CN112379524B - 一种图像生成结构、显示方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种图像生成结构、显示方法及装置，图像生成结构可以将需要显示的三维图像的像素产生的矢量光线折射至前风挡玻璃内表面，通过前风挡玻璃内表面的反射作用将矢量光线传送至驾驶员的左眼和右眼，从而在前风挡玻璃前方一定距离处产生三维像素，利用这些三维像素在空间中构造出虚拟的三维图像。所述图像生成结构、显示方法及装置能够在风挡玻璃前形成虚拟三维图像，使得虚拟图像与道路实景更好的融合，解决人眼在来回切换观看道路实景和二维显示图像时所产生的聚焦和辐辏调节冲突，避免人眼长时间观看所产生的视觉疲劳。

Description

一种图像生成结构、显示方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理技术，更具体的说，是涉及一种图像生成结构、显示方法及装置。

背景技术

HUD(Head Up Display，平视显示器)早期是运用在航空器上的飞行辅助仪器，后来被运用到汽车上。HUD可以使驾驶者减少低头看仪表的频率，从而降低由于驾驶者注意力中断而造成安全事故发生的可能性。

在HUD的汽车应用中，其成像原理是通过风挡、主反射镜和次反射镜的反射，使得图像生成器上的图像在车前若干米处形成虚像，人眼可以看到虚像位置处的车辆导航、仪表以及警示等信息，这个虚像是一个二维图像。但二维图像缺少深度信息，不符合人眼观看三维物体的视觉习惯。人眼在观看远近不同距离的物体时，眼球内睫状肌会调节晶状体的形状使物体的像聚焦到视网膜上，同时两个眼球在看近处物体时会向内转动，在看远处物体时会向外转动，这种效应叫做辐辏效应。而HUD产生的二维图像显示由于缺少深度信息，聚焦和辐辏会发生调节冲突，造成人眼的视觉疲劳，从而影响用户的使用体验。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种图像生成结构、显示方法及装置，以克服现有技术中由于HUD提供的虚拟图像为二维图像而导致的用户使用体验差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种图像生成结构，其特征在于，包括：

传播光线的多个透镜结构；

位于每个所述透镜结构下方的多个像素，每个像素能够产生竖直向上的光线，所述竖直向上的光线经过所述透镜结构后传播方向发生变化。

优选的，所述透镜结构为球面透镜、楔形棱镜、圆锥棱镜或四棱锥棱镜。

优选的，每个所述像素由垂直层叠的RGB三层竖直波导管组成，所述多个像素呈N行M列排列，其中N和M为正整数。

优选的，单个像素直径为5μm，像素之间的间隔为15μm。

优选的，每个透镜下设置9个像素。

一种显示方法，基于上述任一种所述的图像生成结构实现，包括：

获取车辆前方的道路信息；

确定驾驶员的眼睛位置，所述眼睛位置包括左眼位置和右眼位置；

基于导航信息确定需要显示的三维图像；

基于所述道路信息确定所述三维图像的显示位置；

基于所述眼睛位置点亮图像生成结构上的目标像素，以使得所述目标像素产生的光线经过所述图像生成结构的折射和前风挡玻璃的内表面的反射分别传输至所述左眼位置和所述右眼位置，使得驾驶员观看到所述前风挡玻璃前方对应所述显示位置处的三维图像。

优选的，所述方法还包括：

预先配置所述眼睛位置、三维图像的显示位置以及需要点亮的目标像素之间的第一对应关系。

优选的，所述获取车辆前方的道路信息，包括：

采用辅助驾驶系统ADAS摄像头获取车辆前方的道路信息；

所述确定驾驶员的眼睛位置，包括：

采用设置在主驾驶舱中的摄像头获取驾驶员的眼睛位置。

一种显示装置，基于上述任一种所述的图像生成结构实现，包括：

信息获取模块，用于获取车辆前方的道路信息；

位置确定模块，用于确定驾驶员的眼睛位置，所述眼睛位置包括左眼位置和右眼位置；

图像确定模块，用于基于导航信息确定需要显示的三维图像；

显示确定模块，用于基于所述道路信息确定所述三维图像的显示位置；

像素点亮模块，用于基于所述眼睛位置点亮图像生成结构上的目标像素，以使得所述目标像素产生的光线经过所述图像生成结构的折射和前风挡玻璃的内表面的反射分别传输至所述左眼位置和所述右眼位置，使得驾驶员观看到所述前风挡玻璃前方对应所述显示位置处的三维图像。

