技术文章 ￨ 简述矩阵式汽车前照灯的技术应用
作者 丨翁梓馨
编辑 丨Mark
引言
近年来，市场上出现了矩阵式动态智能全LED前照灯。配合摄像头、激光测距仪、亮度传感器、车载GPS，智能照明控制可以实现每个LED灯的点亮、熄灭或是亮度调整。矩阵式车灯可在夜间及恶劣天气条件下提供理想的行车视野。光照的智能化分布可确保路面整体都笼罩在高精度、最大化的光输出下，同时又不会让迎面驶来的驾驶者目眩，有助提升汽车主动安全性。
矩阵车灯技术应用
矩阵车灯相较于传统的汽车前照灯，最突出的特点是它的灵活性高。每一个LED灯都可以独立控制，多个LED灯规则排布则形成了完整的汽车前照灯。正因为前照灯是由多个LED组合而成，因此可以单独的开启或关闭其中一些LED灯，在需要的区域进行照明或者减少干扰性的照明。
1、防对向车辆眩光
实现智能的汽车照明，首先需要对汽车所处的道路交通环境进行探测和判断，才能合理控制车灯。汽车控制系统通过车载摄像头采集汽车前方的视频数据信息，然后将信息传输给车辆检测模块。汽车检测模块对待检测图像采用数字图像处理算法和机器视觉算法来检测车辆，最后从图像中获取车辆的精确位置信息。
跟踪模块则依据检测模块所检测到的车辆信息得到需要进行跟踪的车辆，并初始化需要跟踪车辆的信息，然后车辆检测系统通过对车辆的运动轨迹进行相应的运算和估计，最终实现对目标车辆的跟踪。跟踪主要是使用目标在连续视频图像中的信息预测下一时刻目标可能出现的位置，采用跟踪算法可以避免全局搜索，是实现实时、准确的检测前方车辆的关键。
因此汽车控制系统可以依据需求实时的对前方车辆进行检测、识别和跟踪，并通过相应的光束调节，进而能够实现防眩光功能。遇到前方同方向行驶车辆时，可绕开前车轮廓，同时完全照亮前车左侧和右侧区域。因此夜间行车时可一直开启远光灯，大幅提升行车安全性。LED根据前雷达和立体摄像机的数据进行点亮、熄灭或者是调整亮度动作，实现自动调整照射范围，保证自己视线的同时，避免造成对方车辆的眩光。
图源文献3 有对向来车时的远光灯
图源文献3 有前行车辆时的远光灯
2、路口转弯照明
汽车控制系统可以根据图像传感器系统采集的信息和当前车身的状态，控制矩阵式 LED 使光束角度与驾驶员期望的方向一致。在汽车转向前，控制系统会依据汽车转向的不同角度，按顺序打开或关闭单个的LED ，汽车转向的角度越大，LED 打开的位置就越靠近汽车外侧，汽车通过弯道以后，偏向汽车内侧的 LED 灯会被重新打开。
从而解决了行驶过程中车灯抖动、车灯转角调节精度不高和转角容易出现超调等问题。转弯灯的作用是使得转弯过程更安全。这是通过让车辆前部周围区域在转弯时得到更好的照明来实现的。
最重要的是让驾驶员能更好地看清车辆前部的侧面情况并快速识别出危险源。而在十字路口处，车灯除了接通正常的近光灯外，还接通了两侧的转弯灯。这样的话，就使得车辆前部的侧面获得了良好的照明，从而可以更好地识别危险源了。
图源文献3 右置转向盘的车辆行驶在靠左侧行驶的国家时车灯的状态
图源文献3 车辆在路口时车灯的状态
图源文献3 车辆在十字路口前时车灯的状态
3、弯道照明
弯道灯可以将弯道外侧的远光灯LED亮度调低，使得前照远光灯最亮点从光束的中间移至所需要的那一侧，减少车灯的能耗。在弯道和交叉路口这些特定道路上的照明可以通过车载GPS及道路信息确定好所经过的道路条件，进行预先设置。
图源文献4 车辆以弯道灯进行照明
4、道路信息显示
通过传感器和软件，实现对微型透镜的智能化控制，则可以将灯光做进一步的细致划分，将车灯优化为像素点，通过对车灯光型精细的控制，在道路上进行投影。这项技术可以直接在道路前方显示出导航信息，方便夜间驾驶，同时还可以显示速度、行人信息等。通过微型透镜形成的图像信息也不会对其他驾驶人员造成干扰。
对路面投影，显示道路信息
发展趋势
矩阵车灯的发展一方面是完善车灯控制系统，对汽车所处环境进行及时正确的解读，并制定相应的车灯控制策略，另一方面则是对灯具本身的优化。
1、矩阵式激光前照灯
激光前照灯是采用激光二极管作为光源的汽车灯。激光前照灯具有响应速度快、发光效率高、亮度衰减低、体积小和能耗低等优点; 和 LED 灯相比，在体积方面具有明显的优势。由于激光的光束比较集中，所以能够照射的距离就非常远; 但是也存在光束的发散性较差和光束照射的范围较窄等不足之处，所以不适合用作汽车的近光灯。
矩阵式激光前照灯的光源是激光二极管发射出的蓝色光束，其波长为 450nm；为了得到白光就需要在反射镜的前端安装含有磷涂层的滤镜，蓝色光束通过含有磷涂层的滤镜后就会变为白色，色温为接近日光的 5 500 K，然后白色光束还需要穿过一块透镜完成最后的优化。
2、矩阵式OLED灯
OLED 灯与 LED灯相比其具有自发光、宽视角、高对比度、低功耗、响应速度快等许多优点; 另外还拥有更为丰富的色彩和更高的可塑性，能够直接与车灯外壳结合，从视觉上来看，变得更具有立体感。
结语
汽车照明智能控制技术是光源技术、电气技术、微电子技术、检测技术、微机技术、自控技术、传感技术和通信技术的紧密结合和相互渗透的结晶。矩阵车灯技术的发展，将为汽车驾驶带来更高的安全性和可靠性，更加方便人们的出行。
参考文献
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文章来自林燕丹教授课题组