專(zhuān)利名稱(chēng)：基于人眼視覺(jué)的前照燈近光明暗截止線及hv點(diǎn)計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及前照燈近光明暗截止線及HV點(diǎn)計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
國(guó)家公布了 GB74M-87《機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈使用和光束調(diào)整技術(shù)規(guī)劃》、GB4599-2007 《汽車(chē)前照燈配光性能》和GB 4660-2007《汽車(chē)用燈絲燈泡前霧燈》，以及GB7258-2004《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的遠(yuǎn)光照明、近光照明和霧燈的發(fā)光強(qiáng)度和照射方向提出了明確的要求。特別是在進(jìn)WTO后，這一要求會(huì)逐漸強(qiáng)化，以便和國(guó)際接軌。國(guó)標(biāo)對(duì)前照燈的遠(yuǎn)光和近光的照射方向都有明確的規(guī)定，按照交通法規(guī)的要求， 會(huì)車(chē)時(shí)車(chē)輛應(yīng)當(dāng)打開(kāi)近光照明。因此實(shí)際上近光的照射方向?qū)Π踩挠绊懜螅h(yuǎn)光主要負(fù)責(zé)在無(wú)照明的路面行駛時(shí)為遠(yuǎn)處的景物提供照明。因此提出角度調(diào)整以近光為主，而光強(qiáng)度的要求是針對(duì)遠(yuǎn)光。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)前照燈的遠(yuǎn)光和近光的照射方向、強(qiáng)度都有明確的規(guī)定。按照相關(guān)法規(guī)的要求，會(huì)車(chē)和有輔助照明光源時(shí)車(chē)輛應(yīng)當(dāng)打開(kāi)近光照明，近光的照射方向?qū)Π踩挠绊懜?，而遠(yuǎn)光主要用于在無(wú)照明的路面行駛時(shí)為遠(yuǎn)處的景物提供照明。因此在機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈的性能參數(shù)測(cè)量中，近光的照射的偏角是重要的被測(cè)指標(biāo)。典型的前照燈近光配光特性是有明顯的明暗截止線，在明暗截止線的左上方有一個(gè)比較暗的暗區(qū)，在明暗截止線的右下方有一個(gè)比較亮的亮區(qū)。明暗截止線在左邊是一個(gè)較為水平，而右側(cè)的明暗截至線的斜率明顯增大。GB4599-2007《汽車(chē)前照燈配光性能》對(duì)前照燈的配光特性有明確的規(guī)定，圖1為其規(guī)定的25m距離屏幕上的配光特性要求。圖1中所示的III區(qū)(上半部分區(qū)域)中的所有位置的照度不大于0. 71x, III區(qū)和較亮的II區(qū)之間有一個(gè)明顯的明暗截止線，左邊是一個(gè)水平的明暗截止線，而右側(cè)的明暗截為15°或45°的明暗截止線。近光測(cè)量的目的就是要找到水平明暗截至線和斜線的交點(diǎn)，即圖1中的HV點(diǎn)。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的前照燈近光圖形如圖2、3所示。其明暗截止線非常清晰，其分布也非常規(guī)則，和配光要求非常一致。