优选的，所述显示装置还包括：

信息预置模块，用于预先配置所述眼睛位置、三维图像的显示位置以及需要点亮的目标像素之间的第一对应关系。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例公开了一种图像生成结构、显示方法及装置，图像生成结构可以将需要显示的三维图像的像素产生的矢量光线折射至前风挡玻璃内表面，通过前风挡玻璃内表面的反射作用将矢量光线传送至驾驶员的左眼和右眼，从而在前风挡玻璃前方一定距离处产生三维像素，利用这些三维像素在空间中构造出虚拟的三维图像。所述图像生成结构、显示方法及装置能够在风挡玻璃前形成虚拟三维图像，使得虚拟图像与道路实景更好的融合，解决人眼在来回切换观看道路实景和二维显示图像时所产生的聚焦和辐辏调节冲突，避免人眼长时间观看所产生的视觉疲劳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种透镜阵列的示意图；

图2为图1中所示的球面图像生成结构的侧视图；

图3为本发明实施例公开的车载平视显示系统的实现原理示意图；

图4为本发明实施例公开的楔形棱镜阵列示意图；

图5为图4所示楔形棱镜的侧视图；

图6为本发明实施例公开的圆锥棱镜图像生成结构的示意图；

图7为本发明实施例公开的四棱锥棱镜图像生成结构的示意图；

图8为本发明实施例公开的一种显示方法的流程图；

图9为本发明实施例公开的一种显示装置的结构示意图。

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。

图1为本发明实施例公开的一种透镜阵列的示意图，图1中以9个球面透镜为例示出，图2为图1中所示球面图像生成结构的侧视图，即图像生成结构的侧视图，参见图1和图2所示，图像生成结构可以包括：

传播光线的多个透镜结构10；

位于所述透镜结构10下方的多个像素20，每个像素20能够产生竖直向上的光线，所述竖直向上的光线经过所述透镜结构10后传播方向发生变化。

其中，像素20为能够产生像素光线的结构，具体可以为RGB光线产生结构。

在实际应用中，多个透镜结构10及其下方的像素20共同形成的透镜阵列构成图像生成结构，如图1中，即为3*3的透镜阵列。

上述RGB光线产生结构，即RGB三层竖直波导管，一个透镜结构10下可以有多个RGB三层竖直波导管，每个所述像素20由垂直层叠的RGB三层竖直波导管组成，多个像素20呈N行M列排列，其中N和M为正整数。

在透镜阵列中，每个像素20都是由一个垂直层叠的RGB三层竖直波导管产生的，波导管21发出红色R光，波导管22发出绿色G光，波导管23发出蓝色B光。其中，单个像素20直径可以但不限制为5μm，像素20间隔可以但不限制为15μm。RGB三层竖直波导管将光耦合出发光层，产生竖直向上传播的光线，该光线通过透镜结构10时会改变传播方向。通过设计透镜结构10的曲面面型，可以获得不同传播方向的光线。图像生成结构上像素20的数量决定光线的数量，透镜结构10的曲面面型决定了光线的传播方向。

以一个球面透镜下有3*3＝9个像素20，即9个RGB三层竖直波导管为例，9个RGB三层波导管可竖直向上产生9个一样方向的光线，他们会经过透镜结构10，透镜结构10可改变光线的方向；基于折射定律，因为9个像素20的位置不一样，光线在球面透镜表面的入射点不一样，各个入射点的面型不一样，所以每个光线的折射方向都不一样，就产生了9个方向的光线。

