CN103182984B - 车用影像显示系统及其校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车用影像显示系统及其校正方法，设于一车辆上以进行显示，可读取至少一前方道路影像，并根据前方道路影像以取得车道线及前方障碍物位置，并经校正后计算出可叠合实际车道上车道线及前方障碍物位置的一显示投影信息。可利用马达控制单元来调整一投影单元的焦段转换或倾角、或调整可视平板的倾角，以产生一叠合误差修正值来修正显示投影信息。通过搭配硬件调整及软件校正，即可利用投影单元将与实际道路影像完全叠合的大面积显示投影信息投射至可视平板或车辆的挡风玻璃上，让驾驶者获得直觉式的行驶路况，进而提升行车安全性。

Description

车用影像显示系统及其校正方法

技术领域

本发明是有关一种车用影像显示系统及其校正方法，特别是指一种可投影出与实际道路影像完全叠合的大面积显示投影信息的车用影像显示系统及其校正方法。

背景技术

随着科技进展，生活富裕，机动车辆日益普及至每个家庭，交通的方便性由于车辆科技的进步而不断提升。然而随着车辆使用的频繁，其交通事故随之增加，肇事原因大多以追撞案例占大宗。为提高车辆行驶安全，抬头显示装置已是许多车辆的基本配备，可将行车信息，例如一般仪表板显示的信息投影于车辆的前挡玻璃，使驾驶者在行驶中可同时通过前挡玻璃注意车前路况，而不需要再低头分心观看车内仪表板而发生意外，以增加行车安全。

此外，如图1所示，更高阶的抬头显示器可显示导航信息及安全警示信息等行车信息10于车辆的前挡玻璃12上，例如显示简易车速、小箭头的导引信息、前车信息(如车距)及车道信息(如车道宽、偏移量)；并于本车与前车间的距离过近时、或车速过快等有安全的情况下提出警示讯号，警告驾驶者作出适当处置，如减低车速等等，以避免事故的发生，亦可降低交通事故发生机率。

然而，必须在车内有限的空间安装抬头显示器，其大多为小型化设计，相对的只能局限于小区域投影显示画面。因此所显示的信息与实际看到的道路影像，仍无法直觉性判断出实际路况，此外，也会因驾驶者的行驶习惯，例如身高、距离前挡玻璃位置，或行驶轨迹等原因而产生景深视角变化，故无法让驾驶者切确的掌握与前车的相对距离关系、宽度及可行驶的路径。

有鉴于此，本发明遂针对上述先前技术的缺失，提出一种车用前方影像显示系统及其校正方法，以有效克服上述等问题。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种车用影像显示系统及其校正方法，其能整合前方安全影像警示及投影出与实际道路影像叠合的显示投影信息于前挡风玻璃上，使驾驶者看到的视觉如同在实际上的车道线跟前方障碍物位置画出明显的标记，可真实且即时地呈现给驾驶者以掌握精确的路况，进而提高行车安全性。

本发明的另一目的在提供一种车用影像显示系统及其校正方法，其可视驾驶者动态、以及车辆动态等状态来校正显示投影信息，以修正与实际道路影像的叠合误差，让驾驶者能更主观性的用眼获得直觉式的距离感、宽度及可行驶的路径。

为达上述的目的，本发明提供一种车用影像显示系统，其设于一车辆上，车用影像显示系统包括至少一第一影像读取单元、一影像处理单元、一投影单元及一马达控制单元。影像处理单元电性连接第一影像读取单元、投影单元及马达控制单元。可利用第一影像读取单元来读取至少一前方道路影像，影像处理单元根据前方道路影像以取得一车道线及一前方障碍物位置，并经校正后计算出可叠合实际车道上的车道线及前方障碍物位置的一显示投影信息及根据驾驶人动态产生一控制讯号和警示讯号。投影单元是将显示投影信息投射经至少一可视平板或车辆的挡风玻璃上；及马达控制单元，电性连接影像处理单元、投影单元及可视平板，马达控制单元是根据影像处理单元的控制讯号以调整投影单元的焦段转换或倾角、或调整该可视平板的倾角，以产生一叠合误差修正值来修正显示投影信息。

