CN106291925A - 一种基于dlp技术的车载平视显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于DLP技术的车载平视显示方法，通过DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理并将结果以数字形式输出给DMD器件进行图像显示；通过LED控制系统从外部设备和DLP控制器接收光源的控制命令进行处理后控制LED光源为DMD器件正在进行的图像显示提供照明；通过LED控制系统控制LED光源提供照明，从而呈现高亮度、高度饱和色彩和具有极快显示速率的高对比度图形，并能够在任意光照情况下提供清晰的虚拟显示图像，将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像，能够在挡风玻璃前若干距离为驾驶员提供清晰的虚拟图像。
Description
技术领域
本发明涉及车载装置，尤其涉及一种基于DLP技术的车载平视显示方法。
背景技术
抬头显示器或者平视显示器(Heads Up Display，简称HUD)，最初应用于战斗机上，是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器(图1)。平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。HUD的应用，主要是为了降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识(Situation Awareness)的掌握。
HUD是利用光学反射的原理，将重要的飞行相关资讯投射在一片玻璃上面。这片玻璃位於座舱前端，高度大致与飞行员的眼睛成水平，投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面，飞行员透过HUD往前方看的时候，能够轻易的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起。
HUD设计的用意是让飞行员不需要低头查看仪表的显示与资料，始终保持抬头的姿态，降低低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。
HUD投射的资料主要与飞行安全有重要关系，譬如飞行高度，飞行速度，航向，垂直速率变化，飞机倾斜角度等等。使用于战斗环境时，还会加上目标资料，武器与发射相关资料，预估命中点等等。这些显示的资料能够根据不同状况而变换。
如今这一先进技术被移植在了汽车上，HUD平视显示系统将发动机转速、车速、里程等重要信息投影在驾驶员前方的挡风玻璃上，并且驾驶员可以选择所显示的信息种类。有了平视显示系统驾驶员不必低头，就能看清重要的信息。车载平视显示系统一般位于车辆内部邻近前挡风玻璃的位置，用于将需要的车辆等信息以图像的形式投射到车辆的前挡风玻璃上，以便于驾驶者平视前方的挡风玻璃，不需要低头，即可获得需要的信息，从而增加了驾驶的舒适性和安全性。
目前，HUD平视显示系统产品的主要问题有：LED光源投射TFT，虽然LED光源寿命长、色域广，但这种发光光源的光谱均受到发光物质及其状态的限制，其亮度不高，只能用于家庭娱乐或小型办公场所，尚不能达到高压汞灯和卤素灯的亮度，发光穿透力低，在日间强光的环境下行车，显示的图案对比度低，显示效果不好。
发明内容
鉴于目前XX存在的上述不足，本发明提供一种基于DLP技术的车载平视显示方法，能够提供清晰的虚拟显示图像。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种基于DLP技术的车载平视显示方法，所述基于DLP技术的车载平视显示方法，包括以下步骤：
通过DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理并将结果以数字形式输出给DMD器件进行图像显示；
通过LED控制系统从外部设备和DLP控制器接收光源的控制命令进行处理后控制LED光源为DMD器件正在进行的图像显示提供照明；
将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像。
依照本发明的一个方面，所述DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理的具体实施方式可为：所接收的视频数据通过可编程图像缩放、灰度、子图像支持以及边框调整因素处理。
依照本发明的一个方面，所述DLP控制器提供给LED控制系统的控制命令具体可为：DLP控制器提供启动红色、绿色和蓝色LED的频闪信号，与所述DMD器件上正在显示的图像数据保持同步。
依照本发明的一个方面，所述将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像具体可为：采用可进行优化的中间成像屏幕，使平视显示镜面系统在机械方面适合汽车仪表盘，通过调整投影镜头的投影距离和重调焦距，可轻松调整中间画面大小。