由此，通过本申请实施例公开的图像生成结构，能够产生矢量光线，在透镜结构10面型固定的情况下，其下方固定位置的像素20的光线投射方向也是固定的，可以通过相应的设计，通过透镜结构10下方像素20的点亮控制，使得最终从透镜结构10上方射出的矢量光线朝向固定的方向。

图3为本发明实施例公开的车载平视显示系统的实现原理示意图，具体的，在将上述图像生成结构应用在车载平视显示装置的场景中，可以以车辆前轴中心为车载平视显示装置的坐标原点，图像生成结构上的像素A1的坐标为(x_A1，y_A1，z_A1)，其发出的光线经过透镜结构10折射后满足五维全光函数

其中

为极坐标系下该光线方向的角度。传播方向相同的入射光线，由于入射点在透镜结构10的曲面面型的位置不同，光线的入射角不同，光线的出射角不同，因此经过透镜结构10折射后光线传播方向不同。透镜结构10的面型满足扩展多项式

其中的r为归一化半径，通过改变表面曲率c、二次项系数k、多项式系数α_i可以获得不同的面型从而产生不同传播方向的光线。光线在前风挡内表面反射，其入射点为(x′_A1，y′_A1，z′_A1)，反射后出射光线满足五维全光函数

出射光线进入到人的左眼。图像生成结构上的像素A2的坐标为(x_A2，y_A2，z_A2)，其发出的光线经过透镜结构10折射后满足五维全光函数

光线在前风挡内表面反射，其入射点为(x′_A2，y′_A2，z′_A2)，反射后出射光线满足五维全光函数

出射光线进入到人的右眼。两个出射光线的五维全光函数在前风挡前空间的交点坐标(x，y，z)满足

即可确定人眼看到三维像素A的位置。同理，三维像素B及其它三维像素的产生原理同于三维像素A，这些三维像素在风挡前的空间位置不同，由这些三维像素构成三维图像，如图3中前风挡前方的四面体。

透镜结构10的面型设计根据所要显示三维图像的距离、水平视场角、垂直视场角和下视角来设计。为了便于生产及保证成品率，透镜阵列中的所有透镜结构10面型保持一致。

为了降低观看三维图像的马赛克效应，三维图像的分辨率要足够高，如透镜阵列上的像素20数量可达到1920×1080，则图2所示图像生成结构的数量相应的要达到640×360，一个透镜结构10下方的每个像素20经过透镜结构10产生的方向是不同的，每个透镜结构10下方设置9个像素20，可产生9组不同方向的光线。对于每组方向的光线，由于像素20位置的不同，光线的入射点在前风挡内表面的位置不同。由于前风挡内表面为自由曲面面型，因此反射光线的方向均不相同，可产生1920×1080个不同方向传播的光线。

图4为本发明实施例公开的楔形棱镜阵列示意图，图5为图4所示楔形棱镜的侧视图，结合图4和图5所示，透镜阵列由楔形棱镜和RGB三层竖直波导管阵列组成，本实施例中以4个楔形棱镜和4个RGB三层竖直波导管构成4个显示单元为例，可产生4个方向的光线。当然，其它个数和不同方向排布的楔形棱镜和RGB三层竖直波导管构成的显示单元也在本申请的保护范围之内。工作过程中，RGB三层竖直波导管将光耦合出发光层，产生竖直向上传播的光线，该光线通过楔形棱镜时会改变传播方向。通过设计楔形面的倾角和方向，可以获得不同传播方向的光线。楔形棱镜阵列中像素20的数量决定光线的数量，楔形棱镜的楔形面的倾角和方向决定了光线的传播方向。

为了降低观看三维图像的马赛克效应，三维图像的分辨率要足够高，如楔形棱镜阵列上的像素20的数量可达到1920×1080，楔形棱镜数量相应的要达到1920×1080。对于传播方向相同的光线，由于像素20的位置的不同，光线的入射点在前风挡内表面的位置不同。由于前风挡内表面为自由曲面面型，因此反射光线的方向均不相同，可产生1920×1080个不同方向传播的光线。