車(chē)燈設(shè)計(jì)通常不能保證明暗截止線呈理想的直線(參見(jiàn)圖4)，對(duì)拐點(diǎn)的判讀在明暗截止線呈圓滑過(guò)渡或有局部的凸起或其它不規(guī)則形變時(shí)，如何模仿人眼的判斷，合理選擇HV點(diǎn)的位置，是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，本發(fā)明的目的是提供一種基于人眼視覺(jué)的前照燈近光明暗截止線及HV點(diǎn)計(jì)算方法，對(duì)涉及行車(chē)安全的機(jī)動(dòng)車(chē)前照近光的照射方向進(jìn)行檢測(cè)，為了實(shí)現(xiàn)儀器的小型化，降低對(duì)場(chǎng)地的要求，采用透鏡將燈光在IOm距離屏幕上的光強(qiáng)分布情況成像到較近距離處，并按照GB4599-2007《汽車(chē)前照燈配光性能》定義的遠(yuǎn)、近光以及霧燈的光強(qiáng)分布特點(diǎn)對(duì)圖像進(jìn)行分析，確定燈光照射方向。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案
基于人眼視覺(jué)的前照燈近光明暗截止線及HV點(diǎn)計(jì)算方法，該方法包括以下的步驟
1)首先對(duì)圖像整體明暗程度進(jìn)行分析，由于人眼對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)不是線性的，算法首先參考人眼在響應(yīng)光強(qiáng)時(shí)的gamma特性，對(duì)圖像進(jìn)行光強(qiáng)度的非線性變換，以原始的圖片的灰級(jí)進(jìn)行變換，定義輸出像素的灰級(jí)為原始像素灰級(jí)的0. 45次方，假定圖像像素?cái)?shù)值最大時(shí)為最亮，最小時(shí)為最暗；
2)進(jìn)行圖像的灰級(jí)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)圖像有10%以上的像素灰級(jí)大于最大灰級(jí)的30%時(shí)，認(rèn)為圖像為有效圖像，并作直方圖統(tǒng)計(jì)，定義灰級(jí)為255X30% = 76的像素為有效像素；
3)找到圖像最亮的區(qū)域，所謂圖像中最亮的區(qū)域以有效像素中的最亮的20%或者剛剛超過(guò)20%像素區(qū)域確定，按照近光燈的配光曲線定義，HV位于此區(qū)域附近；
4)計(jì)算圖像中最亮區(qū)域抽取每列的圖像像素，得到圖像中每個(gè)豎直方向的子區(qū)域的光強(qiáng)變化；然后根據(jù)人眼的視覺(jué)特點(diǎn)，按照比例劃分得到截止的位置，并分析不同位置的變化速度，分段進(jìn)行直線擬合，得到明暗截至線水平線和上揚(yáng)線的拐點(diǎn)，具體步驟如下
①通過(guò)視頻采集單元采集視頻圖像，并計(jì)算出圖像亮度分布；
②按照?qǐng)D像的亮度分布對(duì)CCD芯片進(jìn)行積分時(shí)間設(shè)置，保證圖像亮度在指定范圍；
③圖像拍攝，并計(jì)算出圖像亮度分布；
④按照亮度分布對(duì)視頻芯片進(jìn)行亮度和灰度設(shè)置，拍攝圖像并存儲(chǔ)，確保圖像亮度在一定范圍內(nèi)；
⑤求取圖像亮度最強(qiáng)分布區(qū)域，截取出一定區(qū)域范圍并保存區(qū)域分界象素坐標(biāo)；
⑥計(jì)算區(qū)域亮度中心并保存象素坐標(biāo)；
⑦對(duì)圖像在豎直方向的明暗截止線，并進(jìn)行多次擬合，得出明暗截止線；
⑧逐一求出明暗截止線上各點(diǎn)的曲率，并排出序列
i.逐一求出明暗截止線上連續(xù)斷的直線方程，并對(duì)斜率排出序列； .投票表決出滿足特征條件最多的一點(diǎn)即為近光的拐點(diǎn)象素坐標(biāo)；拐點(diǎn)特征如下 在最亮區(qū)域左上方指定范圍內(nèi)；是明暗截止線與一條15°或45°上仰線的相交點(diǎn)；明暗分布線上曲率最大處。本發(fā)明的測(cè)量方法自適應(yīng)能力強(qiáng)、抗干擾性好，并且有效避免了近光明暗截至線水平部分由于燈具制造中引起的起伏或異常凸起而影響拐點(diǎn)的判斷，計(jì)算結(jié)果完全符合國(guó)標(biāo)中規(guī)定的10米屏幕法人的視覺(jué)測(cè)試結(jié)果。


