CN111258063A - Hud环境光信号与pwm占空比转化方法、终端设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种HUD环境光信号与PWM占空比转化方法、终端设备及存储介质，该方法通过下述公式将环境光检测设备接收到的环境光的数字信号ad值转换化为显示器的PWM占空比P：
其中，函数T为已知函数，通过环境光检测设备的规格书获得，ηr为成像背景的反射系数，k为保护罩的透光效率，ηl为光路效率，Ltmax为显示器背光亮度的最大值。本发明在HUD产品的硬件、结构、光路之中的某些因素发生变化而影响到屏幕显示亮度的时候，只需对模型中与修改部分相关的参数进行修改就可以正常的适配到修改后的设备，节约了大量的时间和人力，从而提高了产品的研发效率。
Description
技术领域
本发明涉及抬头显示器技术领域，尤其涉及一种HUD环境光信号与PWM占空比转化方法、终端设备及存储介质。
背景技术
当前市面上的HUD(抬头显示器)背光亮度自动调节的基本步骤有以下4点：
1.通过环境光传感器采集环境光强度。
2.将光强度转换为数字信号。
3.将数字信号转换成屏幕背光的PWM占空比。
4.将PWM占空比转换为屏幕背光的电压信号。
针对步骤3，目前普遍的做法是在由亮到暗或由暗到亮渐变环境光的亮度的情况下将获取到的数字信号值与适合的PWM占空比一一标定后得到N组数据再拟合成函数。普遍的标定拟合过程大致如下：
1.在变化的光环境中(在自然环境中或者在光环境模拟室)进行实验。
2.在设备正常点亮的情况下手动调节PWM占空比使得呈现的虚像亮度合适。
3.记录下当下的数字信号值和PWM占空比为一组数据。
4.改变光环境的亮度，重复2、3步骤，采集多组数据。
5.将采集到的数据进行拟合得到一个或多个函数，使数字信号带入函数中可计算出所需的PWM占空比。
由于很多参数的变化，如TFT屏的最高亮度值、光路效率、路面的反射系数、透光罩的透光率、所使用的光感芯片型号等等，均会对数字信号与PWM占空比标定及拟合结果产生影响，因此，当其中的某个参数发生改变则可能导致拟合后的函数不准确，需要重新再标定拟合，这就需要重复花费大量的时间以及人力成本。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种HUD环境光信号与PWM占空比转化方法、终端设备及存储介质，针对不同的影响因素只需调节一些参数即可适配修改后的设备，不需要全部重新标定及拟合函数。
具体方案如下：
一种HUD环境光信号与PWM占空比转化方法，该方法通过下述公式将环境光检测设备接收到的环境光的数字信号ad值转换化为显示器的PWM占空比P：
其中，函数T为已知函数，通过环境光检测设备的规格书获得，ηr为成像背景的反射系数，k为保护罩的透光效率，ηl为光路效率，Ltmax为显示器背光亮度的最大值，函数Y(x)的标定方法如下：
S601：正常放置带有保护罩的环境光检测设备的样机，将成像投影在已知反射系数ηr的成像背景上；
S602：手动调节PWM占空比，使成像亮度由亮到暗或由暗到亮渐变，并记录下每个成像亮度对应的数据组，所述数据组包括环境光检测设备的数字信号ad值和PWM占空比；
S603：将上述数字信号ad值转换为成像位置亮度值Lp；
S604：将上述PWM占空比转换为成像应有亮度值Limg；
S605：以每个亮度对应的转换后的成像位置亮度值Lp为输入，成像应有亮度值Limg为输出，将所有数据组拟合成函数Y(x)；
进一步的，步骤S200中保护罩的透光效率k的标定方法为：
S201：将有保护罩的环境光检测设备和无保护罩的环境光检测设备放置在同一位置且同一方向；
S202：设定有保护罩的环境光检测设备读取到的值记为K1，无保护罩的环境光检测设备读取到的值记为K2，将环境光的亮度由亮到暗渐变或由暗到亮渐变调整，并记录下每个环境光的亮度对应的数据组，每个数据组包括K1和K2；
S203：设定记录的数据组为n组，则透光效率k的计算公式为：
进一步的，步骤S603的具体过程包括：
S100：将环境光检测设备接收到的环境光的数字信号ad值转化为该设备内部的照度值Lxi；
S200：根据设备内部的照度值Lxi和保护罩的透光效率k计算设备外部的照度值Lxo，即：Lxo＝Lxi/k；