图6为本发明实施例公开的圆锥棱镜图像生成结构的示意图，参见图6所示，另一个实现中，圆锥棱镜图像生成结构由圆锥棱镜和RGB三层竖直波导管阵列组成，本实施例中1个圆锥棱镜和4个RGB三层竖直波导管可产生4个方向的光线。RGB三层竖直波导管将光耦合出发光层，产生竖直向上传播的光线，该光线通过圆锥棱镜时会改变传播方向。通过设计圆锥棱镜的圆锥面倾角，可以获得不同传播方向的光线。圆锥棱镜图像生成结构上像素20的数量决定光线的数量，圆锥面倾角决定了光线的传播方向。

为了降低观看三维图像的马赛克效应，三维图像的分辨率要足够高，如圆锥棱镜图像生成结构上的像素20的数量可达到1920×1080，圆锥棱镜数量相应的要达到960×540。

图7为本发明实施例公开的四棱锥棱镜图像生成结构的示意图，参见图7所示，另一个实现中，四棱锥棱镜图像生成结构由四棱锥棱镜和RGB三层竖直波导管阵列组成，本实施例中1个四棱锥棱镜和4个RGB三层竖直波导管可产生4个方向的光线。竖直波导管将光耦合出发光层，产生竖直向上传播的光线，该光线通过四棱锥棱镜将光线传播到不同的方向。通过设计四棱锥棱镜的锥面倾角，可以获得不同传播方向的光线。四棱锥棱镜图像生成结构上像素20的数量决定光线的数量，锥面倾角决定了光线的传播方向。

为了降低观看三维图像的马赛克效应，三维图像的分辨率要足够高，如四棱锥棱镜图像生成结构上的像素20的数量可达到1920×1080，四棱锥棱镜数量相应的要达到960×540。对于传播方向相同的光线，由于像素20位置的不同，光线的入射点在前风挡内表面的位置不同。由于前风挡内表面为自由曲面面型，因此反射光线的方向均不相同，可产生1920×1080个不同方向传播的光线。

传统的图像生成结构的单个像素RGB的子像素排布是水平排列方式，本申请的单个像素RGB的子像素采用了竖直排列方式，可以提高像素数量，在图形生成器同等显示面积的情况下，使得图像分辨率提高了3倍。例如，单个发光单元所占面积是2000平方微米，传统的发光单元是水平排布，其中需要水平分别设置红色发光单元、绿色发光单元和蓝色发光单元，以满足不同的像素颜色，则单个像素RGB占面积为6000平方微米；而本申请采用RGB三层竖直波导管进行像素点亮，由于三种颜色的发光单元由上而下重叠设置，且光线可通过波导管向上发出，因此，在2000平方微米的面积中，就可以实现单个像素任意颜色的点亮，在6000平方微米的面积中，可以设置三个像素，从而提升图像分辨率。

本申请实施例中，利用可产生矢量光线的图像生成结构在空间构造出的三维图像包含有深度信息，人眼在观看三维图像上不同位置处的三维像素时，会根据三维像素远近距离的不同调节人眼晶状体的聚焦程度。同时，为了使左眼和右眼聚焦到同一三维像素，左眼和右眼的辐辏也会同时调节。因此可以有效避免聚焦和辐辏的调节冲突，提升用户的使用舒适性。

图8为本发明实施例公开的一种显示方法的流程图，图8所示显示方法可基于上述实施例公开的图像生成结构实现，参见图8所示，显示方法可以包括：

步骤801：获取车辆前方的道路信息。

车辆前方的道路信息可首先通过摄像头获取车辆前方的道路图像，然后对获取的道路图像进行识别分析，以得到详细的道路信息，如前方是否为路口，前方车道线分布等。

步骤802：确定驾驶员的眼睛位置，所述眼睛位置包括左眼位置和右眼位置。

同理，驾驶员的眼睛位置可首先通过设置在车内的摄像头采集驾驶舱驾驶员头部位置的图像，然后对获取的图像进行识别分析，从而得到驾驶员的眼睛位置，包括左眼位置和右眼位置。

