一种汽车摄像头光圈调节控制系统及方法

专利类型 发明公开 法律事件 公开;
专利有效性 公开 当前状态 公开
申请号 CN202510227342.5 申请日 2025-02-27
公开(公告)号 CN120065601A 公开(公告)日 2025-05-30
申请人 润芯微科技(江苏)有限公司; 申请人类型 企业
发明人 张家宝; 周纾含; 第一发明人 张家宝
权利人 润芯微科技(江苏)有限公司 权利人类型 企业
当前权利人 润芯微科技(江苏)有限公司 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份:江苏省 城市 当前专利权人所在城市:江苏省苏州市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:江苏省苏州市相城区高铁新城南天成路118号智高商务广场1幢B座6F-10F 邮编 当前专利权人邮编:215134
主IPC国际分类 G03B7/095 所有IPC国际分类 G03B7/095G03B9/02
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 南京鑫之航知识产权代理事务所 专利代理人 陈珉;
摘要 本 发明 提供了一种 汽车 摄像头 光圈 调节控制系统及方法,涉及汽车摄像头技术领域。系统包括光照传感组件实时检测环境光强度,并将 信号 传输至 车身 控制组件,经过 模数转换 后传递至光圈调节 控制器 。光圈调节控制器根据环境光强、反射率和动态光照条件,通过智能动态光圈控 制模 型计算光圈的最佳开合度和 位置 。电磁驱动组件根据 控制信号 调节光圈的开合度和位置,并通过三档调节限位机构和阻尼机构确保光圈调节的平滑性和精确性。该系统能够在强光和弱光环境下 自动调节 光圈,保证摄像头采集到的图像始终保持最佳 亮度 和清晰度。通过采用智能 算法 和电磁驱动技术,本发明有效提高了图像 质量 ,提升了驾驶安全性,具有广泛的应用前景和市场价值。
权利要求

1.一种汽车摄像头光圈调节控制系统,其特征在于,包括:
光照传感组件,用于实时检测车辆周围的光照强度,并通过光电传感器将光照强度转换为对应的流明值信号,经过信号调理电路处理后,通过硬线信号传输车身控制组件;
车身控制组件,用于接收流明值信号,所述流明值信号为模拟信号数字信号;所述流明值信号通过模数转换器转换为数字信号,并通过CAN总线或CANFD总线协议将转换后的数字信号传输至光圈调节控制器
光圈调节控制器,用于接收来自车身控制组件的CAN总线信号,结合智能动态光圈控制模型IDACM,通过计算环境光强、反射率和动态光照条件生成光圈动态开合度、位置,计算出光圈的最佳开合大小和滑动位置,并生成光圈调节控制信号
摄像头驱动组件,用于接收所述光圈调节控制信号,并根据光圈调节控制信号调节摄像头的光圈开合度、位置;
电磁驱动组件,用于接收所述光圈调节控制信号,通过施加分级电压推动光圈滑动轨道内的光圈滑移动,调节光圈开合度、位置;
光圈调节组件,包括光圈遮罩、三档调节限位机构和光圈滑动轨道,用于调节光圈开合度、位置,并通过阻尼机构实现平滑调节;
其中,所述电磁驱动组件通过施加不同电压推动或拉动光圈遮罩,在光圈的调节范围内调节光圈开合度、位置;
所述光圈三档调节限位机构包括机械弹簧限位或磁吸限位组件,确保光圈遮罩在调节范围内的稳定性,并减少外部震动对光圈位置的干扰;
所述光圈滑动轨道通过控制光圈的前后移动,调节精度和方向保持一致,并通过阻尼机构实现光圈位置调整的渐进性和精确性。
2.根据权利要求1所述的汽车摄像头光圈调节控制系统,其特征在于,所述车身控制组件包括:
信号调理单元,用于接收来自光照传感组件的电流信号,并对其进行放大和滤波;放大器为低噪声运算放大器,将电流信号的强度增大至适合后续处理的范围,滤波器低通滤波器,用于去除信号中的噪声;
模数转换单元,用于将经信号调理后的模拟信号转换为数字信号,所述模数转换单元的工作频率范围为1kHz至10kHz,分辨率为至少12位,转换速率为10MS/s,用于提供高精度的数字信号输出,避免光照信息在转换过程中丢失;
数据处理单元,用于接收来自模数转换单元的数字信号,并根据环境光照变化对流明值信号进行处理;所述数据处理单元通过智能动态光圈控制模型IDACM计算光圈动态开合度、位置,并生成光圈调节控制信号;
信号传输单元,用于将所述光圈调节控制信号通过CAN总线或CANFD总线协议传输至光圈调节控制器;所述信号传输单元确保数字信号传输过程中的数据完整性和传输速度。
3.根据权利要求2所述的汽车摄像头光圈调节控制系统,其特征在于,所述智能动态光圈控制模型IDACM通过以下步骤实现光圈调节:
通过光照传感组件获取车辆周围的环境光照信息,并将其分解为环境反射率和动态光照条件,分解公式为:
Ienv(x)=Renv(x)×Sdynamic(x);
其中:Ienv(x)为环境光照强度;Renv(x)为反射率,表示车辆周围物体表面反射的光照特性;Sdynamic(x)为动态光照条件,表示光源强度和分布的变化;
所述动态光照条件通过高斯滤波器的多尺度处理实现,公式为:
