CN105774679A - 一种汽车、车载抬头显示系统及其投影图像高度调节方法 - Google Patents

一种汽车、车载抬头显示系统及其投影图像高度调节方法 Download PDF

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Abstract

为解决现有车载抬头显示系统投影图像高度采用人工调节的问题，本发明提供了一种汽车、车载抬头显示系统及其投影图像高度调节方法。车载抬头显示系统，包括投影机构、摄像头、座椅监测模块和HUD控制器；所述摄像头固定安装在汽车内部驾驶员眼睛前方，用于检测驾驶员眼睛和一预先设定的参照基准点的图像信息；所述座椅监测模块用于监测汽车内部驾驶员座椅的位置，获得驾驶员眼睛在水平方向上相对该参照基准点的实际水平距离；所述HUD控制器根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构的投影图像高度。本发明提供的所述车载抬头显示系统，自动控制投影机构的投影图像高度，不需任何人工干预，其投影图像就可以达到驾驶员查看内容最舒适的位置。

Description

一种汽车、车载抬头显示系统及其投影图像高度调节方法
技术领域
本发明涉及汽车领域，尤其指汽车上的车载抬头显示系统领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高，对于汽车的要求更高，现有部分汽车上已安装了车载抬头显示系统(英文简称：HUD，英文全称：HeadsUpDisplay)，也叫平视显示仪，安装于汽车的仪表台上，车载抬头显示系统利用光学反射的原理，将信息以文字和图形的方式投射到前挡风玻璃上，投射图像的高度大致与驾驶员的眼睛在同一水平线上。驾驶员可以在前方观看到该车载抬头显示系统投射的图像经前挡风玻璃反射后所成的虚像。如此，驾驶员在驾驶过程中，能够轻易的将外界的景象与抬头显示仪显示的信息融合在一起，观看起来非常舒适，驾驶员不必低头，就可以看到导航、车速等其他信息，从而避免分散对前方道路的注意力，行车安全性有很大的提高。
现有车载抬头显示系统的成像一般限于某一个位置，而驾驶员的身高有很大的不同，车载抬头显示系统的投影图像高度需能进行调整。目前市场上HUD的投影图像高度主要是采用人工调节，这样既不方便操作，也比较难调到驾驶员最舒适的观看位置。
发明内容
为解决现有车载抬头显示系统投影图像高度采用人工调节，导致不方便操作以及难调到驾驶员最舒适的观看位置的问题，本发明提供了一种汽车、车载抬头显示系统及其投影图像高度调节方法。
本发明一方面提供了一种车载抬头显示系统，包括投影机构、摄像头、座椅监测模块和HUD控制器；
所述投影机构安装在汽车内，将投影图像投射到前挡风玻璃上反射给驾驶员眼睛；
所述摄像头固定安装在汽车内部驾驶员眼睛前方，用于检测驾驶员眼睛和一预先设定的参照基准点的图像信息；
所述座椅监测模块用于监测汽车内部驾驶员座椅的位置，获得驾驶员眼睛在水平方向上相对该参照基准点的实际水平距离；
所述HUD控制器用于获取所述摄像头检测到的图像信息和所述座椅监测模块监测的所述实际水平距离；并对所述图像信息处理，获得图像信息中眼睛与所述参照基准点的位置关系；然后根据所述位置关系及座椅监测模块获得的实际水平距离，获得驾驶员眼睛相对该参照基准点的实际垂直距离；根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构的投影图像高度。
本发明提供的所述车载抬头显示系统，其采用摄像头自动检测驾驶员眼睛和参照基准点的图像，以及通过座椅监测模块自动检测驾驶员座椅的位置，进而获得其座椅相对于该参照基准点的实际水平距离，最后再HUD控制器内算出该驾驶员眼睛相对该参照基准点的实际垂直距离，并据此自动控制投影机构的投影图像高度，不需任何人工干预，其投影图像就可以达到驾驶员查看内容最舒适的位置。
优选地，所述摄像头安装在所述汽车内部的仪表盘或者前挡风玻璃或者车顶上。
优选地，所述投影机构包括显示屏组件和三反式光学组件；所述三反式光学组件位于所述显示屏组件的出射光路上，将显示屏组件投射的图像反射至汽车前挡风玻璃上；所述汽车前挡风玻璃将图像反射至眼睛；
所述三反式光学组件包括在光路上依次设置的变倍镜组件、像质补偿镜组件和前挡补偿镜组件；
其中，所述前挡补偿镜组件包括支架、壳体、角度调节机构及用于对汽车上前挡风玻璃引起的畸变进行补偿以及调节光线出射角度的前挡补偿镜片；所述前挡补偿镜片安装在所述支架上，所述支架可旋转地安装在所述壳体上；
所述角度调节机构安装在所述壳体上，与所述支架相连，用于驱动所述支架旋转，所述角度调节机构受所述HUD控制器控制。
