CN109109666A - 一种汽车前风窗视觉控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车前风窗视觉控制系统，属于汽车交互控制技术领域，包括汽车主机、前风窗显示屏、摄像头和控制单元，前风窗显示屏上设置有前风窗功能视窗，控制单元与汽车主机相连，控制单元中通过人眼识别功能对图像进行处理，然后通过人眼数学模型进行视线求解，识别驾驶员双眼的视线并计算出双眼视焦点的空间位置，再通过空间数学模型，高频率计算视焦点的空间位置是否在前风窗功能视窗的空间区域内，同时结合视焦点的停留时间判断驾驶员是否在注视前风窗功能视窗的某个功能命令图标，最终实现视觉控制。本发明结合眨眼或者注视时间进行功能控制实现视觉控制，为驾驶员提供需求信息。

Description

一种汽车前风窗视觉控制系统
技术领域
本发明涉及一种视觉控制系统，特别是涉及一种汽车前风窗视觉控制系统，属于汽车交互控制技术领域。
背景技术
随着汽车自动驾驶的发展与人工智能技术的广泛应用，人与汽车之间的交互方式越来越多样化。人控制汽车除了通过操作、触控的方式，语音控制、手势控制的交互方式也在快速应用。汽车自动驾驶的发展，也将逐渐改变人在车内的行为方式，驾驶者在车内将有更大的自由度，汽车成为广义的移动出行工具，成为移动的办公空间。自动驾驶分为5个等级，L1为辅助驾驶，L2为部分自动驾驶，L3为有条件自动驾驶，L4为高度自动无人驾驶，L5为完全自动驾驶。在L2到L3再到更高级别发展的场景中，驾驶员对当前组合仪表中的发动机转速、车速、水温等常规信息的关注度逐渐下降，直至消失。
然而，为了给驾驶员提供实时的车辆信息，要设计制造出非常复杂的组合仪表，对其技术要求很高，成本较高；结构设计上，通常要在仪表板上形成一个“帽檐区域”来避免仪表光线投影到前风窗上，影响驾驶员前方视野，这也在一定程度上影响了仪表板造型的连贯性；驾驶员在驾驶过程中需要时不时的关注组合仪表上的车速信息，此时驾驶员的视线从前方移至仪表区，存在一定安全隐患。
为了直接在风窗上显示信息，原本应用在飞机上的HUD（抬头显示）技术被利用到汽车上，其利用光学反射原理将图像应设在前方玻璃上。其有效避免了驾驶员低头查看信息的动作，而改为平视。但其在风窗玻璃上实时显示的信息，在一定程度上会干扰驾驶员的注意力，无法实现车辆信息的按需显示。
现有技术的缺点：
1、传统组合仪表对设计空间要求高，对遮光、透光等要求高，其位置使得驾驶员不得不低头查看车辆信息，影响驾驶安全；
2、HUD技术在车辆行驶过程中实时在前风窗上显示导航等车辆信息，在一定程度上影响前方视野，不能实现按需显示，即驾驶员需要信息时显示出来，不需要时关闭显示；
3、手势控制使驾驶员的一只手和双眼都暂时性的离开正常驾驶位置，存在安全隐患；
4、随着自动驾驶技术的发展，自动驾驶场景的普及，驾驶员无需实时关注车辆的诸多信息，实时的信息显示成为非必要功能。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种汽车前风窗视觉控制系统，解决了在车辆行驶过程中驾驶员控制车辆功能或了解车辆信息时手离开方向盘或双眼视线偏离前方视野，存在安全隐患的问题，通过眼部识别和显示技术实现人眼对车辆功能的控制。