其中:ffilter(x,y)为动态光照条件;k表示滤波层的索引;wk为高斯滤波的权重,表示不同尺度滤波的影响因子;σk为高斯滤波器的标准差,控制滤波感知范围; 表示高斯分布在空间中的衰减特性,值越大权重越小;x,y为空间坐标,用于表示图像中的像素点位置;N为滤波层数。
4.根据权利要求3所述的汽车摄像头光圈调节控制系统,其特征在于,通过以下步骤优化并生成光圈调节信号:
利用摄像头视场内的环境图像,通过图像处理算法计算物体与摄像头之间的距离,生成环境的深度信息:
基于环境的深度信息,确定物体表面的法线方向,公式为:
其中:z(x)表示从环境图像中提取的深度信息,反映物体到摄像头的相对距离;
表示深度的梯度,反映深度变化的方向; 为梯度的模长,用于归一化法线方向;
基于动态光照条件和物体表面法线方向,通过动态扩散模型生成光圈调节信号,公式为:
其中:dx为光圈调节信号的变化量;fillum(x,t)为光照漂移项,表示光源强度随时间变化的漂移;gdiffusion(t)为扩散系数,表示扩散模型对动态光照的响应灵敏度; 为能量函数的梯度;dω为动态光照中的随机扰动;t为时间变量;
通过能量函数优化光圈调节信号,公式为:
Eopt(x,t)=λintensity×Eintensity(x,t)+λreflectivity×Ereflectivity(x,t)+λgradient×Egradient(x,t)
其中:λintensity、λreflectivity、λgradient为权重参数,分别表示光强、反射率和梯度优化的影响因子;Eintensity(x,t)为光强优化项;Ereflectivity(x,t)为反射率优化项;Egradient目标动态光照条件;
通过非线性神经网络生成最终光圈调节信号,公式为:
ys=fNN(Sdynamic(x),θ)
其中:ys为光圈调节信号;fNN为非线性神经网络函数;θ为神经网络权重。
5.根据权利要求4所述的汽车摄像头光圈调节控制系统,其特征在于,通过优化光圈响应控制信号实现光圈的动态调节,公式为:
其中:ys(t)为动态光圈调节信号;Kp、Ki、Kd为控制参数;e(t)为光圈误差; 表示误差的累积量,用于积分控制; 表示误差的变化率,用于微分控制; 为扩散模
型信号,用于适应动态环境光照的变化。
6.根据权利要求1所述的汽车摄像头光圈调节控制系统,其特征在于,所述光圈调节控制器包括:
光圈调节单元,用于接收来自车身控制单元的光圈调节控制信号,所述光圈调节控制信号包括目标光圈开合度、位置和位置参数;根据控制信号,生成驱动信号以调整光圈的开合程度和滑动位置;
光圈响应单元,用于根据光圈调节控制信号驱动光圈滑动装置前后移动;光圈滑动装置通过线性导轨限定光圈的滑动方向,并通过限位机构限定光圈滑动范围。
7.根据权利要求1所述的汽车摄像头光圈调节控制系统,其特征在于,所述摄像头驱动组件包括:
驱动电机单元:包括步进电机或伺服电机,用于接收来自光圈调节控制单元的驱动信号,通过电机控制器调节电机功率输出,驱动摄像头进行前后移动以调整摄像头的位置;
位置反馈单元:包括编码器或霍尔传感器,用于实时检测摄像头的当前位置并生成位置信号,所述位置信号包括摄像头的当前位置信息和位移方向信息;
驱动控制单元,用于接收来自位置反馈单元的位置信号,并基于信号调整驱动电机单元的输出信号;驱动控制单元包括闭环控制电路,以确保摄像头移动到目标位置并保持调整精度。
8.根据权利要求1所述的汽车摄像头光圈调节控制系统,其特征在于,所述电磁驱动组件包括:
电磁驱动单元,通过调节电流或电压产生磁场以驱动光圈遮罩沿滑动轨道前后移动;
电磁驱动单元包括线性电磁,用于调节光圈开合度、位置,独立于摄像头的移动操作;
电磁控制单元,用于接收来自光圈调节控制单元的控制信号,通过PWM调制控制电磁驱动单元的电流输出,调节光圈的开合位置;
反馈感应单元,包括光电传感器霍尔效应传感器,用于实时监测光圈遮罩的位置,并生成光圈位置信号;位置信号传输至电磁控制单元,电磁控制单元基于反馈的位置信号调整电磁驱动单元的输出电流。
9.根据权利要求1所述的汽车摄像头光圈调节控制系统,其特征在于,所述光圈调节组件包括:
光圈调节控制单元,用于接收来自车身控制单元的光圈控制信号,所述光圈控制信号包括目标光圈开合度、位置和前后位置参数;所述光圈调节控制单元根据光圈控制信号生成电机驱动信号;
光圈响应单元:包括电机驱动系统和光圈滑动轨道,所述电机驱动系统接收电机驱动信号,通过调节输出电流控制光圈滑动轨道内的光圈遮罩位置;所述光圈响应单元包括闭环控制电路,闭环控制电路通过传感器反馈信号调整电机驱动信号。
10.一种应用于如权利要求1所述的一种汽车摄像头光圈调节控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:通过光照传感组件实时检测车辆周围的光照强度,利用光电传感器将光照强度转换为对应的流明值信号,并经过信号调理电路对流明值信号进行放大与滤波处理。
S2:将经过调理后的流明值信号通过硬线信号传输至车身控制组件,利用模数转换器将流明值信号从模拟信号转换为数字信号,并通过CAN总线或CANFD总线协议将数字信号传输至光圈调节控制器。