优选地，所述角度调节机构包括调节外壳、电机、齿轮组及顶推件；
所述电机与所述HUD控制器相连；
所述电机、齿轮组和所述顶推件安装在所述调节外壳内；
所述电机包括一螺杆轴，所述螺杆轴与所述齿轮组啮合；
所述顶推件的包括顶推端和啮合端；所述啮合端与所述齿轮组啮合，所述顶推端与所述支架的背面相接；所述顶推件将所述齿轮组的旋转运动转换为直线运动。
优选地，所述HUD控制器内部或者外部设有图像处理模块；
所述图像处理模块用于对所述图像信息进行处理，获得图像信息中眼睛与所述参照基准点的位置关系。
本发明第二方面提供了一种汽车，包括上述的车载抬头显示系统。
本发明提供的汽车，其上安装了所述车载抬头显示系统，其采用摄像头自动检测驾驶员眼睛和参照基准点的图像，以及通过座椅监测模块自动检测驾驶员座椅的位置，进而获得其座椅相对于该参照基准点的实际水平距离，最后再HUD控制器内算出该驾驶员眼睛相对该参照基准点的实际垂直距离，并据此自动控制投影机构的投影图像高度，不需任何人工干预，其投影图像就可以达到驾驶员查看内容最舒适的位置。
本发明第三方面提供了一种车载抬头显示系统的投影图像高度调节方法，所述车载抬头显示系统为上述的车载抬头显示系统；
所述投影图像高度调节方法包括如下步骤：通过固定安装在汽车内部驾驶员眼睛前方的所述摄像头检测驾驶员眼睛和一预先设定的参照基准点的图像信息；
通过所述座椅监测模块监测汽车内部驾驶员座椅的位置，获得驾驶员眼睛在水平方向上相对该参照基准点的实际水平距离；
所述HUD控制器获取所述摄像头检测到的图像信息和所述座椅监测模块监测的所述实际水平距离；并对所述图像信息处理，获得图像信息中眼睛与所述参照基准点的位置关系；然后根据所述位置关系及座椅监测模块获得的实际水平距离，获得驾驶员眼睛相对该参照基准点的实际垂直距离；根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构的投影图像高度。
本发明提供的所述车载抬头显示系统投影图像高度调节方法，其采用摄像头自动检测驾驶员眼睛和参照基准点的图像，以及通过座椅监测模块自动检测驾驶员座椅的位置，进而获得其座椅相对于该参照基准点的实际水平距离，最后再HUD控制器内算出该驾驶员眼睛相对该参照基准点的实际垂直距离，并据此自动控制投影机构的投影图像高度，不需任何人工干预，其投影图像就可以达到驾驶员查看内容最舒适的位置。
优选地，所述参照基准点的高度设置为驾驶员的平均眼睛高度，并且所述摄像头能够同时拍摄到所述参照基准点和驾驶员眼睛。
优选地，所述“对所述图像信息处理，获得图像信息中眼睛与所述参照基准点的位置关系”具体包括如下步骤：
获得图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)，进而获得该图像信息中眼睛和参照基准点之间的线段，获得该线段在竖直方向和水平方向的高长比例K＝|y1-y0|/|x1-x0|。
优选地，所述“然后根据所述位置关系及座椅监测模块获得的实际水平距离，获得驾驶员眼睛相对该参照基准点的实际垂直距离”具体包括如下步骤：
将座椅监测模块获得的实际水平距离乘以该高长比例K，即获得所述驾驶员眼睛的实际垂直距离。
优选地，所述“获得图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)”具体包括如下步骤：
通过采用带有红外光源的摄像头捕获驾驶员眼睛的位置；
将该参照基准点设置为易于识别的图形或反射特定红外光的图形，在摄像头拍摄到的图像信息中定位该图形，即获得该参照基准点的位置；
将具有所述眼睛和所述参照基准点的图形置于同一标准参照系中，即可获得所述图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)。
优选地，“获得图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)”具体包括如下步骤：通过人脸识别技术识别出图像中的人脸，然后推算出人脸上眼睛的位置；
将所述参照基准点设置为易于识别的图形，在摄像头拍摄到的图像信息中定位该图形，即获得该参照基准点的位置；
将具有所述眼睛和所述参照基准点的图形置于同一标准参照系中，即可获得所述图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)。
优选地，所述“根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构的投影图像高度”具体包括如下步骤：
根据所述实际垂直距离自动控制所述投影机构内前挡补偿镜组件内的角度调节机构动作，通过所述角度调节机构控制所述前挡补偿镜组件内的支架转动；所述支架带动所述前挡补偿镜片转动，以实现对投影机构投影图像高度的自动调节。
