CN108225734B - 一种基于hud系统的误差标定系统及其误差标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明首先提供一种基于HUD系统的误差标定系统，包括控制器、抬头显示器、风挡玻璃、眼球盒子和误差标定单元，抬头显示器生成用于检测的图样，图样投影到风挡玻璃上形成图像，图像经风挡玻璃反射到眼球盒子的范围内，误差标定单元包括检测单元，其对范围内的图像进行检测并形成检测数据，再对检测数据进行分析并输出标定参数，控制器根据标定参数对抬头显示器进行调整，使得眼球盒子内的图像实现最佳成像；其次提供一种误差标定方法。本发明中的基于HUD系统的误差标定系统，具有误差标定单元，克服了由各种装配误差所引起的成像不佳的问题，有助于降低HUD系统制作及装配成本，提高了成品率。

Description

一种基于HUD系统的误差标定系统及其误差标定方法

技术领域

本发明涉及机动车抬头显示系统技术领域，具体涉及一种基于HUD系统的误差标定系统及其误差标定方法。

背景技术

抬头显示系统(Head Up Display，HUD)最初在战斗机上使用，其可以将一些关键的飞行任务信息，比如高度、速度、飞行姿态、雷达火控信息投射到飞行员前方无限远的位置，且火控信息与座舱外实景可以很好的融合指示，飞行员可以在视线完全不离开对座舱外部态势的观察的情况下，很好的掌握自身及周边己方、敌方的态势信息，对于神经高度紧张的战机飞行员完成作战任务非常有利。

在车载领域，随着车载电子系统的发展，仪表台需要综合及显示的信息越来越多，人机功效越来越被重视，驾驶舒适度及体验感的提升成为了重要话题，HUD系统可以保证驾驶员在视线不离开周围环境的前提下显示诸多有效信息，自然引起了众多厂商及消费者的兴趣。

但在HUD系统的生产装配过程中，总是存在HUD系统内部元件制作及装配偏差、HUD系统整车装配的误差以及与HUD系统配合的风挡制作与装配误差，这些误差最终会导致成像不佳。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，首先提供一种基于HUD系统的误差标定系统，包括控制器、抬头显示器、风挡玻璃、眼球盒子和设于所述眼球盒子内的误差标定单元，所述误差标定单元和抬头显示器均与控制器连接，所述抬头显示器生成用于检测的图样，所述图样投影到风挡玻璃上形成图像，所述图像经风挡玻璃反射到眼球盒子的范围内，所述误差标定单元包括检测单元，其对所述范围内的图像进行检测并形成检测数据，再对检测数据进行分析并输出标定参数，所述控制器根据标定参数对抬头显示器进行调整，使得所述眼球盒子内的图像实现最佳成像。

进一步，所述误差标定单元对眼球盒子范围内图像的检测方式为矩阵化检测数据的取点、单点检测数据的取点或者双点检测数据的取点工作中的一种。

进一步，所述抬头显示器包括图像生成单元和若干个反射镜，所述图样由图像生成单元生成，并经所述反射镜反射后投射在风挡玻璃上，所述图像生成单元由TFT-LCD显示面板构成。

进一步，所述反射镜的数量为2个，分别为主反射镜和次反射镜；所述主反射镜上设有角度调节开关，其用于调节所述主反射镜的起始位置角度；所述次反射镜设有调节器，其用于对所述次反射镜进行一维角度调节。

