrigere Beleuchtungsstärke vorschreibt,
g) erneutes Erfassen von virtuellen Umgebungsdaten durch den virtuellen Umgebungssensor in dem von dem virtuellen Umgebungssensor erfassbaren Teilbereich der von dem virtuellen Pixelscheinwerfer beleuchtbaren Fläche in der virtuellen Szene,
h) Analysieren der erneut erfassten virtuellen Umgebungsdaten dahingehend, ob in dem räumlichen Selektionsbereich in der virtuellen Szene die erzielte Lichtintensität der Beleuchtungsvorschrift genügt,
i) Generieren und Abspeichern von Wertepaaren für die zu erstellende Steuerung wenn die erzielte Beleuchtung der Beleuchtungsvorschrift genügt, wobei die Wertepaare aus der Gruppe von Pixeln und den jeweiligen Änderungsbeträgen der einzelnen Pixel der Gruppe gebildet werden, oder
j) Bestimmen einer neuen Gruppe von aufgrund des ermittelten räumlichen Selektionsbereiches betroffenen Pixeln des virtuellen Pixelscheinwerfers, die sich wenigstens in einem Pixel von der zuvor bestimmten Gruppe unterscheidet, und/oder Ändern der individuellen Lichtintensität der einzelnen Pixels des virtuellen Pixelscheinwerfers, um einen jeweiligen Änderungsbetrag hin zu einer stärkeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift in dem räumlichen Selektionsbereich eine höhere Beleuchtungsstärke vorschreibt, oder hin zu einer schwächeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift in dem räumlichen Selektionsbereich eine niedrigere Beleuchtungsstärke vorschreibt, wobei sich wenigstens ein Änderungsbetrag eines Pixels von dem Änderungsbetrag für den Pixel in der zuvor bestimmten Gruppe unterscheidet, und Wiederholen der Schritte g), h) und i) bzw. j).

Wenn es vorliegend heißt, dass ein räumlicher Selektionsbereiche automatisch ermittelt wird, bedeutet das, dass in der virtuellen Szene der Bereich automatisch ermittelt wird, in dem die Lichtintensität der Gesamtlichtverteilung gemäß der Lichtfunktion entweder verstärkt oder abgeschwächt werden soll. Diese automatische Ermittlung erfolgt ohne Eingreifen eines menschlichen Anwenders oder Entwicklers. Sie basiert lediglich auf Daten, die der Simulation einer virtuellen Nachtfahrt entnommen werden können. Dazu gehören vor allem Daten der virtuellen Umgebungskamera. Sie scannt die Umgebung des Fahrszenarios und kann folglich Daten zur Umgebung liefern. Dazu können beispielsweise der Gegenverkehr und das Scheinwerferlicht des Gegenverkehrs sowie Bepflanzungen am Straßenrand oder die Straßenbeschaffenheit und Straßenschilder zählen, die sich im Erfassungsbereich der Umgebungskamera befinden. Vor allem die Straßenoberfläche bei Nässe sowie die Straßenschilder können einen wesentlichen Beitrag zu der Gesamtlichtverteilung beitragen, da sie in der Regel reflektierende Oberflächen aufweisen. Der räumliche Selektionsbereich kann folglich nicht nur unter Berücksichtigung des Gegenverkehrs ermittelt werden, sondern kann außerdem die Umgebung sowie deren Einfluss auf die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfersystems berücksichtigen.
Ist der räumliche Selektionsbereich erfasst, wird eine Gruppe von betroffenen Pixeln bestimmt, die durch Änderung der Lichtintensität der betroffenen Pixel eine Änderung der Lichtverteilung in dem räumlichen Selektionsbereich bewirken kann. Die Lichtintensität wird um einen jeweiligen Änderungsbeitrag angepasst, indem entweder die Lichtintensität der betroffenen Pixel verstärkt oder abgeschwächt wird, sodass eine stärkere oder schwächere Lichtintensität vorliegt.
