利用 DLP 前照燈提高能見度

汽車制造商正在尋找提高夜間駕駛能見度的方法。適用于前照燈的 DLP^?汽車技術可以提高能見度并為其他應用提供支持。

前照燈用于照亮前方的道路并使駕駛員發現任何潛在的危險。基本前照燈通常采用兩個模塊：近光基礎燈和手動開/關遠光燈。不過，駕駛員很少遇到需要使用遠光前照燈的情況，因此很少使用該選項。

最近，在汽車照明行業中已經大力推動改善車輛前照燈功能和駕駛員能見度，從而使自適應遠光燈 (ADB) 前照燈得到發展。ADB 系統自動控制包括遠光燈在內的整個前照燈，使駕駛員能夠專注于道路，而無需再根據光照條件和對面是否駛來車輛來打開或關閉遠光燈。

ADB的優勢和分辨率

ADB 汽車外部照明系統的目標是在不影響迎面駛來的汽車駕駛員的情況下，更大程度地增大投射到道路上的光量，從而提高道路安全性。對于沒有遠光視野 (FOV) 分 區（ 也稱為像素遠光燈）功能的車輛，ADB 系統功能包括自動打開和關閉遠光燈。包括用于汽車應用的 DLP 技術在內的新技術使遠光前照燈 FOV 能夠分 區，換句話說，可以分別打開或關閉遠光前照燈的各個區域。

例如，如果遠光前照燈有 12 個區域，則僅需關閉這些區中的幾個，即可防止對迎面駛來的車輛駕駛員產生眩光。其他區仍然可以照亮道路，而且與未配備 ADB 系統的車輛相比，此類車輛所產生的光照更多。圖 1 顯示了夜間駕駛情況的示例，其中駕駛員逐漸接近迎面駛來的車輛、交通標志和道路上的坑洼。駕駛員的車輛未配備 ADB 系統，因此僅車輛的基礎照明照亮道路。圖 2 顯示的駕駛場景與圖 1 相同，不過此時駕駛員的車輛配備了 12 像素分區 ADB 系統。分區 ADB 系統用多個紅色框表示，可突出顯示遠光 FOV 中每個像素的照明區域。

圖1 僅具有基礎照明模塊的前照燈FOV

圖2 具有12像素矩陣的前照燈FOV。在遠光FOV中，每個像素用紅色區域表示

從圖1和圖2可以看到，ADB 系統中的分區越多，遠光 FOV就可以發出更多的光來照亮道路。在恒定的 FOV 中，區域的數量按數量級增加時，這種關系也是成立的 - 因為隨著分區變得越來越小，ADB 系統可以點亮更多的區域，而不會照射其他車輛，也不會對其他駕駛員產生眩光。

除了使照射到道路上的光線更多之外，增加分區的另一個好處是，遮蔽區域的移動更加順暢，這可以減小大面積遠光 FOV快速開關對駕駛員產生的干擾。ADB 系統中的遮蔽區域是未被遠光模塊照亮的 FOV 區域，可以防止對迎面駛來的車輛駕駛員和車輛的 ADAS 系統產生眩光。在圖 2 中，遮蔽區域是遠光 FOV 中缺少 LED 的區域，用紅色框表示，這些區域是迎面駛來的車輛周圍的區域（可防止對迎面駛來的車輛駕駛員產生眩光）和交通標志（可防止反射光在 ADAS 系統的前置攝像頭上產生眩光）。

車輛原始設備制造商 (OEM) 和一級前照燈供應商一直在討論提高 ADB 分辨率以照亮道路上的更多細節并減小遮蔽區域移動對駕駛員的干擾的需求。DLP5533A-Q1 高分辨率前照燈數字微鏡器件 (DMD) 具有 130 萬個可單獨尋址的微鏡，可提供極高的 ADB 分辨率。DLP5533A-Q1 上的每個微鏡都可以對應于遠光 FOV 中的一個區域，從而使ADB系統能夠以最高的效率運行并產生非常精確的遮蔽區域。

適用于汽車應用的 DLP 技術的另一項優勢是能夠在遠光FOV 中離散移動遮蔽區域。隨著更高分辨率的ADB系統以及遮蔽區域在遠光FOV中更加平滑的過渡，駕駛員會發現這些ADB 系統比遠光區域更少的 ADB 系統更加自然并且產生的干擾更小。OEM 和一級前照燈供應商對在前照燈 FOV 中移動DMD 的投影區域進行了探索，可支持高分辨率 ADB 前照燈以外的應用。

