CN105573505B - 车载平视显示器、空间定位方法及汽车 - Google Patents

车载平视显示器、空间定位方法及汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车载平视显示器、空间定位方法及汽车，该车载平视显示器，包括处理器，还包括红外发射器、反射屏以及红外接收器，红外发射器用于向预定空间发射红外光，红外光经预定空间内的反射件反射后形成第二反射光和第三反射光；反射屏反射第三反射光以形成第一反射光；红外接收器的红外光接收部包括相邻的第一接收区和第二接收区，第一接收区接收第一反射光，第二接收区接收第二反射光；处理器接收红外接收器的信号并对信号进行数据处理。本发明提供的车载平视显示器，通过两个方向数据综合，最终获取发射件在三维空间内具体位置，从而得以追踪反射件在三维空间内的运动轨迹。

Description

车载平视显示器、空间定位方法及汽车
技术领域
本发明涉及定位技术，具体涉及一种车载平视显示器、空间定位方法及汽车。
背景技术
手势控制技术是控制技术重要组成部分，然而，手势的准确识别尤其是三维空间内纵深方向的手势识别是技术难点。对于一般的传感器，如摄像头或者红外传感器，其仅能识别手势在一维或二维空间内运动轨迹，摄像头能够识别人手的上下左右移动，但无法识别人手的前后移动，红外传感器则仅能识别红外光是否被人手遮断或反射。
由于仅能识别人手在一维或二维空间内的移动，所以相应的控制手势也被局限于一维或二维空间内，由此使得可供选择的控制手势的数量较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种车载平视显示器、空间定位方法及汽车，以解决现有技术中无法识别手势在三维空间内运动轨迹的问题
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种车载平视显示器，包括处理器，还包括：
红外发射器，其用于向预定空间发射红外光，所述红外光经所述预定空间内的反射件反射后形成第二反射光和第三反射光；
反射屏，其反射所述第三反射光以形成第一反射光；
红外接收器，其红外光接收部包括相邻的第一接收区和第二接收区，所述第一接收区接收所述第一反射光，所述第二接收区接收所述第二反射光；
所述处理器接收所述红外接收器的信号并对所述信号进行数据处理。
上述的车载平视显示器，所述预定空间和所述反射屏位于一预定平面的两侧，所述第一接收区和第二接收区的连接线位于所述预定平面上。
上述的车载平视显示器，所述红外发射器的红外发射部位于所述预定平面上。
上述的车载平视显示器，所述反射屏与水平面之间的夹角在30度到60度之间。
一种汽车，所述汽车包括上述的车载平视显示器。
上述的汽车，所述预定空间位于所述方向盘的上方。
一种空间定位方法，包括以下步骤：
建立三维空间坐标系；
从发射点向预定空间发射红外光；
从第一接收区接收第一反射光，从第二接收区接收第二反射光，其中，所述红外光经所述预定空间内的反射件反射后形成第二反射光和所述第三反射光，所述第三反射光经预定的反射面反射后以形成所述第一发射光，所述第一接收区和所述第二接收区为一红外光接收部上的相邻区域；
根据所述第一接收区和第二接收区的信号数据计算所述反射件在所述三维空间坐标系内的坐标。
上述的空间定位方法，所述三维空间坐标系为空间直角坐标系，所述红外光接收部位于所述空间直角坐标系的一个坐标轴上。
上述的空间定位方法，所述根据所述第一接收区和第二接收区的信号数据计算所述反射件在所述三维空间坐标系内的坐标的步骤包括：
获取所述红外光接收部的中心点以及所述反射面在所述三维空间坐标系内的坐标；
获取所述第一接收区的接收点、第二接收区的接收点在所述三维空间坐标系内的坐标；
计算所述反射件在三维空间坐标系内的坐标。
在上述技术方案中，本发明提供的车载平视显示器，从同一红外发射器发射的红外光从两个路径被同一红外接收器接收，第一路径为反射件反射由红外接收器接收，第二路径为反射件反射后再经反射屏反射，再由红外接收器接收，如此获取了反射件从两个不同方向的光线反射信号，通过两个方向数据综合，最终获取发射件在三维空间内具体位置，从而得以追踪反射件在三维空间内的运动轨迹。