Nach Änderung der Lichtintensitäten der betroffenen Pixel werden die virtuellen Umgebungsdaten erneut erfasst und analysiert, ob in dem räumlichen Selektionsbereich in der virtuellen Szene die erzielte Lichtfunktion der Beleuchtungsvorschrift genügt. Ist dies der Fall, werden Wertepaare für die zu erstellende Steuerung aus der Gruppe von Pixeln und den jeweiligen Änderungsbeiträgen der einzelnen Pixel der Gruppe gebildet. Genügt die erzielte Lichtfunktion der Beleuchtungsvorschrift nicht, wird eine neue Gruppe von betroffenen Pixeln bestimmt, die sich wenigstens in einem Pixel zu der zuvor bestimmten Gruppe unterscheidet. Die Lichtintensität der neuen Gruppe von den betroffenen Pixel wird daraufhin geändert und die Überprüfung, ob die Lichtfunktion der Beleuchtungsvorschrift genügt wird erneut durchgeführt.
Die Erfindung ermöglicht damit das automatische Erfassen eines räumlichen Selektionsbereiches abhängig von einer Mehrzahl verschiedener wählbarer Lichtfunktionen sowie die automatische Anpassung der Lichtintensitäten einzelner betroffener Pixel, um die Lichtfunktion zu realisieren. Grundlage der Ermittlung des räumlichen Selektionsbereiches und die Anpassung der Lichtintensitäten ist das virtuelle Fahrszenario. Da dieses Fahrszenario vorab definiert und simuliert wird, besteht die Möglichkeit, die Lichtfunktion für eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrszenarien visuell darzustellen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, die Wertepaare aus der Gruppe von Pixeln und den jeweiligen Änderungsbeträgen als Trainingsdaten bereitzustellen. Damit kann beispielsweise ein neuronales Netzwerk trainiert werden. Die Auswertung des neuronalen Netzwerkes erfolgt somit zeit- und kosteneffizient.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Steuerung für einen realen Pixelscheinwerfer durch Abspeichern von Wertepaaren aus der Gruppe von Pixeln und den jeweiligen Änderungsbeträgen der einzelnen Pixel der Gruppe und Integration der abgespeicherten Wertepaare auf einem Steuergerät sowie durch das Abrufen der gespeicherten Wertepaaren erfolgt. Ferner wird es ermöglicht, dass die Wertepaare ohne Überschreiten der Speicherkapazität des Grafikchips auf dem Grafikchip des Steuergerätes abgespeichert werden können und somit die hochdynamische Steuerung der Vielzahl an Pixeln gewährleistet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt die räumliche Orientierung in der virtuellen Szene auf Basis eines globalen 3-dimensionalen Koordinatensystems. Die globalen Koordinaten werden in ein scheinwerferspezifisches Koordinatensystem überführt. Dadurch wird gewährleistet, dass die grundlegende Berechnung scheinwerferunabhängig erfolgt und erst in einem nachgelagerten Schritt die globalen Koordinaten in das Koordinatensystem der Scheinwerfer überführt werden. Folglich erfolgt die Simulation unabhängig von der Beschaffenheit des Pixelscheinwerfersystems, sodass mit der nachfolgenden Umrechnung eine Vielzahl von unterschiedlichen Pixelscheinwerfersystemen realisiert werden kann.
Die Erfindung ermöglicht nicht nur das Erfassen und Analysieren der Umgebungsdaten, sondern auch das Erfassen und Analysieren der Fahrzeugdaten. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist insofern vorgehsehen, dass das virtuelle Kraftfahrzeug wenigstens eine virtuelle Umfeldkamera und/oder wenigstens einen virtuellen Helligkeitssensor als Umgebungssensor und/oder wenigstens einen virtuellen Fahrzeugsensor zum Erfassen von Fahrzeugdaten, insbesondere der Beschleunigung und/oder der Lenkwinkel und/oder der Gierrate, aufweist. Mit einem zusätzlichen Helligkeitssensor kann die Lichtverteilung der Umgebung, die beispielsweise durch Lichtreflexionen oder Schatten beeinflusst wird, erfasst und für die Bestimmung der Gruppe von betroffenen Pixeln für die Änderung der Lichtintensitäten berücksichtigt werden. Beispielsweise muss die Lichtintensität eines betroffenen Pixels für eine gewählte Lichtfunktion weniger stark erhöht werden, wenn aufgrund eventueller Lichtreflexionen die Lichtintensität im gewünschten Bereich höher ist als die Lichtintensität, die lediglich vom Pixelscheinwerfersystem ausgeht.