步骤803：基于导航信息确定需要显示的三维图像。

系统可结合车辆的当前定位和导航信息确定出车辆驾驶提示信息，如基于导航信息确定车辆需要在前方岔口右转，则需要显示“右转箭头”的三维图像，以实现后续虚拟三维图像“右转箭头”的输出。

步骤804：基于所述道路信息确定所述三维图像的显示位置。

通常情况下，车辆行驶的道路上会分有多个车道，沿用前述“右转箭头”的例子，需要控制“右转箭头”的三维虚拟图像在能够右转的车道内显示，而不应该在其他如直行车道或左转车道显示，因此需要基于道路信息确定三维图像的显示位置。

步骤805：基于所述眼睛位置点亮图像生成结构上的目标像素，以使得所述目标像素产生的光线经过所述图像生成结构的折射和前风挡玻璃的内表面的反射分别进入至所述左眼位置和所述右眼位置，使得驾驶员在所述前风挡玻璃前方对应所述显示位置的地方观看到所述三维图像。

由于需要显示的虚拟图像为三维图像，因此存在观看视角的问题，不同视角下观看到的虚拟图像不同，而由于眼睛位置可以决定视角信息，因此可以基于驾驶员的眼睛位置确定需要点亮的像素。

前面已经介绍到，不同视角下三维图像呈现的内容不同，因此，在确定驾驶员眼睛位置的前提下，需要确定与确定的眼睛位置对应的三维图像，对应确定需要呈现的目标像素，对于需要呈现的目标像素，可以控制将其点亮，而对于不需要呈现的其他像素，则不需要点亮。

本实施例所述显示方法，基于能够产生矢量光线的图像生成结构进行像素的传送，对于一个像素点，其一个光线经过风挡内表面的反射进入到人的左眼，另一个光线经过风挡内表面的反射进入到人的右眼。人眼认为光是沿直线传播的，这两条光线沿着传播路径反向相交于风挡前的一个虚像点，该虚像点即是一个三维像素。同理，图像生成结构上每两个像素的光线均会在风挡前产生一个三维像素，这些三维像素在风挡前的位置不同，所有这些三维像素便形成了一个三维图像。

本实施例所述显示方法能够在风挡玻璃前形成虚拟三维图像，使得虚拟图像与道路实景更好的融合，解决人眼在来回切换观看道路实景和二维显示图像时所产生的聚焦和辐辏调节冲突，避免人眼长时间观看所产生的视觉疲劳。

其他实现中，显示方法还可以包括：预先配置所述眼睛位置、三维图像的显示位置以及需要点亮的目标像素之间的第一对应关系。这样，在确定了驾驶员的眼睛位置后，可直接确定与其对应的三维图像的显示位置以及需要点亮的目标像素。例如，第一眼睛位置对应的三维图像中包含“第一眼睛位置直行箭头、第一眼睛位置左转箭头、第一眼睛位置右转箭头、目的地标识……”，若根据导航信息确定应当显示左转箭头，确定驾驶员的眼睛位置处于第一眼睛位置，则可以直接将“第一眼睛位置左转箭头”对应像素确定为目标像素。

其他实现中，显示方法还可以包括：预先标定像素位置与左眼位置和/或右眼位置的第二对应关系，以便于根据确定的左眼位置、右眼位置以及所述第二对应关系，确定对应需要点亮的像素位置，使得位于所述像素位置的目标像素在点亮后能够通过图像生成结构的折射和前风挡玻璃内表面的反射达到所述左眼位置或右眼位置。

由于图像生成结构下不同位置的像素光线最终会向不同的方向传送，而本申请需要保证将像素光线传送至左眼位置和右眼位置，因此需要预先标定那个位置的像素光线可以传送至左眼位置和右眼位置，这样在确定了目标像素和驾驶员的眼睛位置后，可以直接控制在相应位置点亮目标像素，使一路像素光线通过图像生成结构的折射和前风挡内表面的反射传送至驾驶员的左眼，另一路像素光线通过图像生成结构的折射和前风挡内表面的反射传送至驾驶员的右眼。