依照本发明的一个方面，所述采用可进行优化的中间成像屏幕的具体实施方式可为：在中间成像屏幕中形成DMD的小型放大明亮图像，该投影屏幕图像通过光学器件进行放大，为驾驶员打造虚拟显示图像。
依照本发明的一个方面，所述基于DLP技术的车载平视显示方法包括：将LED光源在远离中间屏幕及相关阳光反射物的远程位置单独进行冷却。
依照本发明的一个方面，所述LED控制系统采用基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案控制LED光源提供照明。
依照本发明的一个方面，所述基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案包括：连续模式反馈，整个输出LED使能脉冲时段都以近直流电(DC)方式开启LED光源，持续保持固定的光照水平。
依照本发明的一个方面，所述基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案包括：断续模式反馈，每个脉冲幅度由相同的滞后控制环路控制，生成少量脉冲光。
依照本发明的一个方面，所述基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案，展示从15000cd/m2至低于3cd/m2的范围内的自然调光。
本发明实施的优点：本发明所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，通过DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理并将结果以数字形式输出给DMD器件进行图像显示；通过LED控制系统从外部设备和DLP控制器接收光源的控制命令进行处理后控制LED光源为DMD器件正在进行的图像显示提供照明；通过LED控制系统控制LED光源提供照明，从而呈现高亮度、高度饱和色彩和具有极快显示速率的高对比度图形，并能够在任意光照情况下提供清晰的虚拟显示图像，可在LED的整个使用寿命提供最佳图片，并实现终极亮度水平，将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像，能够在挡风玻璃前若干距离为驾驶员提供清晰的虚拟图像，驾驶员驾驶过程中就可以大大缓解人眼的疲劳状况，有利于安全行车。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的一种基于DLP技术的车载平视显示方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于DLP技术的车载平视显示方法，所述基于DLP技术的车载平视显示方法，包括以下步骤：
步骤S1：通过DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理并将结果以数字形式输出给DMD器件进行图像显示；
所述步骤S1通过DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理并将结果以数字形式输出给DMD器件进行图像显示的具体实施方式可为：通过DLP控制器对从外部设备所接收的视频数据通过可编程图像缩放、灰度、子图像支持以及边框调整因素处理。
在实际应用中，所述DLP控制器能够接收24位并行视频数据，其帧速率高达60Hz。所接收的视频数据经过可编程图像缩放、灰度、子图像支持以及边框调整因素等处理后，最终数字输出给DMD，以呈现最终图形显示。
在实际应用中，所述DLP控制器还提供启动红色、绿色和蓝色LED的频闪信号，与DMD器件上正在显示的数据保持同步，从而呈现高亮度、高度饱和色彩和具有极快显示速率的高对比度图形。
步骤S2：通过LED控制系统从外部设备和DLP控制器接收光源的控制命令进行处理后控制LED光源为DMD器件正在进行的图像显示提供照明；
所述步骤S2通过LED控制系统从外部设备和DLP控制器接收光源的控制命令进行处理后控制LED光源为DMD器件正在进行的图像显示提供照明的具体实施方式可为：采用可进行优化的中间成像屏幕，使平视显示镜面系统在机械方面适合汽车仪表盘，通过调整投影镜头的投影距离和重调焦距，可轻松调整中间画面大小。
在实际应用中，所述采用可进行优化的中间成像屏幕的具体实施方式可为：在中间成像屏幕中形成DMD的小型放大明亮图像，该投影屏幕图像通过光学器件进行放大，为驾驶员打造虚拟显示图像。
在实际应用中，所述LED控制系统可采用基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案控制LED光源提供照明。
在实际应用中，所述基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案可包括：连续模式反馈，整个输出LED使能脉冲时段都以近直流电(DC)方式开启LED光源，持续保持固定的光照水平。