Vorzugsweise weist das Verfahren folgende zusätzliche Verfahrensschritten auf:

- Erfassen von virtuellen Fahrzeugdaten durch den wenigstens einen virtuellen Fahrzeugsensor des virtuellen Kraftfahrzeuges,
- Analysieren der erfassten Fahrzeugdaten zum Bestimmen einer zweiten Gruppe von Pixeln des virtuellen Pixelscheinwerfers in Abhängigkeit der erfassten Fahrzeugdaten und
- Ändern der individuellen Lichtintensität der einzelnen Pixel der zweiten bestimmten Gruppe von Pixeln des virtuellen Pixelscheinwerfers, um einen jeweiligen Änderungsbetrag hin zu einer stärkeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift unter Berücksichtigung der erfassten Fahrzeugdaten in dem räumlichen Selektionsbereich eine höhere Beleuchtungsstärke vorschreibt, oder hin zu einer schwächeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift unter Berücksichtigung der erfassten Fahrzeugdaten in dem räumlichen Selektionsbereich eine niedrigere Beleuchtungsstärke vorschreibt.

Allgemein bedeutet dies, dass eine zweite Gruppe von für eine Lichtfunktion betroffenen Pixeln bestimmt wird und dafür auch die erfassten Fahrzeugdaten berücksichtigt werden. Das Lenkverhalten sowie die Geschwindigkeit des Fahrzeuges können einen Einfluss auf die Lichtfunktion haben. Beispielsweise kann der auszuleuchtende Bereich bei der Lichtfunktion des blendfreien Fernlichts in Anhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößert oder verkleinert werden. Weiterhin kann die Projektion von Hilfslinien und/oder Symbolen abhängig von Kurvenfahrten sein, sodass die Hilfslinien und/oder Symbole in den Verlauf einer Kurve hineinprojiziert werden können.
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Gruppe von Pixeln eine Teilmenge der ersten Gruppe von Pixeln ist. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Pixel sowohl aufgrund der Umfelddaten als auch aufgrund der Fahrzeugdaten für eine bestimmte Lichtverteilung betroffen sein kann und die Anpassung der Lichtintensität des betroffenen Pixels aus der Teilmenge keine zwei unterschiedliche Änderungsbeträge zugeordnet bekommt, sondern der Änderungsbetrag beide Einflüsse gleichermaßen berücksichtigt.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt auch darin, dass die Hintereinanderreihung der virtuellen Szenen so getaktet ist, dass die Anzahl der virtuellen Szenen pro Sekunde vorbestimmt ist und die Anzahl der Wiederholungen des Schrittes j) entweder der Anzahl an Wiederholungen entspricht, die es braucht bis die erzielte Beleuchtung der Beleuchtungsvorschrift genügt, oder der Anzahl an Wiederholungen entspricht, die im Rahmen der Taktung bis zur Analyse der nächsten angereihten virtuellen Szene zeitlich möglich ist, je nachdem welcher Zustand zeitlich als erstes eintritt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Wiederholung des Schrittes j) endlich ist. In dem Fall, dass für eine virtuelle Szene keine Lichtverteilung erreicht wird, die der Beleuchtungsvorschrift genügt, wird der Schritt j) nicht unendlich oft wiederholt, sondern nur so oft, bis die angereihte nächste virtuelle Szene analysiert wird.