优选地，所述“根据所述实际垂直距离自动控制所述投影机构内前挡补偿镜组件内的角度调节机构动作，通过所述角度调节机构控制所述前挡补偿镜组件内的支架转动”具体包括如下步骤：
根据所述实际垂直距离自动控制所述角度调节机构内的电机旋转，该电机带动顶推件运动，所述顶推件顶推所述支架，控制所述支架转动；所述支架带动所述前挡补偿镜片转动，以实现对投影机构投影图像高度的自动调节。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中提供的车载抬头显示系统示意图；
图2a是本发明具体实施方式中提供的图像信息中眼睛和参照基准点的三角关系示意图；
图2b是本发明具体实施方式中提供的实际的眼睛和参照基准点的三角关系示意图；
图3是本发明具体实施方式中提供的车载抬头显示系统结构框图。
图4是本发明具体实施方式中提供的车载抬头显示系统光路原理图；
图5是本发明具体实施方式中提供的前挡补偿镜组件剖面示意图；
图6是本发明具体实施方式中提供的前挡补偿镜组件立体示意图；
图7是本发明具体实施方式中提供的支架立体示意图；
图8是图5中A处放大示意图。
其中，100、投影机构；200、汽车；a、眼睛；b、摄像头；c、参照基准点；d、投影图像；e、座椅；f、车顶；g、仪表盘；1、显示屏组件；2、变倍镜组件；3、像质补偿镜组件；4、前挡补偿镜组件；5、前挡风玻璃；6、HUD控制器；7、座椅监测模块；41、前挡补偿镜片；42、支架；43、壳体；44、角度调节机构；4a、调节外壳；4b、第一齿轮；4c、顶推件；4d、第二齿轮；4e、第三齿轮；4f、电机；4g、螺杆轴；4h、压缩弹簧；421、旋转轴；4b1、凸台；4b2、卡爪结构；4c1、顶推端；4c2、啮合端；4h1、弹簧安装柱；422、球头安装孔；4c11、防转凸块；423、防转槽。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本例提供了一种车载抬头显示系统，如图1、图3所示，包括投影机构100、摄像头b、座椅监测模块7和HUD控制器6；
所述投影机构100安装在汽车200内，将投影图像d投射到前挡风玻璃上反射给汽车驾驶员眼睛a；
所述摄像头b固定安装在汽车200内部驾驶员眼睛a前方，用于检测驾驶员眼睛a和一预先设定的参照基准点的图像信息；
所述座椅监测模块7用于监测汽车200内部驾驶员座椅e的位置，获得驾驶员眼睛a在水平方向上相对该参照基准点c的实际水平距离；
所述HUD控制器6用于获取所述摄像头b检测到的图像信息和所述座椅监测模块7监测的所述实际水平距离；并对所述图像信息处理，获得图像信息中眼睛a与所述参照基准点c的位置关系；然后根据所述位置关系及座椅监测模块7获得的实际水平距离，获得驾驶员眼睛a相对该参照基准点c的实际垂直距离；根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构100的投影图像d高度。
其中，研究人员在研发过程中发现，由于驾驶员是坐在该座椅e上的，不同的人坐在座椅e上的位置在水平方向上大致是相当的，即通过座椅e的位置，可映射获得坐在座椅e上的驾驶员的眼睛a的位置；基于该种关系，通过监测座椅e的位置，就可以推定驾驶员眼睛a相对该参照基准点c的实际水平距离，虽然不同的人之间由于胖瘦的关系会存在微小误差，但该微小误差对于调节投影图像高度的影响非常小。我们可以通过统计的方式求得驾驶员坐在座椅e上的眼睛a的平均位置，推算出驾驶员眼睛a在水平方向上的相对该参照基准点c的平均实际水平距离。我们还可以通过修正的方式对上述微小误差进行修正，比如可以通过驾驶员座椅e的位置参数加上通过试验或者经验得来的修正系数对其修正后，获得比较准确的座椅e和驾驶员眼睛a之间的相对关系。即通过座椅e位置获得了驾驶员眼睛a相对该参照基准点c的实际水平距离。
该座椅监测模块7可以单独设置的位置传感器，其可识别座椅e的位置信息。现有部分汽车200上已经安装了该座椅监测模块7，如此，可直接使用该座椅监测模块7，HUD控制器6通过CAN总线即可读取该座椅监测模块7的数据，如果汽车200上并未事先安装该座椅监测模块7时，才需加装该座椅监测模块7。现有已经安装了该座椅监测模块7的汽车200中，一般将其划分到座椅控制模块中，受座椅控制模块的控制。这仅仅只是认为划分的问题，在功能上，其作用是一致的，因此，将该座椅监测模块7划分到HUD控制器6中也无问题。
其中，该摄像头b可以安装在车内任意可以同时拍摄到驾驶员眼睛a和参照基准点c的位置，比如将所述摄像头b安装在所述汽车200内部的仪表盘g或者前挡风玻璃5或者车顶f上。
