CN113119863B - 一种全车窗成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全车窗成像系统，设置的HUD中的光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配，使得所述HUD的图像生成设备发出的光线呈现出的图像能够覆盖所述挡风玻璃的可视区域，由于HUD中光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配，使得HUD发出的光线能够展示一个覆盖所述挡风玻璃的可视区域的图像，达到了能够在挡风玻璃的可视区域内显示大尺寸图像的目的，从而扩大了HUD的图像范围，可以通过HUD显示更加丰富的内容。

Description

一种全车窗成像系统
技术领域
本发明涉及抬头显示(head up display，HUD)技术领域，具体而言，涉及一种全车窗成像系统。
背景技术
目前，随着汽车智能化、车联网、自动驾驶等技术的不断发展，移动车载终端接收到的信息及扩展的各类应用层出不穷，人们对将汽车内所有显示屏联通，灵活显示各类信息的需求越来越大，但驾驶员在进行相关操作时视线容易偏离，有潜在的安全风险。
而HUD技术可以避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘或其他显示屏所导致的分心，提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验，近些年正受到越来越多的关注，在车载智能显示方面拥有巨大的应用潜力。
然而，基于自由曲面反射镜的传统HUD的视场角(FOV，Field of View)较小，导致HUD画像的显示尺寸很小，无法显示更加丰富的内容，降低了HUD的使用体验。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种全车窗成像系统。
第一方面，本发明实施例提供了一种全车窗成像系统，用于车辆，包括：挡风玻璃、信息采集设备、抬头显示设备HUD和电子控制单元ECU；
所述信息采集设备和HUD分别与所述ECU连接；
所述信息采集设备，安装在所述车辆上，用于采集所述车辆的行驶信息，并将采集的行驶信息发送给所述ECU；
所述HUD包括：图像生成设备和光线控制单元；所述图像生成设备安装在所述车辆内，所述光线控制单元，排布设置在所述车辆的中控台与所述挡风玻璃相对的表面上；所述光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配；
所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来；
其中，所述光线控制单元，用于改变所述图像生成设备发出光线的出射方向，使得所述光线在经过所述挡风玻璃反射后入射到眼盒区域中。
本发明实施例上述第一方面提供的方案中，设置的HUD中的光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配，使得所述HUD的图像生成设备发出的光线呈现出的图像能够覆盖所述挡风玻璃的可视区域，与相关技术中基于自由曲面反射镜、FOV较小的传统HUD相比，由于HUD中光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配，使得HUD发出的光线能够展示一个覆盖所述挡风玻璃的可视区域的图像，达到了能够在挡风玻璃的可视区域内显示大尺寸图像的目的，从而扩大了HUD的图像范围，可以通过HUD显示更加丰富的内容，提高了HUD的使用体验。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
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1a示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD显示图像的示意图一；
图1b示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD显示图像的示意图二；
图2示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD的结构示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD中光线控制单元的结构示意图；
图4a示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD中回射元件的第一种实现方式的结构示意图；
图4b示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD中回射元件的第二种实现方式的结构示意图；
图4c示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD中回射元件的第三种实现方式的结构示意图；
图4d示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD中回射元件的第四种实现方式的结构示意图；
图5示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，采用矩形方式排列的光线控制单元的示意图；
图6示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，采用按照第一畸变形态排布的光线控制单元的示意图；
图7示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，ECU控制HUD展示泊车辅助示意图的流程图；
图8示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD展示的泊车辅助示意图；