Wird vorliegend davon gesprochen, dass eine Lichtverteilung einer Beleuchtungsvorschrift genügt, ist gemeint, dass die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfersystems der angestrebten Gesamtlichtverteilung der Beleuchtungsvorschrift im Rahmen einer gewissen Fehlertoleranz bzw. im Rahmen einer gewissen zulässigen Abweichung entspricht. Damit ist also nicht gemeint, dass die Gesamtlichtverteilungen exakt identisch sein müssen. Vielmehr ist damit gemeint, dass die Gesamtlichtverteilung der Beleuchtungsvorschrift Toleranzgrenzen aufweist. Innerhalb der Toleranzgrenzen der Beleuchtungsvorschrift muss die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfersystems eingeordnet werden können, damit die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfersystems der Gesamtlichtverteilung der Beleuchtungsvorschrift „genügt“.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, wird die Beleuchtungsvorschrift von einer angestrebten zweidimensionalen Verteilung der Beleuchtungsstärke bestimmt, die abhängig von der gewünschten Lichtfunktion, insbesondere blendfreies Fernlicht und/oder das Projizieren von Linien und/oder Symbolen auf die Straße. Folglich bestimmen die unterschiedlichen Lichtfunktionen die jeweiligen unterschiedlichen angestrebten zweidimensionalen Verteilungen der Beleuchtungsstärke der Pixel, auch Gesamtlichtverteilung genannt. Das blendfreie Fernlicht weist eine andere angestrebte Gesamtlichtverteilung auf als die Projektion von Hilfslinien auf die Straße. Je nach Lichtfunktion müssen einzelne Bereiche der Gesamtlichtverteilung entweder aufgehellt oder abgedunkelt, das heißt die Lichtintensität einzelner Pixel verstärkt oder abgeschwächt werden.
Grundsätzlich können die Änderung der individuellen Lichtintensität einzelner Pixel auf mehrere Weisen ermöglicht werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Änderung der individuellen Lichtintensitäten um einen jeweiligen Änderungsbetrag über einen Dimmfaktor d erfolgt, wobei d < 1 gilt, wenn die Lichtintensität abgeschwächt werden soll und d > 1 gilt, wenn die Lichtintensität verstärkt werden soll und dass der Dimmfaktor mit der individuellen Lichtintensität der jeweiligen Pixel multipliziert wird. Mit Hilfe des Dimmfaktors wird ein neuer Dimmwertsatz für die Lichtintensitäten der betroffenen Pixel berechnet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail beschreiben.
Figurenliste

1 schematisch eine virtuelle Szene eines simulierten Fahrszenarios,
2a schematisch eine virtuelle Szene eines simulierten Fahrszenarios aus Sicht des Fahrzeugführers mit einer visualisierten zweidimensionalen Gesamtlichtverteilung,
2b schematisch eine virtuelle Szene eines simulierten Fahrszenarios aus Sicht des Fahrzeugführers mit einer geänderten visualisierten zweidimensionalen Gesamtlichtverteilung,
3a schematisch eine visualisierte zweidimensionale Gesamtlichtverteilung,
3b eine Anordnung von Pixel-Arrays,
4a schematisch eine weitere visualisierte zweidimensionale Gesamtlichtverteilung und
4b die Anordnung von Pixel-Arrays aus 3b mit geänderten Bestromungswerten je Pixel.

Aus 1 ist schematisch ein Beispiel eines virtuellen Fahrszenarios 3 dargestellt. Für die Simulation dieses Fahrszenarios wurden eine Straße 4, die Straßenumgebung 5, die Bepflanzung 6 am Seitenrand, die Bordsteine 7, ein Straßenschild 8, die Straßenmarkierungen 9 sowie andere Verkehrsteilnehmer 10 definiert. Mit der Definition des virtuellen Fahrszenarios ist jedoch nicht nur die Positionierung der jeweiligen Merkmale, sondern auch die Beschaffenheit, wie beispielsweise die Reflexionsfähigkeit eines Straßenschildes, bestimmt. Jedes definierte Merkmal kann auf die anschließende Berechnung der Lichtverteilung einen Einfluss haben, da sie beispielsweise Licht absorbieren oder reflektieren können und dieses Verhalten die Gesamtlichtverteilung beeinflusst. Daher ist die sorgfältige Definition eines virtuellen Fahrszenarios zu Beginn von besonderer Wichtigkeit.