由于上述车载平视显示器具有上述技术效果，包含该车载平视显示器的汽车也应具有相应的技术效果。
由于上述车载平视显示器具有上述技术效果，该该车载平视显示器实现的定位方法也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的汽车的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的车载平视显示器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的车载平视显示器的光线反射示意图；
图4为本发明实施例提供的红外光接收部的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的三维空间坐标系的示意图；
图6为本发明实施例提供的空间定位方法的流程框图之一；
图7为本发明实施例提供的空间定位方法的流程框图之一。
附图标记说明：
1、红外发射器；2、反射屏；3、反射件；4、红外接收器；5、红外光接收部；51、第一接收区；52、第二接收区；6、第一反射光；7、第二反射光；8、第三反射光；9、车体；10、预定空间。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
如图1-4所示，本发明实施例提供的一种车载平视显示器，包括处理器，还包括红外发射器1、反射屏2以及红外接收器4，红外发射器1用于向预定空间10发射红外光，红外光经预定空间10内的反射件3反射后形成第二反射光7和第三反射光8；反射屏2反射第三反射光8以形成第一反射光6；红外接收器4的红外光接收部5包括相邻的第一接收区51和第二接收区52，第一接收区51接收第一反射光6，第二接收区52接收第二反射光7；处理器接收红外接收器4的信号并对信号进行数据处理。
具体的，处理器为现有技术中车载平视显示器的处理芯片，红外发射器1、反射屏2以及红外接收器4等组件均可参考现有技术中的相关设备，本实施例的主要创新点在于几者的相对位置关系。预定空间10为预先选定的用于人手发出手势信号的空间，如驾驶员的正前方的0.4-0.5米处，红外发射器1向预定空间10内发射红外光，预定空间10内的反射件3(人手或者其它用于反射红外光的结构)反射红外光，理论上随着反射件3反射面自身角度和安装角度的不同，反射件3可将红外光反射向任意方向，这些反射后的红外光包括第二反射光7和第三反射光8，其中第二反射光7直接被红外接收器4接收，第三反射器经预定位置的反射屏2反射后为第一反射光6，第一反射光6也由红外接收器4接收。如前所述，可以任意方向反射的反射件3反射光经预先设置的反射屏2必然可以再次反射回红外接收器4，如此由一个红外发射器1发射的红外光，经由人手和反射屏2等反射物，由两条不同的路径反射回了同一红外接收器4中。
对于由反射件3反射的红外光，只需反射屏2布置的位置合适，所有方向的红外光均能反射回红外接收器4，本实施例的关键还在于，经反射屏2反射的第一反射光6和反射件3直接反射的第二反射光7，落入了红外接收器4的红外光接收部5的不同区域，以此让红外接收器4具备光线来源的识别功能。红外接收器4的接收原理为：其红外光接收部5上阵列布置有诸多光敏二极管，光敏二极管受到和不受到红外光照射时输出的电信号不一致，如此实现对红外光的识别。如图4所示，本实施例中，将红外光接收部5分为两个部分：第一接收区51和第二接收区52，由反射件3直接反射的第二反射光7落入第二接收区52，由反射屏2反射的第一反射光6落入第一接收区51，如此，由第一接收区51内光敏二极管接收到的光线均为第一反射光6，由第二接收区52内光敏二极管接收到的光线均为第二反射光7，实现了对不同方向的光线的识别。