在实际应用中，所述基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案可包括：断续模式反馈，每个脉冲幅度由相同的滞后控制环路控制，生成少量脉冲光。
在实际应用中，所述基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案，可展示从15000cd/m2至低于3cd/m2的范围内的自然调光。
在实际应用中可有如下实施方式：基于Piccolo MCU的LED控制系统负责精确控制整个工作温度范围以及红色、绿色和蓝色LED的老化范围内的色彩和亮度。此外，它还支持高动态亮度的自然调光，适用于HUD应用的白天和夜间驾驶情况。
LED控制系统采用基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案。在连续模式(CM)中，整个输出LED使能脉冲时段都以近直流电(DC)方式开启LED光源，持续保持固定的光照水平。在断续模式(DM)中，每个脉冲幅度由相同的滞后控制环路控制，但只能启用已触发的脉冲光源。DLP控制器可计量每个LED具体的脉冲数量。断续模式在保证控制精度的同时，允许采用极低的输出通量水平。
LED温度升高和LED老化将导致要用更高的电流电平才能产生所需的光通量水平。当光通量控制环路达到所需的光通量水平之前就已达到最大的LED电流时，Piccolo MCU会感知到这种情况，并相应地按比例降低所有3个LED通量水平，直到所有LED返回到光通量反馈控制之下。通过这种方式，该系统可在LED的整个使用寿命提供最佳图片，并实现终极亮度水平。
LED控制系统通过SPI总线输入接收来自上行控制光源的亮度/调光控制命令。Piccolo解析LED控制系统的命令，如RGB LED振幅电平、连续或断续模式，并通过专用I2C总线配置DLP控制器。
HUD应用对动态范围要求非常高，在白天运行时支持的亮度要超过15000cd/m2，而在光线非常暗的夜间环境中，显示图形的亮度不能低于3cd/m2。HUD系统必须能够在目标白点处保持全色深的图形，并且动态范围需超过5000:1。
采用Piccolo MCU的LED驱动器控制系统，可管理红色、绿色和蓝色LED调幅，保持正常的白点，并同步LED照明和DLP控制器。DLP控制器为DMD和相关的RGB LED使能信号提供高速数据。
LED控制系统可采用连续和断续操作模式，展示从15000cd/m2至低于3cd/m2的范围内的自然调光。
步骤S3：将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像。
所述步骤S3将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像的具体实施方式可为：通过光学器件将DMD器件形成的显示图像投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像。
通过DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理并将结果以数字形式输出给DMD器件进行图像显示；通过LED控制系统从外部设备和DLP控制器接收光源的控制命令进行处理后控制LED光源为DMD器件正在进行的图像显示提供照明；通过LED控制系统控制LED光源提供照明，从而呈现高亮度、高度饱和色彩和具有极快显示速率的高对比度图形，并能够在任意光照情况下提供清晰的虚拟显示图像，可在LED的整个使用寿命提供最佳图片，并实现终极亮度水平，将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像，能够在挡风玻璃前若干距离为驾驶员提供清晰的虚拟图像，驾驶员驾驶过程中就可以大大缓解人眼的疲劳状况，有利于安全行车。
在实际应用中，所述光学器件的目的是在道路前方数米观看距离中为驾驶员呈现虚拟显示图像。该虚拟显示虚像，包含仪表盘数据，如速度、转速、导航数据或其它协助驾驶员的实时信息。用于创建此虚拟显示的光学装置通常包括1至3个注塑模具非球面镜片，具体取决于虚拟图像所需的光学矫正水平和视野(FOV)范围。其余的镜面尺寸和机械折叠装置受到HUD镜片光学装置的中间成像屏幕影响较大。支持中间成像屏幕的大小随着设计限制而变化，可灵活地使视野非常广的系统通过折叠将体积变小，从而装入仪表盘中。
投影图形单元(PGU)在中间成像屏幕中形成DMD的小型放大明亮图像。该投影屏幕图像通过抬头显示镜光学装置进行放大，为驾驶员打造虚拟显示图像。HUD镜光学装置的设计人员不受固定图像大小或基于LCD系统的图像放大率的限制。可灵活选择最佳放大倍率和/或焦距能够给设计人员带来很多好处，可支持替代光学机械折叠配置。此外，这种灵活性可减少光学像差，最大限度地降低抬头显示设计的第二和第三镜面。
在实际应用中，可将LED光源在远离中间屏幕及相关阳光反射物的远程位置单独进行冷却。