S3:由光圈调节控制器接收来自车身控制组件的数字信号,基于智能动态光圈控制模型IDACM计算环境光强、反射率和动态光照条件,结合目标光圈参数,生成光圈调节信号,包括光圈的开合大小和滑动位置。
S4:将光圈调节信号分别传输至:摄像头驱动组件,根据光圈调节信号调整摄像头的光圈参数;电磁驱动组件,通过施加分级电压驱动光圈滑块沿滑动轨道移动,调整光圈遮罩的位置。
S5:利用光圈调节组件对光圈遮罩的位置进行精确调整,其中:通过三档调节限位机构确保光圈遮罩在调节范围内的稳定性;通过阻尼机构实现光圈滑动位置的平滑过渡,确保光圈调节的方向和精度保持一致。

说明书全文

一种汽车摄像头光圈调节控制系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车摄像头技术领域,尤其涉及一种汽车摄像头光圈调节控制系统及方法。

背景技术

[0002] 汽车摄像头系统已广泛应用于车辆的安全辅助驾驶、自动驾驶、行车记录、停车辅助等功能中。现有的汽车摄像头系统大多采用固定光圈设计,通过内置光圈获取车外环境光线并传输至车内系统。光圈的开合度通常是固定的,不能根据外部光照条件进行调节。摄像头采集到的图像通过车载系统传输至显示屏,以便驾驶员实时观察外界情况。
[0003] 目前,固定光圈的摄像头系统在面对不同光照环境时,存在显著的不足:强光照环境下的干扰:在光照较强的环境中,如阳光明媚的室外或强光源照射的环境,摄像头采集的图像光线过强,导致显示内容刺眼,干扰驾驶员视线,影响驾驶员的安全判断。弱光照环境下的显示问题:在光线较暗的环境中,如夜晚或封闭的停车场,摄像头采集的图像过于昏暗,无法清晰显示暗色障碍物,影响驾驶员对障碍物的判断,存在潜在安全隐患。无法适应光照变化:由于光圈不可调节,现有技术无法根据不同的光照强度自动调节光圈的开合度和位置,导致图像质量无法保持一致,影响了摄像头在不同环境下的表现。
[0004] 现有技术中的固定光圈设计简单,无法根据外部环境光照强度的变化进行自动调节。传统摄像头系统缺乏智能算法和驱动机制,无法实时感应并根据光照强度调整光圈的开合度和位置。此外,光圈的机械设计也未考虑到强光或弱光环境下的调节需求,导致图像质量无法稳定呈现。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种汽车摄像头光圈调节控制系统及方法,以解决现有固定光圈设计无法适应不同光照环境的问题,通过智能动态光圈控制模型和电磁驱动技术,能够实时调节光圈的开合度和位置,在强光和弱光环境下提供稳定的图像质量,显著提高摄像头的图像清晰度与驾驶安全性。
[0006] 为了实现上述目的,本发明通过如下的技术方案来实现:
[0007] 一种汽车摄像头光圈调节控制系统,包括:
[0008] 光照传感组件,用于实时检测车辆周围的光照强度,并通过光电传感器将光照强度转换为对应的流明值信号,经过信号调理电路处理后,通过硬线信号传输车身控制组件;
[0009] 车身控制组件,用于接收流明值信号,所述流明值信号为模拟信号数字信号;所述流明值信号通过模数转换器转换为数字信号,并通过CAN总线或CANFD总线协议将转换后的数字信号传输至光圈调节控制器
[0010] 光圈调节控制器,用于接收来自车身控制组件的CAN总线信号,结合智能动态光圈控制模型IDACM,通过计算环境光强、反射率和动态光照条件生成光圈动态开合度、位置,计算出光圈的最佳开合大小和滑动位置,并生成光圈调节控制信号
[0011] 摄像头驱动组件,用于接收所述光圈调节控制信号,并根据光圈调节控制信号调节摄像头的光圈开合度、位置;
[0012] 电磁驱动组件,用于接收所述光圈调节控制信号,通过施加分级电压推动光圈滑动轨道内的光圈滑移动,调节光圈开合度、位置;
[0013] 光圈调节组件,包括光圈遮罩、三档调节限位机构和光圈滑动轨道,用于调节光圈开合度、位置,并通过阻尼机构实现平滑调节;
[0014] 其中,所述电磁驱动组件通过施加不同电压推动或拉动光圈遮罩,在光圈的调节范围内调节光圈开合度、位置;
[0015] 所述光圈三档调节限位机构包括机械弹簧限位或磁吸限位组件,确保光圈遮罩在调节范围内的稳定性,并减少外部震动对光圈位置的干扰;
[0016] 所述光圈滑动轨道通过控制光圈的前后移动,调节精度和方向保持一致,并通过阻尼机构实现光圈位置调整的渐进性和精确性。
[0017] 作为本发明的一种优选方案,所述车身控制组件包括:
[0018] 信号调理单元,用于接收来自光照传感组件的电流信号,并对其进行放大和滤波;放大器为低噪声运算放大器,将电流信号的强度增大至适合后续处理的范围,滤波器低通滤波器,用于去除信号中的噪声;
[0019] 模数转换单元,用于将经信号调理后的模拟信号转换为数字信号,所述模数转换单元的工作频率范围为1kHz至10kHz,分辨率为至少12位,转换速率为10MS/s,用于提供高精度的数字信号输出,避免光照信息在转换过程中丢失;
[0020] 数据处理单元,用于接收来自模数转换单元的数字信号,并根据环境光照变化对流明值信号进行处理;所述数据处理单元通过智能动态光圈控制模型IDACM计算光圈动态开合度、位置,并生成光圈调节控制信号;
[0021] 信号传输单元,用于将所述光圈调节控制信号通过CAN总线或CANFD总线协议传输至光圈调节控制器;所述信号传输单元确保数字信号传输过程中的数据完整性和传输速度。