很显然的，在众多的红外发射器1、红外光接收部5、反射屏2、预定空间10布置方案中，只有部分方案能够实现相关的反射光进入相应的接收区，作为优选的，如图2-5所示，红外光接受部的中间线位于一预定竖直面上，第二接收区52位于预定竖直面的右侧，第一接收区51位于预定竖直面的左侧，预定空间10为预定竖直面的右侧的部分区域，反射屏2位于预定竖直面的左侧，且与预定竖直面呈45度布置，当红外发射器1同样位于预定竖直面上时，基于光线直线传播和反射的基本原理(入射角和反射角相同)，经由预定空间10内的手指反射的红外光(第二反射光7)将反射回第二接收区52，而经反射屏2反射的第一反光则将反射回第一接收区51。
除上述优选布置方案之外，预先设置红外发射器1、红外光接收部5、反射屏2、预定空间10的相应参数并建立相应的模型，再根据光线传播和反射的基本原理，通过数据模拟即可获取所有的符合上述要求的布置方案。
本实施例中，除对红外发射器1、红外光接收部5、反射屏2及预定空间10进行空间布置以完成上述要求外，还可以对红外光接收部5的外形进行设计，如图3所示，红外光接收部5为半球形，且其竖直方向的最高点位于上述预定竖直面上，这样形成中间高、两边低的红外光接收部5，当角度大于一定数值时，使得左侧射来的光线只能由红外光接收部5的左侧接收，右侧射来的光线只能由红外光接收部5的右侧接收，如此红外光接收部5对接收光线的来源的识别。
根据基础的立体几何知识和数学知识，在三维空间内，在已知红外发射器1、红外接收器4和预定空间10的参数，根据接收的第二反射光7的参数即可计算出反射件3在三维空间内三个坐标值中的一个或两个，此时，再在已知反射屏2位置的条件下，根据接收的第一反射光6的参数即可计算反射件3在三维空间内三个坐标值中的所有数值，如此就获取了反射件3在三维空间内的坐标值，通过持续计算该值，就获取了反射件3在三维空间内的运动轨迹。
上述计算为立体几何的现有知识，本实施例不对计算过程进行具体描述。
本实施例提供的车载平视显示器，从同一红外发射器1发射的红外光从两个路径被同一红外接收器4接收，第一路径为反射件3反射由红外接收器4接收，第二路径为反射件3反射后再经反射屏2反射，再由红外接收器4接收，如此获取了反射件3从两个不同方向的光线反射信号，通过两个方向数据综合，最终获取发射件在三维空间内具体位置，从而得以追踪反射件3在三维空间内的运动轨迹。
如图1所示，本发明实施例还提供一种汽车，汽车包括上述的车载平视显示器。
由于上述车载平视显示器具有上述技术效果，包含该车载平视显示器的汽车也应具有相应的技术效果。
本实施例中，优选的，预定空间位于方向盘的上方。此空间区域便于驾驶员的手势控制，且误触发的概率较低。
如图6所示，本发明还提供一种空间定位方法，包括以下步骤：
101、建立三维空间坐标系；
具体的，三维空间坐标系可以是现有技术中各类的坐标系，如圆柱坐标系、球面坐标系，作为优选的，三维空间坐标系为空间直角坐标系。
102、从发射点向预定空间发射红外光；
通过红外发射器向预定空间发射红外光，预定空间为预先选取的用于相关人员发出控制信号的空间。
103、从第一接收区接收第一反射光，从第二接收区接收第二反射光，其中，红外光经预定空间内的反射件反射后形成第二反射光和第三反射光，第三反射光经预定的反射面反射后以形成第一发射光，第一接收区和第二接收区为一红外光接收部上的相邻区域。
如上述硬件结构部分所述，同一光源射出的光线最终经由两个路径分别被同一接收器的两个部分对应接收。
104、根据第一接收区和第二接收区的信号数据计算反射件在三维空间坐标系内的坐标。
如上所述，根据两个不同方向的光线即可计算出反射件在三维空间内的坐标。
本实施例中，作为优选的，如图7所示，提供以下计算方法：
1041、获取红外光接收部的中心点以及反射面在三维空间坐标系内的坐标；
1042、获取第一接收区的接收点、第二接收区的接收点在三维空间坐标系内的坐标；
1043、计算反射件在三维空间坐标系内的坐标。
具体计算方法如下：
建立如图5所示的空间坐标系，设红外光接收部到Z轴的距离为a，红外光接收部的坐标为(a、0、0)，反射屏在X轴、Y轴之间呈45度布置，红外光接收部在反射屏上的径向坐标为(0、a、0)，假设反射件所处的坐标为(x、y、z)，为需要求解的量。