其中，所述HUD控制器6内部或者外部设有图像处理模块；所述图像处理模块用于对所述图像信息进行处理，获得图像信息中眼睛a与所述参照基准点c的位置关系。即该HUD控制器6本身具备图像处理的功能，也可通过设置在HUD控制器6外部的图像处理模块，对其摄像头b采集到的图像进行图像处理。
作为一种实施方式，本例中提供的车载抬头显示系统中，其投影机构100描述如下：如图4所示，其包括显示屏组件1和三反式光学组件；所述三反式光学组件位于所述显示屏组件1的出射光路上，将显示屏组件1投射的图像反射至汽车200前挡风玻璃5上；所述汽车200前挡风玻璃5将图像反射至眼睛a；
所述三反式光学组件包括在光路上依次设置的变倍镜组件2、像质补偿镜组件3和前挡补偿镜组件4；
其中，所述前挡补偿镜组件4包括支架42、壳体43、角度调节机构44及用于对汽车200上前挡风玻璃5引起的畸变进行补偿以及调节光线出射角度的前挡补偿镜片41；所述前挡补偿镜片41安装在所述支架42上，所述支架42可旋转地安装在所述壳体43上；
所述角度调节机构44安装在所述壳体43上，与所述支架42相连，用于驱动所述支架42旋转，HUD控制器6控制。
所述变倍镜组件2包括用于对显示屏组件1投射的图像进行放大或缩小的变倍镜片、及用于对所述变倍镜片焦距进行调节的变倍镜片焦距调节组件；
所述像质补偿镜组件3包括用于对所述变倍镜片焦距变化过程中引起的像质失真进行补偿的像补镜片、及用于对所述像补镜片焦距进行调节的像补镜片焦距调节组件。
该变倍镜组件2用来改变对显示屏组件1投射的图像进行放大或缩小，并可通过其中的变倍镜片焦距调节组件对其变倍镜片的焦距进行调节，从而实现对其投射的图像放大倍数进行调节。而由于经过该变倍镜组件2放大或缩小后的图像，易出现图像失真，降低像面质量，因此，在该变倍镜组件2的后方光路上加入了像质补偿镜组件3，该像质补偿镜组件3可对该变倍镜片改变光路后引起的像面质量进行调节，按规律改变像补镜片的焦距，在物面不动的情况下补偿像面质量，使得车载抬头显示系统投射的图像像质在变焦过程中无明显下降。由于汽车200的前挡风玻璃5是一弧形状的玻璃，投射到其上的图像会产生枕形或者筒形畸变，为消除上述畸变，因此在光路中加入了该前挡补偿镜组件4，同时，该前挡补偿镜组件4还可用来调节投影图像d的高度。
其中，上述变倍镜片和像补镜片为凹面镜，所述前挡补偿镜片41为鞍形镜。
显示屏组件1可采用公众所知的任何结构，其包括一透射式显示屏和位于透射式显示屏下端的光源组件，该光源组件产生的光源照射在该透射式显示屏上后，将显示屏上的图像投射出去。本例中，该光源组件包括背光板及在背光板上阵列分布的若干背光灯。作为优选的方式，还可在该光源组件中设置与该背光灯对应的、同样呈阵列分布的聚光透镜，上述聚光透镜可直接安装在背光板上，罩在背光灯外部；也可以胶粘在一聚光基板上，或者与所述聚光基板一体成型。该聚光透镜可以起到将光线聚拢，提高光的利用率，并使出射光线更加均匀，光照效果更好。
所谓的“光路上依次设置的变倍镜组件2、像质补偿镜组件3和前挡补偿镜组件4”，指所述变倍镜组件2位于所述显示屏组件1的出射光路上；所述像质补偿镜组件3位于所述变倍镜组件2的出射光路上；所述前挡补偿镜组件4位于所述像质补偿镜组件3的出射光路上，其出射光线投射向所述前挡风玻璃5。
其中，关于变倍镜片焦距调节组件和补偿镜片焦距调节组件，并不限于特定的形式，只要其为可控、可改变变倍镜片和像补镜片的焦距的组件，无论是电控或者机械控制的方式，都可以。比如将上述像补镜片和变倍镜片统称为镜片。可直接改变其变倍镜片和像补镜片的焦距，也可间接改变其焦距，比如通过改变其镜片的曲率，间接改变其焦距。则上述补偿镜片焦距调节组件和变倍镜片焦距调节组件可称为补偿镜片曲率调节组件和变倍镜片曲率调节组件，其曲率调节均可采用电控的方式，包括导电薄膜和导电基板，在镜片上贴导电薄膜，在镜片下方设置导电基板，则在导电薄膜和导电基板间形成电场，并受电场间产生向下或者向上的静电驱动力。该静电驱动力作用在镜片上时，镜片会向下(或者向上)发生一个微小的变形，使得镜片的曲率发生变化。改变电场的电压大小和方向，可以实现对电场力大小和方向的控制。故可通过改变作用在导电薄膜和导电基板之间的电压来改变车载抬头显示系统的焦距。
该前挡补偿镜组件4将投影图像d反射给前挡风玻璃5，前挡风玻璃5将图像反射后，驾驶员眼睛a可以看到在前挡风玻璃5前方所成的投影图像d(为虚像)。当采用上述角度调节机构44对其前挡补偿镜片41进行旋转时，所述前挡补偿镜片41倾斜角度变换，则其投影图像d的高度跟着变换。如此，针对不同的驾驶员自动调节其投影图像d的高度。