In 2a ist ein virtuelle Szene 14 des zuvor definierten virtuellen Fahrszenarios 3 aus der Sicht des Fahrers des virtuellen Kraftfahrzeuges 11 schematisch dargestellt. Das virtuelle Kraftfahrzeug 11 fährt auf der rechten Spur der mit Straßenmarkierungen 9 abgegrenzten Straße 4. Ein weiterer Verkehrsteilnehmer 10 kommt dem virtuellen Kraftfahrzeug 11 auf der Gegenfahrbahn entgegen und stellt somit den Gegenverkehr dar. Das virtuelle Kraftfahrzeug 11 ist mit zwei virtuellen Pixelscheinwerfern 12 sowie mit virtuellen Umgebungssensoren 13 ausgestattet, die in Form von einer virtuellen Umfeldkamera 18 und einem virtuellen Helligkeitssensor 19 realisiert sind. Weiterhin weist das Kraftfahrzeug 11 einen virtuellen Fahrzeugsensor 20 auf.
Die Sensoren sind in 2a auf der Motorhaube platziert. Dies entspricht in der Regel nicht der Realität. Vielmehr können die Sensoren 18, 19, 20 je nach Funktion auf der Windschutzscheibe oder an anderen Stellen des Kraftfahrzeugs 11 verbaut sein. Die Position der Sensoren 18, 19, 20 ist jedoch für die Erfindung von keiner Bedeutung. Deswegen werden sie der Einfachheit halber auf der Motorhaube dargestellt. Die virtuellen Pixelscheinwerfer 12 sind in 2 eingeschaltet und das Fernlicht ist aktiviert, sodass eine zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke 1 sichtbar ist, die eine beleuchtbare Fläche 2 abgrenzt. Es ist erkennbar, dass die zweidimensionale Verteilung er Beleuchtungsstärke 1 ohne Änderung der Lichtintensitäten der einzelnen Pixel 21 den Fahrzeugführer des entgegenkommenden Verkehrsteilnehmers 10 einschließen und somit den Fahrzeugführer blenden würde. Daher wird ein räumlicher Selektionsbereich 15 automatisch bestimmt. In diesem räumlichen Selektionsbereich 15 muss die Lichtintensität der betroffenen Pixel 17 angepasst werden, sodass die zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke 1 den räumlichen Selektionsbereich 15 nicht mehr abdeckt und der Fahrer des entgegenkommenden Fahrzeugs nicht mehr geblendet wird.
Diese Situation ist in 2b schematisch dargestellt. Die Lichtintensitäten der betroffenen Pixel 17 und somit die zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke 1 ist geändert worden. Es ist erkennbar, dass der räumliche Selektionsbereich 15 nicht mehr von der zweidimensionalen Verteilung der Beleuchtungsstärke 1 erfasst wird. Der entgegenkommende Verkehrsteilnehmer 10 wird folglich nicht geblendet. Die restliche beleuchtbare Fläche 2 wird jedoch weiterhin voll ausgeleuchtet, da lediglich die Lichtintensität der für den räumlichen Selektionsbereich 15 betroffenen Pixel 17 geändert wurde.
3 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen der Pixel 21 in einem Pixelarray 21 (3a) und der zweidimensionalen Verteilung der Beleuchtungsstärke 1 (3b) für die virtuelle Szene 14 des virtuellen Fahrszenarios 3 aus 2a. Die Pixelscheinwerfer sind eingeschaltet und alle Pixel 21 des Pixelarrays 22 sind voll bestromt. Jegliche Einflüsse aus dem Umfeld oder Einflüsse des Fahrzeugzustandes werden nicht berücksichtigt. Die zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke 1 gleicht der Lichtverteilung eines herkömmlichen Scheinwerfers ohne eine Vielzahl an Pixel 21 als Lichtquelle.