图9示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，ECU控制HUD展示泊车辅助示意图的流程图；
图10示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD展示跟踪车辆的示意图；
图11示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，ECU控制HUD展示操作建议信息的流程图；
图12示出了本发明实施例所提供的一种全车窗成像系统中，HUD展示操作建议信息的示意图。
具体实施方式
目前，随着汽车智能化、车联网、自动驾驶等技术的不断发展，移动车载终端接收到的信息及扩展的各类应用层出不穷，人们对将汽车内所有显示屏联通，灵活显示各类信息的需求越来越大，但驾驶员在进行相关操作时视线容易偏离，有潜在的安全风险。
而HUD技术可以避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘或其他显示屏所导致的分心，提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验，近些年正受到越来越多的关注，在车载智能显示方面拥有巨大的应用潜力。然而，基于自由曲面反射镜的传统HUD的FOV较小，导致HUD画像的显示尺寸很小，无法显示更加丰富的内容，降低了HUD的使用体验。基于此，本申请实施例提出一种全车窗成像系统，设置的HUD中的光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配，使得所述HUD的图像生成设备发出的光线呈现出的图像能够覆盖所述挡风玻璃的可视区域，扩大了HUD的图像范围，达到了能够在挡风玻璃的可视区域内显示大尺寸图像的目的，可以通过HUD显示更加丰富的内容，提高了HUD的使用体验。
参见图1a和图1b所示的HUD显示图像的示意图，所述覆盖所述挡风玻璃的可视区域的图像，可以是指全部覆盖挡风玻璃中全部可视区域的图像，也可以是部分覆盖挡风玻璃中全部可视区域的图像。
在本实施例中，所述图像，是虚像，呈现在挡风玻璃远离观察者的一侧。
术语“覆盖”是指：观察者能够通过眼盒区域在挡风玻璃位置处看到与挡风玻璃的可视区域等大或者比可视区域略小的图像；从观察者的角度出发感觉图像是在挡风玻璃上呈现出来的，并不是指图像真正呈现在挡风玻璃上。
所述挡风玻璃，可以采用现有的任何形状的车辆挡风玻璃进行HUD图像的展示，这里不再赘述。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。
实施例
本实施例提出一种全车窗成像系统，用于车辆，包括：挡风玻璃、信息采集设备、HUD和ECU。
所述信息采集设备和HUD分别与所述ECU连接。
所述信息采集设备，安装在所述车辆上，用于采集所述车辆的行驶信息，并将采集的行驶信息发送给所述ECU。
所述HUD包括：图像生成设备和光线控制单元；所述图像生成设备安装在所述车辆内，所述光线控制单元，排布设置在所述车辆的中控台与所述挡风玻璃相对的表面上；所述光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配。
所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来；
其中，所述光线控制单元，用于改变所述图像生成设备发出光线的出射方向，使得所述光线在经过所述挡风玻璃反射后入射到眼盒区域中。
所述图像生成设备，可以采用投影设备，所述投影设备具体为可以投射图像的设备或视频投射的设备，具体可采用CRT(Cathode Ray Tube)投影，LCD(liquid crystaldisplay)投影，DLP(Digital Light Procession)投影、LCOS(Liquid Crystal onSilicon)、激光投影等不同类型。
所述信息采集设备，包括但不限于：安装在车辆上的传感器、导航设备和无线通信设备；所述传感器、导航设备和所述无线通信设备分别与所述ECU连接。
所述传感器，包括但不限于：图像测距传感器和图像采集装置。
其中，所述图像测距传感器，安装在车辆的四周，用于在测量车辆与周围物体的距离的同时，还可以采集车辆的周围环境图像；从而可以将测量到的车辆与周围物体的距离和车辆的周围环境图像一起发生给ECU。
所述车辆的周围环境图像，包括但不限于：所述车辆的泊车图像和所述车辆的前方图像。
所述图像采集装置，可以是安装在车辆内的摄像头或者照相机，用于采集车辆内的图像和观察者的图像。
其中，所述车辆内的图像，包括但不限于：车辆后座图像和车辆前座图像。
所述观察者的图像，包括但不限于：用户感知图像和用户面部图像。
所述用户感知图像，包括：驾驶员的视线、语音和/或者手势。
所述导航设备，用于规划车辆的行驶路径。
所述无线通信设备，用于使ECU接入互联网，获取车辆所处道路的限速信息、车辆将要通过的路口的信号灯状态信息和所述路口的车辆的通行信息。
所以，基于上述的信息采集设备，所述行驶信息，包括但不限于：所述车辆的泊车图像、所述车辆的前方图像、观察者的手势图像、面部图像、用户感知图像、车辆所处道路的限速信息、车辆将要通过的路口的信号灯状态信息和所述路口的车辆的通行信息。
所述信号灯状态信息，包括：红灯亮起时长、间隔时长、以及绿灯亮起时长。
所述车辆的通行信息，包括：路口当前的通行状态。
所述通行状态，包括：通畅、一般拥堵、以及特别拥堵。
所述ECU还可以与车辆上的语音播放设备连接，用于生成与HUD展示图像匹配的语音信息，在通过HUD展示图像的同时，将与所述图像匹配的语音信息发送到语音播放设备播放出来。从而通过语音图像等多种不同的提示方式，对车辆上的观察者进行提示。
所述语音播放设备，可以是车辆上的喇叭和扬声器。
可选地，所述ECU还可以与车辆上的语音接收设备和/或感应采集设备连接，用于接收观察者通过语音发出的指令和/或通过手势发出的指令。
所述观察者，可以为车辆的驾驶员，也可以为车辆中的乘客。
所述语音接收设备，可以是车辆上的麦克风。