本发明另提供一种车用影像显示系统的校正方法，应用于一车辆以进行显示，显示方法包括下列步骤：读取至少一前方道路影像；根据前方道路影像以取得一车道线及一前方障碍物位置，并转换车道线及前方障碍物位置为一显示投影信息，为能让显示投影信息与实际道路路况的影像完全叠合，让驾驶者可直觉式的判断车辆是否偏移车道、车辆是否跟前车过近及可行驶路径，因此，可搭配调整显示投影信息的显示条件，并产生一叠合误差修正值，例如显示条件为调整一投影单元的焦段转换或倾角以产生；显示条件为调整可视平板的倾角以产生叠合误差修正值，可视需求以自动或手动来调整投影单元或可视平板或上述两者同时进行调整。根据叠合误差修正值对显示投影信息进行校正；及将显示投影信息投射经至少一可视平板或车辆的挡风玻璃上，即可呈现完整且低误差的显示信息。

底下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为先前技术的抬头显示器的显示示意图；

图2为本发明的系统方块图；

图3为本发明的步骤流程图；

图4为本发明的多坐标转换示意图；

图5a为本发明调整前显示投影信息的示意图；

图5b为本发明调整后显示投影信息的示意图。

附图标记说明：10-行车信息；12-前挡玻璃；14-车用影像系统；16-第一影像读取单元；18-影像处理单元；20-投影单元；22-马达控制单元；24-可视平板；25-挡风玻璃；26-第二影像读取单元；28-车辆动态侦测单元；30-操控界面；32-警示单元。

具体实施方式

基于行车安全与驾驶环境等考量，为提高车辆的可靠性与驾驶视认性的安全辅助装置，如图2所示，为本发明的系统方块图。车用影像显示系统设于一车辆上，车用影像显示系统14包括至少一第一影像读取单元16、一影像处理单元18、一投影单元20、一马达控制单元22及至少一可视平板24。第一影像读取单元16电性连接影像处理单元18，第一影像读取单元16可为电耦合装置(CCD)、互补式金属氧化半导体(CMOS)等感测元件或红外线摄影装置，设于车辆的前挡风玻璃25内，用来读取至少一前方道路影像。影像处理单元18根据前方道路影像，辨识行驶中的道路信息，以取得一车道线及一前方障碍物位置，例如前方障碍物位置可为前车位置，并利用一校正坐标转换模型(容后介绍)对车道线及前方障碍物位置进行校正后，据以计算出可叠合实际车道上的车道线及前方障碍物位置的一显示投影信息及产生一控制讯号，当然，显示投影信息可为虚像投影信息或是实像投影信息。

可视平板24可为反射率光学薄膜，设于车辆的挡风玻璃25及投影单元20之间，可通过投影单元20是将显示投影信息投射至可视平板24或车辆的挡风玻璃25上。投影单元20可为投影光机，其具有变焦系统，由于第一影像读取单元16的读取影像转换为显示投影信息后，会因驾驶者的预视点或影像读取、投影影像位置的不同，而无法与实际道路影像完全叠合。因此，可通过影像处理单元18自动进行显示投影信息的校正，举例来说，影像处理单元18可输出调整显示条件的一控制讯号予马达控制单元22。其中马达控制单元22电性连接影像处理单元18、投影单元20及可视平板24，马达控制单元22是根据影像处理单元18的控制讯号来调整投影单元20的焦段转换或倾角、或调整可视平板24的倾角，以产生一叠合误差修正值来修正显示投影信息，即可呈现出显示投影信息与实际道路影像叠合的功效，进而集中驾驶者的注意力、以及可直觉式的掌握行驶道路状态，进而提高行车安全性。

由于先前技术会因影像读取装置在不同车型上，读取影像区域随着影像读取装置所设置的位置不同而有所差异，使得安装人员需要时常进行调整而造成相当地不便，再者，也有可能因为安装人员手动设定造成人为的误差，而使辨识率降低等风险。为此，本发明提出一种可通过手动或自动校正方式调整第一影像读取单元16，使其进行前方道路影像读取时，能更符合安全警示系统所需的侦测影像。举例来说，驾驶者若将车辆行驶至一特定场地，影像处理单元18可依据至少一预设场地的校正参数，将第一影像读取单元16自动校正其校正参数，以自动获得第一影像读取单元16的高度、倾角、位置及距离修正等参数。因此，可有效降低安装人员所要承担的风险，以及解决需反复调整影像读取装置的不便性。