Der Unterschied von Pixelscheinwerfern und herkömmlichen Scheinwerfern sowie der wesentliche Punkt der Erfindung wird exemplarisch in 4 gezeigt. 4 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen der Pixel 21 in einem Pixelarray 21 (4a) und der zweidimensionalen Verteilung der Beleuchtungsstärke 1 (4b) für die virtuelle Szene 14 des virtuellen Fahrszenarios 3 aus 2b. Mit Hilfe der virtuellen Umgebungssensoren 13, 18, 19 und dem virtuellen Fahrzeugsensor 20 konnte ein räumlicher Selektionsbereich 15 automatisch bestimmt werden.
Daraufhin wird die für den räumlichen Selektionsbereich 15 relevante Gruppe 16 von betroffenen Pixeln 17 aller Pixel 21 des Pixelarrays 22 bestimmt. Die Lichtintensität der betroffenen Pixel 17 wird gemäß der Lichtfunktion geändert. Die Lichtfunktion des vorliegenden Anwendungsbeispiels ist das blendfreie Fernlicht.
Es ist folglich Aufgabe der Lichtfunktion die zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke 1 dahingehend anzupassen, dass der Fahrer des Gegenverkehrs, der von dem räumlichen Selektionsbereich 15 erfasst wird, nicht geblendet wird, indem die Lichtintensität in dem räumlichen Selektionsbereich 15 abgeschwächt wird. In 4a ist erkennbar, dass zu der Gruppe 16 der betroffenen Pixel 17 die Pixel der Nummer 41 bis 45 sowie 61 bis 65 gehören. Die Lichtintensität dieser Pixel 17 wird abgeschwächt, indem die Bestromungswerte jedes einzelnen Pixels 17 der betroffenen Gruppe 16 angepasst werden. Die resultierende zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke ist in 4b schematisch dargestellt. Es ist erkennbar, dass der räumliche Selektionsbereich 15 nicht mehr von der zweidimensionalen Verteilung der Beleuchtungsstärke 1 erfasst wird. Da der räumliche Selektionsbereich 15 genau den Bereich beschreibt, in dem sich der entgegenkommende Verkehrsteilnehmer 10 befindet, wie in 2a und 2b dargestellt, kann gewährleistet werden, dass das Fernlicht des Pixelscheinwerfersystems ohne vollständiges Abblenden den Fahrer des entgegenkommenden Fahrzeuges nicht blendet.
Bezugszeichenliste

1: zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke
2: beleuchtbare Fläche
3: virtuelles Fahrszenario
4: Straße
5: Straßenumgebung
6: Bepflanzung
7: Bordstein
8: Straßenschild
9: Straßenmarkierung
10: Verkehrsteilnehmer
11: virtuelles Kraftfahrzeug
12: virtueller Pixelscheinwerfer
13: virtueller Umgebungssensor
14: virtuelle Szene
15: räumlicher Selektionsbereich
16: Gruppe von betroffenen Pixeln
17: betroffener Pixel
18: virtuelle Umfeldkamera
19: virtueller Helligkeitssensor
20: virtueller Fahrzeugsensor
21: Pixel
22: Pixelarray

Claims

Verfahren zum Auslegen von Lichtfunktionen eines realen Pixelscheinwerfersystems mit wenigstens einem realen Pixelscheinwerfer, wobei die zweidimensionale Verteilung der Beleuchtungsstärke (1) der mit dem Pixelscheinwerfer beleuchtbaren Fläche (2) einer Szene in Abhängigkeit von Merkmalen verschiedener Bereiche der beleuchtbaren Fläche (2) der Szene steuerbar ist, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Definieren eines virtuellen Fahrszenarios (3), wobei das virtuelle Fahrszenario (3) eine Straße (4) und die Straßenumgebung (5), insbesondere Bepflanzung (6), Bordsteine (7), Straßenschilder (8), Straßenmarkierungen (9), Verkehrsteilnehmer (10) und/oder wetterbedingte Merkmale umfasst, b) Definieren eines virtuellen Kraftfahrzeuges (11), wobei das virtuelle Kraftfahrzeug (11) einen virtuellen, dem realen Pixelscheinwerfer entsprechenden Pixelscheinwerfer (12) und einen virtuellen Umgebungssensor (13) zum Erfassen wenigstens eines Teilbereichs