上述实施例中，所述获取车辆前方的道路信息，可以包括：

采用辅助驾驶系统ADAS的摄像头获取车辆前方的道路信息。

所述确定驾驶员的眼睛位置，可以包括：

采用设置在主驾驶舱中的摄像头获取并确定驾驶员的眼睛位置。采集驾驶员眼睛的摄像头可以设置在主驾驶舱中位于驾驶员头部斜上方的位置。

具体实现中，三维图像的内容可以包括如导航箭头、碰撞预警图标和车道偏离警示线等，以显示导航箭头为例，根据人眼在眼盒(一个虚拟不可见的范围)内不同位置，来设计人眼从不同角度看到导航箭头的三维图像，如眼盒大小为130mm×50mm，以水平方向和竖直方向每隔5mm设定一个观看视角为例，间隔越小设定的观看视角越多，随着眼睛在眼盒内的移动，导航箭头的三维图像画面过度越自然，越接近真实的观看效果。那么眼盒内一共有297个观看视角，所以需要设计从297个观看视角看到的297个导航箭头的三维图像。因为每一个三维图像是由若干个三维像素构成，如100个，三维像素的个数越多，导航箭头三维图像的画面越细腻。

人在眼盒内某一位置观看导航箭头的三维图像时，根据该三维图像的空间位置选取若干三维像素构造该观看视角下所看到的三维图像，确定此三维像素是由哪两个像素发光形成的，对应点亮图像生成结构上的像素。当人眼在眼盒内移动到其它位置时，则要熄灭当前已点亮的像素，根据新的眼点位置和三维图像的空间位置选取若干三维像素构造该观看视角下所看到的三维图像，点亮图像生成结构上对应的像素，以确保人眼在眼盒内移动到不同的位置可以看到导航箭头不同视角下的三维图像。此过程可通过预先标定的方式实现。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

上述本发明公开的实施例中详细描述了方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了一种装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。

图9为本发明实施例公开的一种显示装置的结构示意图，图9所示显示装置可基于前述实施例中任意一种图像生成结构实现，参见图9所示，显示装置90可以包括：

信息获取模块901，用于获取车辆前方的道路信息。

位置确定模块902，用于确定驾驶员的眼睛位置，所述眼睛位置包括左眼位置和右眼位置。

图像确定模块903，用于基于导航信息确定需要显示的三维图像。

显示确定模块904，用于基于所述道路信息确定所述三维图像的显示位置。

像素点亮模块905，用于基于所述眼睛位置点亮图像生成结构上的目标像素，以使得所述目标像素产生的光线经过所述图像生成结构的折射和前风挡玻璃的内表面的反射分别进入至所述左眼位置和所述右眼位置，使得驾驶员在所述前风挡玻璃前方对应所述显示位置的地方观看到所述三维图像。

本实施例所述显示装置能够在风挡玻璃前形成虚拟三维图像，使得虚拟图像与道路实景更好的融合，解决人眼在来回切换观看道路实景和二维显示图像时所产生的聚焦和辐辏调节冲突，避免人眼长时间观看所产生的视觉疲劳。

其他实现中，显示装置还可以包括：信息预置模块，用于预先配置所述眼睛位置、三维图像的显示位置以及需要点亮的目标像素之间的第一对应关系。

其他实现中，信息预置模块还可以用于：预先标定像素位置与左眼位置和/或右眼位置的第二对应关系，以便于根据确定的左眼位置、右眼位置以及所述第二对应关系，确定对应需要点亮的像素位置，使得位于所述像素位置的目标像素在点亮后能够通过图像生成结构的折射和前风挡玻璃内表面的反射达到所述左眼位置或右眼位置。

上述显示装置及其各个模块的具体实现可参见方法实施例中相关部分的内容介绍，在此不再重复赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种图像生成结构，其特征在于，包括：