所述角度调节机构44用来对支架42进行微小角度的旋转调节，使其支架42上的前挡补偿镜片41可在微小角度范围内调节，从而改变其反射角，从而改变车载抬头显示系统的投影图像d高度，本发明并不限定其具体的结构，只要其能起到使支架42在微小角度范围内调节的作用即可，本例中给出了一种具体实施的方式，如图5、图6所示，所述角度调节机构44包括调节外壳4a、电机4f、齿轮组及顶推件4c；
所述电机与所述HUD控制器6相连；受所述HUD控制器6控制；
所述电机4f、齿轮组和所述顶推件4c安装在所述调节外壳4a内；
所述电机4f包括一螺杆轴4g，所述螺杆轴4g与所述齿轮组啮合；
所述顶推件4c的包括顶推端4c1和啮合端4c2；所述啮合端4c2与所述齿轮组啮合，所述顶推端4c1与所述支架42的背面相接；所述顶推件4c将所述齿轮组的旋转运动转换为直线运动。该顶推件4c作用在支架42上，也即作用在支架42中的前挡补偿镜片41上，实现对前挡补偿镜片41的反射角度调节，进而实现对投影图像d高度的调节。
其中，该电机4f为步进电机。该电机4f的正转、反转通过该齿轮组传动后，使该顶推件4c旋入旋出，以达到调节其支架42反射角度的目的。
其中，关于该齿轮组，用来传递该电机4f上螺杆轴4g的旋转运动，将该旋转运动传递给顶推件4c，顶推件4c则将其旋转运动转换为直线运动。因此，并不局限于齿轮的个数，只要其起到传递旋转运动的目的即可。如此，可根据需要自行设置齿轮的个数。比如，本例中，所述齿轮组包括第一齿轮4b、第二齿轮4d和第三齿轮4e；所述第三齿轮4e与所述电机4f上的螺杆轴4g啮合；所述第二齿轮4d分别与所述第一齿轮4b和第二齿轮4d啮合，所述第一齿轮4b的中心处设有内螺纹孔；所述顶推件4c的啮合端4c2设有外螺纹，所述啮合端4c2上的外螺纹与所述第一齿轮4b上的内螺纹孔啮合。
具体地，所述第一齿轮4b的中心处设有凸台4b1，所述内螺纹孔设置在所述凸台4b1上。其中，所述凸台4b1为多瓣的卡爪结构4b2，所述卡爪结构4b2的中心处形成所述内螺纹孔，在该卡爪结构4b2外还采用箍簧对其进行紧固。卡爪结构4b2一方面便于装配，一方面用于过载保护。
其中，所述顶推件4c的顶推端4c1为球头，所述支架42背部设有球头安装孔422，所述球头安装在所述球头安装孔422内，同时，该壳体43上也设有孔供该顶推件4c穿过。采用该球头的设计结构，球头结构实现推动位置点的前后、上下的弧线运动，可任意角度旋转，使运动过程更加顺畅。
同时，我们需要的仅为顶推件4c的直线运动，而并不需要其转动运动，因此，可在其上设置防转结构，本发明并不限制其防转结构的具体结构，只要其起到防止顶推件4c转动的作用即可，比如，如图8所示，在球头上设置防转凸块4c11，并在支架42背部的球头安装孔422内设置与该防转凸块4c11对应的防转槽423，以限制其转动运动。
其中，所述壳体43与所述角度调节机构44之间还安装有压缩弹簧4h。具体地，如图5-图7所示，所述壳体43上设有一弹簧安装柱4h1，所述角度调节机构44上设有安装柱孔；所述弹簧安装柱4h1插入所述安装柱孔内，所述压缩弹簧4h安装在所述弹簧安装柱4h1外。其中，该壳体43上也设有孔，供该弹簧安装柱4h1穿过。安装该压缩弹簧4h，可以调节角度调节机构44和支架42之间的间隙，使支架42通过该压缩弹簧4h的弹力与顶推件4c向支架42的顶推力互相作用保持固定。
如图7所示，所述支架42的两侧上设有旋转轴421，所述壳体43上对应设有轴孔；所述旋转轴421安装在所述轴孔内，使所述支架42可绕所述旋转轴421旋转。其中，所述旋转轴421位于所述支架42背面的中心位置处，所述顶推件4c安装在所述支架42背面的边缘位置处。该顶推件4c与旋转轴421之间的距离为L，其距离L足够远，增大其旋转半径，放大调整幅度，使支架42可在非常小的旋转角度(小于1°)内进行调整。
本例公开的所述车载抬头显示系统，其采用摄像头b自动检测驾驶员眼睛a和参照基准点c的图像，以及通过座椅监测模块7自动检测驾驶员座椅e的位置，进而获得其座椅e相对于该参照基准点c的实际水平距离，最后再HUD控制器6内算出该驾驶员眼睛a相对该参照基准点c的实际垂直距离，并据此自动控制投影机构100的投影图像d高度，不需任何人工干预，其投影图像d就可以达到驾驶员查看内容最舒适的位置。
实施例2
如图1所示，本例提供了一种汽车200，其包括实施例1中公开的上述车载抬头显示系统。
由于本例仅对其汽车200上的车载抬头显示系统做出改进，而未对其他部件做出改进，且由于该车载抬头显示系统已在实施例1中做出具体解释说明，因此，不再赘述。
本例提供的汽车200，其上包括所述车载抬头显示系统，其采用摄像头b自动检测驾驶员眼睛a和参照基准点c的图像，以及通过座椅监测模块7自动检测驾驶员座椅e的位置，进而获得其座椅e相对于该参照基准点c的实际水平距离，最后再HUD控制器6内算出该驾驶员眼睛a相对该参照基准点c的实际垂直距离，并据此自动控制投影机构100的投影图像d高度，不需任何人工干预，其投影图像d就可以达到驾驶员查看内容最舒适的位置。
