CN101164805A - 汽车正视显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种汽车正视显示装置，主要由信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块三部分组成，信息采集模块收集到的数据通过处理器运算并转换为图像信息；信息处理模块主要依靠基于DSP(数字信号处理器)的实时处理系统和若干个微控制处理器，实现对整个系统的数据收集转换、用户交互响应以及最终光栅控制等工作；信息显示模块用来实现系统的正视显示功能。采用本发明可以无触地实现对汽车正视显示内容的切换和控制。通过识别驾驶员脸部信息，更加符合驾驶的实际需要，从而提高了汽车驾驶的安全性。本发明还集成了GPS导航、汽车后视镜盲区监测，并提供了进一步开发的接口，有较高的使用价值。

Description

汽车正视显示装置

技术领域

本发明涉及一种汽车附件，即综合运用镀膜、光电显示、信息采集和模式识别等技术，提供一种驾驶信息的正视显示装置。

一种可以通过识别驾驶员脸部信息，在驾驶员需要的情况下提供显示所需信息，其中需求信息集成了GPS导航、汽车后视镜盲区监测等，并提供了进一步开发接口的汽车正视显示系统。

背景技术

汽车正视显示系统的设计理念源于航空领域战斗机的平视显示系统，主要解决用户交替观察车内仪表和前方目标所引起视疲劳问题。1988年通用汽车公司第一次将这项技术运用在奥士莫比和旁蒂克系列汽车上车型中。该技术把重要的汽车信息(如车速)投射到驾驶员面前约7到8英尺的地方，从而使驾驶员可以在读表的同时把眼睛继续盯在路面上。

汽车正视显示系统能提高汽车驾驶的安全性。在没有装备正视显示系统的汽车上，驾驶时只能通过仪表等传统的显示设备获得信息，驾驶员的视线转移、明暗适应都需要花费时间。因此，交替观察仪表和路面，会有短时间的视觉中断，不能对路面连续观察。这个中断时间也许很短，但在高速驾驶时十分危险。而装备了正视显示系统的汽车上，驾驶员可以通过观察前挡风的平视显示器获取车速、油量和导航等信息。这样，眼睛移动焦点大幅减小，查看仪表的时间也会同时减少，保证了汽车安全驾驶。相对于传统的汽车显示设备，汽车正视显示系统节省了查看的时间。但是，在不需要关注仪表、导航等信息时如果仍然提供，驾驶员的注意力则更容易受到干扰。因此，有必要设计一种只在得到关注时才提供信息的汽车正视显示系统。汽车仪表国内目前主要广泛是机械电子类型的产品。随着汽车上电子设备的增加，传统的机械电子仪表已经不能有效显示这些信息，只是一再地加高显示表盘的显示位置和扩大表盘的数量不仅会妨碍汽车驾驶员的使用，同时也会增加汽车驾驶的不安全的因素。所以汽车正视显示系统推广使用势在必行。国内当前对汽车正视仪表的研究主要集中在模仿国外全息成像技术上。国家863课题“大口径衍射元件的研制”(400mm)：主要研制200mm以上的高衍射效率(＞90％，1.053um)的衍射元件。通过该元件可实现汽车全息平视显示技术。该研究显示效果突出，可以显示各种颜色的图像。

关于汽车正视仪表的研制，国外不仅在理论上卓有成效，而且，在通用汽车公司、西门子公司和宝马汽车公司的相关车型上该项技术已经得以运用。1988年，通用汽车公司推出它的第一款带有HUD技术的车型。2004年，宝马推出的五款新车型上都装备了彩色高亮度LED背光的HUD。但国外的汽车显示技术由于其设计技术复杂，实现难度大而价格昂贵，且因其通用性差使得难于推广应用。而且通过调查表明，投射在风挡玻璃上的彩色信息由于其经常变化，将对驾驶员的注意力有很大程度的干扰，虽然通过平视显示技术使驾驶员不用再低头看仪表信息，但在正前方长时间的变动信息显示将仍对驾驶安全有一定影响。

发明内容

为了解决上述现有技术中的缺点，本发明提供一种可以通过识别驾驶员脸部信息，仅在驾驶员需要的情况下才提供显示所需求信息，其中需求信息集成了GPS导航、汽车后视镜盲区监测等，并提供了进一步开发接口的汽车正视显示系统。