假设红外光接收部的在X轴、Y轴组成的二维平面上的中心坐标为(X0、Y0)，第一接收区接收到的光线在X轴、Y轴组成的二维平面上的坐标为(X1、Y1)，第二接收区接收到的光线在X轴、Y轴组成的二维平面上的坐标为(X2、Y2)，则可以得出：
上式中，R1为(X0、Y0)与(X1、Y1)的距离，R2为(X0、Y0)与(X1、Y1)的距离，如图4所示，α1为(X1、Y1)与(X0、Y0)的连线与X轴的夹角，α2为(X2、Y2)与(X0、Y0)的连线与X轴的夹角。
为方便推导，定义如下参数：
A1＝sinα1sin[f-1(R1)]；
B1＝cos[f-1(R1)]；
C1＝cosα1sin[f-1(R1)]；
A2＝cos[f-1(R2)]；
B2＝sinα2sin[f-1(R2)]；
C2＝cosα2sin[f-1(R2)]；
根据上式进行推导，因推算过程为立体几何和数学计算的现有技术，略去，下面给出最终推导结果：
如此获取了反射件的坐标，通过对反射件坐标的持续检测，就获取了反射件在三维空间内的运动轨迹，预设运动轨迹与控制指令的对应关系，就实现了手势自动控制汽车相关操作的功能，如开启音响等等。
很显然的，对于反射件具体坐标的获取，立体几何具有诸多计算方式，上述示例仅为其中一种，而且对于不同的空间布置，也具有不同的计算方式。
由于上述车载平视显示器具有上述技术效果，该该车载平视显示器实现的定位方法也应具有相应的技术效果。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种车载平视显示器，包括处理器，其特征在于，还包括：
红外发射器，其用于向预定空间发射红外光，所述红外光经所述预定空间内的反射件反射后形成第二反射光和第三反射光；
反射屏，其反射所述第三反射光以形成第一反射光；
红外接收器，其红外光接收部包括相邻的第一接收区和第二接收区，所述第一接收区接收所述第一反射光，所述第二接收区接收所述第二反射光；
所述处理器接收所述红外接收器的信号并对所述信号进行数据处理；
其中，所述预定空间和所述反射屏位于一预定平面的两侧，所述第一接收区和第二接收区的连接线位于所述预定平面上；
所述反射屏与水平面之间的夹角在30度到60度之间。
2.根据权利要求1所述的车载平视显示器，其特征在于，所述红外发射器的红外发射部位于所述预定平面上。
3.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括权利要求1-2任一项所述的车载平视显示器。
4.根据权利要求3所述的汽车，其特征在于，所述预定空间位于方向盘的上方。
5.一种空间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立三维空间坐标系；
从发射点向预定空间发射红外光；
从第一接收区接收第一反射光，从第二接收区接收第二反射光，其中，所述红外光经所述预定空间内的反射件反射后形成所述第二反射光和第三反射光，所述第三反射光经预定的反射面反射后以形成所述第一反射光，所述第一接收区和所述第二接收区为一红外光接收部上的相邻区域；
根据所述第一接收区和第二接收区的信号数据计算所述反射件在所述三维空间坐标系内的坐标。
6.根据权利要求5所述的空间定位方法，其特征在于，所述三维空间坐标系为空间直角坐标系，所述红外光接收部位于所述空间直角坐标系的一个坐标轴上。
7.根据权利要求5所述的空间定位方法，其特征在于，所述根据所述第一接收区和第二接收区的信号数据计算所述反射件在所述三维空间坐标系内的坐标的步骤包括：
获取所述红外光接收部的中心点以及所述反射面在所述三维空间坐标系内的坐标；
获取所述第一接收区的接收点、第二接收区的接收点在所述三维空间坐标系内的坐标；
计算所述反射件在三维空间坐标系内的坐标。
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