圖1為近光圖形，標(biāo)注單位mm。圖2為一個(gè)設(shè)計(jì)良好的前照燈近光光斑。圖3為圖2所示的光強(qiáng)等高線。圖4為近光拐點(diǎn)位置圖，圖中的綠色標(biāo)志即為代表近光照射方向的所謂近光明暗截止線拐點(diǎn)。圖5為圖像在豎直方向各個(gè)位置的亮度分布曲線。圖6為圖像在列方向的灰級(jí)變化曲線。圖7、圖8為一幅近光照明的車(chē)燈光強(qiáng)分布圖，圖7采用統(tǒng)一閾值標(biāo)準(zhǔn)分析得到的明暗分界線，圖8采用分別對(duì)每列的圖像灰級(jí)閾值的進(jìn)行利用遺傳算法獲得。圖9 圖12為近光拐點(diǎn)計(jì)算(圖中明暗截止線上的交叉表示拐點(diǎn)位置，圖形中間的交叉為最亮點(diǎn)的位置，豎線標(biāo)志為待選成為拐點(diǎn)的可能位置)；圖9、圖10中的近光燈明暗截止線模糊不清，圖11、圖12中出現(xiàn)兩個(gè)明暗截止線具有較大斜率變化的位置。圖13、圖14為抗干擾驗(yàn)證圖，圖13干擾前。
具體實(shí)施例方式一、基于人眼視覺(jué)的前照燈近光明暗截止線及HV點(diǎn)計(jì)算方法，該方法包括以下的步驟
1)首先對(duì)圖像整體明暗程度進(jìn)行分析，由于人眼對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)不是線性的，算法首先參考人眼在響應(yīng)光強(qiáng)時(shí)的gamma特性，對(duì)圖像進(jìn)行光強(qiáng)度的非線性變換，以原始的圖片的灰級(jí)進(jìn)行變換，定義輸出像素的灰級(jí)為原始像素灰級(jí)的0. 45次方，假定圖像像素?cái)?shù)值最大時(shí)為最亮，最小時(shí)為最暗；
2)進(jìn)行圖像的灰級(jí)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)圖像有10%以上的像素灰級(jí)大于最大灰級(jí)的30%時(shí)，認(rèn)為圖像為有效圖像，并作直方圖統(tǒng)計(jì)，定義灰級(jí)為255X30% = 76的像素為有效像素；
3)找到圖像最亮的區(qū)域，所謂圖像中最亮的區(qū)域以有效像素中的最亮的20%或者剛剛超過(guò)20%像素區(qū)域確定，按照近光燈的配光曲線定義，HV位于此區(qū)域附近；
4)計(jì)算圖像中最亮區(qū)域抽取每列的圖像像素，得到圖像中每個(gè)豎直方向的子區(qū)域的光強(qiáng)變化；然后根據(jù)人眼的視覺(jué)特點(diǎn)，按照比例劃分得到截止的位置，并分析不同位置的變化速度，分段進(jìn)行直線擬合，得到明暗截至線水平線和上揚(yáng)線的拐點(diǎn)，具體步驟如下
①通過(guò)視頻采集單元采集視頻圖像，并計(jì)算出圖像亮度分布；
②按照?qǐng)D像的亮度分布對(duì)CCD芯片進(jìn)行積分時(shí)間設(shè)置，保證圖像亮度在指定范圍；
③圖像拍攝，并計(jì)算出圖像亮度分布；
④按照亮度分布對(duì)視頻芯片進(jìn)行亮度和灰度設(shè)置，拍攝圖像并存儲(chǔ)，確保圖像亮度在一定范圍內(nèi)；
⑤求取圖像亮度最強(qiáng)分布區(qū)域，截取出一定區(qū)域范圍并保存區(qū)域分界象素坐標(biāo)；
⑥計(jì)算區(qū)域亮度中心并保存象素坐標(biāo)；
⑦對(duì)圖像在豎直方向的明暗截止線，并進(jìn)行多次擬合，得出明暗截止線；