其中，车用影像显示系统14更包括至少一第二影像读取单元26，其电性连接影像处理单元18及马达控制单元22。第二影像读取单元26较佳是设置于车辆内的驾驶座前方，用来读取一驾驶者的动态，例如驾驶者头部及眼睛信息等动态信息，再由影像处理单元18根据动态估测出驾驶者的一预视点，以输出控制讯号予马达控制单元22，通过马达控制单元22来控制第二影像读取单元26的倾角角度，以符合驾驶者的预视点，可辅助校正显示投影信息的准确性。

其中，车用影像显示系统14更包括一车辆动态侦测单元28，其电性连接影像处理单元18，车辆动态侦测单元28是侦测车辆的一行驶信息，例如车速、车辆偏移量或方向盘转向等，影像处理单元18根据相关行驶信息估测出驾驶者的一预视点，以输出控制讯号予马达控制单元22，据以调整投影单元20的焦段转换或倾角、或调整可视平板24的倾角，以产生一叠合误差修正值来修正显示投影信息，最后再将修正后的车道线、前方障碍物位置的显示投影信息，以及将行驶信息投射至可视平板或车辆的挡风玻璃25上。

其中，车用影像显示系统14更包括一操控界面30及一警示单元32，操控界面30及警示单元32电性连接影像处理单元18。操控界面30是供使用手动控制，可提供使用者进行一参数设定，影像处理单元18根据参数设定以输出调整投影单元20的焦段转换或倾角、或调整可视平板24的倾角的控制讯号予马达控制单元22、或根据参数设定以控制第一影像读取单元16自动调整高度、倾角、位置及距离修正参数等。影像处理单元18可根据影像辨识结果及行车信息来判断出现行车辆与前方障碍物位置间的距离是否超出安全范围，或是车辆本身车况是否低于一预设安全值等，以决定是否传送一警示讯号予警示单元32，通过警示单元32发出一警报提示，例如警示单元32可结合蜂鸣器、LED、语音播放等，以声光警报方式来提醒驾驶者，或是配合投影单元20来投影显示警示画面，由此避免危险事故发生。

了解上述的系统架构之后，为进一步说明本发明确实能建构出更直觉式的大面积显示投影信息，并能完全与实际道路信息叠合的功效，请同时参阅图2及图3，图3为本发明的步骤流程图。本发明可适用于不同车型上，于启动车用影像显示系统14之后，先由影像处理单元18判断是否为第一次调校模式，例如第一影像读取单元16、投影单元20及可视平板24的安装位置、倾角是否符合对应车型的影像读取理想区域以及显示投影显示位置；若否，由影像处理单元18根据一预设校正参数值进行第一影像读取单元16、投影单元20及可视平板24的校正；若是，则开始执行步骤S10，利用第一影像读取单元16来读取至少一前方道路影像，其中，为了能读取全天候的影像，故第一影像读取单元16可为红外线影像读取单元(红外线摄影机)。如步骤S12，影像处理单元18根据前方道路影像以取得一车道线及一前方障碍物位置；再如步骤S14，影像处理单元18是利用一校正坐标转换模型对车道线及前方障碍物位置转换为一显示投影信息，请同时配合图4，为本发明的多坐标转换示意图；其中，校正坐标转换模型如下列公式(1)、公式(2)：