进一步，所述标定参数为图样在TFT-LCD显示面板有效显示区域的像素位置、图样预畸变处理的矩阵数据、反射镜的调整角度、抬头显示器光源输出功率或系数。

进一步，所述误差标定单元或抬头显示器还包括诊断单元和数据库，所述诊断单元对检测数据进行分析并形成比对参数与数据库进行对比，最后输出所述标定参数。

进一步，所述比对参数为畸变量、图像清晰度、图像位置、亮度及色坐标。

其次提供一种基于HUD系统的误差标定系统的误差标定方法，所述方法的步骤为：

S10，固定误差标定单元与抬头显示器的相对位置，完成软硬件的连接；

S20，所述误差标定单元与抬头显示器同步工作，即当所述抬头显示器显示图样时，所述误差标定单元即同步完成对图像的检测，输出检测数据；

S30，对所述检测数据进行分析比对，所述误差标定单元或者抬头显示器的诊断单元自动完成对检测数据的分析，形成比对参数与数据库进行对比，并输出标定参数；

S40，所述抬头显示器接收到标定参数后，自动完成自身的标定工作，实现所述图像的最佳成像。

进一步，还包括步骤S50，所述误差标定单元对上述完成标定的抬头显示器再检测一次，以确认标定工作的有效或留作数据备案。

进一步，各所述步骤之间的操作为自动同步检测模式或者手动控制检测模式。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

1.本发明中的基于HUD系统的误差标定系统，具有误差标定单元，其通过模拟人眼获取HUD系统成像的效果来检测所获取到的虚像，并通过分析对比对HUD进行参数调整，克服了由各种装配误差所引起的成像不佳的问题，有助于降低HUD系统制作及装配成本，提高了成品率；

2.误差标定单元上设有精密的移动装置，以便其对眼球盒子范围内的图像进行取点检测；

3.PGU采用TFT-LCD显示面板制作，实现高速度、高亮度、高对比度的显示屏幕信息，还具有高安全性和可靠性、外形轻薄、功耗低、使用寿命长等优点；

4.采用双锥面反射镜的设计，大大降低了反射镜的加工制作难度，同时又能保证较佳的成像质量；

5.反射镜的角度可调，使得该HUD系统的使用灵活，适用范围更广；

6.增加增透膜，是为了减少反射光的强度，从而增加透射光的强度，使该HUD系统成像更清晰。

附图说明

图1为本发明基于HUD系统的误差标定系统的光路图；

图2为本发明基于HUD系统的误差标定系统的结构框图；

图3为实施例四中例(一)的图像仿真结果；

图4为实施例四中例(二)的图像仿真结果。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

请参阅图1和图2所示，其为本发明基于HUD系统的误差标定系统的光路图和结构框图。

如图1和图2所示，一种基于HUD系统的误差标定系统，包括控制器5、抬头显示系统、眼球盒子1和设于所述眼球盒子1内的误差标定单元2，所述抬头显示系统包括抬头显示器3和风挡玻璃4，所述误差标定单元2和抬头显示器3均与控制器5电性连接，所述抬头显示器3包括图像生成单元31和若干个反射镜，所述图像生成单元31生成用于检测的图样，并经所述反射镜反射后投射在风挡玻璃4上形成图像，所述图像经风挡玻璃4反射到眼球盒子1的范围内，所述误差标定单元2包括检测单元21、诊断单元22和数据库23，所述检测单元21对所述范围内的图像进行检测并形成检测数据，所述诊断单元22对检测数据进行分析并形成比对参数与数据库23进行对比，最后输出标定参数，所述控制器5根据标定参数对所述抬头显示器3进行调整，使得所述眼球盒子1内的图像实现最佳成像。

其中，所述眼球盒子1指的是获取由图像生成单元31产生的图像的区域范围，其位置与驾驶者眼睛的位置相适应，即驾驶者眼睛必须处于所述眼球盒子1的区域范围内，以便驾驶者能够完全正确得观察到由所述抬头显示系统生成的图像，实现所述抬头显示系统高质量的信息显示；所述图像生成单元31由TFT-LCD显示面板构成，并使用LED强背光显示所述图样，所述TFT-LCD显示面板即为薄膜液晶显示屏，其具有高响应度、高亮度、高对比度等优点，还提高了使用安全性和可靠性，且其外形轻薄，节省了安装空间，功耗低，使用寿命长，所述图像生成单元31还可由其他像源构成，如DLP、DMD或激光投影等；所述图样能显示的内容包含导航信息、ADAS、ACC、盲点检测、障碍物识别、车道提示报警(LDW)、AR-HUD以及时速、发动机转速、油量信息，或者其他各种自动辅助驾驶信息，具备良好的动态显示及静态显示特性，舒适性好，适合车载安装及驾驶者长时间驾车使用，且驾驶者根据需要可择一或择多选择上述内容显示在所述风挡玻璃4上。