[0022] 作为本发明的一种优选方案,所述智能动态光圈控制模型IDACM通过以下步骤实现光圈调节:
[0023] 通过光照传感组件获取车辆周围的环境光照信息,并将其分解为环境反射率和动态光照条件,分解公式为:
[0024] Ienv(x)=Renv(x)×Sdynamic(x);
[0025] 其中:Ienv(x)为环境光照强度;Renv(x)为反射率,表示车辆周围物体表面反射的光照特性;Sdynamic(x)为动态光照条件,表示光源强度和分布的变化;
[0026] 所述动态光照条件通过高斯滤波器的多尺度处理实现,公式为:
[0027]
[0028] 其中:ffilter(x,y)为动态光照条件;k表示滤波层的索引;wk为高斯滤波的权重,表示不同尺度滤波的影响因子;σk为高斯滤波器的标准差,控制滤波感知范围; 表示高斯分布在空间中的衰减特性,值越大权重越小;x,y为空间坐标,用于表示图像中的像素点位置;N为滤波层数。
[0029] 作为本发明的一种优选方案,通过以下步骤优化并生成光圈调节信号:
[0030] 利用摄像头视场内的环境图像,通过图像处理算法计算物体与摄像头之间的距离,生成环境的深度信息:
[0031] 基于环境的深度信息,确定物体表面的法线方向,公式为:
[0032]
[0033] 其中:z(x)表示从环境图像中提取的深度信息,反映物体到摄像头的相对距离;表示深度的梯度,反映深度变化的方向; 为梯度的模长,用于归一化法线方
向;
[0034] 基于动态光照条件和物体表面法线方向,通过动态扩散模型生成光圈调节信号,公式为:
[0035]
[0036] 其中:dx为光圈调节信号的变化量;fillum(x,t)为光照漂移项,表示光源强度随时间变化的漂移;gdiffusion(t)为扩散系数,表示扩散模型对动态光照的响应灵敏度;为能量函数的梯度;dω为动态光照中的随机扰动;t为时间变量;
[0037] 通过能量函数优化光圈调节信号,公式为:
[0038] Eopt(x,t)=λintensity×Eintensity(x,t)+λreflectivity×Ereflectivity(x,t)+λgradient×Egradient(x,t)
[0039] 其中:λintensity、λreflectivity、λgradient为权重参数,分别表示光强、反射率和梯度优化的影响因子;Eintensity(x,t)为光强优化项;Ereflectivity(x,t)为反射率优化项;Egradient目标动态光照条件;
[0040] 通过非线性神经网络生成最终光圈调节信号,公式为:
[0041] ys=fNN(Sdynamic(x),θ)
[0042] 其中:ys为光圈调节信号;fNN为非线性神经网络函数;θ为神经网络权重。
[0043] 作为本发明的一种优选方案,通过优化光圈响应控制信号实现光圈的动态调节,公式为:
[0044]
[0045] 其中:ys(t)为动态光圈调节信号;Kp、Ki、Kd为控制参数;e(t)为光圈误差;表示误差的累积量,用于积分控制; 表示误差的变化率,用于微分控制; 为扩
散模型信号,用于适应动态环境光照的变化。
[0046] 作为本发明的一种优选方案,所述光圈调节控制器包括:
[0047] 光圈调节单元,用于接收来自车身控制单元的光圈调节控制信号,所述光圈调节控制信号包括目标光圈开合度、位置和位置参数;根据控制信号,生成驱动信号以调整光圈的开合程度和滑动位置;
[0048] 光圈响应单元,用于根据光圈调节控制信号驱动光圈滑动装置前后移动;光圈滑动装置通过线性导轨限定光圈的滑动方向,并通过限位机构限定光圈滑动范围。
[0049] 作为本发明的一种优选方案,所述摄像头驱动组件包括:
[0050] 驱动电机单元:包括步进电机或伺服电机,用于接收来自光圈调节控制单元的驱动信号,通过电机控制器调节电机功率输出,驱动摄像头进行前后移动以调整摄像头的位置;
[0051] 位置反馈单元:包括编码器或霍尔传感器,用于实时检测摄像头的当前位置并生成位置信号,所述位置信号包括摄像头的当前位置信息和位移方向信息;
[0052] 驱动控制单元,用于接收来自位置反馈单元的位置信号,并基于信号调整驱动电机单元的输出信号;驱动控制单元包括闭环控制电路,以确保摄像头移动到目标位置并保持调整精度。
[0053] 作为本发明的一种优选方案,所述电磁驱动组件包括:
[0054] 电磁驱动单元,通过调节电流或电压产生磁场以驱动光圈遮罩沿滑动轨道前后移动;电磁驱动单元包括线性电磁,用于调节光圈开合度、位置,独立于摄像头的移动操作;
[0055] 电磁控制单元,用于接收来自光圈调节控制单元的控制信号,通过PWM调制控制电磁驱动单元的电流输出,调节光圈的开合位置;
[0056] 反馈感应单元,包括光电传感器霍尔效应传感器,用于实时监测光圈遮罩的位置,并生成光圈位置信号;位置信号传输至电磁控制单元,电磁控制单元基于反馈的位置信号调整电磁驱动单元的输出电流。
[0057] 作为本发明的一种优选方案,所述光圈调节组件包括:
[0058] 光圈调节控制单元,用于接收来自车身控制单元的光圈控制信号,所述光圈控制信号包括目标光圈开合度、位置和前后位置参数;所述光圈调节控制单元根据光圈控制信号生成电机驱动信号;
[0059] 光圈响应单元:包括电机驱动系统和光圈滑动轨道,所述电机驱动系统接收电机驱动信号,通过调节输出电流控制光圈滑动轨道内的光圈遮罩位置;所述光圈响应单元包括闭环控制电路,闭环控制电路通过传感器反馈信号调整电机驱动信号。
[0060] 一种汽车摄像头光圈调节控制方法,包括以下步骤:
[0061] S1:通过光照传感组件实时检测车辆周围的光照强度,利用光电传感器将光照强度转换为对应的流明值信号,并经过信号调理电路对流明值信号进行放大与滤波处理。
[0062] S2:将经过调理后的流明值信号通过硬线信号传输至车身控制组件,利用模数转换器将流明值信号从模拟信号转换为数字信号,并通过CAN总线或CANFD总线协议将数字信号传输至光圈调节控制器。
[0063] S3:由光圈调节控制器接收来自车身控制组件的数字信号,基于智能动态光圈控制模型IDACM计算环境光强、反射率和动态光照条件,结合目标光圈参数,生成光圈调节信号,包括光圈的开合大小和滑动位置。
[0064] S4:将光圈调节信号分别传输至:摄像头驱动组件,根据光圈调节信号调整摄像头的光圈参数;电磁驱动组件,通过施加分级电压驱动光圈滑块沿滑动轨道移动,调整光圈遮罩的位置。
[0065] S5:利用光圈调节组件对光圈遮罩的位置进行精确调整,其中:通过三档调节限位机构确保光圈遮罩在调节范围内的稳定性;通过阻尼机构实现光圈滑动位置的平滑过渡,确保光圈调节的方向和精度保持一致。
[0066] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过实时监测环境光照强度,并结合智能动态光圈控制模型IDACM,计算出光圈的最佳开合度和位置,实现光圈的自动调节,确保摄像头在强光或弱光环境下始终保持最佳图像质量,显著提高了图像清晰度和稳定性。电磁驱动组件通过施加不同电压推动光圈遮罩,控制光圈的开合度和位置,并通过三档调节限位机构和阻尼机构实现光圈位置的平滑调节,确保光圈调节过程中的精确性与渐进性。光圈滑动轨道通过控制光圈的前后移动,保证调节的精度和方向一致,避免了震动对光圈位置的干扰。通过车身控制组件、光圈调节控制器和电磁驱动组件之间的协调工作,信号传输和处理过程更加高效、稳定,确保了光圈调节的实时性和精准性。采用CAN总线或CANFD总线协议进行数字信号的传输,使得信号传输更加可靠,能够快速响应环境光照变化。总之,本发明通过精确的光圈控制、智能算法和电磁驱动技术的结合,能够在不同光照条件下自动调节光圈的开合度和位置,提升图像质量和驾驶安全性,具有广泛的应用前景和良好的市场价值。附图说明
[0067] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0068] 其中:
[0069] 图1为本发明的系统模块化结构示意图;
[0070] 图2为本发明实施例中光圈调节组件原理示意图;
[0071] 图3为本发明实施例中汽车摄像头系统信号传输框架示意图;
[0072] 图4为本发明实施例中汽车摄像头系统组件布置图。

具体实施方式

[0073] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0074] 如图1所示,为本发明的一个实施例,该实施例提供了一种汽车摄像头光圈调节控制系统,包括:
[0075] 光照传感组件,用于实时检测车辆周围的光照强度,并通过光电传感器将光照强度转换为对应的流明值信号,经过信号调理电路处理后,通过硬线信号传输至车身控制组件;
[0076] 车身控制组件,用于接收流明值信号,所述流明值信号为模拟信号或数字信号;所述流明值信号通过模数转换器转换为数字信号,并通过CAN总线或CANFD总线协议将转换后的数字信号传输至光圈调节控制器;
[0077] 本实施例中,车身控制组件包括:
[0078] 信号调理单元,用于接收来自光照传感组件的电流信号,并对其进行放大和滤波;放大器为低噪声运算放大器,将电流信号的强度增大至适合后续处理的范围,滤波器为低通滤波器,用于去除信号中的噪声;
[0079] 模数转换单元,用于将经信号调理后的模拟信号转换为数字信号,所述模数转换单元的工作频率范围为1kHz至10kHz,分辨率为至少12位,转换速率为10MS/s,用于提供高精度的数字信号输出,避免光照信息在转换过程中丢失;
[0080] 数据处理单元,用于接收来自模数转换单元的数字信号,并根据环境光照变化对流明值信号进行处理;所述数据处理单元通过智能动态光圈控制模型IDACM计算光圈动态开合度、位置,并生成光圈调节控制信号;
[0081] 信号传输单元,用于将所述光圈调节控制信号通过CAN总线或CANFD总线协议传输至光圈调节控制器;所述信号传输单元确保数字信号传输过程中的数据完整性和传输速度。
[0082] 具体的,智能动态光圈控制模型IDACM通过以下步骤实现光圈调节:
[0083] 通过光照传感组件获取车辆周围的环境光照信息,并将其分解为环境反射率和动态光照条件,分解公式为:
[0084] Ienv(x)=Renv(x)×Sdynamic(x)