为了能够在所述挡风玻璃的可视区域上显示一个能够覆盖所述挡风玻璃的可视区域的图像，所述HUD包括：图像生成设备和光线控制单元；所述图像生成设备安装在所述车辆内，所述光线控制单元，排布设置在所述车辆的中控台与所述挡风玻璃相对的表面上；所述光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配，使得所述HUD展示的图像能够覆盖所述挡风玻璃的可视区域。
所述挡风玻璃，可以采用普通的挡风玻璃，优选为镀有选择性反射膜的挡风玻璃，可对图像生成设备发出的光线进行高效反射。
参见图2所示的HUD的结构示意图，所述HUD，包括：图像生成设备102和光线控制单元100。
所述图像生成设备102安装在车辆内；所述光线控制单元100设置在所述车辆的中控台与挡风玻璃相对的表面上。
在一个实现方式中，所述图像生成设备102可以安装在观察者的上方。
所述图像生成设备，用于发出能够入射到所述光线控制单元的光线。
在一个实施方式中，所述图像生成设备可以采用投影仪。
所述光线控制单元100，用于改变所述图像生成设备102发出光线的出射方向，使得所述光线在经过所述挡风玻璃104反射后入射到眼盒区域中。
具体地，所述光线控制单元100，对光线起对向反射作用，用于将入射的光线沿入射方向的相反方向反射出去。
所述光线控制单元的大小和形状与所述挡风玻璃104的可视区域相匹配；使得所述图像生成设备发出的光线经过光线控制单元反射到挡风玻璃104后，能够呈现出覆盖所述挡风玻璃的可视区域的图像。
如图2所示，在另一个实现方式中，图像生成设备发出的光线也可以先经过所述挡风玻璃104反射，再出射至光线控制单元，再经光线控制单元反射挡风玻璃104后，能够呈现出覆盖所述挡风玻璃的可视区域的图像。
参见图3所示的光线控制单元的结构示意图，所述光线控制单元，包括：回射元件1000和衍射光学元件1002；所述衍射光学元件1002设置在所述回射元件1000上。
如图3所示，在一个实施方式中，所述衍射光学元件1002覆盖在所述回射元件1000上面，具体是指图像生成设备发出的光线先经过衍射光学元件1002，再经过回射元件1000。
当有光线入射时，所述回射元件1000将所述光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述衍射光学元件1002，从而改变所述图像生成设备发出光线的出射方向，使得所述图像生成设备102发出的光线能够进入所述眼盒区域。
所述衍射光学元件1002将入射的光线扩散并形成光斑。
所述光斑就是改变光线的扩散程度。
所述衍射光学元件1002，用于控制光线的扩散程度，光线衍射光学后的传播角度和光斑尺寸决定了最终成像的亮度及可视角，所述衍射光学元件1002的光线扩散角度越小，成像亮度越高，可视角也越小；所述衍射光学元件1002的光线扩散角度越大，成像亮度越小，可视角也越大。所述衍射光学元件1002可以将经过回射元件1000控制后所汇聚的光线以一定角度扩散为较大的区域，从而覆盖所需要的眼盒区域。
所述眼盒区域，是指观察者可以观察到光斑所呈现图像的区域。
光线经过衍射光学元件之后，会衍射光学开来并且形成一个特定形状的光斑1061，该特定形状的光斑1061的大小和形状由衍射光学元件的微观结构所决定。衍射光学元件采用可以形成多种光斑1061形状的光束整形器。该光斑1061的多种形状，可以是但不限于：线形、圆形、椭圆形、正方形、长方形、以及蝙蝠翼形状。
回射元件1000用于对入射的光线进行对向反射，将入射的光线沿光线入射方向的相反方向射出，避免入射的光线发散到各处。回射元件1000中的术语“汇聚”，是指将入射的光线沿光线入射方向的相反方向射出，实质上是对向反射的含义。
为了对光线进行汇聚，上述回射元件1000，可以采用如下多种方式实现：
回射元件1000的表面可以是由倒三角锥微结构组成，优选可以为正三角形三角锥微结构或等腰三角形三角锥微结构；也可以由如图4a所示的立方体微结构组成，这些微结构都可以将入射的光线沿光线入射方向的相反方向射出。
参见图4b所示的回射元件的第二种实现方式的结构示意图，回射元件，包括：倒三角锥微结构400、支撑结构402和基板层404，倒三角锥微结构400设置在所述支撑结构402上；所述支撑结构402设置在所述基板层404上；所述倒三角锥微结构400的折射率需要满足大于所述支撑结构3802的折射率。所述倒三角锥微结构400将入射光线中入射角大于临界角的光线以全反射的方式沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述衍射光学元件。
所述支撑结构402，可以采用正三角锥微结构，使所述支撑结构402能够与所述倒三角锥微结构400紧密贴合。
在一个实施方式中，所述支撑结构402足够支撑倒三角锥微结构400时，可以不设置基板层404。
参见图4c所示的回射元件的第三种实现方式的结构示意图，回射元件1000可以采用对向反射颗粒将入射的光线沿光线入射方向的相反方向射出。回射元件1000，可以是透明的球状颗粒和椭球状颗粒，可以采用玻璃珠、透明树脂、高分子聚合物或其他与玻璃性质类似的材料制成的颗粒，可以使用暴露型颗粒、密封型颗粒、以及埋入型颗粒。
在一个实施方式中，对向反射颗粒表面可以涂覆有金属反射层；所述金属反射层可以涂覆在对向反射颗粒O点(即反射点)附近的表面上。如图4c所示，回射元件主要利用了球状的对向反射颗粒表面的金属反射层。当光线射向球状的对向反射颗粒时，在球状的对向反射颗粒表面P点发生折射，折射光在O点发生镜面反射，然后在Q点再发生折射，从而沿光线入射方向的相反方向射出对向反射颗粒。
可选地，还可以通过超材料(Metamaterial)对光线进行相位调制，入射光线在超材料结构中经过多次相位累计改变，使得入射光线和出射光线之前的相位累计改变π，从而起到对向反射的作用。
参见图4d所示的回射元件的第四种实现方式的结构示意图，回射元件1000可以由超材料制成，包括：在光线入射方向上依次设置的光线汇聚层500、隔离层501、平面反射层502、以及衬底503，平面反射层502位于光线汇聚层500的焦平面上。
光线汇聚层500和平面反射层502分别采用不同的超材料制成。