⑧逐一求出明暗截止線上各點(diǎn)的曲率，并排出序列
i.逐一求出明暗截止線上連續(xù)斷的直線方程，并對(duì)斜率排出序列； .投票表決出滿足特征條件最多的一點(diǎn)即為近光的拐點(diǎn)象素坐標(biāo)；拐點(diǎn)特征如下 在最亮區(qū)域左上方指定范圍內(nèi)；是明暗截止線與一條15°或45°上仰線的相交點(diǎn)；明暗分布線上曲率最大處。 二、人眼視覺(jué)特征的明暗截止位置確定
在獲取如圖2 4所示的機(jī)動(dòng)車(chē)近光光斑圖形后，選取視力(或矯正視力)正常的人群 (年齡20 40歲之間，男女各10例)進(jìn)行人工的明暗截止線劃分，由計(jì)算機(jī)讀取相應(yīng)位置的灰級(jí)，經(jīng)反復(fù)訓(xùn)練后，在不同燈光圖片的列位置，如圖所示，得到和當(dāng)前列位置的亮度變化和最大亮度相關(guān)的每列的明暗截止線的閾值確定方法。 圖像各個(gè)區(qū)域的明暗變化是不同的，邊界處的灰級(jí)變化梯度也不相同，在劃分圖像、確定邊界的時(shí)候，各區(qū)域的閾值選取應(yīng)該是不同的。對(duì)明暗邊界的判斷，在不同的亮度情況和變化梯度條件下，人眼判斷的明暗邊界的絕對(duì)亮度是不同的，這就涉及了一個(gè)問(wèn)題，即邊界的判斷應(yīng)該以何條件作為基準(zhǔn)，是以人眼的感受還是以一個(gè)統(tǒng)一的閾值作為標(biāo)準(zhǔn)。圖5是圖像在豎直方向各個(gè)位置的亮度分布曲線，按照曲線的標(biāo)號(hào)，分別對(duì)應(yīng)于圖4的從左到右豎線所在位置的豎直方向上的圖像灰級(jí)變化。如圖6所示，如果選取絕對(duì)閾值進(jìn)行分析，當(dāng)閾值選取25時(shí)，整個(gè)邊界的的位置變化是等距離的，形狀幾乎為一條斜線，當(dāng)閾值選取50時(shí)，由于兩側(cè)的光強(qiáng)本身較弱，界線的形狀是中間隆起的凸包，這和眼睛觀察到的結(jié)果是不一致的。圖7、圖8是一幅近光照明的車(chē)燈光強(qiáng)分布圖。圖7采用統(tǒng)一閾值標(biāo)準(zhǔn)分析得到的明暗分界線。圖8采用分別對(duì)每列的圖像灰級(jí)閾值的進(jìn)行利用遺傳算法獲得。由上圖可見(jiàn)，采用視覺(jué)規(guī)律，對(duì)每列的圖像灰級(jí)分別進(jìn)行閾值判斷，將多個(gè)列位置的閾值相連，獲得明暗截止線能更好地反映明暗交界的圖形特點(diǎn)。方法是提取圖像中每列的光強(qiáng)變化，根據(jù)人眼的視覺(jué)特點(diǎn)，按照比例劃分得到截止的位置，并分析不同位置的變化速度，分段進(jìn)行直線擬合，得到邊界和斜率發(fā)生變化的拐點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)及結(jié)論
為了充分驗(yàn)證近光的拐點(diǎn)算法，對(duì)各種設(shè)計(jì)不良的近光在儀器屏幕上所成的像進(jìn)行了驗(yàn)證分析。圖9 圖12為近光拐點(diǎn)計(jì)算(圖中明暗截止線上的交叉表示拐點(diǎn)位置，圖形中間的交叉為最亮點(diǎn)的位置，豎線標(biāo)志為待選成為拐點(diǎn)的可能位置)；圖9、圖10中的近光燈明暗截止線模糊不清，圖11、圖12中出現(xiàn)兩個(gè)明暗截止線具有較大斜率變化的位置。圖14中的圖形是將圖13的燈光偏移較大角度后，在水平明暗截止線上增加較大的干擾信號(hào)(破壞水平明暗截止線的特征)，算法表現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.