本发明的目的是由下述技术方案来实现：主要由信息采集模块、信息处理模块信息显示模块三部分组成的汽车正视显示装置，信息采集模块收集到的数据通过处理器运算并转换为图像信息；信息处理模块主要依靠基于DSP(数字信号处理器)的实时处理系统和若干个微控制处理器，实现对整个系统的数据收集转换、用户交互响应以及最终光栅控制等工作；信息显示模块用来实现系统的正视显示功能，主要包括：光栅器件、高强度背光源和贴在汽车前风挡玻璃上的半透射半反射膜。通过一种半透射半反射式的可贴薄膜使驾驶员既可清晰的看到反射的所需信息又不影响看车外景物，所述的装置包括：用薄膜技术按所需要求镀制的透射率和反射率之比为7∶3的软性薄膜。

本发明的目的是，提供一种基于人脸检测识别的控制系统，所述的系统包括：脸部识别摄像机，用于捕捉人脸位置图像，对驾驶员是否观测信息显示部分进行判断识别；所述的系统还包括：信息采集、信息处理和信息显示三个模块组成。基于DSP的嵌入式处理器在人脸识别算法的控制下，根据车载传感器采集到的汽车行驶信息，通过光栅器件调制高强度光源，在贴有半透射半反射薄膜的汽车前风挡玻璃上显示了时速、油量、发动机转速、GPS导航和后视镜盲区摄像等信息。

有益效果

通过本发明可以无触地实现对汽车正视显示内容的切换和控制。由于汽车正视显示装置提供了一种驾驶信息的正视显示方式，一方面缩短了查看仪表的时间，另一方面，通过识别驾驶员脸部信息，仅在驾驶员需要的情况下才提供信息，更加符合驾驶的实际需要，从而提高了汽车驾驶的安全性。此外，本发明还集成了GPS导航、汽车后视镜盲区监测，并提供了进一步开发的接口，有较高的使用价值。

附图说明

图1是本发明汽车正视显示装置的原理框图；

图2是本发明汽车正视显示装置处理模块功能原理示意图；

图3是本发明汽车正视显示装置原理示意图；

图4是本发明汽车正视显示装置的人脸识别注意力检测控制的程序流程图；

图5是本发明汽车正视显示装置的DSP图像采集处理装置的系统结构图；

图中：1为汽车正视显示装置，

      2为半透射半反射薄膜；

      3为驾驶员眼睛；

具体实施方式

以下参照附图对本发明进行详细说明。如图1所示，汽车正视显示装置1由三部分组成：信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块。信息采集模块收集到的数据通过处理器运算并转换为图像信息，显示在贴有半透射半反射薄膜2的汽车前风挡玻璃上，即驾驶员正视前方。

信息采集模块主要实现各种数据采集任务。其中，汽车车速传感器检测得到汽车行驶时速后，通过特定的微控制器进行包括整形、计数、存储等处理后得到速度信息。来自发动机点火线圈的脉冲信号经过整形电路处理输入到微处理器，微处理器检测触发脉冲的上升沿(脉冲信号的频率正比于发动机转速)，获得发动机转速。油箱液位通过燃油输送计经A/D转换器输入到微处理器，通过必要处理后，得到汽车剩余燃油信息。根据地磁传感器和轮速传感器获得汽车绝对方向、相对方向和距离，以此进行航迹推算。地图管理ECU将道路数据传出用于地图匹配，结合GPS卫星信息，确定车辆的位置。

所述用户交互部分中，通过汽车后视镜监控模块提供的数据，可以得到驾驶员后视镜视野盲区死角的实时信息。脸部识别摄像、按键响应信息采集任务主要是采集人脸图像和按键信息，使得系统能够判断驾驶员是否关注系统提供的信息以及关注哪种信息。

如图2所示，信息采集模块的各个传感器采集得到信息最终汇集到信息处理模块中。信息处理模块主要依靠基于DSP(数字信号处理器)的实时处理系统和若干个微控制处理器，实现对整个系统的数据收集转换、用户交互响应以及最终光栅控制等工作。信息处理模块根据用户按键响应和人脸摄像信息，判断是否提供信息显示以及提供哪种信息显示，以此控制最终正视显示的内容。

所述信息显示模块用来实现系统的正视显示功能，主要包括：光栅器件、高强度背光源和贴在汽车前风挡玻璃上的半透射半反射膜2，半透射半反射膜对可见光光波波长范围内的光谱反射率为70％，透射率为30％的TiO₂。高强度背光通过光栅器件的调制，根据光学反射原理，成像显示在贴有半透射半反射薄膜的汽车前风挡玻璃上。如图3所示，汽车前风挡玻璃外的光可以部分地透射，和通过汽车正视显示装置调制的背光一起进入人眼，最终使得汽车行驶信息的图像叠加在外界路况景物中。本发明中设计了注意力检测方法。注意力检测通过对驾驶员的脸部识别实现。在没有得到关注情况下，汽车正视显示装置没有显示，和普通的汽车前风挡玻璃没有区别。得到关注情况下，汽车正视显示装置开始响应，显示出相应的信息。由于基于伪二维隐马尔可夫模型的人脸识别算法能够高效提取面部轮廓，较好地检测出正面人脸，本发明采用该算法实现注意力检测控制。