所述光线汇聚层，通过改变入射的光线的相位，将入射的光线汇聚到所述平面反射层上，并将所述平面反射层反射回的光线沿光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向反射至所述衍射光学元件；
所述平面反射层，能够改变所述光线汇聚层汇聚的光线的相位，并将相位改变后的光线反射至所述光线汇聚层。
所述不同的超材料，是指具有不同尺寸、成份、形状、或者排布方式的材料。
光线在超材料制成的回射元件1000的各部分：光线汇聚层500、隔离层501、平面反射层502、以及衬底503的共同作用下相位累计改变π，超材料制成的回射元件1000对所述光线起到对向反射作用，使得光线能够沿光线的入射方向的相反方向反射出来。
由于挡风玻璃并不是平面的，具有一定的弧度，直接借助挡风玻璃成像会存在桶形畸变或者枕形畸变的问题。本实施例中，回射元件1000可以按照第一畸变形态排布，该第一畸变形态与挡风玻璃的第二畸变形态呈相反且对应的关系。
具体参见图5和图6所示，采用矩形方式排列的光线控制单元100在挡风玻璃104上成像时，采用矩形方式排列的光线控制单元100可以在挡风玻璃104上成一个虚像，但是由于挡风玻璃具有第二畸变形态，故该虚像是畸变的像，图5中挡风玻璃104上的网格图形表示枕形畸变的虚像。本实施例中，根据挡风玻璃104的第二畸变形态来确定与其呈对应且相反关系的第一畸变形态，并按照第一畸变形态排布光线控制单元100，以消除挡风玻璃带来的畸变，具体参见图6所示，本实施例中的光线控制单元100按照第一畸变形态来排布，从而在挡风玻璃104上可以形成不存在畸变的虚像，图6中挡风玻璃104上的网格图形表示不存在畸变的虚像。具体可以通过改变衍射光学元件的排布或微观结构来实现。
通过以上内容可以看出，通过对光线控制单元100按照特定排列方式进行排列，可以消除因有弧度的挡风玻璃造成的成像畸变，使得HUD在挡风玻璃上的成像更加规则。
当所述车辆在进入停车场需要泊车时，参见图7所示的ECU控制HUD展示泊车辅助示意图的流程图和图8所示的HUD展示的泊车辅助示意图，所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，包括以下具体步骤：
步骤700、当获取到泊车指令时，控制所述图像测距传感器采集所述车辆的泊车图像，并根据所述泊车图像，确定所述车辆与车位之间的位置关系。
在上述步骤700中，ECU从车辆的车载自动诊断系统(On Board Diagnostics，OBD系统)中获取到车辆的变速箱档位是倒挡时，确定车辆正在执行倒车操作，从而生成泊车指令并触发该泊车指令，使得ECU自身获取到泊车指令。
所述OBD系统，用于获取车辆的驾驶信息。
所述驾驶信息，包括但不限于：车速、发动机转速、油量、电量、以及变速箱档位。
由于所述图像测距传感器安装在车辆四周，所以所述图像测距传感器采集的所述车辆的泊车图像，是多张图像，该多张图像中的每张图像，都包含车辆、车辆要进入的车位以及车辆四周环境的图像数据。
所述ECU，可以将车辆和车辆要进入的车位作为目标物体，采用现有技术中任何基于图像找到图像中两目标物体位置的算法，对所述泊车图像进行处理，确定所述车辆与车位之间的位置关系。
步骤702、获取所述车辆的车辆图形和所述车位的车位图形。
在上述步骤702中，所述车辆的车辆图形和所述车位的车位图形均缓存在所述ECU中。
步骤704、基于确定的所述车辆与车位之间的位置关系，利用所述车辆图形和所述车位图形生成具有所述车辆与车位之间位置关系的泊车辅助示意图。
在上述步骤704中，所述车辆与车位之间的位置关系，可以是：采用图像测距传感器采集车辆与车位的相对位置图像。
步骤706、将所述泊车辅助示意图发送到所述HUD展示出来。
当车辆启动开始执行泊车操作时，所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，还包括以下步骤(1)至步骤(3)：
(1)获取泊车过程中所述图像测距传感器采集到的所述车辆与所述车辆周围的物体之间的距离；
(2)当确定所述车辆与物体之间的距离小于距离阈值时，将与所述车辆距离小于距离阈值的物体确定为目标物体，确定所述目标物体的所在位置；
(3)利用与所述距离匹配的颜色对所述车辆图形中与所述目标物体的所在位置匹配方向的轮廓边缘进行标识；
(4)将标识出轮廓边缘的所述车辆图形在所述泊车辅助示意图中展示出来，并将所述目标物体的物体图像发送到所述HUD中展示出来。
在上述步骤(1)中，所述车辆周围的物体，包括但不限于：其他车辆、墙壁以及限位杆。
所述ECU获取到的所述车辆与所述车辆周围的物体之间的距离，是从所述图像测距传感器发送给所述ECU的距离信息中得到的。
所述距离信息，还携带有发送该距离信息的图像测距传感器的传感器标识。
在上述步骤(2)中，为了确定所述目标物体的所在位置，所述ECU可以根据传感器标识，查询出发送该距离信息的图像测距传感器的传感器信息，并从传感器信息中查询出发送该距离信息的图像测距传感器在所述车辆的安装位置，从而将图像测距传感器在所述车辆的安装位置作为所述目标物体的所在位置。
在一个实施方式中，所述目标物体与车辆的距离和颜色的对应关系表，可以如下表示：
目标物体与车辆的距离在0到10厘米之间红色；
目标物体与车辆的距离在10到30厘米之间黄色。
在上述步骤(4)将标识出轮廓边缘的所述车辆图形在所述泊车辅助示意图中展示出来的同时，还可以执行以下步骤(41)至步骤(42)：
(41)根据所述车辆图形中与所述目标物体的所在位置匹配方向生成泊车预警信息；
(42)将生成的所述泊车预警信息发送到所述HUD中展示出来。
在上述步骤(42)中，所述泊车预警信息，可以是：“与后侧目标物体距离过近，请注意泊车安全”。
当确定所述车辆完成泊车时，还包括以下步骤(1)至步骤(2)：
(1)当确定所述车辆泊车完成时，获取车辆内部图像；
(2)将所述车辆内部图像发送到所述HUD中展示出来。
在上述步骤(1)中，当变速箱的档位从倒挡变化到驻车档或者空档且所述车辆的静止时间大于时长阈值时，所述ECU确定所述车辆泊车完成。