实施例3
本例提供了一种车载抬头显示系统的投影图像d高度调节方法，所述车载抬头显示系统为实施例1中所示的车载抬头显示系统；
所述投影图像d高度调节方法包括如下步骤：通过固定安装在汽车内部驾驶员眼睛a前方的所述摄像头b检测驾驶员眼睛a和一预先设定的参照基准点c的图像信息；
通过所述座椅监测模块7监测汽车内部驾驶员座椅e的位置，获得驾驶员眼睛a在水平方向上相对该参照基准点c的实际水平距离；
所述HUD控制器6获取所述摄像头b检测到的图像信息和所述座椅监测模块7监测的所述实际水平距离；并对所述图像信息处理，获得图像信息中眼睛a与所述参照基准点c的位置关系；然后根据所述位置关系及座椅监测模块7获得的实际水平距离，获得驾驶员眼睛a相对该参照基准点c的实际垂直距离；根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构100的投影图像d高度。
其中，所述参照基准点c的高度设置为驾驶员的平均眼睛a高度，并且所述摄像头b能够同时拍摄到所述参照基准点c和驾驶员眼睛a。
具体的，所述“对所述图像信息处理，获得图像信息中眼睛a与所述参照基准点c的位置关系”具体包括如下步骤：
如图2a所示，获得图像信息中眼睛a的坐标(x1,y1)和参照基准点c的坐标(x0,y0)，进而获得该图像信息中眼睛a和参照基准点c之间的线段，获得该线段在竖直方向和水平方向的高长比例K＝|y1-y0|/|x1-x0|。该线段的长度为R，该线段在水平方向的投影线段的投影长度为X，则该水平方向的投影线段的投影长度X＝|x1-x0|，该线段在竖直方向的投影线段的投影长度为Y，则该竖直方向的投影线段的投影长度Y＝|y1-y0|，即其高长比例K＝Y/X。上述线段、其在水平方向的投影线段和其在竖直方向的投影线段构成三角形，称为图形内三角形；已知该眼睛a的坐标(x1,y1)和参照基准点c的坐标(x0,y0)，即可固定该三角形的形状，因此可求出该线段与水平方向的投影线段的夹角Q1，已及该线段与竖直方向的投影线段的夹角Q2，以及各线段的长度，以及该高长比例K。
而在现实的参照基准点c与驾驶员眼睛a之间，如图2b所示，其实际的参照基准点c和驾驶员眼睛a之间的线段，跟两者在水平方向的投影线段和在竖直方向的投影线段，也构成一现实三角形，该现实三角形与图形内三角形应为相似三角形的关系，同样地，在该现实三角形中，其线段与水平方向的投影线段的夹角仍然为Q1，已及该线段与竖直方向的投影线段的夹角仍然为Q2，竖直方向的投影线段与水平方向的投影线段的高长比例仍然为K，如此，当我们通过座椅监测模块7获得其实际水平距离L时，就可通过其高长比例K与该实际水平距离L，算出该驾驶员眼睛a相对该参照基准点c的实际垂直距离H＝K*L；也可算出该驾驶员眼睛a相对该参照基准点c的直线距离
即所述“然后根据所述位置关系及座椅监测模块7获得的实际水平距离，获得驾驶员眼睛a的实际垂直距离”具体包括如下步骤：
将座椅监测模块7获得的实际水平距离乘以该高长比例K，即获得所述驾驶员眼睛a的实际垂直距离。
关于眼睛a和参照基准点c的定位及坐标获取，可以在图像拍摄过程以及后续的图像处理过程中均可以定位和获取到坐标。比如，对于该参照基准点c的坐标，可以将其设置为特定的可识别的图像，当摄像头b拍摄到图片后，将该图片与预存的该参照基准点c的图形比对，即可定位该参照基准点c。同样的，对于该眼睛a的定位，可以采用现有已知的各种人眼识别技术进行识别，比如简单来说，采用可以采用人眼图像库进行比对，确认眼睛a的位置，将上述参照基准点c和眼睛a置于同一参考坐标系中，即可获得眼睛a和参照基准点c的坐标。同时，关于眼睛a和参照基准点c的定位，还可以采用红外光检测技术，检测该眼睛a和参照基准点c的位置。对于眼睛a的定位，也可先采用人脸识别技术识别出人脸图像，再推出人脸图像上眼睛a的位置，即定位该眼睛a。下面简单举例对其眼睛a和参照基准点c的坐标进行获取。
具体地，所述“获得图像信息中眼睛a的坐标(x1,y1)和参照基准点c的坐标(x0,y0)”具体包括如下步骤：
通过采用带有红外光源的摄像头b捕获驾驶员眼睛a的位置；即可以使用常用的红外光照明的主动检测办法检测监视员眼睛a的位置，利用人眼的生理基本特征，即视网膜对不同波长的红外光能够反射量的不同使所得图像中突出显示眼睛a瞳孔的位置，即可定位该眼睛a。
关于参照基准点c的定位，可以采用多种方式，上述已提及，作为优选的方式，此处将该参照基准点c设置为易于识别的图形或反射特定红外光的图形，在摄像头b拍摄到的图像信息中定位该图形，即获得该参照基准点c的位置；