前照燈FOV矩陣和DMD

在未配備 ADB 系統的標準車輛中，通過兩個模塊來分離近光區域和遠光區域。標準遠光模塊的 FOV 是每個前照燈 40 度乘 10 度。這些模塊經過對齊，總共可覆蓋 80 度乘 10 度的車輛遠光 FOV。基本的 ADB 系統使用有限數量的像素（通常每個前照燈 12 個像素，總共 24 個像素）來控制整個 80 度乘 10度的遠光空間。通常，這些 ADB 系統在垂直區域沒有控制功能，這意味著一個分區在垂直方向上覆蓋全部 10 度的范圍。隨著分辨率的提高，ADB 系統利用 2D 像素矩陣來實現遠光分區，從而能夠提供垂直方向控制，并更大程度地增大投射到道路上的光量。圖 2 展示了一個示例 ADB 系統，每個前照燈只有 12 個 區域，無遠光段垂直控制功能，因為僅顯示了一個1D 矩陣。迎面駛來的車輛上方和下方的區域以及交通標志周圍的區域其實可以被更高分辨率的光照亮，從而駕駛員可以看見物體或迎面而來的障礙物。

OEM和一級前照燈供應商已在尋求為 ADB 系統提供更高分辨率的方法，尤其是在遠光 FOV 的中心。由于道路危險通常直接位于車輛前方，因此遠光 FOV 的中心對于更大程度地提高光量而言至關重要。當前的汽車前照燈遠光模塊照度分布通常在中心附近具有一個較小的峰值亮度區域。

圖 3 顯示了標準的遠光照度分布，其理念是只有在遠光 FOV的中心才需要高分辨率。在遠光 FOV 邊緣附近實現高分辨率會以指數方式增加系統的復雜性和成本，而不會提供相應的功能增益。因此，一級前照燈供應商設計了具有第三個模塊的新型前照燈，該模塊僅在車輛 FOV 的中心提供高分辨率。DLP汽車技術可以實現一個具有高性價比的高分辨率區域，從而直接解決該新型前照燈架構問題，同時使一級前照燈供應商能夠輕松創建模塊化設計并支持多種車輛飾件。

圖3 具有高中心峰值的典型遠光照度分布

DLP5533A-Q1 DMD 經過優化，支持覆蓋 14 度乘 7 度FOV 的模塊；每個前燈通常使用這些模塊之一。但兩個DLP5533A-Q1 模塊（每個前照燈一個）可以為車輛的 FOV 生成 28 度乘 7 度的高分辨率區域。

圖 4 顯示了圖 2 中具有高分辨率區域的示例前照燈 FOV 細分，

圖4 DLP前照燈FOV細分

在圖 4 中，放置了 28 度乘 7 度的高分辨率區域以覆蓋近光和遠光 FOV 中的空間。除了提供 ADB 支持（遠光 FOV 中的高分辨率區域）之外，這種跨界功能還使 DLP 前照燈模塊能夠在近光 FOV 的“HR 圖形區域”中的負載上投射高分辨率符號。由于 DLP5533A-Q1 能夠提供創建可理解符號（例如指示駕駛員需要右轉的右轉箭頭）所需的分辨率，因此該器件非常適合進行符號投影。由于車輛前照燈的 原因 方向，與標準投影顯示相比，分辨率與前照燈投射的符號清晰度之間的關系更加明顯。由于前照燈未在垂直于投影源的表面上進行投影，因此投射的符號很容易被拉長，從而在沒有足夠的角分辨率的情況下使駕駛員無法理解這些符號。

圖 5 顯示了每像素 0.05 度角分辨率（可以通過專用于符號投影的 20,000 像素矩陣實現）與每像素 0.01 度角分辨率（可以通過 DLP5533A-Q1 高分辨率前照燈模塊的近光區域實現）之間的投影符號差異。當從 10m 遠的位置投影 2m 高的圖像時，這些角分辨率分別對應于大約 12 條線和 49 條線。

圖5 在10m遠的位置投射具有不同垂直分辨率的右轉符號

符號投影區域（在圖 4 中以 HR 圖形區域突出顯示）可以幫助駕駛員導航到目的地，警告駕駛員存在潛在危險路況或投射車輛的預定線路。符號投影不僅提供了另一種車輛通信方法，而且可以成為車輛功能和駕駛體驗的差異化因素。符號投影展示了適用于高分辨率前照燈的 DLP 技術的多功能性，以及它如何擴展車輛照明系統的價值定位。