或者，当根据所述图像测距传感器采集所述车辆的泊车图像确定车辆已经进入车位且所述车辆的静止时间大于时长阈值时，所述ECU确定所述车辆泊车完成。
所述时长阈值，可以是大于30秒的任意时长。
所述ECU，可以从OBD系统中获取变速箱档位，从而确定变速箱档位的具体变化。
通过上述步骤(1)至步骤(2)描述的内容可以看出，将所述车辆内部图像发送到所述HUD中展示出来，如展示后座的图像，可以提醒司机车辆内的情况，避免遗忘物品，或者将儿童、宠物等遗忘在车内。
此时，可以在HUD上显示提示文字、图像、视频，如“停车完成”；或与告警时显示颜色区别较大的图标、或提示动画，如绿色的提示信息，也可以采取滚动、闪烁、跳动等效果，展示一定时间后即消失。
而且，还可以泊车位置推荐操作，包括：所述图像测距传感器采集车辆信息和环境信息，同时也可进一步连接云端服务器，为车辆推送最近/最佳的停车地点；进入停车地点后，确认车辆处于特殊场景，如停车场，启动泊车辅助系统。通过对周围环境数据的采集，如拍摄停车场环境；或者与云端服务器连接，如与停车场管理系统连接，可快速确认距离操控车辆最近的停车位置，并在HUD上显示具体的位置信息、车位信息以及去往此车位的路线，协助驾驶员快速确认和到达目标车位。
再者，还可以将车位信息、车位周边环境信息等，同步推送至预设的联系端，如驾驶员的手机，帮助驾驶员记录车位信息，便于寻找。
当车辆需要执行车辆跟踪时，参见图9所示的ECU控制HUD展示泊车辅助示意图的流程图和图10所示的HUD展示跟踪车辆的示意图，所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，包括以下具体步骤：
步骤900、当获取到车辆跟踪指令时，控制所述图像测距传感器采集所述车辆的前方图像，并通过标示框将所述前方图像中的车辆作为待跟踪车辆标识出来。
在上述步骤900中，所述车辆跟踪指令，可以是观察者点击车辆中控台的人机交互界面上的车辆跟踪按钮触发的，也可以是向车辆上的语音接收设备发出语音，语音接收设备将接收到的语音发送到ECU，ECU处理后确定是车辆上的观察者发出的车辆跟踪指令后生成的。
在本实施例中，所述人机交互界面与ECU通信连接。
在获取到所述车辆的前方图像后，通过现有的图像的目标识别算法，从所述前方图像中识别出车辆，并通过标示框将所述前方图像中的车辆作为待跟踪车辆标识出来。
所述标示框的绘制程序，运行在所述ECU中。
所述ECU从所述前方图像中识别出车辆后，通过运行的所述标示框的绘制程序绘制标示框将所述前方图像中的车辆标识出来。
步骤902、将标识出待跟踪车辆的所述前方图像发送到所述HUD展示出来，使得车辆内驾驶员能够观察到所述前方图像。
步骤904、控制所述图像采集装置采集所述车辆内驾驶员观察所述前方图像时的用户感知图像，并基于所述用户感知图像，从所述前方图像中的待跟踪车辆中确定出跟踪车辆。
在上述步骤904中，在一个实施方式中，为了从所述前方图像中的待跟踪车辆中确定出跟踪车辆，可以执行以下步骤(1)至步骤(3)：
(1)对所述用户感知图像中驾驶员的视线和/或者手势进行检测，得到检测结果；
(2)根据所述检测结果，确定所述驾驶员的视线在所述前方图像的聚焦点和/或者手势的指向位置，将所述待跟踪车辆中距离所述聚焦点最近和/或者距离所述指向位置最近的车辆确定为跟踪车辆；
(3)利用第一颜色对所述跟踪车辆的标示框进行渲染，并通过所述HUD展示到所述前方图像中。
在上述步骤(1)中，可以采用现有的任何眼球追踪算法，对用户感知图像中驾驶员的视线的聚焦点进行检测，得到检测结果，这里不再赘述。
而且，还可以采用现有的任何手势轨迹追踪算法，对用户感知图像中驾驶员的手势的指向位置进行检测，得到检测结果，这里不再赘述。
在上述步骤(3)中，所述第一颜色，可以是红色、黄色、以及蓝色等醒目的颜色。
所述渲染，是指用第一颜色对标示框进行染色，从而将具有第一颜色的标示框通过HUD展示到所述前方图像中。
在另一个实施方式中，为了从所述前方图像中的待跟踪车辆中确定出跟踪车辆，可以执行以下步骤(11)至步骤(13)：
(11)获取跟踪车辆确定信息，所述跟踪车辆确定信息中携带有驾驶员需要跟踪的车辆的车辆标识；
(12)将所述待跟踪车辆中与所述车辆标识匹配的车辆确定为跟踪车辆；
(13)利用第一颜色对所述跟踪车辆的标示框进行渲染，并通过所述HUD展示到所述前方图像中。
在上述步骤(11)中，所述跟踪车辆确定信息，可以是观察者通过人机交互界面输入的，也可以是观察者向车辆上的语音接收设备发出语音，语音接收设备将接收到的语音发送到ECU的。
所述跟踪车辆确定信息，可以是但不限于：车辆的车牌号码、车辆车型、以及车辆颜色。
在一个实施方式中，所述跟踪车辆确定信息，可以是“跟踪前面白色车辆”、或者“跟踪前面的凯美瑞”。
在上述步骤(12)中，可以通过现有的任何图像目标匹配算法，从所述待跟踪车辆中选择出与所述车辆标识匹配的车辆，并将该与所述车辆标识匹配的车辆确定为跟踪车辆，这里不再赘述。步骤906、控制所述车辆对所述跟踪车辆进行跟踪行驶，并获取所述跟踪车辆的车速、车型、车道以及所述车辆自身与所述跟踪车辆的车距，将获取到的所述跟踪车辆的车速、车型、车道以及所述车距发送到所述HUD中展示出来。
在上述步骤906中，为了控制所述车辆对所述跟踪车辆进行跟踪行驶，可以具体执行以下步骤(1)至步骤(2)：
(1)获取所述驾驶员发出的跟踪指示信息，所述跟踪指示信息，包括：与所述跟踪车辆的车距、与所述跟踪车辆的行驶路径一致、和/或者跟踪行驶所述跟踪车辆的时间长度；
(2)根据所述跟踪车辆信息中记载的与所述跟踪车辆的车距、与所述跟踪车辆的行驶路径一致、和/或者跟踪行驶所述跟踪车辆的时间长度，控制所述车辆对所述跟踪车辆进行跟踪行驶。
在上述步骤(1)中，跟踪指示信息的获取方式与上述跟踪车辆确定信息的获取方式类似，这里不再赘述。
在一个实施方式中，所述跟踪指示信息，可以是：“与所述跟踪车辆的车距20米、与所述跟踪车辆的行驶车道一致、跟踪30分钟”。
在上述步骤(2)中，ECU可以采用现有技术中任何的车辆自动驾驶技术控制所述车辆对所述跟踪车辆进行跟踪行驶，这里不再赘述。
