基于影像对正的新型前照灯检测技术
(中国测试技术研究院    杨春生)

摘要:    

       本文介绍了一种新型机动车前照灯检测技术--影像对正式前照灯检测技术的对正、测量及定标原理，阐述了影像对正式灯光仪与传统前照灯检测仪的不同之处。影像对正是用远光灯或近光灯发光体的几何中心与受光箱屏幕中心进行对正，而不是采用光轴或光斑对正。该技术使远近光的对正实现了统一，有效地解决了远近光分离的新型前照灯的检测难题，同时也为解决近光定标问题提出了新的思路。

关键词:

      影像对正    配光    远光灯    近光灯    单灯双光轴    双灯单光轴    数字图像处理    定标
1、我国的汽车前照灯配光模式
      通常汽车前照灯要求在前方100m（随着汽车车速的不断提高，目前该值已经增加到150m）以上的距离，高度（2—2.5）m的空间范围内，道路路面应得到良好的照明（至少12000cd以上），同时会车时射向对方司机的光线，发光强度应低于1000cd。汽车前照灯自诞生之日起直至今天，所经历的结构变化和发展，很大程度上是在追求上述矛盾的统一。

      我国现在采用的是欧洲前照灯配光模式（ECE制），参见图1。其远光灯丝安装在反射镜的光轴焦点上，光束经反射镜反射后射向前方（对称光斑）。近光灯丝则不在焦点上，而是稍高于光学轴线，经过反射镜反射和遮光罩遮光作用后射向前方（非对称光斑），能有效起到防止眩目的作用。


                                             
                                                                                                图1     ECE制前照灯

2、传统前照灯检测技术面临的新问题
      传统的全自动前照灯检测技术，将汽车前照灯远光的椭圆对称光斑，经菲涅尔透镜聚焦后，投射到装有上下左右对称分布四个光电池的平面上，利用光电流平衡电路的原理，通过步进电机驱动，使前照灯检测仪受光箱中心与汽车前大灯的中心自动对正。由于过去大多数汽车都采用远近光灯丝装在同一灯泡内的前照灯，因此，即使切换为近光，前照灯检测仪仍然可认为处于对准状态，并且可以继续进行近光参数的测量。
由于近光光斑的多样性及非对称性，若要脱离远光对准而单独就近光进行对准，则传统的检测技术难以实现。事实上，随着近年来世界汽车工业和科技的发展，新型汽车前照灯不断地被开发、生产和应用，除了它们的发光方式和外型有了显著变化外，最大的特点是由过去远近光灯丝集成在一个灯泡内的结构形式，变为远近光灯丝分属两个灯泡的结构形式。即从传统的单灯双光轴（远近光）发展为双灯单光轴（见图2），并且已经得到了快速普及。据统计，目前双灯单光轴前照灯在进口轿车中的使用率已占80%，国产轿车中也达到50%（如：一汽奥迪、新捷达、上海大众波罗、广州本田、海南马自达、东风尼桑、阳光、雪铁龙、标致等）。
                                             
                                                                                                图2    单灯双光轴及双灯单光轴前照灯示意图
双灯单光轴的远近光前照灯在纵、横坐标上均可能存在（100—300）mm的差异，因而，不可能在远光对准后，再连续进行近光的检测；而单独对近光进行检测，传统检测技术又无法自动实现对准。由此可见，传统的以远光作为对准基准的全自动前照灯检测技术，面临着无法准确检测双灯单光轴（远近光分开）前照灯的新问题。这迫使我们不断探索，并找到了基于影像对正的检测技术。
从原理上来讲，影像对正法是全面解决近光测量的唯一途径。

3、影像对正的前照灯检测技术
      影像对正检测技术的工作原理：用CCD摄像头摄取汽车远光灯或近光灯的图形（车灯本身的图形，而非射出的光斑图形），经数字图像分析得到车灯图形中心，由步进电机驱动灯光检测仪受光箱，使受光箱的屏幕中心对准汽车灯（远光灯或近光灯）的图形中心位置，达到对正目的。如图3所示。
                                             
                                                                                          图3 影像对正示意图
车灯对准受光箱屏幕中心后，车灯中心与屏中心的连线便垂直于受光屏，此时的O点即为远近光检测的共同零点。当车灯射出的光束中心（远光为对称光斑中心，近光为明暗截止线转角）与O点重合时，表示车灯光束中心没有偏移，显示为零度零分。当车灯摆动使光束发生了上下，左右偏移时（由于是影像对正，所以受光箱屏幕不会移动），CCD传感器可感知光束偏离O点的距离，并通过软件自动计算出远近光的偏移角。
                                                                                     

                                                                                                                     图4 影像对正实测图
实际上这种对正方法在国外已普遍采用，即是过去大量手动前照灯检测仪使用的对正方法，也是最接近于屏幕法的对正方法。只不过现在综合了CCD传感器技术、数字图像处理技术和计算机控制技术，实现了对正工作的自动化。

4、影像对正前照灯检测仪的定标原理
      基于影像对正技术的前照灯检测仪（见图5），使用同一组CCD传感器对远近光的光束偏移角和发光强度进行检测，在仪器内部建立的坐标系也是唯一的，因此，理论上定标只需进行一次，要么用远光校准器，要么用近光校准器。
                                                        
                                                                                       图5 基于影像对正的全自动前照灯检测仪
鉴于远光校准器的使用更为普遍，技术更为成熟，光型更为单一，零位点易于确定的优点，因此，我们选用远光校准器进行定标。即是说，通过远光校准器对仪器内建的坐标系等量值进行精确量化后，再使用相同的量化值对远近光进行检测。

      虽然仪器的坐标系等量值是唯一的，但远近光的分析软件是分设的，因此，有必要在远光定标的基础上，用不同型号的汽车近光灯来检验近光软件算法的合理性、稳定性以及处理不同近光光斑的适应能力。

      总之，影像对正的灯光检测技术不会因光束形态而影响对正效果，使远近光的对正实现了统一。一旦对正后，在进行灯光调校时，受光箱屏幕没有机械运动，同时，它有效地解决了远近光分离的双灯单光轴前照灯的检测难题。