术在汽车前照灯远近光检测中的应用

浅谈DSP技术在汽车前照灯远近光检测中的应用浙江大学鸣泉电子科技有限公司摘要：CCD摄像技术越来越广泛应用于汽车前照灯的检测中，对CCD拍摄得到的图像进行处理，本文介绍了一种基于DSP芯片进行图像处理、数值计算和实施控制的自动测量系统。该系统不仅充分发挥了DSP芯片的数值计算优势，而且拓展了其在人机对话和电机控制等输入输出方面的应用。传统的全自动前照灯检测仪以远光检测为主，大多利用远光光斑图形的对称性，利用上下左右对称分布的光电池对光轴中心进行检测。而由于近光光斑图形的非对称性，无法使用原有的方法对近光进行单独检测，通常利用图像分析的办法来获取明暗截止线拐点的位置。通常的CCD摄像类前照灯仪，对图像进行分析处理往往通过在工控机上用软件进行实现，结构较复杂，需连接CCD视频线和计算机外设，且在工控机上需外加图像采集卡和操作系统，因此该类仪器造价较高，故障几率大，维护不方便。DSP(DigitalSignalProcessing)数字信号处理具有速度快，集成度高，接口方便等特点，因此常应用于需快速运算的嵌入式系统。本文介绍了一款利用CCD精确成像，采用DSP系统进行图像分析处理及电子控制技术，精确进行汽车前照灯远近光灯技术参数测试的新型全自动检测仪。1前照灯的测量原理目前各前照灯测试设备生产厂家生产的测试仪大多采用了五种测量方法：（1）采用图像传感器（以下简称CCD）和光电池相结合方法。利用光电池进行远光测量，利用CCD进行近光测量。这种方法是对原用的远光测量仪上改进而来。（2）采用全CCD测量，用CCD替代光电池进行远光的定位、角度和光强测量。（3）利用CCD的成像高分辨率，进行远光和近光的角度测量，利用具有大动态范围的光电池进行远光光强度的测量。（4）采用全光电池的方法。测量近光时用光电池进行扫描，以得到平面图像进行近光分析。；（5）采用手工进行仪器的定位，用目视的方法进行偏角的观察，同时利用光电池进行光强的测量；其中第（1）、第（2）、第（3）、第（4）种可以采用自动测量的方式进行工作。1.1成像原理利用几何光学中的物像对应关系，使远处的大范围光强分布成为较小的可测量实像，用面阵CCD作为图像传感器，可以一次得到整个平面上的光强分布。前照灯可以认为是具有一定光强分布的面光源。如图1虚线所示，设在较远的B点位置光线会聚为A。在光路中插入菲涅耳透镜组（假设等效为L）后，原A点的光线实际会聚在Aˊ，成像为BA。如果假设透镜的焦距为f，设灯的半高度为r，灯到透镜的距离为d，则有以下关系等式：选择合适比例的l和f就可以得到恰当的像，从而方便测量。1.2测量时的瞄准方式空间角度的测量必须要获得两个点的位置，在光束偏角的测量中也不例外。在仪器进行测量之前，首先必须找到前照灯的位置或第一个光束参考点的位置。根据这两种指导思想，衍变出两种不同的测量方法。直接对准前照灯：图2瞄准车灯方式的测量原理这种测量方式是先利用摄像头找到车灯的位置，然后拍摄成像后的光斑图像，分析其中的光轴位置（远光或近光），得到和零点相比的偏差，从而根据标定的数据得到实际的角度偏差值。1.3光强测量分析由于CCD本身的设计原理和生产工艺的限制，其器件的动态范围较小。目前国内器件动态范围普遍小于1：500，为了避免易饱和的弊病，常进行非线性校正，如λ校正，无法胜任光强度测量。国外的高端产品动态范围大的也只有两三千，但价格相当昂贵。由于前照灯的光强范围变化较大（从0～80000cd），因此在光强测量上，光电池要优于CCD。1.4角度测量分析和传统的利用对称光电池进行远光角度测量的方法相比，CCD法在测量远光灯光型不符合标准，且具有多组对称中心点时，具有角度测量上的优势，其精度和重复性精度较高。同样的，在进行近光角度检测时，由于CCD图形具有分辨率高的优势，结合计算机技术，和光电池扫描的方法相比可以进行更为准确的拐点的搜寻。2检测仪的系统介绍系统的总体原理结构如图3所示，主要由光学系统、CCD图像传感器、单片机处理系统、DSP系统、相应的软件以及一个支撑箱体进行二维运动的机械结构组成。XZO透镜摄像头2摄像头1车灯近光图象成像面）式（1.............................................211dldldrdllfrfhtguutg）式（2...............................................................ABflfABllBAA`B`AB图1成像原理l`lLu'hu以下是对图3中各个部分的说明：1．“菲涅尔透镜”：用于远光或近光的成像；2．“前向定位摄像头”：用于瞄准发光的机动车前照灯；3．“成像摄像头”：拍摄远光或近光的成像图像；4．“成像屏”：白色漫反射屏，远光或近光图像的成像位置；5．“测光强光电池”：V(入)匹配后，测量远光的光强；同时为了缩短测量的长度，将CCD摄像头置放于机箱的正上方，并通过软件矫正由于倾斜拍摄而造成的图像变形。采用漫反射屏是为了避免有入射光被直接反射到CCD上参与成像。测量在无同向照射光源的条件下进行，前照灯距离透镜1米。利用物像间虚实对应的关系，均匀的漫透射白屏上有一个反映实际位置处照明情况的可测量实像。带照相物镜的CCD摄像头拍摄此图像并交付DSP处理。测量的第一步骤是利用远光照明的对称性，找到远光光斑的对称中心，然后在前照灯打开近光照明的条件下，模拟人眼的判断过程，对近光的拐点进行分析。DSP模块需先对CCD的视频信号进行高速A/D转换，然后采集到内存，并且通过标准RS232总线和控制机箱的单片机进行联系。测量时，单片机给DSP一个响应的命令，如：寻光（搜索前照灯的位置）/远光光轴计算/近光光轴计算，DSP将执行的结果返回给单片机，单片机据此作出决定，对支撑的二维机架发出指令，控制其状态。与国内外同类仪器相比，本仪器具有以下特点：1、采用立柱光电池组，仪器寻光定位快速准确，测光范围广，保证车灯的寻到率。2、全国首家采用先进的高集成高速处理系统－DSP控制系统，实现CCD测光，测量速度快，测量精度高，低廉的价格实现了先进的功能。3、光控测器应用高质量硅光电器件，并匹配成国际照明委员会推荐的V(λ)曲线，发光强度测量精度高。4、选用专业的图像处理芯片对前照灯近光光束配光图像进行分析处理，准确确定近光光束明暗截止线转角和近光光束照射方向。成像摄像头单片机控制可二维移动箱体CCD图象单片机控制系统光轴DSP图象采集、分析成像屏测光强光电池图3原理框图前照灯前向定位摄像头菲涅尔透镜控制总线5、独特光学定位系统，最大限度的排除了干扰光源影响，保证寻光准确率。6、可手动测量，也可通过其内设数据输出接口（RS-232C）进行连网控制，方便应用于各种条件。7、能分别对远、近光进行单独测量和在线调整。8、仪器高度智能化，可自动判断仪器各模块的工作状况，如有故障自动显示故障情况。