所述控制器5通过所述误差标定系统的内部部件控制或者外部系统控制，完成所述检测单元21对整个眼球盒子1区域范围内的图像的检测，即矩阵化的检测数据取点工作，也可以在简化模式下，完成对单点检测数据的取点工作(对应驾驶者双眼的中心位置)，或者完成双点检测数据的取点工作(对应驾驶者双眼位置)；本实施例中，所述检测单元21上设有较为精密的移动装置，可通过所述控制器5调整检测单元21的位置，其用于支持所述检测单元21实现移动，以完成指定特性系统的所述矩阵化检测数据的生成；所述检测单元21将获取的图像进行检测并形成检测数据发送给诊断单元22，所述诊断单元22将检测数据形成检测图样，并对检测图样进行分析形成比对参数，所述比对参数为畸变量、图像清晰度、图像位置度、亮度和色坐标等参数；然后将所述比对参数与数据库23内的图样参数进行对比分析，得出最终的标定参数，所述标定参数为图样在TFT-LCD显示面板有效显示区域的像素位置、图样预畸变处理的矩阵数据、反射镜的调整角度、抬头显示器光源输出功率或系数等。最终系统将所述标定参数反馈给控制器5，由控制器5对图像生成单元31的图样的成像光学参数进行调整。

本实施例中，如图1所示，所述反射镜的数量为2个，分别为主反射镜32和次反射镜33，所述图像生成单元31固定设置在所述次反射镜33的下方，所述图像生成单元31上的显示图像形成光束发射到次反射镜33上的为第一光束，所述主反射镜32设置在所述次反射镜33的反射光路上，所述次反射镜33反射到主反射镜32上的光束为第二光束，经所述主反射镜32反射到风挡玻璃4上的光束为第三光束，经所述风挡玻璃4反射到眼球盒子1的光束为第四光束。所述主反射镜32上设有角度调节开关，其与所述控制器5连接，用于调节所述主反射镜32的起始位置角度，实现所述主反射镜32与第二光束之间的角度调节；所述次反射镜33设有调节器，其与所述控制器5连接，用于对所述次反射镜33进行一维角度调节，使得所述第一光束能全部投射在次反射镜33上。

所述风挡玻璃4上设有增透膜，其覆盖面积包含所述第三光束投射到风挡玻璃4上的面积，即所述增透膜的面积不得小于所述第三光束投射到风挡玻璃4上的面积，所述增透膜有利于减少反射光的强度，从而增加透射光的强度，使该抬头显示系统成像更清晰。

上述所述误差标定系统的误差标定方法，其步骤为：

S10，固定误差标定单元2与抬头显示器3的相对位置，完成软硬件的连接；

即所述误差标定单元2可以与HUD系统本身做通讯连接及信息沟通，用于HUD系统同步显示检测的图样、HUD系统状态参数，以及用于检测、分析、标定结果的输入/输出交流；

S20，所述误差标定单元2与抬头显示器3同步工作，即当所述抬头显示器3显示图样时，所述误差标定单元2即同步完成对图像的检测，输出检测数据；

其中，所述图像的内容与图样的内容同步一致，当通过所述控制器5改变图样的显示内容时，所述检测单元21可检测到同步更新的图像。

S30，对所述检测数据进行分析比对，所述误差标定单元2的诊断单元22自动完成对检测数据的分析，形成比对参数与数据库23进行对比，并输出标定参数；

S40，所述抬头显示器3接收到标定参数后，自动完成自身的标定工作，实现所述图像的最佳成像；

其中，当上述标定结果是需要调整所述图像生成单元31图样的光学参数才能完成最佳成像时，所述控制器5在接收到误差标定单元2的命令后，将对所述图像生成单元31的参数进行调整；当上述标定结果是需要调整所述反射镜的角度才能完成最佳成像时，所述控制器5在接收到误差标定单元2的命令后，将对所述角度根据上述所述标定参数进行调整。