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种汽车前风窗视觉控制系统，包括用于控制车辆各类电气功能的汽车主机、分别安装在汽车内的用于显示图像数字信息的前风窗显示屏和用于拍摄驾驶员双眼特征图像的若干摄像头以及分别与若干所述摄像头和所述前风窗显示屏相连接的控制单元，所述前风窗显示屏上设置有前风窗功能视窗，所述控制单元与安装在汽车内部的所述汽车主机相连，所述控制单元中通过人眼识别功能对所述摄像头采集的图像进行处理，然后通过预先经过大量机器学习建立的人眼数学模型进行视线求解，识别驾驶员双眼的视线并计算出双眼视焦点的空间位置，再通过预先建立好的所述前风窗显示屏和所述前风窗功能视窗的空间数学模型，高频率计算双眼视焦点的空间位置是否在所述前风窗功能视窗的空间区域内，同时结合双眼视焦点的停留时间判断驾驶员是否在注视所述前风窗功能视窗的某个功能命令图标，从而判断是否向所述前风窗显示屏发出显示对应信息的指令，最终实现视觉控制。
优选的，所述摄像头安装在汽车驾驶舱内的A柱、仪表板、顶棚前部或者其他便于对所述驾驶员双眼识别的位置。
优选的，所述摄像头为具有夜视功能的类红外摄像头，在白天和黑夜均能清晰的进行拍摄。
优选的，所述前风窗显示屏为可以显示图像信息的风窗玻璃，在显示图像数字信息时，所显示的图像信息为半透明图像，避免遮挡驾驶员前方视野；在不显示图像数字信息时为全透明风窗玻璃。
优选的，所述前风窗显示屏为内嵌显示屏功能的风窗玻璃或粘贴在风窗玻璃上的薄膜显示屏。
优选的，所述前风窗功能视窗为若干个具有汽车控制功能的视觉控制入口的引导图标，用于分类显示车辆的车速、转速、瞬时油耗等功能信息。
优选的，所述前风窗功能视窗设置在所述前风窗显示屏的下部边缘、所述前风窗显示屏的其他边缘黑区或在所述驾驶员双眼的视野范围内其它车内位置，所述前风窗功能视窗显示为图标或符号形式，其在车辆启动通电后为常显状态，驾驶员在驾驶车辆时，在前方视野内，视线可以轻易观看识别，且不会对驾驶员造成视线干扰。
优选的，所述控制单元为控制系统的核心计算处理单元，内部设有人眼识别技术和深度学习算法，负责视线识别和输出指令，通过人眼的眨眼或注视时间等控制所述前风窗显示屏的显示信息的关闭与功能选择。
本发明的有益技术效果：
1、本发明提供的汽车前风窗视觉控制系统，在驾驶员驾驶车辆过程中，驾驶员双眼不必偏离前方视野，双手也不必离开方向盘，保障驾驶安全。
2、本发明提供的汽车前风窗视觉控制系统，采用具有夜视功能的类红外摄像头，在白天和黑夜均能清晰的进行拍摄，并能通过控制单元快速计算。
3、本发明提供的汽车前风窗视觉控制系统，采用前风窗显示屏显示信息，此显示屏在不显示信息时为全透明状态，外观上与普通风挡玻璃没有差异，当显示信息时，所显示的图像信息为半透明，避免对驾驶员视野造成阻挡。
4、本发明提供的汽车前风窗视觉控制系统，采用前风窗功能视窗为车辆相关功能的引导图标，其尽量布置在前风窗边缘黑区等位置，在车辆驾驶中为常显状态，且不会对驾驶员造成视线干扰。
5、本发明提供的汽车前风窗视觉控制系统，结合眨眼或者注视时间进行功能控制、菜单选择，为一种新型视觉控制系统，可以增强人与汽车的交互性，在避免行驶中查找信息与功能操作的安全隐患的同时，快速的为驾驶员提供需求信息。
附图说明
图1为按照本发明的汽车前风窗视觉控制系统的一优选实施例的整体结构示意图；
图2为按照本发明的汽车前风窗视觉控制系统的一优选实施例的连接结构示意图。
图中：1-摄像头，2-前风窗显示屏，3-驾驶员双眼，4-前风窗功能视窗，5-控制单元，6-汽车主机。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例提供的汽车前风窗视觉控制系统，包括可以控制车辆各类电气功能的汽车主机6、分别安装在汽车内的用于显示图像数字信息的前风窗显示屏2和用于拍摄驾驶员双眼3特征图像的若干摄像头1以及分别与若干摄像头1和前风窗显示屏2相连接的控制单元5，前风窗显示屏2上设置有前风窗功能视窗4，前风窗显示屏2与前风窗功能视窗4相连，控制单元5与安装在汽车内部的汽车主机6相连，在驾驶员驾驶车辆过程中，驾驶员双眼不必偏离前方视野，双手也不必离开方向盘，保障驾驶安全。