基于人眼視覺(jué)的前照燈近光明暗截止線及HV點(diǎn)計(jì)算方法，其特征在于該方法包括以下的步驟1)首先對(duì)圖像整體明暗程度進(jìn)行分析，由于人眼對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)不是線性的，算法首先參考人眼在響應(yīng)光強(qiáng)時(shí)的gamma特性，對(duì)圖像進(jìn)行光強(qiáng)度的非線性變換，以原始的圖片的灰級(jí)進(jìn)行變換，定義輸出像素的灰級(jí)為原始像素灰級(jí)的0. 45次方，假定圖像像素?cái)?shù)值最大時(shí)為最亮，最小時(shí)為最暗；2)進(jìn)行圖像的灰級(jí)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)圖像有10%以上的像素灰級(jí)大于最大灰級(jí)的30%時(shí)，認(rèn)為圖像為有效圖像，并作直方圖統(tǒng)計(jì)，定義灰級(jí)為255X30% = 76的像素為有效像素；3)找到圖像最亮的區(qū)域，所謂圖像中最亮的區(qū)域以有效像素中的最亮的20%或者剛剛超過(guò)20%像素區(qū)域確定，按照近光燈的配光曲線定義，HV位于此區(qū)域附近；4)計(jì)算圖像中最亮區(qū)域抽取每列的圖像像素，得到圖像中每個(gè)豎直方向的子區(qū)域的光強(qiáng)變化；然后根據(jù)人眼的視覺(jué)特點(diǎn)，按照比例劃分得到截止的位置，并分析不同位置的變化速度，分段進(jìn)行直線擬合，得到明暗截至線水平線和上揚(yáng)線的拐點(diǎn)，具體步驟如下①通過(guò)視頻采集單元采集視頻圖像，并計(jì)算出圖像亮度分布；②按照?qǐng)D像的亮度分布對(duì)CCD芯片進(jìn)行積分時(shí)間設(shè)置，保證圖像亮度在指定范圍；③圖像拍攝，并計(jì)算出圖像亮度分布；④按照亮度分布對(duì)視頻芯片進(jìn)行亮度和灰度設(shè)置，拍攝圖像并存儲(chǔ)，確保圖像亮度在一定范圍內(nèi)；⑤求取圖像亮度最強(qiáng)分布區(qū)域，截取出一定區(qū)域范圍并保存區(qū)域分界象素坐標(biāo)；⑥計(jì)算區(qū)域亮度中心并保存象素坐標(biāo)；⑦對(duì)圖像在豎直方向的明暗截止線，并進(jìn)行多次擬合，得出明暗截止線；⑧逐一求出明暗截止線上各點(diǎn)的曲率，并排出序列i.逐一求出明暗截止線上連續(xù)斷的直線方程，并對(duì)斜率排出序列； .投票表決出滿足特征條件最多的一點(diǎn)即為近光的拐點(diǎn)象素坐標(biāo)；拐點(diǎn)特征如下 在最亮區(qū)域左上方指定范圍內(nèi)；是明暗截止線與一條15°或45°上仰線的相交點(diǎn)；明暗分布線上曲率最大處。
全文摘要
本發(fā)明涉及前照燈近光明暗截止線及HV點(diǎn)計(jì)算方法。基于人眼視覺(jué)的前照燈近光明暗截止線及HV點(diǎn)計(jì)算方法，該方法對(duì)涉及行車(chē)安全的機(jī)動(dòng)車(chē)前照近光的照射方向進(jìn)行檢測(cè)，為了實(shí)現(xiàn)儀器的小型化，降低對(duì)場(chǎng)地的要求，采用透鏡將燈光在10m距離屏幕上的光強(qiáng)分布情況成像到較近距離處，并按照GB4599-2007《汽車(chē)前照燈配光性能》定義的遠(yuǎn)、近光以及霧燈的光強(qiáng)分布特點(diǎn)對(duì)圖像進(jìn)行分析，確定燈光照射方向。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102509302SQ20111037276
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者丁宗英, 劉漢民, 吳勇, 徐雷, 朱堅(jiān)磊, 項(xiàng)震 申請(qǐng)人:浙江浙大鳴泉科技有限公司