上述所述各步骤之间的操作可为自动同步检测模式或者手动控制检测模式：

(1)自动同步检测模式下，所述误差标定单元2完全与抬头显示系统同步，及所述抬头显示器3同步显示检测用的各种图样，所述误差标定单元2同步完成测量，测量完成后，所述误差标定单元2自动完成数据分析及标定参数输出给抬头显示器3，所述抬头显示器3自动完成自身调整；

(2)手动控制检测模式，即人为介入上述所述自动同步检测模式的某些步骤，各步检测与标定参数计算仍是自动完成，只是各步骤中间连接为手动介入操作，比如点击“下一步”。

本发明中的基于HUD系统的误差标定系统，具有误差标定单元，其通过模拟人眼获取HUD系统成像的效果来检测所获取到的虚像，并通过分析对比对HUD进行参数调整，克服了由各种装配误差所引起的成像不佳的问题，有助于降低HUD系统制作及装配成本，提高了成品率。

实施例二

如上所述的一种基于HUD系统的误差标定系统，本实施例与其不同之处在于，所述诊断单元22和数据库23设置在抬头显示器3内，所述诊断单元22对检测数据进行分析并形成比对参数与数据库23进行对比，最后输出所述标定参数，即检测数据的分析及标定参数的输出由抬头显示器3自身来完成，所述误差标定单元2仅输出检测结果数据给抬头显示器3；

则对应的步骤S30为，对所述检测数据进行分析比对，所述抬头显示器3的诊断单元22自动完成对检测数据的分析，形成比对参数与数据库23进行对比，并输出标定参数。

实施例三

如上所述的一种基于HUD系统的误差标定系统，本实施例与其不同之处在于，所述误差标定系统的误差标定方法还包括步骤S50，所述误差标定单元2对上述完成标定的抬头显示器3再检测一次，以确认标定工作的有效或留作数据备案，不仅确保标定结果的有效性，也有助于更新数据库23，节省检测时间。

实施例四

如上所述的一种基于HUD系统的误差标定系统，本实施例与实施例一不同之处在于，所述反射镜为双锥面反射镜，其形状为双锥面设计，使得在提供抬头显示系统较好的设计质量的同时，又降低了该类光学系统中自由曲面的加工及制作难度。

所述双锥面反射镜的形状符合以下公式：

其中，xyz的原点为所述双锥面反射镜的顶点，所述顶点的切面位于xy平面，所述切面的法向为z轴方向；c_x为x方向的曲率，c_y为y方向的曲率，R_x为x方向的曲率半径，R_y为y方向的曲率半径，k_x为x方向圆锥曲面常数，k_y为y方向圆锥曲面常数。

应用如下：

例(一)

系统设计参数如下：眼球盒子(EYEBOX)：130*60mm；投影距离：2.0～2.5m；视场角(FOV)：6.7°*2.3°；像面尺寸：40.9*20.45mm。

其中，所述主反射镜32的形状公式中，R_y＝-767.1mm，k_y＝1.377，R_x＝-394.56,k_x＝4.826E-306；离轴量X＝4.0mm，Y＝271.3mm。

所述次反射镜33的形状公式中，R_y＝383.6mm，k_y＝-16.93,R_x＝-920.62，k_x＝4.64E-297；离轴量X＝-178.0mm，Y＝-58.5mm。

其像质评价请参阅图3所示，其为该抬头显示系统的图像仿真结果。

例(二)

系统设计参数如下：眼球盒子(EYEBOX)：130*60mm；投影距离：2.0～2.5m；视场角(FOV)：6.0°*2.0°；像面尺寸：40.9*20.45mm。

其中，所述主反射镜32的形状公式中，R_y＝-760.8mm，k_y＝1.372，R_x＝-393.8,k_x＝2.564E-308；离轴量X＝3.5mm，Y＝280mm。