在本实施例中，如图1所示，控制单元5中通过人眼识别功能对摄像头1采集的图像进行处理，然后通过预先经过大量机器学习建立的人眼数学模型进行视线求解，识别驾驶员双眼3的视线并计算出双眼视焦点的空间位置，再通过预先建立好的前风窗显示屏2和前风窗功能视窗4的空间数学模型，高频率计算双眼视焦点的空间位置是否在前风窗功能视窗4的空间区域内，同时结合双眼视焦点的停留时间判断驾驶员是否在注视前风窗功能视窗4的某个功能命令图标，或者观测驾驶员是否眨眼、眨眼的次数以及相邻两次眨眼之间的时间，从而判断是否向前风窗显示屏2发出显示对应信息的指令，最终实现视觉控制，此为一种新型视觉控制系统，由车辆供电，结合眨眼或者注视时间进行功能控制、菜单选择，增强人与汽车的交互性，在避免行驶中查找信息与功能操作的安全隐患的同时，快速的为驾驶员提供需求信息。
在本实施例中，如图1所示，摄像头1安装在汽车驾驶舱内的A柱、仪表板、顶棚前部或者其他便于对驾驶员双眼3识别的位置，能够全方位的观测驾驶员双眼3，且摄像头1为具有夜视功能的类红外摄像头，在白天和黑夜均能清晰的进行拍摄，避免光线暗淡观测不清楚。
在本实施例中，如图1所示，传统组合仪表对设计空间要求高，对遮光、透光等要求高，其位置使得驾驶员不得不低头查看车辆信息，影响驾驶安全，本实施例优选的前风窗显示屏2为可以显示图像信息的风窗玻璃，在显示图像数字信息时，所显示的图像信息为半透明图像，避免遮挡驾驶员前方视野；在不显示图像数字信息时为全透明风窗玻璃，前风窗显示屏2为内嵌显示屏功能的风窗玻璃或粘贴在风窗玻璃上的薄膜显示屏，避免驾驶员低头查看信息，杜绝危险驾驶。
在本实施例中，如图1所示，前风窗功能视窗4为若干个具有汽车控制功能的视觉控制入口的引导图标，用于分类显示车辆的车速、转速、瞬时油耗等功能信息，前风窗功能视窗4设置在前风窗显示屏2的下部边缘、前风窗显示屏2的其他边缘黑区或在驾驶员双眼3的视野范围内其它车内位置，前风窗功能视窗4显示为图标或符号形式，其在车辆启动通电后为常显状态，驾驶员在驾驶车辆时，在前方视野内，视线可以轻易观看识别，且不会对驾驶员造成视线干扰，本实施例优选的前风窗功能视窗4为图标或符号状态，也可以采用驾驶室内某一特征点为目标，由控制单元判断是否在注视此特征点，甚至可以预先定制一些头部动作、面部表情以及其他行为来作为控制单元输出命令的指标。
在本实施例中，如图1所示，控制单元5为控制系统的核心计算处理单元，内部设有人眼识别技术和深度学习算法，负责视线识别和输出指令，通过人眼的眨眼或注视时间等控制前风窗显示屏2的显示信息的关闭与功能选择。
如图1所示，本发明所述的汽车前风窗控制系统的开启与关闭过程如下：
驾驶员进入车辆，当车辆开启通电后，通过汽车主机6控制控制单元5开始工作，摄像头1开启摄像功能，前风窗功能视窗4点亮，可以实现视觉控制的功能，但部分信息因发动机未启动，此时无法显示；当驾驶员启动发动机后，可以实现所有功能的操作与信息显示；然后摄像头1全程检测驾驶员双眼3，控制单元5实时判断驾驶员注视的焦点和眨眼的动作，以判断是否输出命令，当驾驶员停车熄火断电后，通过汽车主机6控制控制单元5停止工作。
综上，在本实施例中，本实施例提供的汽车前风窗视觉控制系统，采用集成了视觉控制系统的汽车风挡玻璃，结合眨眼或者注视时间进行功能控制、菜单选择等，以增强人与汽车的交互性，在行驶中查找信息与功能操作的时候，能使驾驶员双眼不必偏离前方视野，双手也不必离开方向盘，保障驾驶安全，而且还能快速的为驾驶员提供需求信息。