S300：根据设备外部的照度值Lxo计算成像位置的照度值Lxp，即：Lxo＝Lxp；
S400：根据成像位置的照度值Lxp计算成像位置光出射度RLxp，即：RLxp＝ηrLxp，ηr为成像背景的反射系数；
S500：根据成像位置光出射度RLxp计算成像位置亮度值Lp，即：
Lp＝RLxp/π
进一步的，步骤S604中使用的公式为：Lt＝Limg/ηl，P＝Lt/Ltmax。
进一步的，步骤S605中的拟合使用的公式为：
Y(x)＝axb+cxd+e,a、b、c、d、e为常量。
一种HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。
本发明采用如上技术方案，并具有有益效果：当HUD产品的硬件、结构、光路之中的某些因素发生变化而影响到屏幕显示亮度的时候，只需对模型中与修改部分相关的参数进行修改就可以正常的适配到修改后的设备，节约了大量的时间和人力，从而提高了产品的研发效率。
附图说明
图1所示为本发明实施例一的流程图。
图2所示为该实施例的光路示意图。
图3所示为该实施例中HUD的元器件侧面结构示意图。
图4所示为该实施例中HUD的元器件正面结构示意图。
图5所示为该实施例中Lp与Limg数据在亮环境下的关系图。
图6所示为该实施例中Lp与Limg数据在暗环境下的关系图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例一提供了一种HUD亮度自动调节的标定及建模方法，本实施例中涉及的HUD元器件结构图及整体光路图如图2～4所示，主要有包括：环境光传感器1，光传感器保护罩2，TFT显示屏3，反射镜片4和成像镜片5。
本方法包括以下步骤：
S100：通过环境光传感器的数字信号ad计算设备内部的照度值Lxi。
所述环境光传感器可以为多种检测环境光的设备，现有的环境光传感器的规格说明书均会提供该转换公式T(x)，因此通过已知的转换公式T(x)计算设备内部的照度值Lxi，即Lxi＝T(ad)。
S200：根据设备内部的照度值Lxi和保护罩的透光效率k计算设备外部的照度值Lxo。
影响设备内和设备外的照度差值的主要因素是保护罩的透光效率，所以只需标定保护罩的透光效率k值则可计算设备外部的照度值Lxo。
即：Lxo＝Lxi/k，其中k值的标定方法如下：
(1)：将有保护罩的环境光传感器和无保护罩的环境光传感器放置在同一位置且同一方向。
(2)：设定有保护罩的环境光传感器读取到的值记为K1，无保护罩的环境光传感器读取到的值记为K2，记录下K1和K2的数值作为一组数据。
(3)：将环境光的亮度由亮到暗渐变或由暗到亮渐变调整，执行步骤(2)。
(4)：重复步骤2和步骤3使数据样本尽量多，尽量覆盖所有明暗场景。
(5)：通过记录的n组数据计算透光效率k，计算公式为：
S300：根据设备外部的照度值Lxo计算成像位置的照度值Lxp。
由于室外的光线为平行光，排除遮挡等特殊情况可认为环境照度均匀分布。那么即可认为设备外部的照度值与成像位置的照度值相等。
即：Lxo＝Lxp。
S400：根据成像位置的照度值Lxp计算成像位置光出射度RLxp。
由于成像位置属于因反射而发光的二次发光表面，则可根据现有的光学公式计算出RLxp。
即：RLxp＝ηrLxp，ηr为被照面的反射系数，即成像背景的反射系数，在汽车的正常行驶过程中，通常成像背景为路面。
S500：根据成像位置光出射度RLxp计算成像位置亮度值Lp。
由于自然环境下的路面反射为复杂反射，但因为复杂反射无法进行计算，所以在该实施例中简化看作是完全扩散的理想漫反射面，则可根据光学公式计算出Lp。
即：Lp＝RLxp/π，π取3.14。
S600：根据成像位置亮度值Lp计算成像应有亮度值Limg。
成像应有亮度值Limg可由标定拟合出的函数Y(x)带入成像位亮度值Lp计算得出。
即：Limg＝Y(Lp)。
函数Y(x)的标定和拟合方法如下：
函数Y(x)的作用是通过带入成像位置亮度值Lp进行计算得到亮度合适的成像应有亮度值Limg。
标定方法：
(1)：正常放置带有保护罩的环境光传感器的样机，通电后启动并将成像投影在已知反射系数ηr的成像背景上，如将已知反射系数的幕布设置于图2所示的HUD成像显示区处。
