不受亮度变化影响的汽车前大灯对准

摘要

本发明提供了一种用于对准车辆前大灯的前大灯对准系统。对准器包括用于接收由前大灯产生的照明以生成光束图案图像的CCD相机。控制器接收来自对准器的光束图案图像以确定对准校正，将检测到的光束图案移动到预定位置。调整器可操作地耦接到车辆，以响应对准校正执行对前大灯的调整。所述CCD相机使用初始曝光时间捕捉初始图像，测量对应于所述初始图像的光累积值，响应于测量的光累积值和预置的光累积值确定最终曝光时间，并使用所述最终曝光时间捕捉光束图案图像。

说明书

技术领域

本发明总体涉及机动车辆前大灯系统，更具体地说，涉及用于对准前大灯的方法和设备。 

背景技术

机动车辆使用前大灯来照明道路。一对或两对前大灯通常安装在车辆前部的左、右两边。例如，一对近光前大灯和一对远光前大灯用在一些车辆上。其他车辆可以使用单独的一对前大灯，所述前大灯通过电子控制不仅提供近光照明也提供远光照明。 

多种法规规定了由前大灯产生的光图案。具体说，光束截止面（beam cutoff，即介于落在高于和低于特定亮度的照明之间的上边界）必须位于车辆前方高于地面特定距离的某一高度。为了确保符合法规，前大灯支座是可调整的以根据需要对准光束。总体上，将测试车辆相对于测试表面或测量装置置于某位置，前大灯照明，并分析所得光图案。基于所述分析，所述前大灯支座既可手动地又可自动地调整，以减少任何在光束的实际位置和预期的光束位置之间检测到的误差，因此获得期望的截止面。前大灯对准设备（例如，对准器）可以从许多使用投影分析或光束截止面直接测量的制造商得到。机器人机构也可以广泛的用于实施自动调整。 

众所周知，从前大灯输出的光的实际亮度并非完全恒定。所述亮度，以及对准器检测到的精确的光束图案，随着许多不能控制或消除的不同情况而变化，例如灯泡与灯泡的差别、车辆内电压的波动、发动机运行和发动机熄火时的电压、光路上的障碍物、环境照明的存在、在灯泡支座中的变化等等。通常认为，在现实中前大灯光束的对准对于这些变化是相对不敏感的，并且所述水平截止面的位置可以保持实质不变。然而，前大灯对准误差和不一致对于使用市售对准器的车辆制造商一直是普遍的问题。 

发明内容

已经发现，即使亮度变化没有显著地影响光束截止面，也确实影响常规对准器中光束图案的检测。具体地说，以前的系统使用用于CCD相机的恒定曝光设置，所述CCD相机用于检测光束图案的图像。然而，当来自任何特定的前大灯的亮度改变时，检测的光束图案的形状也改变，因为所述形状取决于相机检测到的亮度带的大小。检测到的光束图案的变化导致生成对准的不同。通过使用自动曝光相应地改变曝光时间，本发明使前大灯对准对亮度变化不受影响。 

在本发明的一个方面，提供了一种用于对准车辆前大灯的前大灯对准系统。对准器包括用于接收由前大灯产生的照明以生成光束图案图像的CCD相机。控制器接收来自对准器的光束图案图像以确定对准校正，将检测到的光束图案移动到预定位置。调整器可操作地耦接到车辆，以响应对准校正执行对前大灯的调整。所述CCD相机使用初始曝光时间捕捉初始图像，测量对应于所述初始图像的光累积值，响应于测量的光累积值和预置的光累积值确定最终曝光时间，并使用所述最终曝光时间捕捉光束图案图像。因此，避免了由来自前大灯的不可控制的亮度变化造成的对准变化。 

附图说明

图1显示了车辆和前大灯对准系统。 

图2是前大灯对准器的透视图。 

图3是对准系统的原理框图。 

图4-6表示通过固定曝光CCD相机对特定前大灯产生的不同亮度检测的不同的光束图案。 

图7是显示本发明的一个实施例的原理框图。 

图8是显示本发明的一个优选方法的流程图。 

图9表示在使用自动曝光时，在多种前大灯亮度下产生的光束图案。 

具体实施方式

参照图1，车辆10具有前大灯11，所述前大灯11射出光束到对准器12中。 对准器12连接到计算机13，所述计算机13进而控制机械地耦接到前大灯11的调校对准系统14，用来调整光束的截止面高度15。对准器12接受前大灯光束作为到光学系统16的输入以测量截止面高度15。可以使用市售对准器，例如，购自堪萨斯州恩波利亚沃尔工业有限责任公司（Wall Industries,LLC）的Vision 100光学前大灯对准器，或购自密歇根谢尔比镇福瑞自动化公司（Fori Automation Inc.）的类似的前大灯对准系统等等。 

图2更详细地显示对准器12。光学器件16可调整地支承于支架17上，因此其可以调校对准以直接接收前大灯光束。或者，也可以使用其他配置，其中前大灯光束射到屏幕上，而对准器通过获取屏幕上的图像检测光束图案和位置。 