在控制所述车辆对所述跟踪车辆进行跟踪行驶的过程中，所述跟踪车辆的车速，是与现有车辆自适应巡航中获取前车的速度的方式类似，这里不再赘述。
所述跟踪车辆的车型、车道以及所述车辆自身与所述跟踪车辆的车距可以通过图像测距传感器采集的前方图像得到，具体过程为现有技术，这里不再赘述。
在有些情况下，需要对经过路口的车辆给出操作建议，参见图11所示的ECU控制HUD展示操作建议信息的流程图和图12所示的HUD展示操作建议信息的示意图，所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，包括以下具体步骤：
步骤1100、从所述导航设备中获取所述车辆的第一位置信息和所述车辆将要路过的下一个具有交通信号灯的路口的第二位置信息。
在上述步骤1100中，所述第一位置信息是所述车辆的当前位置。
步骤1102、根据所述第一位置信息和所述第二位置信息，确定所述车辆到所述路口的距离。
在上述步骤1102中，可以根据所述第一位置信息对应的地点和所述第二位置信息对应的地点，确定所述第一位置信息对应的地点和所述第二位置信息对应的地点之间的路径，从而基于所述路径，确定所述车辆到所述路口的距离。
步骤1104、获取所述路口的信号灯状态信息和路口车辆的通行信息，预测所述车辆通过所述路口时的时间长度。
在上述步骤1104中，可以采用现有技术中的任何车辆行驶时间预测方法，结合所述路口的信号灯状态信息和路口车辆的通行信息，如通过云端实时获取的信号灯状态信息，对所述车辆通过所述路口时的时间长度进行预测，具体过程这里不再赘述。
步骤1106、基于所述车辆到所述路口的距离和所述时间长度，计算得到所述车辆行驶到所述路口的推荐速度。
在上述步骤1106中，所述推荐速度，用于使车辆按照推荐速度行驶时，避让红灯等待时间，尽量不停车的通过路口。
所述推荐速度＝所述车辆到所述路口的距离/所述时间长度。
步骤1108、获取所述车辆当前的车速信息，根据所述车辆当前的车速信息和所述推荐速度，生成所述车辆的操作建议信息。
具体地，操作建议信息，包括：加速建议信息和减速建议信息。为了生成所述车辆的操作建议信息，上述步骤1108可以执行以下步骤(1)至步骤(6)：
(1)获取所述车辆所在道路的限速信息；
(2)当所述车辆当前的车速信息和所述推荐速度均小于所述限速信息时，比较所述车辆当前的车速信息和所述推荐速度的大小，得到比较结果；
(3)当所述车辆当前的车速信息大于所述推荐速度时，生成减速建议信息，所述减速建议信息携带有推荐速度；
(4)当所述车辆当前的车速信息大于所述推荐速度时，生成加速建议信息，所述加速建议信息携带有推荐速度；
(5)当所述车辆当前的车速信息大于所述限速信息且所述限速信息大于所述推荐速度时，确定车辆已经超速行驶，则生成减速建议信息，所述减速建议信息携带有推荐速度；
(6)当所述推荐速度大于所述限速信息且所述限速信息大于所述车辆当前的车速信息时，返回上述步骤1100。
在上述步骤(1)中，为了获取所述车辆所在道路的限速信息，所述ECU可以从导航设备中获取车辆所在道路的第一限速信息，并通过所述无线通信设备，从互联网中查询出车辆所在道路的第二限速信息；然后选择所述第一限速信息和所述第二限速信息中较小的限速信息作为所述车辆所在道路的限速信息。
在上述步骤(2)中，所述车辆当前的车速信息，是所述ECU从OBD系统中获取到的。
在上述步骤(3)中，所述减速建议信息携带有推荐速度，可以指示驾驶员将车辆的车速降到推荐速度行驶。
在一个实施方式中，当道路限速是80公里/小时、车辆当前车速是60公里/小时、推荐速度是50公里/小时时，所述减速建议信息，可以是：“道路限速：80公里/小时、车辆当前车速：70公里/小时、建议车辆速度降低到：55公里/小时”。
在上述步骤(4)中，加速建议信息的表达方式，与上述减速建议信息的表达方式类似，这里不再一一赘述。
在上述步骤(5)中，在生成所述减速建议信息的同时，如果车辆的当前车速已经超过道路限速，那么还可以生成超速预警语音信息，并将所述超速预警语音信息发送到语音播放设备播放出来，提示驾驶员车辆已经超速，应该减速行驶。
步骤1110、将生成的所述操作建议信息发送到所述HUD中展示出来。
进一步地，在一具体实施过程中，还可以通过执行以下步骤(1)至步骤(3)判断车辆是否能无需等待，以顺利通过下一路口：
(1)、如果推荐速度和/或当前的车速信息小于限速信息提示的车速，说明当前车辆可通过调整当前车速顺畅通过下一路口；
(2)、如果推荐速度和/或当前的车速信息大于限速信息提示的车速，说明当前车辆即使减速也超过当前路段最低限速，无法在下一次绿灯亮起时通过；或者说明当前车辆需超速才可顺畅通过下一路口，不符合安全规范；
(3)、如果当前车速大于限速信息提示的车速，但推荐速度小于限速信息提示的车速，说明当前车辆已经超速，但是由于最佳推荐速度在限速范围内，可以通过及时减速顺畅通过下一路口，所述HUD重新计算得出减速建议信息。
通过执行以上步骤(1)至步骤(3)，在行车过程中可以根据限速信息、信号灯状态信息、以及车辆的当前位置等信息确认推荐速度，并提供减速建议信息或者加速建议信息，为车辆提供实时可靠的操作建议，如在信号灯切换前可加速顺利通过路口，还可基于车联网信息给出其他智能行车建议，如酌情减速、预计下一绿灯等待时长等操作建议。
除了对操作建议信息进行展示之外，还可以在车辆经过道路黑点路段时，对车辆驾驶员进行驾驶安全提示。为了，对车辆驾驶员进行驾驶安全提示所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，还包括以下步骤(1)至步骤(2)：
(1)当根据所述第一位置信息确定所述车辆处于道路黑点路段时，生成驾驶安全提示信息；
(2)将生成的所述驾驶安全提示信息发送到所述HUD中展示出来。