[0085] 其中:Ienv(x)为环境光照强度;Renv(x)为反射率,表示车辆周围物体表面反射的光照特性;Sdynamic(x)为动态光照条件,表示光源强度和分布的变化;
[0086] 所述动态光照条件通过高斯滤波器的多尺度处理实现,公式为:
[0087]
[0088] 其中:ffilter(x,y)为动态光照条件;k表示滤波层的索引;wk为高斯滤波的权重,表示不同尺度滤波的影响因子;σk为高斯滤波器的标准差,控制滤波感知范围; 表示高斯分布在空间中的衰减特性,值越大权重越小;x,y为空间坐标,用于表示图像中的像素点位置;N为滤波层数。
[0089] 进一步地,通过以下步骤优化并生成光圈调节信号:
[0090] 利用摄像头视场内的环境图像,通过图像处理算法计算物体与摄像头之间的距离,生成环境的深度信息:
[0091] 基于环境的深度信息,确定物体表面的法线方向,公式为:
[0092]
[0093] 其中:z(x)表示从环境图像中提取的深度信息,反映物体到摄像头的相对距离;表示深度的梯度,反映深度变化的方向; 为梯度的模长,用于归一化法线方
向;
[0094] 基于动态光照条件和物体表面法线方向,通过动态扩散模型生成光圈调节信号,公式为:
[0095]
[0096] 其中:dx为光圈调节信号的变化量;fillum(x,t)为光照漂移项,表示光源强度随时间变化的漂移;gdiffusion(t)为扩散系数,表示扩散模型对动态光照的响应灵敏度;为能量函数的梯度;dω为动态光照中的随机扰动;t为时间变量;
[0097] 通过能量函数优化光圈调节信号,公式为:
[0098] Eopt(x,t)=λintensity×Eintensity(x,t)+λreflectivity×Ereflectivity(x,t)+λgradient×Egradient(x,t)
[0099] 其中:λintensity、λreflectivity、λgradient为权重参数,分别表示光强、反射率和梯度优化的影响因子;Eintensity(x,t)为光强优化项;Ereflectivity(x,t)为反射率优化项;Egradient目标动态光照条件;
[0100] 通过非线性神经网络生成最终光圈调节信号,公式为:
[0101] ys=fNN(Sdynamic(x),θ)
[0102] 其中:ys为光圈调节信号;fNN为非线性神经网络函数;θ为神经网络权重。
[0103] 具体的,通过优化光圈响应控制信号实现光圈的动态调节,公式为:
[0104]
[0105] 其中:ys(t)为动态光圈调节信号;Kp、Ki、Kd为控制参数;e(t)为光圈误差;表示误差的累积量,用于积分控制; 表示误差的变化率,用于微分控制; 为扩
散模型信号,用于适应动态环境光照的变化。
[0106] 本实施例中,计算用到《流明值‑光圈大小‑光圈距离》专用表格(示例如下)。因各家摄像头厂商采用的镜头类型、光圈参数不一致。
[0107]
[0108] 进一步地,光圈调节控制器,用于接收来自车身控制组件的CAN总线信号,结合智能动态光圈控制模型IDACM,通过计算环境光强、反射率和动态光照条件生成光圈动态开合度、位置,计算出光圈的最佳开合大小和滑动位置,并生成光圈调节控制信号;
[0109] 具体地,光圈调节控制器包括:
[0110] 光圈调节单元,用于接收来自车身控制单元的光圈调节控制信号,所述光圈调节控制信号包括目标光圈开合度、位置和位置参数;根据控制信号,生成驱动信号以调整光圈的开合程度和滑动位置;
[0111] 光圈响应单元,用于根据光圈调节控制信号驱动光圈滑动装置前后移动;光圈滑动装置通过线性导轨限定光圈的滑动方向,并通过限位机构限定光圈滑动范围。
[0112] 进一步地,摄像头驱动组件,用于接收所述光圈调节控制信号,并根据光圈调节控制信号调节摄像头的光圈开合度、位置;
[0113] 具体地,摄像头驱动组件包括:
[0114] 驱动电机单元:包括步进电机或伺服电机,用于接收来自光圈调节控制单元的驱动信号,通过电机控制器调节电机功率输出,驱动摄像头进行前后移动以调整摄像头的位置;
[0115] 位置反馈单元:包括编码器或霍尔传感器,用于实时检测摄像头的当前位置并生成位置信号,所述位置信号包括摄像头的当前位置信息和位移方向信息;
[0116] 驱动控制单元,用于接收来自位置反馈单元的位置信号,并基于信号调整驱动电机单元的输出信号;驱动控制单元包括闭环控制电路,以确保摄像头移动到目标位置并保持调整精度。
[0117] 进一步地,电磁驱动组件,用于接收所述光圈调节控制信号,通过施加分级电压推动光圈滑动轨道内的光圈滑块移动,调节光圈开合度、位置;
[0118] 具体地,电磁驱动组件包括:
[0119] 电磁驱动单元,通过调节电流或电压产生磁场以驱动光圈遮罩沿滑动轨道前后移动;电磁驱动单元包括线性电磁铁,用于调节光圈开合度、位置,独立于摄像头的移动操作;
[0120] 电磁控制单元,用于接收来自光圈调节控制单元的控制信号,通过PWM调制控制电磁驱动单元的电流输出,调节光圈的开合位置;
[0121] 反馈感应单元,包括光电传感器或霍尔效应传感器,用于实时监测光圈遮罩的位置,并生成光圈位置信号;位置信号传输至电磁控制单元,电磁控制单元基于反馈的位置信号调整电磁驱动单元的输出电流。