传播光线的多个透镜结构；

位于每个所述透镜结构下方的9个像素，每个像素能够产生竖直向上的光线，所述竖直向上的光线经过所述透镜结构后传播方向发生变化，

其中，所述透镜结构的曲面面型决定了光线的传播方向，在所述透镜结构面型固定的情况下，其下方固定位置的像素的光线投射方向也固定，通过所述透镜结构下方像素的点亮控制，使得最终从所述透镜结构上方射出的矢量光线朝向固定的方向，所有所述透镜结构面型保持一致；

所述图像生成结构上的像素A1的坐标为(x_A1，y_A1，z_A1)，其发出的光线经过所述透镜结构折射后满足五维全光函数

其中

为极坐标系下该光线方向的角度，

所述透镜结构的面型满足扩展多项式

其中，r为归一化半径，通过改变表面曲率c、二次项系数k、多项式系数α_i可以获得不同的面型从而产生不同传播方向的光线，

光线在前风挡内表面反射，其入射点为(x′_A1，y′_A1，z′_A1)，反射后出射光线满足五维全光函数

出射光线进入到人的左眼；

所述图像生成结构上的像素A2的坐标为(x_A2，y_A2，z_A2)，其发出的光线经过所述透镜结构折射后满足五维全光函数

光线在前风挡内表面反射，其入射点为(x′_A2，y′_A2，z′_A2)，反射后出射光线满足五维全光函数

出射光线进入到人的右眼；

两个出射光线的五维全光函数在前风挡前空间的交点坐标(x，y，z)满足

以确定人眼看到三维像素的位置。

2.根据所述权利要求1所述的图像生成结构，其特征在于，所述透镜结构为球面透镜、楔形棱镜、圆锥棱镜或四棱锥棱镜。

3.根据权利要求1所述的图像生成结构，其特征在于，每个所述像素由垂直层叠的RGB三层竖直波导管组成，所述多个像素呈N行M列排列，其中N和M为正整数。

4.根据权利要求1所述的图像生成结构，其特征在于，单个像素直径为5μm，像素之间的间隔为15μm。

5.一种显示方法，基于权利要求1-4任一项所述的图像生成结构实现，其特征在于，包括：

获取车辆前方的道路信息；

确定驾驶员的眼睛位置，所述眼睛位置包括左眼位置和右眼位置；

基于导航信息确定需要显示的三维图像；

基于所述道路信息确定所述三维图像的显示位置；

基于所述眼睛位置点亮图像生成结构上的目标像素，以使得所述目标像素产生的光线经过所述图像生成结构的折射和前风挡玻璃的内表面的反射分别传输至所述左眼位置和所述右眼位置，使得驾驶员观看到所述前风挡玻璃前方对应所述显示位置处的三维图像。

6.根据权利要求5所述的显示方法，其特征在于，还包括：

预先配置所述眼睛位置、三维图像的显示位置以及需要点亮的目标像素之间的第一对应关系。

7.根据权利要求5所述的显示方法，其特征在于，所述获取车辆前方的道路信息，包括：

采用辅助驾驶系统ADAS摄像头获取车辆前方的道路信息；

所述确定驾驶员的眼睛位置，包括：

采用设置在主驾驶舱中的摄像头获取驾驶员的眼睛位置。

8.一种显示装置，基于权利要求1-4任一项所述的图像生成结构实现，其特征在于，包括：

信息获取模块，用于获取车辆前方的道路信息；

位置确定模块，用于确定驾驶员的眼睛位置，所述眼睛位置包括左眼位置和右眼位置；

图像确定模块，用于基于导航信息确定需要显示的三维图像；

显示确定模块，用于基于所述道路信息确定所述三维图像的显示位置；

像素点亮模块，用于基于所述眼睛位置点亮图像生成结构上的目标像素，以使得所述目标像素产生的光线经过所述图像生成结构的折射和前风挡玻璃的内表面的反射分别传输至所述左眼位置和所述右眼位置，使得驾驶员观看到所述前风挡玻璃前方对应所述显示位置处的三维图像。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，还包括：

信息预置模块，用于预先配置所述眼睛位置、三维图像的显示位置以及需要点亮的目标像素之间的第一对应关系。

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