将具有所述眼睛a和所述参照基准点c的图形置于同一标准参照系中，即可获得所述图像信息中眼睛a的坐标(x1,y1)和参照基准点c的坐标(x0,y0)。
作为替代的方式，“获得图像信息中眼睛a的坐标(x1,y1)和参照基准点c的坐标(x0,y0)”具体包括如下步骤：通过人脸识别技术识别出图像中的人脸，然后推算出人脸上眼睛a的位置；具体的，可对驾驶员人脸的识别可以采用基于2DPCA(二维主元分析)，FLDA(Fisher线性判断分析)相结合的人脸识别算法，利用英国剑桥大学的AT&T人脸库，进行人脸识别。
将所述参照基准点c设置为易于识别的图形，在摄像头b拍摄到的图像信息中定位该图形，即获得该参照基准点c的位置；
将具有所述眼睛a和所述参照基准点c的图形置于同一标准参照系中，即可获得所述图像信息中眼睛a的坐标(x1,y1)和参照基准点c的坐标(x0,y0)。
其中，所述“根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构100的投影图像d高度”具体包括如下步骤：
根据所述实际垂直距离自动控制所述投影机构100内前挡补偿镜组件内的角度调节机构动作，通过所述角度调节机构控制所述前挡补偿镜组件内的支架转动；所述支架带动所述前挡补偿镜片转动，以实现对投影机构100投影图像d高度的自动调节。
其中，所述“根据所述实际垂直距离自动控制所述投影机构100内前挡补偿镜组件内的角度调节机构动作，通过所述角度调节机构控制所述前挡补偿镜组件内的支架转动”具体包括如下步骤：
根据所述实际垂直距离自动控制所述角度调节机构内的电机旋转，该电机带动顶推件运动，所述顶推件顶推所述支架，控制所述支架转动；所述支架带动所述前挡补偿镜片转动，以实现对投影机构100投影图像d高度的自动调节。
本例提供的车载抬头显示系统投影图像d高度调节方法，其采用摄像头b自动检测驾驶员眼睛a和参照基准点c的图像，以及通过座椅监测模块7自动检测驾驶员座椅e的位置，进而获得其座椅e相对于该参照基准点c的实际水平距离，最后再HUD控制器6内算出该驾驶员眼睛a相对该参照基准点c的实际垂直距离，并据此自动控制投影机构100的投影图像d高度，不需任何人工干预，其投影图像d就可以达到驾驶员查看内容最舒适的位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种车载抬头显示系统，其特征在于，包括投影机构、摄像头、座椅监测模块和HUD控制器；
所述投影机构安装在汽车内，用于将投影图像投射到前挡风玻璃上反射给驾驶员眼睛；
所述摄像头固定安装在汽车内部驾驶员眼睛前方，用于检测驾驶员眼睛和一预先设定的参照基准点的图像信息；
所述座椅监测模块用于监测汽车内部驾驶员座椅的位置，获得驾驶员眼睛在水平方向上相对该参照基准点的实际水平距离；
所述HUD控制器用于获取所述摄像头检测到的图像信息和所述座椅监测模块监测的所述实际水平距离；并对所述图像信息处理，获得图像信息中眼睛与所述参照基准点的位置关系；然后根据所述位置关系及座椅监测模块获得的实际水平距离，获得驾驶员眼睛相对该参照基准点的实际垂直距离；根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构的投影图像高度。
2.根据权利要求1所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述摄像头安装在所述汽车内部的仪表盘或者前挡风玻璃或者车顶上。
3.根据权利要求1所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述投影机构包括显示屏组件和三反式光学组件；所述三反式光学组件位于所述显示屏组件的出射光路上，将显示屏组件投射的图像反射至汽车前挡风玻璃上；所述汽车前挡风玻璃将图像反射至眼睛；
所述三反式光学组件包括在光路上依次设置的变倍镜组件、像质补偿镜组件和前挡补偿镜组件；
其中，所述前挡补偿镜组件包括支架、壳体、角度调节机构及用于对汽车上前挡风玻璃引起的畸变进行补偿以及调节光线出射角度的前挡补偿镜片；所述前挡补偿镜片安装在所述支架上，所述支架可旋转地安装在所述壳体上；
所述角度调节机构安装在所述壳体上，与所述支架相连，用于驱动所述支架旋转，所述角度调节机构受所述HUD控制器控制。
4.根据权利要求3所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述角度调节机构包括调节外壳、电机、齿轮组及顶推件；
所述电机与所述HUD控制器相连；
所述电机、齿轮组和所述顶推件安装在所述调节外壳内；
所述电机包括一螺杆轴，所述螺杆轴与所述齿轮组啮合；