$\left[\begin{array}{c}{u}_P\\ v_P\\ 1\end{array}\right]=t\×A_P\left[\begin{array}{cc}{R}_{\mathrm{EP}3x3}& T_{\mathrm{EP}3x1}\\ 0_{3x1}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{R}_{\mathrm{WE}3x3}& T_{\mathrm{WE}3x1}\\ 0_{3x1}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_W\\ Z_W\\ Y_W\\ 1\end{array}\right]---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{X}_W=\frac{u_C{H}_C}{e_{v_C}{m}_{{\mathrm{\θ}}_C}-v_C}\·\frac{e_{v_C}}{e_{u_C}}\\ Y_W=\frac{e_{v_C}{H}_C}{e_{v_C}{m}_{{\mathrm{\θ}}_C}-v_C}\\ Z_W=\frac{m_{{\mathrm{\θ}}_C}{e}_{v_C}{H}_C}{e_{v_C}{m}_{{\mathrm{\θ}}_C}-v_C}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，u_p为投影单元20的u坐标(横坐标)，v_p为投影单元20的v坐标(纵坐标)，m_θc为第一影像读取单元16的倾斜斜率(θc为第一影像读取单元16与地面的夹角)，H_c为第一影像读取单元16的离地高度，u_c为第一影像读取单元16的影像平面u坐标(横坐标)，v_c为第一影像读取单元16的影像平面v坐标(纵坐标)，e_uc为第一影像读取单元16的u焦距为影像读取单元16中的镜头至影像平面u轴的距离，e_vc为第一影像读取单元16的v焦距为影像读取单元16中的镜头至影像平面v轴的距离，t为驾驶视线的参数，其中a、b、c、d为显示平面D，可以是可视平板24(如图中所示，可视平板坐标为X_D，Y_D，Z_D)或车辆的挡风玻璃25的参数，为P点在人眼坐标(X_E，Y_E，Z_E)的位置)，(X_W，Y_W，Z_W)为世界坐标，A_P为投影单元20的内部参数(如投影焦段、光轴中心位置等参数)，T_WE3x1此为世界坐标(X_W，Y_W，Z_W)到人眼坐标(X_E，Y_E，Z_E)的平移矩阵，T_EP3x1此为人眼坐标(X_E，Y_E，Z_E)到投影单元20坐标(X_P，Y_P，Z_P)的平移矩阵，R_WE3x3此为世界坐标(X_W，Y_W，Z_W)到人眼坐标(X_E，Y_E，Z_E)的旋转矩阵，R_EP3x3此为人眼坐标(X_E，Y_E，Z_E)到投影单元20坐标(X_P，Y_P，Z_P)的转旋矩阵。

利用校正坐标转换模型将车道线及前方障碍物位置转换为显示投影信息之后，如步骤S16，调整显示投影信息的显示条件，并产生一叠合误差修正值。其中，显示条件可为调整投影单元20的焦段转换(如参数A_P)或倾角以产生叠合误差修正值；详言之，投影单元20的调整步骤可根据显示投影信息中的车道线左上、左下、右上、右下的顶点坐标值，如图5a所示，将其代入上述公式(1)及公式(2)，以计算出调整倾角的叠合误差修正值；再如步骤S18，根据叠合误差修正值对显示投影信息进行校正。最后执行步骤S20，将经校正后计算出可叠合实际车道上车道线及前方障碍物位置的显示投影信息，投影单元20可分别将显示投影信息投射经至一可视平板24上，如图5b所示，让驾驶者看到的视觉如同在实际上的车道线与前方障碍物位置划出明显的标记，有助驾驶者集中需要的视野。

其中，显示条件亦可为调整可视平板24的倾角以产生叠合误差修正值，再执行步骤S18至S20，将叠合误差修正值对显示投影信息进行校正后予以投影显示。

更进一步而言，亦可同时调整投影单元20及可视平板24来对显示投影信息进行即时微调校正。举例来说，投影单元20可根据车辆动态侦测单元28所侦测车辆的车速、车辆偏移量或方向盘转向等行驶信息，并估测出驾驶者的预视点，通过马达控制单元22调整投影单元20的焦段转换，如景深视角的转换，或调整倾角，让驾驶者可以更清楚地观看所显示的投影信息及实际行驶路况，以有效提升驾驶者对实际路况的视认性及安全性。同时，可视平板24可搭配第二影像读取单元26进行调整，例如可视平板24可根据第二影像读取单元26所读取驾驶者的头部及眼睛信息等动态信息，据以估测驾驶者的预视点，再通过马达控制单元22调整可视平板24的倾角角度。如此一来，本发明可以通过搭配软件与硬件上的调整，将实际上的道路影像与显示投影像信息完全叠合，不仅可提升行车安全性，又能解决现有局限于软件上的影像校正，而无法达到大面积投影显示以及精准影像校正的缺失。