如图4所示，针对人脸训练的级联分类器在图像中找到包含目标物体的矩形区域，并且将这些区域作为一序列的矩形框返回。以不同比例大小的扫描窗口对图像进行几次搜索，以免图像中人脸的尺寸与分类器训练时所用尺寸不符。每次都要对图像中的这些重叠区域进行检测。利用裁减的方法，在处理和收集到候选的方框(全部通过级联分类器各层的区域)之后，接着对这些区域进行组合并且返回一系列各个足够大的组合中的平均矩形。当整幅图像识别完毕后，将人脸位置的坐标返回给上层程序。之后采集并分析下一时刻的图像，程序如此循环，直至人为选择跳出。

如图5所示，本发明设计了图像实时处理电路，为人脸识别注意力检测算法的实现提供硬件基础。

该图像实时处理电路由DSP和CPLD(复杂可编程逻辑器)及相关的外围电路构成。工作时，本发明首先通过图像采集卡，将摄像头所摄车内图像信息，送至DSP。根据人脸识别算法，DSP确定是否有人关注系统所显示的信息。将判断结果通过USB通信输出给信息显示模块。信息显示模块在接收到DSP给出的指令后，结合用户按键选择，决定是否显示信息、显示什么信息。并将采集下一帧图像的指令，继续发送给数字信号处理器。

本发明通过提供一种基于人脸识别注意力检测控制的汽车正视显示装置，通过本发明可以无触地实现对汽车正视显示内容的切换和控制。由于汽车正视显示装置提供了一种驾驶信息的正视显示方式，一方面缩短了查看仪表的时间，另一方面，通过识别驾驶员脸部信息，仅在驾驶员需要的情况下才提供信息，更加符合驾驶的实际需要，从而提高了汽车驾驶的安全性。此外，本发明还集成了GPS导航、汽车后视镜盲区监测，并提供了进一步开发的接口，有较高的使用价值。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (8)

1.一种汽车正视显示装置，主要由信息采集模块、信息处理模块、信息显示模块三部分组成，其特征在于：信息采集模块收集到的数据通过处理器运算并转换为图像信息；信息处理模块主要依靠基于DSP(数字信号处理器)的实时处理系统和若干个微控制处理器，实现对整个系统的数据收集转换、用户交互响应以及最终光栅控制等工作；信息显示模块用来实现系统的正视显示功能，主要包括：光栅器件、高强度背光源和贴在汽车前风挡玻璃上的半透射半反射膜。

2.根据权利要求1所述的汽车正视显示装置，其特征在于在汽车前挡风玻璃上装有镀有半透射半反射材料的薄膜，对所述装置利用高强度背光源的液晶显示设备，将汽车行驶信息反射到镀有半透射半反射材料的薄膜。

3.根据权利要求2所述的汽车正视显示装置，其特征在于镀有半透射半反射材料的薄膜，对可见光光波波长范围内的光谱反射率为70％，透射率为30％的TiO₂。

4.根据权利要求1所述的汽车正视显示装置，其特征在于信息采集模块装有人脸识别注意力检测装置，用于根据人脸检测情况控制切换汽车正视显示内容，该装置包括摄像装置、图像采集处理装置和控制装置，所述的摄像装置通过图像采集处理装置与控制装置相连接，其中所述的图像采集处理装置，用于对所述摄像装置摄取的图像进行采集处理，所述的控制装置，用于控制图像采集处理装置采集并处理的图像数据进行调整。

5.根据权利要求4所述的汽车正视显示装置，其特征在于所述的摄像装置由CCD、CMOS等摄像装置构成。

6.根据权利要求4所述的汽车正视显示装置，其特征在于所述的图像采集处理装置为实现人脸检测算法的DSP处理模块。或者是基于人脸检测注意力识别算法的便携微型处理器模块、FPGA模块。

7.根据权利要求4所述的汽车正视显示装置，其特征在于基于人脸检测控制方法包括以下步骤：

在汽车驾驶员前方位置装备汽车正视显示装置；

人脸识别检测系统摄像装置对驾驶员进行摄像；

对摄取的图像进行采集处理；

根据采集并处理的图像数据判断驾驶员是否关注显示信息。

8.根据权利要求7所述的汽车正视显示装置，其特征在于所述的摄像装置采集得到的信息，通过基于伪二维隐马尔可夫模型的人脸识别算法，计算判断信息。

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