所述顶推件的包括顶推端和啮合端；所述啮合端与所述齿轮组啮合，所述顶推端与所述支架的背面相接；所述顶推件将所述齿轮组的旋转运动转换为直线运动。
5.根据权利要求3所述的车载抬头显示系统，其特征在于，所述HUD控制器内部或者外部设有图像处理模块；
所述图像处理模块用于对所述图像信息进行处理，获得图像信息中眼睛与所述参照基准点的位置关系。
6.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1-5中任意一项所述的车载抬头显示系统。
7.一种车载抬头显示系统的投影图像高度调节方法，其特征在于，所述车载抬头显示系统为权利要求1-5中任意一项所述的车载抬头显示系统；
所述投影图像高度调节方法包括如下步骤：
通过固定安装在汽车内部驾驶员眼睛前方的所述摄像头检测驾驶员眼睛和一预先设定的参照基准点的图像信息；
通过所述座椅监测模块监测汽车内部驾驶员座椅的位置，获得驾驶员眼睛在水平方向上相对该参照基准点的实际水平距离；
所述HUD控制器获取所述摄像头检测到的图像信息和所述座椅监测模块监测的所述实际水平距离；并对所述图像信息处理，获得图像信息中眼睛与所述参照基准点的位置关系；然后根据所述位置关系及座椅监测模块获得的实际水平距离，获得驾驶员眼睛相对该参照基准点的实际垂直距离；根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构的投影图像高度。
8.根据权利要求7所述的投影图像高度调节方法，其特征在于，所述参照基准点的高度设置为驾驶员的平均眼睛高度，并且所述摄像头能够同时拍摄到所述参照基准点和驾驶员眼睛。
9.根据权利要求7所述的投影图像高度调节方法，其特征在于，所述“对所述图像信息处理，获得图像信息中眼睛与所述参照基准点的位置关系”具体包括如下步骤：
获得图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)，进而获得该图像信息中眼睛和参照基准点之间的线段，获得该线段在竖直方向和水平方向的高长比例K＝|y1-y0|/|x1-x0|。
10.根据权利要求9所述的投影图像高度调节方法，其特征在于，所述“然后根据所述位置关系及座椅监测模块获得的实际水平距离，获得驾驶员眼睛相对该参照基准点的实际垂直距离”具体包括如下步骤：
将座椅监测模块获得的实际水平距离乘以该高长比例K，即获得所述驾驶员眼睛的实际垂直距离。
11.根据权利要求9所述的投影图像高度调节方法，其特征在于，所述“获得图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)”具体包括如下步骤：
通过采用带有红外光源的摄像头捕获驾驶员眼睛的位置；
将该参照基准点设置为易于识别的图形或反射特定红外光的图形，在摄像头拍摄到的图像信息中定位该图形，即获得该参照基准点的位置；
将具有所述眼睛和所述参照基准点的图形置于同一标准参照系中，即可获得所述图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)。
12.根据权利要求9所述的投影图像高度调节方法，其特征在于，“获得图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)”具体包括如下步骤：通过人脸识别技术识别出图像中的人脸，然后推算出人脸上眼睛的位置；
将所述参照基准点设置为易于识别的图形，在摄像头拍摄到的图像信息中定位该图形，即获得该参照基准点的位置；
将具有所述眼睛和所述参照基准点的图形置于同一标准参照系中，即可获得所述图像信息中眼睛的坐标(x1,y1)和参照基准点的坐标(x0,y0)。
13.根据权利要求7所述的投影图像高度调节方法，其特征在于，所述“根据所述实际垂直距离自动调节所述投影机构的投影图像高度”具体包括如下步骤：
根据所述实际垂直距离自动控制所述投影机构内前挡补偿镜组件内的角度调节机构动作，通过所述角度调节机构控制所述前挡补偿镜组件内的支架转动；所述支架带动所述前挡补偿镜片转动，以实现对投影机构投影图像高度的自动调节。
14.根据权利要求13所述的投影图像高度调节方法，其特征在于，所述“根据所述实际垂直距离自动控制所述投影机构内前挡补偿镜组件内的角度调节机构动作，通过所述角度调节机构控制所述前挡补偿镜组件内的支架转动”具体包括如下步骤：
根据所述实际垂直距离自动控制所述角度调节机构内的电机旋转，该电机带动顶推件运动，所述顶推件顶推所述支架，控制所述支架转动；所述支架带动所述前挡补偿镜片转动，以实现对投影机构投影图像高度的自动调节。
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