所述次反射镜33的形状公式中，R_y＝387.4mm，k_y＝-16.90，R_x＝-921.3,k_x＝0；离轴量X＝-179.0mm，Y＝-50.6mm。

其像质评价请参阅图4所示，其为该抬头显示系统的图像仿真结果。

上述所述系统设计参数由特定系统提供；所述眼球盒子1的尺寸指的是光束模拟投射到驾驶者眼睛位置时的尺寸范围；所述投影距离指的是驾驶者观察到的虚像到驾驶者眼睛的距离；所述视场角指的是基于一特定平面的角度，指可以观看到虚像的角度范围；所述像面尺寸指的是虚像的尺寸。上述所述两个反射镜中双锥面的应用不限制是否离轴或者整体偏轴，对间距也无特定限制，以满足光学系统的成像要求为基准。

本发明中的基于HUD系统的误差标定系统，所述抬头显示器3采用双锥面反射镜的设计，大大降低了反射镜的加工制作难度，同时又能保证较佳的成像质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于HUD系统的误差标定系统，其特征在于，包括控制器、抬头显示器、风挡玻璃、眼球盒子和设于所述眼球盒子内的误差标定单元，所述误差标定单元和抬头显示器均与控制器连接，所述抬头显示器生成用于检测的图样，所述图样投影到风挡玻璃上形成图像，所述图像经风挡玻璃反射到眼球盒子的范围内，所述误差标定单元包括检测单元，其对所述范围内的图像进行检测并形成检测数据，再对检测数据进行分析并输出标定参数，所述控制器根据标定参数对抬头显示器进行调整，使得所述眼球盒子内的图像实现最佳成像，所述误差标定单元对眼球盒子范围内图像的检测方式为矩阵化检测数据的取点工作，所述检测单元上设有移动装置，所述移动装置用于调整所述检测单元的位置。

2.根据权利要求1所述的基于HUD系统的误差标定系统，其特征在于，所述抬头显示器包括图像生成单元和若干个反射镜，所述图样由图像生成单元生成，并经所述反射镜反射后投射在风挡玻璃上，所述图像生成单元由TFT-LCD显示面板构成。

3.根据权利要求2所述的基于HUD系统的误差标定系统，其特征在于，所述反射镜的数量为2个，分别为主反射镜和次反射镜；

所述主反射镜上设有角度调节开关，其用于调节所述主反射镜的起始位置角度；所述次反射镜设有调节器，其用于对所述次反射镜进行一维角度调节。

4.根据权利要求3所述的基于HUD系统的误差标定系统，其特征在于，所述标定参数为图样在TFT-LCD显示面板有效显示区域的像素位置、图样预畸变处理的矩阵数据、反射镜的调整角度、抬头显示器光源输出功率或系数。

5.根据权利要求1所述的基于HUD系统的误差标定系统，其特征在于，所述误差标定单元或抬头显示器还包括诊断单元和数据库，所述诊断单元对检测数据进行分析并形成比对参数与数据库进行对比，最后输出所述标定参数。

6.根据权利要求5所述的基于HUD系统的误差标定系统，其特征在于，所述比对参数为畸变量、图像清晰度、图像位置、亮度及色坐标。

7.一种基于HUD系统的误差标定系统的误差标定方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至6任一项所述的基于HUD系统的误差标定系统，所述方法的步骤为：

S10，固定误差标定单元与抬头显示器的相对位置，完成软硬件的连接；

S20，所述误差标定单元与抬头显示器同步工作，即当所述抬头显示器显示图样时，所述误差标定单元即同步完成对图像的检测，输出检测数据；

S30，对所述检测数据进行分析比对，所述误差标定单元或者抬头显示器的诊断单元自动完成对检测数据的分析，形成比对参数与数据库进行对比，并输出标定参数；

S40，所述抬头显示器接收到标定参数后，自动完成自身的标定工作，实现所述图像的最佳成像。

8.根据权利要求7所述的基于HUD系统的误差标定系统的误差标定方法，其特征在于，还包括步骤S50，所述误差标定单元对上述完成标定的抬头显示器再检测一次，以确认标定工作的有效或留作数据备案。

9.根据权利要求7或8所述的基于HUD系统的误差标定系统的误差标定方法，其特征在于，各所述步骤之间的操作为自动同步检测模式或者手动控制检测模式。

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