der von dem virtuellen Pixelscheinwerfer (12) beleuchtbaren Fläche (2) aufweist, c) Simulieren einer Nachtfahrt des virtuellen Kraftfahrzeugs (11) in dem definierten virtuellen Fahrszenario (3) mit eingeschaltetem virtuellen Pixelscheinwerfer (12) durch Simulieren aufeinanderfolgender virtueller Szenen (14), wobei jede virtuelle Szene (14) ein Standbild aus der simulierten virtuellen Fahrt mit dem virtuellen Kraftfahrzeug (11) in dem definierten virtuellen Fahrszenario (3) darstellt, d) Erfassen von virtuellen Umgebungsdaten durch den virtuellen Umgebungssensor (13) in dem von dem virtuellen Umgebungssensor (13) erfassbaren Teilbereich der von dem virtuellen Pixelscheinwerfer (12) beleuchtbaren Fläche (2) in wenigstens einer der virtuellen Szenen (14), e) Analysieren der erfassten virtuellen Umgebungsdaten zur automatischen Ermittlung wenigstens eines räumlichen Selektionsbereiches (15) in der virtuellen Szene (14), wobei der räumliche Selektionsbereich (15) den Bereich angibt, in dem aufgrund einer vordefinierten, von Merkmalen verschiedener Bereiche der beleuchtbaren Fläche (2) der Szene abhängigen, Beleuchtungsvorschrift eine Änderung der Beleuchtungsstärke erforderlich ist, f) Bestimmen einer Gruppe (16) von aufgrund des ermittelten räumlichen Selektionsbereiches (15) betroffenen Pixeln des virtuellen Pixelscheinwerfers und Ändern der individuellen Lichtintensität der einzelnen betroffenen Pixel (17) der bestimmten Gruppe von Pixeln (16) des virtuellen Pixelscheinwerfers, um einen jeweiligen Änderungsbetrag hin zu einer stärkeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift in dem räumlichen Selektionsbereich eine höhere Beleuchtungsstärke vorschreibt, oder hin zu einer schwächeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift in dem räumlichen Selektionsbereich eine niedrigere Beleuchtungsstärke vorschreibt, g) erneutes Erfassen von virtuellen Umgebungsdaten durch den virtuellen Umgebungssensor in dem von dem virtuellen Umgebungssensor (13) erfassbaren Teilbereich der von dem virtuellen Pixelscheinwerfer (12) beleuchtbaren Fläche (2) in der virtuellen Szene (14), h) Analysieren der erneut erfassten virtuellen Umgebungsdaten dahingehend, ob in dem räumlichen Selektionsbereich (15) in der virtuellen Szene (14) die erzielte Lichtintensität der Beleuchtungsvorschrift genügt, i) Generieren und Abspeichern von Wertepaaren für die zu erstellende Steuerung wenn die erzielte Beleuchtung der Beleuchtungsvorschrift genügt, wobei die Wertepaare aus der Gruppe von Pixeln (16) und den jeweiligen Änderungsbeträgen der einzelnen Pixel (17) der Gruppe (16) gebildet werden, oder j) Bestimmen einer neuen Gruppe von aufgrund des ermittelten räumlichen Selektionsbereiches (15) betroffenen Pixeln des virtuellen Pixelscheinwerfers (12), die sich wenigstens in einem Pixel (17) von der zuvor bestimmten Gruppe (16) unterscheidet, und/oder Ändern der individuellen Lichtintensität der einzelnen Pixels (17) des virtuellen Pixelscheinwerfers (12), um einen jeweiligen Änderungsbetrag hin zu einer stärkeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift in dem räumlichen Selektionsbereich (15) eine höhere Beleuchtungsstärke vorschreibt, oder hin zu einer schwächeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift in dem räumlichen Selektionsbereich (15) eine niedrigere Beleuchtungsstärke vorschreibt, wobei sich wenigstens ein Änderungsbetrag eines Pixels von dem Änderungsbetrag für den Pixel (17) in der zuvor bestimmten Gruppe unterscheidet, und Wiederholen der Schritte g), h) und i) bzw. j).