面向未來的前照燈應用

盡管 DLP 技術憑借其高分辨率極大地改進了 ADB 系統并實現了符號投影，但基于 DLP 技術的前照燈還有其他方法，通過擴展應用來改進高級駕駛輔助系統 (ADAS) 功能，從而為車輛增加價值。這些面向未來的應用可能包括結構光（可幫助下一代 ADAS 更好地檢測和識別道路上的物體和障礙物）、交通標志調光（用于防止前置攝像頭眩光）和天氣探測（用于提醒駕駛員潛在的危險路況）。

結構光。DMD 能夠以微秒的量級極其快速地切換狀態 - 使DLP前照燈模塊能夠在很短的時間內顯示 single-bit 圖案。當這些 single-bit 圖案與車輛的前置攝像頭刷新率同步時，DLP前照燈模塊可以投射旨在用作深度傳感的圖案，而不會引起駕駛員的注意。該應用稱為結構光。ADAS 處理器使用前置攝像頭來捕獲對圖案的響應，并確定車輛行駛路徑中是否有任何物體。如果 ADAS 系統檢測到任何碎屑或坑洼，它可以通過符號投影功能警告駕駛員存在危險。圖 4 和圖 6 對此進行了描述，圖 4 顯示了原始駕駛場景，在圖 6 中 DLP 前照燈和前置攝像頭系統識別坑洼并向駕駛員發出警告。

圖6 DLP前照燈與ADAS攝像頭系統配合工作，可檢測到道路上的物體并向駕駛員發出警告

除了坑洼和碎屑檢測之外，結構光還可以改善主動懸架系統在夜間的性能。由于系統能見度很差，因此許多主動懸架系統的夜間性能不佳，但 DLP 前照燈可以極大地提高主動懸架系統的性能。

交通標志調光。OEM和一級供應商希望將ADAS前置攝像頭傳感器移至前照燈附近或內部。該新位置的一個缺點是ADAS攝像頭系統的性能在夜間交通標志附近可能會降低。如果自適應前照燈將光直接反射回至光源，則交通標志會在夜間干擾ADAS前置攝像頭的性能和精度。當有光線直接照射在攝像頭的鏡頭上時，攝像頭傳感器會“泛光”或過飽和，從而完全洗掉圖像。這會阻止任何現實世界的數據到達ADAS系統，因此無法警告駕駛員存在潛在的危險。利用 DLP 前照燈模塊的高分辨率，ADAS系統可以創建高效的 遮蔽并熄滅照向交通標志的光線。這使車輛前端攝像頭 ADAS 系統能夠正常運行，從而使駕駛員可以更好地理解交通標志。在城市街道和高速公路上使用時，交通標志調光是 ADB 的必備功能，因為交通標志在這些類型的道路上頻繁出現。圖 7 描繪了一個DLP前照燈，該前照燈使交通標志變暗，但照亮了試圖橫穿馬路的兒童。

圖7 DLP前照燈醒目地照亮了一個試圖橫穿馬路的兒童，同時使人行橫道標志變暗以減少眩光

●   天氣探測。高分辨率前照燈可用于幫助在夜間駕駛時探測天氣情況。有些車輛白天僅用攝像頭即可探測天氣，但在夜間這是一個問題，因為夜間光線不足。借助高分辨率前照燈，車輛可以增大照射到特定區域的光的強度，從而幫助提高攝像頭的能見度。通過使車輛的 ADAS 前置攝像頭系統能夠在夜間探測天氣情況，車輛可以自動啟用安全功能或配置，從而更好地處理包括霧天和路面結冰在內的危險情況。

結論

雖然 DLP5533A-Q1 DMD 旨在提高 ADB 分辨率，并幫助車輛更大程度地提高道路上的光量，但該器件的 130 萬個微鏡可實現新的應用。符號投影可以通過將導航符號投射到汽車前方來幫助駕駛員將視線停留在道路上，并可以通過投射預定線路來幫助車輛與周圍的車輛進行“通信”。結構光能夠啟用車輛中可警告駕駛員即將發生危險（例如道路上的坑洼和物體）的功能。交通標志調光可以幫助減少前置攝像頭眩光并支持適當的 ADAS 功能。天氣探測可以在最關鍵的時刻幫助駕駛員將視線停留在道路上。DLP 高分辨率前照燈將繼續滿足OEM和一級前照燈供應商的需求，同時為設計人員提供創新和開發新功能的平臺。