(2)：通过人眼查看成像亮度并通过手动调节PWM占空比将成像亮度调节到一个合适的程度，记录下当下时刻环境光传感器获取到的数字信号ad值和手动调节到合适亮度的PWM占空比，这为一组数据。
(3)：将环境光的亮度由亮到暗渐变或由暗到亮渐变调整，执行步骤(2)。
(4)：重复步骤(2)和(3)，使数据样本尽量多，覆盖所有明暗场景。
(5)：采集N组数字信号ad值和PWM占空比。
(6)：通过步骤S100-S500，将N组ad值转换为N组成像位置亮度值Lp。
(7)：通过公式：P＝Lt/Ltmax和Lt＝Limg/ηl，其中，P为PWM占空比，Ltmax为背光亮度的最大值，ηl为光路效率，将上述PWM占空比转换为成像应有亮度值Limg。
(8)：对N组成像位置亮度值Lp和N组成像应有亮度值Limg数据进行拟合成函数Y(x)。
拟合方法：
以成像位置亮度值Lp为横坐标，成像应有亮度值Limg为纵坐标进行作图，得到图5和图6。
观察图5可发现在较亮环境下曲线几乎呈线性增长，观察图6可发现在较暗环境下与系数小于1的幂函数曲线较为相近，这也符合人眼明暗视觉特性。
使用幂函数形式的公式对该N组数据进行拟合得到函数Y(x)，公式的形式为：
Y(x)＝axb+cxd+e,a、b、c、d、e为常量。
S700：通过公式：Lt＝Limg/ηl，其中ηl为亮度转换效率即光路效率，将成像应有亮度值Limg转换为背光应有亮度值Lt。
呈现的虚像是由显示屏的投影经过反射镜片反射到成像镜片上进行成像的结果，其中的亮度转换效率即为光路效率ηl，为虚像亮度和显示屏亮度的比值。光路效率在光路设计的时候就能计算得到，是一个已知值。
S800：通过公式：P＝Lt/Ltmax，其中Ltmax为背光亮度的最大值，将背光应有亮度值Lt转换为PWM占空比P。
TFT屏的亮度值由PWM占空比转换为电信号来控制的，且TFT屏的亮度值与PWM占空比成正比关系。
综合上述8个步骤，可以得出从环境光传感器获得的数字信号ad到PWM占空比的推导公式为：
其中，函数T为已知函数由环境光传感器规格书获得，函数Y经标定拟合后为已知函数，ηr为已知系数即常规路面的反射比，π取3.14，k经标定后为已知常量，ηl为已知光路效率，Ltmax为已知显示器背光亮度的最大值。
由于在HUD产品的研发过程当中硬件、结构、光路都有可能发生改变，这些改变都有可能对从环境光传感器采集到计算出合适的PWM占空比这一过程的准确性产生影响，从而影响屏幕显示的亮度。
应用方法举例：
1.假如保护罩的透光效率或者环境光传感器的位置发生变化，解决方法如下：
环境光传感器的位置变化最终影响的结果依然是内外的照度值差距，可归纳到透光效率产生的影响。可通过重新标定保护罩的透光效率得到k值，修改原有模型中的k值即可适配新的改变。
2.假如光学元器件发生修改导致光路效率发生变化，可直接修改原有模型中的光路效率ηl即可适配新的改变。
3.假如显示屏进行更换导致显示屏的最高亮度值发生变化，可直接修改原有模型中的背光最大亮度值Ltmax即可适配新的改变。
4.假如光感芯片进行更换不同型号，可根据相应规格书的说明修改函数T(x)即可适配新的改变。
假如没有使用本实施例的方法建模，当HUD产品的硬件、结构、光路之中的某些因素发生变化而影响到屏幕显示亮度的时候，为了保证产品最佳的视觉体验，在适当的环境光强度下屏幕能自动调节到最适合的亮度，就避免不了要重新标定拟合环境光传感器获取到的数字信号值与PWM占空比之间的关系。每次修改都需要重新标定拟合，耗费了大量时间和人力成本。
假如使用了本实施例的方法进行建模，当HUD产品的硬件、结构、光路之中的某些因素发生变化而影响到屏幕显示亮度的时候，只需对模型中与修改部分相关的参数进行修改就可以正常的适配到修改后的设备，节约了大量的时间和人力，从而提高了产品的研发效率。
实施例二：
本发明还提供一种HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例一的上述方法实施例中的步骤。