综上所述，本发明能整合前方安全影像警示及投影出与实际道路影像叠合的显示投影信息于可视平板24上，使驾驶者看到的视觉如同在实际上的车道线跟前方障碍物位置画出明显的标记，可真实且即时地呈现给驾驶者以掌握精确的路况，进而提高行车安全性。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (8)

1.一种车用影像显示系统，其特征在于，其设于一车辆上，该车用影像显示系统包括：

至少一第一影像读取单元，是读取至少一前方道路影像；

一影像处理单元，电性连接该第一影像读取单元，根据该前方道路影像以取得一车道线及一前方障碍物位置，并经校正后计算出可叠合实际车道上该车道线及该前方障碍物位置的一显示投影信息及产生一控制讯号、一警示讯号；

一投影单元，电性连接该影像处理单元，是将该显示投影信息投射到至少一可视平板；

一马达控制单元，电性连接该影像处理单元、该投影单元及该可视平板，该马达控制单元是根据该影像处理单元的该控制讯号以调整该投影单元的焦段转换或倾角、或调整该可视平板的倾角，以产生一叠合误差修正值来修正该显示投影信息；及

一操控界面，电性连接该影像处理单元，该操控界面是供使用者进行一参数设定，该影像处理单元根据该参数设定以输出调整该投影单元的焦段转换或倾角、或调整该可视平板的倾角的该控制讯号予该马达控制单元，或根据该参数设定以控制该第一影像读取单元自动调整高度、倾角、位置及距离修正参数。

2.根据权利要求1所述的车用影像显示系统，其特征在于，该可视平板为反射率光学薄膜，设于该车辆的挡风玻璃及该投影单元之间。

3.根据权利要求1所述的车用影像显示系统，其特征在于，更包括至少一第二影像读取单元，电性连接该影像处理单元，该第二影像读取单元是读取一驾驶者的动态，该影像处理单元根据该动态估测出该驾驶者的一预视点，以输出该控制讯号予马达控制单元。

4.根据权利要求1所述的车用影像显示系统，其特征在于，更包括一车辆动态侦测单元，电性连接该影像处理单元，该车辆动态侦测单元是侦测该车辆的一行驶信息，该影像处理单元根据该行驶信息估测出该驾驶者的一预视点，以输出该控制讯号予该马达控制单元，以及将该行驶信息投射至该可视平板。

5.根据权利要求1所述的车用影像显示系统，其特征在于，该影像处理单元是利用一校正坐标转换模型对该车道线及该前方障碍物位置进行校正后，据以计算出可叠合实际车道上该车道线及该前方障碍物位置的该显示投影信息。

6.一种车用影像显示系统的校正方法，其特征在于，应用于一车辆以进行车辆信息显示及车辆安全警示，该校正方法包括下列步骤：

读取至少一前方道路影像；

根据该前方道路影像以取得一车道线及一前方障碍物位置；

转换该车道线及该前方障碍物位置为一显示投影信息；

调整该显示投影信息的显示条件，并产生一叠合误差修正值；

根据该叠合误差修正值对该显示投影信息进行校正；及

将校正后的显示投影信息投射到一可视平板；

其中，调整该显示条件为调整一投影单元的焦段转换或倾角以产生该叠合误差修正值，或为调整该可视平板的倾角以产生该叠合误差修正值。

7.根据权利要求6所述的车用影像显示系统的校正方法，其特征在于，该前方道路影像是经由一第一影像读取单元所读取，可利用一影像处理单元依据至少一预设场地的校正参数，控制该第一影像读取单元自动校正该校正参数，以自动获得该第一影像读取单元的高度、倾角、位置及距离修正这些参数。

8.根据权利要求6所述的车用影像显示系统的校正方法，其特征在于，该投影单元的调整步骤可根据该显示投影信息中该车道线左上、左下、右上、右下的顶点以计算出该倾角的该叠合误差修正值，或可根据一驾驶者的预视点计算出该倾角的该叠合误差修正值，以及该可视平板的调整步骤可根据一驾驶者的预视点计算出该倾角的该叠合误差修正值。