技术文章 | 高像素汽车信号灯和照明灯具
IFAL · 2018-11-01
原文标题：High Definition Signaling & Lighting
原文作者：Benoit Reiss 1, Lei Fan2, Stephane Thery2
编译：李奕帆 井硕
指导老师：林燕丹
一、介绍
防眩光功能越来越多的应用于长途车辆和小型汽车中的前照灯和动态信号灯中，例如：ARS。专家与用户一致认为，该技术极大地提高了行驶安全性与舒适度。随着该技术的快速发展，灯光具有更高的像素，可以提供更多的信息。我们需要以用户为中心来解决这个问题，并且快速发展以适应各种需求。
二、高像素系统的潜在解决方案
自2012年以来，从IFAL、ISAL、Vision Congress、DVN workshop等不同会议中可以总结出，实现高像素前照灯系统的解决方案主要有4个：激光扫描、 LCD屏幕、微镜矩阵、LED矩阵。
在高像素解决方案下，我们进入了一个光学设计的新纪元，从传统的投影系统到高像素的解决方案。光学工程师现在需要处理更加复杂的光学像差，目前较为通用的是弥散斑分析方法，旨在定义视场中每个区域内点的大小。
图1:弥散斑及投影光学系统
目前汽车可以通过传感器与照明系统进行通信，使汽车灯具执行一些简单的操作，比如:“打开近光灯”,“关掉远光灯”、“第四矩阵开启”等操作。在高像素系统中，不仅可以解决几十个LED问题，还可以向1000到100万个元件发送信息，这些元件可以是LED、微镜或液晶。通过不同灯光模块的光束组合，可实时创建投射图像。
在要整合的各种信息中，预测是一个关键问题。例如，对于一个优化的防眩光解决方案，灯具光斑边缘要尽可能接近前面或交叉车辆(即距离侧面0.2 m左右)，如果考虑到系统时间延迟，对于照亮目标车辆周围的暗区来说就已经太晚了。在这种情况下，就需要通过对道路曲率分析(来自摄像机的信息)计算出来，然后集成到PCM算法中，以便更好地预测道路的走向。
图2: 预测系统
三、以用户为中心的方法
这些新系统将为新功能开发提供更多的可能性。汽车照明系统不再只是近光灯、远光灯、尾灯以及转向灯等。利用高像素系统可能研发的新功能：
安全相关: 对“人行横道”、“门开”、“交通堵塞”、“路滑”、“危险”、“紧急刹车”等警告。
通讯相关:“自动驾驶汽车”、“电动车”、“共享汽车”、……
舒适性相关:“欢迎场景”、“电池充电指示灯”，…
灯具性能相关：“高分辨率无眩光灯具”“自适应前照灯”、“距离适应”、“导航系统信息”、“安全警示”、“障碍物标识”……
以上灯具功能众多且具有特殊性，如何选择出适合用户的解决方案呢？我们定义了“以用户为中心的5步设计方法”。
以用户为中心的设计方法
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第一步: 得出函数算法
通过道路安全数据、事故分析、最终用户调查、市场分析等多种方式计算出函数算法，并建设数据库。
图3:Valeo汽车实验室
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第二步:夜间驾驶模拟器调节
根据基本设计内容明确研发目标，并创建光度文件。然后这些文件输入到夜间驾驶模拟器中。该模拟器将实时计算道路反射的光线及其周围环境，同时考虑车辆自身的安装部件，使我们得到更接近实际情况的仿真结果。并且可以模拟不同的地域环境，例如：不同国家、高速公路、城市、山区等，还可以模拟不同的路况，例如：道路障碍物、指示牌等。
图4：测试中夜间驾驶模拟器
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第三步：FuncCar
一旦获得了光学和系统方面的详细参数，我们就可以在一辆实车中进行实现，即FuncCar。
图5：FuncCar前照灯
图6: FuncCar信号灯
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第四步：样车制作与试驾
在对FunCar的初始测试结束之后，根据测试结果，确定详细的设计参数，包括：车辆风格和包材材料、灯光模式与光型、传感器接口、电子模块等。
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第五步：推出系列车辆
下一阶段的研发目标是显而易见的，之前的阶段完成后，关于该系列应用将会包含所有必要的细节，并与市场需求紧密结合，与本地软件适配。详尽以及切合实际的描述，可以使系列研发更加简单，可以减少目前所需的工程时间，加快SOP的推行。
完成以上阶段将有助于提高用户体验，并且有助于加强技术部署，从而改善全球道路安全性和舒适度。
四.真实的测试案例
后信号灯上的安全信息
图7:后信号灯安全信息对比表
“门开”、“人行横道”等信息显示功能都是通过细节显示实现的，该功能大多是针对骑行者，行驶速度较低。并且该功能不会从远处干扰其他道路使用者。
车道标志
如下图所示，不同类型的线条可能会有不同的效果。在粗糙度较高的路面上，黑色线条可视距离更远。在较近的范围内，白色光线会更加明显。为避免对司机及其他道路使用者造成干扰，最好在车速较低的情况下使用，并在高速的乡村道路及公路上只使用“1D线条”。
图8:1D线条
图9:2D线条
五、结论
根据以上案例所示，该方法为研发带来了极大的好处。不仅大大减少研发的时间与精力，还可提供完全符合最终用户期望的功能，尤其在安全方面。该系统也可以进行针对用户体验的研究。因为目前的调控系统尚不完善，相关的研究和验证还是必要的。以上实验也可以通过一些国际性工作组（例如：GTB）进行主导，在不同的国家和地区开展工作，并将文化的多元化考虑进来。
文章来自第六届中国国际汽车照明论坛论文集