进一步地，作为一个可执行方案，所述HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备可以是车载电脑等计算设备。所述HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备的组成结构仅仅是HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备的示例，并不构成对HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备的限定，可以包括比上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等，本发明实施例对此不做限定。
进一步地，作为一个可执行方案，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart MediaCard,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例上述方法的步骤。
所述HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)以及软件分发介质等。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种HUD环境光信号与PWM占空比转化方法，其特征在于，该方法通过下述公式将环境光检测设备接收到的环境光的数字信号ad值转换化为显示器的PWM占空比P：
其中，函数T为已知函数，通过环境光检测设备的规格书获得，ηr为成像背景的反射系数，k为保护罩的透光效率，ηl为光路效率，Ltmax为显示器背光亮度的最大值，函数Y(x)的标定方法如下：
S601：正常放置带有保护罩的环境光检测设备的样机，将成像投影在已知反射系数ηr的成像背景上；
S602：手动调节PWM占空比，使成像亮度由亮到暗或由暗到亮渐变，并记录下每个成像亮度对应的数据组，所述数据组包括环境光检测设备的数字信号ad值和PWM占空比；
S603：将上述数字信号ad值转换为成像位置亮度值Lp；
S604：将上述PWM占空比转换为成像应有亮度值Limg；
S605：以每个亮度对应的转换后的成像位置亮度值Lp为输入，成像应有亮度值Limg为输出，将所有数据组拟合成函数Y(x)。
2.根据权利要求1所述的HUD环境光信号与PWM占空比转化方法，其特征在于：步骤S200中保护罩的透光效率k的标定方法为：
S201：将有保护罩的环境光检测设备和无保护罩的环境光检测设备放置在同一位置且同一方向；
S202：设定有保护罩的环境光检测设备读取到的值记为K1，无保护罩的环境光检测设备读取到的值记为K2，将环境光的亮度由亮到暗渐变或由暗到亮渐变调整，并记录下每个环境光的亮度对应的数据组，每个数据组包括K1和K2；
S203：设定记录的数据组为n组，则透光效率k的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的HUD环境光信号与PWM占空比转化方法，其特征在于：步骤S603的具体过程包括：
S100：将环境光检测设备接收到的环境光的数字信号ad值转化为该设备内部的照度值Lxi；
S200：根据设备内部的照度值Lxi和保护罩的透光效率k计算设备外部的照度值Lxo，即：Lxo＝Lxi/k；
S300：根据设备外部的照度值Lxo计算成像位置的照度值Lxp，即：Lxo＝Lxp；
S400：根据成像位置的照度值Lxp计算成像位置光出射度RLxp，即：RLxp＝ηrLxp，ηr为成像背景的反射系数；
S500：根据成像位置光出射度RLxp计算成像位置亮度值Lp，即：
Lp＝RLxp/π。
4.根据权利要求1所述的HUD环境光信号与PWM占空比转化方法，其特征在于：步骤S604中使用的公式为：Lt＝Limg/ηl，P＝Lt/Ltmax。
5.根据权利要求1所述的HUD环境光信号与PWM占空比转化方法，其特征在于：步骤S605中的拟合使用的公式为：
Y(x)＝axb+cxd+e,a、b、c、d、e为常量。
6.一种HUD环境光信号与PWM占空比转化终端设备，其特征在于：包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5中任一所述方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述方法的步骤。
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