[0122] 进一步地,光圈调节组件,包括光圈遮罩、三档调节限位机构和光圈滑动轨道,用于调节光圈开合度、位置,并通过阻尼机构实现平滑调节;
[0123] 其中,所述电磁驱动组件通过施加不同电压推动或拉动光圈遮罩,在光圈的调节范围内调节光圈开合度、位置;
[0124] 所述光圈三档调节限位机构包括机械弹簧限位或磁吸限位组件,确保光圈遮罩在调节范围内的稳定性,并减少外部震动对光圈位置的干扰;
[0125] 所述光圈滑动轨道通过控制光圈的前后移动,调节精度和方向保持一致,并通过阻尼机构实现光圈位置调整的渐进性和精确性。
[0126] 本发明的另一实施例还提供了一种汽车摄像头光圈调节控制方法,包括以下步骤:
[0127] S1:通过光照传感组件实时检测车辆周围的光照强度,利用光电传感器将光照强度转换为对应的流明值信号,并经过信号调理电路对流明值信号进行放大与滤波处理。
[0128] S2:将经过调理后的流明值信号通过硬线信号传输至车身控制组件,利用模数转换器将流明值信号从模拟信号转换为数字信号,并通过CAN总线或CANFD总线协议将数字信号传输至光圈调节控制器。
[0129] S3:由光圈调节控制器接收来自车身控制组件的数字信号,基于智能动态光圈控制模型IDACM计算环境光强、反射率和动态光照条件,结合目标光圈参数,生成光圈调节信号,包括光圈的开合大小和滑动位置。
[0130] S4:将光圈调节信号分别传输至:摄像头驱动组件,根据光圈调节信号调整摄像头的光圈参数;电磁驱动组件,通过施加分级电压驱动光圈滑块沿滑动轨道移动,调整光圈遮罩的位置。
[0131] S5:利用光圈调节组件对光圈遮罩的位置进行精确调整,其中:通过三档调节限位机构确保光圈遮罩在调节范围内的稳定性;通过阻尼机构实现光圈滑动位置的平滑过渡,确保光圈调节的方向和精度保持一致。
[0132] 实施例2
[0133] 如图2所示,展示了光圈调节的工作原理和系统组成。系统的主要组成部分如下:凸透镜:凸透镜位于摄像头光圈调节系统的前端,具有防尘、防和透光特性。其主要作用是对摄像头内部的精密元件提供保护,同时根据折射原理引导光线进入光圈。
[0134] 前镜片组:根据光学原理,前镜片组将进入的光线折射到光圈处,为后续的光圈调节提供光线。前镜片组的设计使得光线能够均匀地照射到光圈,确保图像采集的质量。
[0135] 光圈遮罩:光圈遮罩控制通过前镜片组折射到光圈的进光量。根据光照强度的变化,光圈遮罩会调节其位置,控制通过光圈的光量大小。光圈遮罩能够适应不同的光照环境,保证图像的清晰度。
[0136] 光圈:光圈是摄像头的进光通道,光线通过光圈进入摄像头的感光元件。光圈的大小直接影响摄像头采集图像的亮度,大光圈能允许更多的光线进入,画面更亮;小光圈则限制光线量,使得画面更暗。系统根据环境光照强度自动调节光圈大小。
[0137] 光圈拉伸机构:光圈拉伸机构包括弹簧、光圈大小调节电磁驱动结构、阻尼、光圈三档调节限位机构和光圈遮罩。通过电磁驱动结构和三档限位机构,系统可以根据环境亮度调节光圈大小,从而实现对进光量的精确控制。较大的光圈能够提供更多的光线,而较小的光圈则减少进光量,降低画面亮度。光圈拉伸机构确保光圈的稳定性和精确性,并通过阻尼机构平滑调节光圈。
[0138] 光圈滑动机构:光圈滑动机构包括光圈滑动轨道和光圈前后移动电磁驱动结构。当环境光照强度较低时,光圈通过电磁驱动向前移动,从而增加进光量,提供更亮的画面;
而当环境较亮时,光圈向后移动,减少进光量,降低画面亮度,减少屏幕的刺眼感。光圈滑动机构能够平稳地调节光圈的前后位置,确保图像亮度的平稳过渡。
[0139] 感光元件:图像传感器是感光元件,负责将光信号转换为电信号,并传输给后续的图像处理系统。图像传感器的质量和响应速度直接影响图像质量,系统中的其他部件通过精确控制光圈,确保图像传感器获得最佳的光照条件。
[0140] PCB(印刷电路板):PCB作为系统的核心电路载体,负责供电、控制和信号处理。PCB上集成了所有控制元器件、信号处理元器件和信号传输元器件,是系统中信号传递的关键部分。外壳:外壳对摄像头及其内部各个元器件起到保护作用,具有防尘、防水等功能,确保系统在复杂环境中的稳定运行。
[0141] 线束:线束用于将摄像头采集到的图像信号通过电缆传输给车载显示屏和其他控制器,确保图像数据能够及时传输,供驾驶员参考。
[0142] 通过上述结构,系统能够根据实时光照强度变化,自动调节光圈的大小和位置,确保摄像头在不同光照环境下始终提供最佳的图像质量,从而提高驾驶安全性和用户体验。
[0143] 如图3所示,展示了系统各组件之间的信号流转和交互关系,具体说明如下:
[0144] 光照传感器:实时检测车外光照强度,采集数据后将信号传输至车身控制组件,为光圈调节提供环境信息。
[0145] 车身控制组件:接收到来自光照传感器的信号,并将模拟信号转换为数字信号,随后通过CAN总线或CANFD总线协议传输至智能控制器。
[0146] 智能控制器:基于来自车身控制组件的信号,通过智能动态光圈控制模型IDACM计算光圈的最佳开合度和位置,并生成光圈调节控制信号,传输至摄像头驱动模块。