基于DLP的PGU有3个独立的RGB LED光源，这些光源可在远离中间屏幕及相关阳光反射物的远程位置单独进行冷却。DMD本身可从LED中分离出来，允许单独对DMD进行热量管理。这对基于DLP HUD引擎有重大优势，因此图像生成装置(DMD)与HUD中间成像屏幕和光源(LED)是热绝缘的。基于DLP的PGU中间屏幕能够有效地为成像器和电子元件隔离太阳辐射。由于有漫射屏，所以几乎捕捉不到太阳辐射，也不会将太阳辐射反射回DMD。中间屏幕的漫射屏是被动光元件，它的设计能够承受高水平的太阳辐射，同时不降低性能。
本发明实施的优点：本发明所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，通过DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理并将结果以数字形式输出给DMD器件进行图像显示；通过LED控制系统从外部设备和DLP控制器接收光源的控制命令进行处理后控制LED光源为DMD器件正在进行的图像显示提供照明；通过LED控制系统控制LED光源提供照明，从而呈现高亮度、高度饱和色彩和具有极快显示速率的高对比度图形，并能够在任意光照情况下提供清晰的虚拟显示图像，可在LED的整个使用寿命提供最佳图片，并实现终极亮度水平，将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像，能够在挡风玻璃前若干距离为驾驶员提供清晰的虚拟图像，驾驶员驾驶过程中就可以大大缓解人眼的疲劳状况，有利于安全行车。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述基于DLP技术的车载平视显示方法，包括以下步骤：
通过DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理并将结果以数字形式输出给DMD器件进行图像显示；
通过LED控制系统从外部设备和DLP控制器接收光源的控制命令进行处理后控制LED光源为DMD器件正在进行的图像显示提供照明；
将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像。
2.根据权利要求1所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述DLP控制器从外部设备接收视频和命令进行处理的具体实施方式可为：所接收的视频数据通过可编程图像缩放、灰度、子图像支持以及边框调整因素处理。
3.根据权利要求1所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述DLP控制器提供给LED控制系统的控制命令具体可为：DLP控制器提供启动红色、绿色和蓝色LED的频闪信号，与所述DMD器件上正在显示的图像数据保持同步。
4.根据权利要求1所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述将DMD器件形成的显示图像通过光学器件投影到汽车挡风玻璃上以在挡风玻璃前若干距离远处呈现虚拟显示图像具体可为：采用可进行优化的中间成像屏幕，使平视显示镜面系统在机械方面适合汽车仪表盘，通过调整投影镜头的投影距离和重调焦距，可轻松调整中间画面大小。
5.根据权利要求4所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述采用可进行优化的中间成像屏幕的具体实施方式可为：在中间成像屏幕中形成DMD的小型放大明亮图像，该投影屏幕图像通过光学器件进行放大，为驾驶员打造虚拟显示图像。
6.根据权利要求1所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述基于DLP技术的车载平视显示方法包括：将LED光源在远离中间屏幕及相关阳光反射物的远程位置单独进行冷却。
7.根据权利要求1至6之一所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述LED控制系统采用基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案控制LED光源提供照明。
8.根据权利要求7所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案包括：连续模式反馈，整个输出LED使能脉冲时段都以近直流电(DC)方式开启LED光源，持续保持固定的光照水平。
9.根据权利要求7所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案包括：断续模式反馈，每个脉冲幅度由相同的滞后控制环路控制，生成少量脉冲光。
10.根据权利要求7所述的基于DLP技术的车载平视显示方法，其特征在于，所述基于PWM滞后控制方法的光通量反馈方案，展示从15000cd/m2至低于3cd/m2的范围内的自然调光。
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Legal Events
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