在上述步骤(1)中，所述道路黑点路段，可以是但不限于：经常发生事故的路段、存在视觉盲区的路段以及危险的山路。为了确定所述车辆处于道路黑点路段，所述ECU，可以执行以下过程：从所述第一位置信息对应的行政区域的交管局网站中获取所述行政区域内的道路黑点路段列表，其中，所述道路黑点路段列表中携带有所述行政区域内的道路黑点路段名称；然后，通过遍历的方式，基于所述第一位置信息对道路黑点路段列表进行搜索，并当从所述道路黑点路段列表中搜索出具有所述第一位置信息对应地点的道路黑点路段时，确定所述车辆处于道路黑点路段。
在一个实施方式中，驾驶安全提示信息可以是：“车辆所在路段是事故高发路段，请注意行驶安全”。
综上所述，本实施例提出的一种全车窗成像系统，设置的HUD中的光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配，使得所述HUD的图像生成设备发出的光线呈现出的图像能够覆盖所述挡风玻璃的可视区域，与相关技术中基于自由曲面反射镜、FOV较小的传统HUD相比，由于HUD中光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配，使得HUD发出的光线能够展示一个覆盖所述挡风玻璃的可视区域的图像，达到了能够在挡风玻璃的可视区域内显示大尺寸图像的目的，从而扩大了HUD的图像范围，可以通过HUD显示更加丰富的内容，提高了HUD的使用体验。
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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种全车窗成像系统，用于车辆，其特征在于，包括：挡风玻璃、信息采集设备、抬头显示设备HUD和电子控制单元ECU；
所述信息采集设备和HUD分别与所述ECU连接；
所述信息采集设备，安装在所述车辆上，用于采集所述车辆的行驶信息，并将采集的行驶信息发送给所述ECU；
所述HUD包括：图像生成设备和光线控制单元；所述图像生成设备安装在所述车辆内，所述光线控制单元，排布设置在所述车辆的中控台与所述挡风玻璃相对的表面上；所述光线控制单元的排布方式与所述挡风玻璃的可视区域相匹配；
所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来；
其中，所述光线控制单元，用于改变所述图像生成设备发出光线的出射方向，使得所述光线在经过所述挡风玻璃反射后入射到眼盒区域中；
所述图像生成设备发出的光线经过所述挡风玻璃的反射后，入射到所述光线控制单元；所述光线控制单元对入射的光线进行反射，所述光线控制单元反射的光线在经过所述挡风玻璃反射后呈现出覆盖所述挡风玻璃的可视区域的图像。
2.根据权利要求1所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述光线控制单元，包括：回射元件和衍射光学元件；所述衍射光学元件设置在所述回射元件上；
当有光线入射时，所述回射元件将所述光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述衍射光学元件；
所述衍射光学元件将入射的光线扩散并形成光斑。
3.根据权利要求2所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述回射元件，包括：在光线的入射方向上依次设置的光线汇聚层、隔离层、平面反射层、以及衬底；
所述平面反射层位于所述光线汇聚层的焦平面上；
所述光线汇聚层和所述平面反射层分别采用不同的超材料制成；
所述光线汇聚层，通过改变入射的光线的相位，将入射的光线汇聚到所述平面反射层上，并将所述平面反射层反射回的光线沿光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去；
所述平面反射层，能够改变所述光线汇聚层汇聚的光线的相位，并将相位改变后的光线反射至所述光线汇聚层。
4.根据权利要求1所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述信息采集设备，包括：安装在所述车辆周围的图像测距传感器；
所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，包括：
当获取到泊车指令时，控制所述图像测距传感器采集所述车辆的泊车图像，并根据所述泊车图像，确定所述车辆与车位之间的位置关系；
获取所述车辆的车辆图形和所述车位的车位图形；
基于确定的所述车辆与车位之间的位置关系，利用所述车辆图形和所述车位图形生成具有所述车辆与车位之间位置关系的泊车辅助示意图；
将所述泊车辅助示意图发送到所述HUD展示出来。
5.根据权利要求4所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，还包括：
获取泊车过程中所述图像测距传感器采集到的所述车辆与所述车辆周围的物体之间的距离；
当确定所述车辆与物体之间的距离小于距离阈值时，将与所述车辆距离小于距离阈值的物体确定为目标物体，确定所述目标物体的所在位置；
利用与所述距离匹配的颜色对所述车辆图形中与所述目标物体的所在位置匹配方向的轮廓边缘进行标识；
将标识出轮廓边缘的所述车辆图形在所述泊车辅助示意图中展示出来，并将所述目标物体的物体图像发送到所述HUD中展示出来。
6.根据权利要求5所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，还包括：
根据所述车辆图形中与所述目标物体的所在位置匹配方向生成泊车预警信息；
将生成的所述泊车预警信息发送到所述HUD中展示出来。
7.根据权利要求4所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，还包括：
当确定所述车辆泊车完成时，获取车辆内部图像；
将所述车辆内部图像发送到所述HUD中展示出来。
8.根据权利要求1所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述信息采集设备，包括：安装在所述车辆上的图像采集装置；
所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，包括：