[0147] 摄像头驱动模块:根据智能控制器发出的信号,精确调节光圈的开合度和位置,确保摄像头保持最佳工作状态。
[0148] 电磁驱动模块:通过接收调节信号,驱动光圈的调节。电磁驱动模块根据不同电压调节光圈遮罩位置,确保光圈的精确调节。
[0149] 其他控制器:通过Ethernet、LVDS、CVBS等传输协议,协同其他车辆系统,确保摄像头系统与其他车载系统的集成与协作。
[0150] 传感器和显示信号传输:系统通过传感器采集的数据,通过LVDS/CVBS信号将摄像头图像传输至显示器或其他控制器,提供实时的车外环境影像。
[0151] 该系统框架通过各模块间的协调配合,确保光圈的动态调节能够根据不同光照环境自适应进行,提高了摄像头的图像质量,并增强了驾驶员的安全驾驶体验。
[0152] 如图4所示,展示了系统各主要组件的布置与信号传输路径,具体功能描述如下:摄像头(标记为蓝点):摄像头安装于车辆的多个位置,负责实时采集车外的图像信息。摄像头的位置和视野可以根据车辆的具体需求进行布置,以确保车外环境的全面监测。
[0153] 阳光传感器(标记为黄点):阳光传感器实时检测车辆周围的光照强度,将光照信息转换为电信号并传输给车身控制组件。该传感器的位置通常布置在车顶或其他适合的位置,以确保准确检测外部光照变化。
[0154] 智能控制器(标记为灰色矩形框):智能控制器接收来自车身控制器的信号,并根据光照强度计算光圈的最佳调节参数。通过智能动态光圈控制模型IDACM,智能控制器生成调节信号,指导光圈的开合度和位置变化。
[0155] 车身控制器(标记为绿色矩形框):车身控制器接收来自阳光传感器的信号,并将光照强度转换为数字信号,传递至智能控制器。该控制器的主要功能是协同其他控制器进行信号处理和传输。
[0156] 座舱控制器(标记为橙色矩形框):座舱控制器主要负责管理车内各类显示设备和控制信号的传输,它与智能控制器、摄像头和其他模块进行信息交换,确保摄像头系统的图像信号能够顺利传输至显示屏或其他车载系统。
[0157] 信号传输:通过CAN总线、Ethernet、LVDS、CVBS等信号传输协议,系统确保从摄像头传感器到各控制模块的信号能够稳定传输,并保证信号的实时性和准确性。
[0158] 通过这些模块的配合,系统能够根据实时光照条件动态调节光圈的开合度和位置,保证摄像头在强光和弱光环境下始终保持最佳图像质量。系统架构的高效信号传输和智能控制使得整个光圈调节过程更加灵活、精确,提升了图像采集的稳定性和图像质量。
[0159] 综上所述,本发明提供了一种创新的汽车摄像头光圈调节控制系统及方法,采用智能动态光圈控制模型IDACM与电磁驱动技术相结合,能够精确调节光圈的开合度和位置,克服了现有技术中无法适应不同光照条件的问题。通过光照传感器实时检测环境光强度并传输给车身控制组件,系统能够动态计算和调整光圈开合度,从而在强光或弱光环境下保持图像的清晰度和稳定性。
[0160] 本发明的创造性在于以下几个方面:首先,利用智能动态光圈控制模型IDACM,该模型结合环境光强、反射率和动态光照条件,通过算法计算生成光圈的最佳开合度和位置,相较于传统的固定光圈设计,本发明具有更高的自适应性和灵活性。其次,采用电磁驱动组件进行光圈的精确调节,不仅提高了光圈调节的灵活性,还通过施加不同电压推动光圈滑块,从而实现了对光圈开合度和位置的精确控制,这一控制方式显著提高了系统的响应速度和调节精度。
[0161] 此外,本发明的光圈调节组件包括三档调节限位机构和阻尼机构,能够在光圈调节过程中保持平滑过渡,并避免震动对光圈位置的影响。这种设计有效解决了传统机械光圈调节系统在车辆行驶过程中可能出现的震动干扰问题,确保了光圈调节的稳定性和精准性。
[0162] 通过CAN总线或CANFD总线协议,系统能够实现可靠、实时的信号传输,使光圈调节的响应更加迅速,并且能够根据环境变化动态调整光圈开合度和位置。本发明的系统架构简单而高效,既能够满足汽车摄像头在各种复杂光照环境下的使用需求,又提高了图像采集的质量和驾驶安全性。
[0163] 因此,本发明不仅解决了现有汽车摄像头系统中存在的图像质量不稳定、光圈调节不精确的问题,而且通过智能控制和电磁驱动技术的结合,显著提升了摄像头在不同光照条件下的适应性和精度,具有极高的创新性和实际应用价值,适合广泛应用于汽车摄像头领域,并具有较高的技术推广价值。
[0164] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本申请的至少一个实施例或示例中。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0165] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分。并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能。
[0166] 以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到其各种变化或替换,这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
QQ群二维码
意见反馈