需要说明的是，尽管本具体实施方式中较多地使用了摄像头1和前风窗显示屏2、驾驶员双眼3、前风窗功能视窗4、控制单元5、汽车主机6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，使用这些术语仅仅是为了方便地描述和解释本发明的技术方案，把他们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的，所述的汽车前风窗视觉控制系统，汽车仅作为具有前风窗的交通工具的场景之一，其同样适用于飞机、客车、动车等应用场景。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车前风窗视觉控制系统，其特征在于：包括可以控制车辆各类电气功能的汽车主机（6）、分别安装在汽车内的用于显示图像数字信息的前风窗显示屏（2）和用于拍摄驾驶员双眼（3）特征图像的若干摄像头（1）以及分别与若干所述摄像头（1）和所述前风窗显示屏（2）相连接的控制单元（5），所述前风窗显示屏（2）上设置有前风窗功能视窗（4），所述控制单元（5）与安装在汽车内部的所述汽车主机（6）相连，所述控制单元（5）中通过人眼识别功能对所述摄像头（1）采集的图像进行处理，然后通过预先经过大量机器学习建立的人眼数学模型进行视线求解，识别驾驶员双眼（3）的视线并计算出双眼视焦点的空间位置，再通过预先建立好的所述前风窗显示屏（2）和所述前风窗功能视窗（4）的空间数学模型，高频率计算双眼视焦点的空间位置是否在所述前风窗功能视窗（4）的空间区域内，同时结合双眼视焦点的停留时间判断驾驶员是否在注视所述前风窗功能视窗（4）的某个功能命令图标，从而判断是否向所述前风窗显示屏（2）发出显示对应信息的指令，最终实现视觉控制。
2.根据权利要求1所述的一种汽车前风窗视觉控制系统，其特征在于：所述摄像头（1）安装在汽车驾驶舱内的A柱、仪表板、顶棚前部或者其他便于对所述驾驶员双眼（3）识别的位置。
3.根据权利要求1所述的一种汽车前风窗视觉控制系统，其特征在于：所述摄像头（1）为具有夜视功能的类红外摄像头，在白天和黑夜均能清晰的进行拍摄。
4.根据权利要求1所述的一种汽车前风窗视觉控制系统，其特征在于：所述前风窗显示屏（2）为可以显示图像信息的风窗玻璃，在显示图像数字信息时，所显示的图像信息为半透明图像，避免遮挡驾驶员前方视野；在不显示图像数字信息时为全透明风窗玻璃。
5.根据权利要求1所述的一种汽车前风窗视觉控制系统，其特征在于：所述前风窗显示屏（2）为内嵌显示屏功能的风窗玻璃或粘贴在风窗玻璃上的薄膜显示屏。
6.根据权利要求1所述的一种汽车前风窗视觉控制系统，其特征在于：所述前风窗功能视窗（4）为若干个具有汽车控制功能的视觉控制入口的引导图标，用于分类显示车辆的车速、转速、瞬时油耗等功能信息。
7.根据权利要求1所述的一种汽车前风窗视觉控制系统，其特征在于：所述前风窗功能视窗（4）设置在所述前风窗显示屏（2）的下部边缘、所述前风窗显示屏（2）的其他边缘黑区或在所述驾驶员双眼（3）的视野范围内其它车内位置，所述前风窗功能视窗（4）显示为图标或符号形式，其在车辆启动通电后为常显状态，驾驶员在驾驶车辆时，在前方视野内，视线可以轻易观看识别，且不会对驾驶员造成视线干扰。
8.根据权利要求1所述的一种汽车前风窗视觉控制系统，其特征在于：所述控制单元（5）为控制系统的核心计算处理单元，内部设有人眼识别技术和深度学习算法，负责视线识别和输出指令，通过人眼的眨眼或注视时间等控制所述前风窗显示屏（2）的显示信息的关闭与功能选择。
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