当获取到车辆跟踪指令时，控制所述图像测距传感器采集所述车辆的前方图像，并通过标示框将所述前方图像中的车辆作为待跟踪车辆标识出来；
将标识出待跟踪车辆的所述前方图像发送到所述HUD展示出来，使得车辆内驾驶员能够观察到所述前方图像；
控制所述图像采集装置采集所述车辆内驾驶员观察所述前方图像时的用户感知图像，并基于所述用户感知图像，从所述前方图像中的待跟踪车辆中确定出跟踪车辆；
控制所述车辆对所述跟踪车辆进行跟踪行驶，并获取所述跟踪车辆的车速、车型、车道以及所述车辆自身与所述跟踪车辆的车距，将获取到的所述跟踪车辆的车速、车型、车道以及所述车距发送到所述HUD中展示出来。
9.根据权利要求8所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述用户感知图像，包括：驾驶员的视线、语音和/或者手势；
所述ECU，用于基于所述用户感知图像，从所述前方图像中的待跟踪车辆中确定出跟踪车辆，包括：
对所述用户感知图像中驾驶员的视线和/或者手势进行检测，得到检测结果；
根据所述检测结果，确定所述驾驶员的视线在所述前方图像的聚焦点和/或者手势的指向位置，将所述待跟踪车辆中距离所述聚焦点最近和/或者距离所述指向位置最近的车辆确定为跟踪车辆；
利用第一颜色对所述跟踪车辆的标示框进行渲染，并通过所述HUD展示到所述前方图像中。
10.根据权利要求8所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述ECU，用于基于所述用户感知图像，从所述前方图像中的待跟踪车辆中确定出跟踪车辆，包括：
获取跟踪车辆确定信息，所述跟踪车辆确定信息中携带有驾驶员需要跟踪的车辆的车辆标识；
将所述待跟踪车辆中与所述车辆标识匹配的车辆确定为跟踪车辆；
利用第一颜色对所述跟踪车辆的标示框进行渲染，并通过所述HUD展示到所述前方图像中。
11.根据权利要求8所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述ECU，用于控制所述车辆对所述跟踪车辆进行跟踪行驶，包括：
获取所述驾驶员发出的跟踪指示信息，所述跟踪指示信息，包括：与所述跟踪车辆的车距、与所述跟踪车辆的行驶路径一致、和/或者跟踪行驶所述跟踪车辆的时间长度；
根据所述跟踪车辆信息中记载的与所述跟踪车辆的车距、与所述跟踪车辆的行驶路径一致、和/或者跟踪行驶所述跟踪车辆的时间长度，控制所述车辆对所述跟踪车辆进行跟踪行驶。
12.根据权利要求1所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述信息采集设备，包括：导航设备；
所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，包括：
从所述导航设备中获取所述车辆的第一位置信息和所述车辆将要路过的下一个具有交通信号灯的路口的第二位置信息；
根据所述第一位置信息和所述第二位置信息，确定所述车辆到所述路口的距离；
获取所述路口的信号灯状态信息和路口车辆的通行信息，预测所述车辆通过所述路口时的时间长度；
基于所述车辆到所述路口的距离和所述时间长度，计算得到所述车辆行驶到所述路口的推荐速度；
获取所述车辆当前的车速信息，根据所述车辆当前的车速信息和所述推荐速度，生成所述车辆的操作建议信息；
将生成的所述操作建议信息发送到所述HUD中展示出来。
13.根据权利要求12所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述操作建议信息，包括：加速建议信息和减速建议信息；
所述ECU，用于根据所述车辆当前的车速信息和所述推荐速度，生成所述车辆的操作建议信息，包括：
获取所述车辆所在道路的限速信息；
当所述车辆当前的车速信息和所述推荐速度均小于所述限速信息时，比较所述车辆当前的车速信息和所述推荐速度的大小，得到比较结果；
当所述车辆当前的车速信息大于所述推荐速度时，生成减速建议信息，所述减速建议信息携带有推荐速度；
当所述车辆当前的车速信息大于所述推荐速度时，生成加速建议信息，所述加速建议信息携带有推荐速度。
14.根据权利要求13所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述ECU，用于根据所述车辆当前的车速信息和所述推荐速度，生成所述车辆的操作建议信息，还包括：
当所述车辆当前的车速信息大于所述限速信息且所述限速信息大于所述推荐速度时，确定车辆已经超速行驶，则生成减速建议信息，所述减速建议信息携带有推荐速度；
当所述推荐速度大于所述限速信息且所述限速信息大于所述车辆当前的车速信息时，返回所述从所述导航设备中获取所述车辆的第一位置信息和所述车辆将要路过的下一个具有交通信号灯的路口的第二位置信息的步骤。
15.根据权利要求12所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述ECU，用于将所述信息采集设备采集的所述行驶信息发送到所述HUD中展示出来，还包括：
当根据所述第一位置信息确定所述车辆处于道路黑点路段时，生成驾驶安全提示信息；
将生成的所述驾驶安全提示信息发送到所述HUD中展示出来。
16.根据权利要求2所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述回射元件，包括：倒三角锥微结构、正三角形三角锥微结构和等腰三角形三角锥微结构。
17.根据权利要求2所述的全车窗成像系统，其特征在于，所述回射元件，包括：倒三角锥微结构、支撑结构和基板层；
倒三角锥微结构设置在所述支撑结构上；所述支撑结构设置在所述基板层上；所述倒三角锥微结构的折射率大于所述支撑结构的折射率；所述倒三角锥微结构将入射光线中入射角大于临界角的光线以全反射的方式沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述衍射光学元件。
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