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wertepaare aus der Gruppe von Pixeln (16) und den jeweiligen Änderungsbeträgen als Trainingsdaten für ein neuronales Netzwerk bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die räumliche Orientierung in der virtuellen Szene (14) auf Basis eines globalen 3-dimensionalen Koordinatensystems erfolgt und die globalen Koordinaten in ein scheinwerferspezifisches Koordinatensystem überführt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das virtuelle Kraftfahrzeug (11) wenigstens eine virtuelle Umfeldkamera (18) und/oder wenigstens einen virtuellen Helligkeitssensor (19) als Umgebungssensor (13) und/oder wenigstens einen virtuellen Fahrzeugsensor (20) zum Erfassen von Fahrzeugdaten, insbesondere der Beschleunigung und/oder der Lenkwinkel und/oder der Gierrate, aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche mit den zusätzlichen Verfahrensschritten: - Erfassen von virtuellen Fahrzeugdaten durch den wenigstens einen virtuellen Fahrzeugsensor (20) des virtuellen Kraftfahrzeuges (11), - Analysieren der erfassten Fahrzeugdaten zum Bestimmen einer zweiten Gruppe von Pixeln des virtuellen Pixelscheinwerfers in Abhängigkeit der erfassten Fahrzeugdaten und - Ändern der individuellen Lichtintensität der einzelnen Pixel der zweiten bestimmten Gruppe von Pixeln des virtuellen Pixelscheinwerfers, um einen jeweiligen Änderungsbetrag hin zu einer stärkeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift unter Berücksichtigung der erfassten Fahrzeugdaten in dem räumlichen Selektionsbereich (15) eine höhere Beleuchtungsstärke vorschreibt, oder hin zu einer schwächeren Lichtintensität, wenn die Beleuchtungsvorschrift unter Berücksichtigung der erfassten Fahrzeugdaten in dem räumlichen Selektionsbereich (15) eine niedrigere Beleuchtungsstärke vorschreibt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite Gruppe von Pixeln eine Teilmenge der ersten Gruppe von Pixeln (16) ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hintereinanderreihung der virtuellen Szenen (14) so getaktet ist, dass die Anzahl der virtuellen Szenen (14) pro Sekunde vorbestimmt ist und die Anzahl der Wiederholungen des Schrittes j) entweder der Anzahl an Wiederholungen entspricht, die es braucht bis die erzielte Beleuchtung der Beleuchtungsvorschrift genügt, oder der Anzahl an Wiederholungen entspricht, die im Rahmen der Taktung bis zur Analyse der nächsten angereihten virtuellen Szene (14) zeitlich möglich ist, je nachdem welcher Zustand zeitlich als erstes eintritt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Änderung der individuellen Lichtintensitäten um einen jeweiligen Änderungsbetrag über einen Dimmfaktor d erfolgt, wobei d < 1 gilt, wenn die Lichtintensität abgeschwächt werden soll und d > 1 gilt, wenn die Lichtintensität verstärkt werden soll und der Dimmfaktor mit der individuellen Lichtintensität der jeweiligen Pixel (17) multipliziert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerung für einen realen Pixelscheinwerfer durch Abspeichern von Wertepaaren aus der Gruppe von Pixeln (16) und den jeweiligen Änderungsbeträgen der einzelnen Pixel (17) der Gruppe (16) und Integration der abgespeicherten Wertepaare auf einem Steuergerät sowie durch das Abrufen der gespeicherten Wertepaaren erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorschrift von einer angestrebten zweidimensionalen Verteilung der Beleuchtungsstärke (1) bestimmt wird, die abhängig von der gewünschten Lichtfunktion, insbesondere blendfreies Fernlicht und/oder das Projizieren von Linien und/oder Symbolen auf die Straße.