如图3所示，对准过程开始于通过图像传感器20获取的光束图案的图像。从图像传感器20检测到的光用于在图像创建框21处创建光束图案图像。图案分析框22分析所述图像以测量光束图案并确定对准校正，以减轻检测到的光束图案和期望光束图案（即，光束图案中心的最佳位置和/或上水平截止面高度）之间的任何差异。在可以用于命令自动调整器的框23处处理调整指令。 

对准器系统中的光学器件通常包含CCD成像相机。图4示出了与期望水平截止面25以及垂直中心调整轴26相关的对准器形成的取样图像。光束图案图像27对应于处于低亮度时的前大灯的光输出，例如，在出现相对低的11.3伏的前大灯电压的期间。图中示出了通过对光束图案中各亮度带的常规图案分析确定的光束图案上缘28和光束中心30。 

图5显示对应于在12.8伏的正常前大灯电压下产生的标称前大灯亮度的类似图像。所示检测的光束图案的上边缘31和中心32相对于图4所示图像的图案分析所确定的位置发生移动。 

图6显示随着源于14伏的高前大灯电压的高亮度产生的光束图案的上缘32和中心34。由于在不同位置检测到同一前大灯在不同亮度下的光束图案的上截止面和中心，所以最终的对准被对准时的实际亮度所影响。换句话说，实际光束位置和期望光束位置之间测量到的差异随着被对准的前大灯产生的即时亮度变化。 

通过采用自动曝光，对准器的图案分析部分不管光亮度的任何变化看到实质上相同的光束图案。如图7所示，通过本发明包括自动曝光，使光束图案图 像的创建得到修正。在自动曝光过程中，图像创建40向自动曝光框41提供检测到的图像。在框41处，为初始捕获到的图像定出特征的光累积值（即，接收到的整个图像累计的全部光的量，或可选地，图像中关注的区域累计的全部光的量）。光累积值与预先确定的最佳值比较。基于为初始图像测量的光累积值与最佳值之间的差异，确定导致预定的期望光累积值的最佳曝光时间。使用最佳曝光时间捕捉最终的图像并用于图案分析42。曝光时间的最佳化可以包括以公知的方式，基于多个中间图像以渐进的步骤调整曝光时间。最终的图像基于最终曝光时间，所述最终曝光时间提供不管可变的前大灯光亮度的预定曝光。 

对于任何特定车辆/前大灯设计，光累积的最佳值能够经验地确定，例如，通过利用与将用于生产线上的成像器性能相同的成像器寻找在受控的理想条件下产生最好的图像的曝光时间。因此，所述最佳光累积值对于各种车型和/或前大灯类型都有所不同。如果在一个特定车型的生产运行期间，前大灯的设计、材料、或电气规格做出改变，可能就需要重新确定所用的最佳光累积值。 

图8更详细地显示了本发明的方法。在步骤50，对准系统调校对准前大灯。在步骤51，捕获初始图像。在步骤52，对所述初始图像的光累积特征化。基于测量的光累积值和最佳累积值之间的任何区别，在步骤53确定新的曝光时间。对于特定车辆/前大灯的组合，最好如上所述确定最佳累积值。使用新的曝光时间，在步骤54捕获另一图像。如果仅基于一张初始图像就足以准确预估最终曝光时间，所述在步骤54捕获的图像可以是最终图像。然而，由于用于预估光累积和曝光时间之间关系的已知算法中可能存在一些不准确性，逐次近似算法可能是确保准确地获取期望曝光所需要的。因此，可以在步骤55做出核查以确定在步骤54捕获的图像的曝光是否是最佳的（例如，在预定的期望曝光的范围内）。如果不是，那么返回步骤53，使用最新捕获的图像获取更接近适当曝光时间的近似值。一旦获得最佳图像，那么在步骤56执行传统的图案分析。 

图9显示了使用自动曝光捕获的具有光束图案60的图像，所述光束图案60具有上缘61，无论捕获所述图像时的具体亮度如何，所述图像看起来是一样的。无论亮度的变化如何，在实质上相同的位置能够可靠地检测到光束图案62的中心和上缘61。因此，执行一致性的对准并减少了对准变化。 

最常规的对准器都是基于CCD成像器的。因为光亮度变化不影响对准的错 误假设，所以对准器都使用固定的曝光时间。本发明认识到亮度变化对对准结果的影响。许多常规使用在对准器中的CCD成像器都是批量生产的类型，该类型具有能够实施自动曝光的硬件，尽管该功能以前还没有被对准器使用。因此，本发明可以通过对用于创建图像的固件和/或软件做出适当的改变而在一些常规的对准系统中实施。 

如上描述所示，本发明能够使用普遍实施在CCD相机中的标准自动曝光算法补偿不同光束图案亮度并仍保持所述光束图案形状，所述光束图案形状是对准的关键。通过自动曝光在各种不同的亮度条件下保持光束图案形状。通过自动曝光捕获光束图案形状更好地呈现实体世界，因为所述光束图案形状不随光束图案亮度变化。通过标准化光束图案形状，前大灯对准不受来自不同光源的亮度变化的影响。