CN114115514A - 一种汽车按键换挡动作转换为抬头显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车按键换挡动作转换为抬头显示设备，通过图像采集器采集人体动作信息与实体按钮信息，将人体人体动作与实体按钮互动信息通过电脑，将数据传送HUD抬头显示器，让驾驶员不再需要低头去看实体按钮，特别是换挡按钮，它把人体动作与实体按钮互动信息的数据用投影的方式投射到了汽车的前挡风玻璃上，提升驾驶的安全性和便捷性。
Description
技术领域
本发明属于抬头显示技术领域，特别是涉及一种汽车按键换挡动作转换为抬头显示设备。
背景技术
微型激光投影技术自出现至今已经经历了3代：LCOS，LCOS是硅基液晶，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成，像素的尺寸大小从7微米到20微米，百万级的像素分辨率来说，这个装置的大小也才有1英寸。LCOS的呈现的数据容量比DLP技术所呈现的数据容量要大很多。LCOS技术的应用对于HUD的改善会有积极的促进作用，会更加有科技感，在2014年9月，丰田位于加州的设计团队研制了出了3D的HUD显示，可以实现裸眼观看3D影响，这一进展使得HUD显示的信息更加丰富、直观。相较于大众化的平面显示，3D效果能够在保证HUD实现驾驶安全性这一初衷的基础上，将实时信息与显示进行更好地匹配、结合，从而实现增强现实的功能。
随着汽车电子技术的飞速发展，现代汽车越来越多地使用电子换挡器与变速箱控制器进行通信来满足日常行车中挡位的变换；同时此按键换挡丰富了驾驶换挡的方式，解放了车内空间，因按键换挡器系统取消了换挡器、换挡手柄、换挡拉索、换挡臂等结构件，采用执行器与ECU，使整个操纵系统结构件的质量得以减轻，更加有利于整车轻量化。增加了科技感，从而使得驾驶体验得到显著提升，但目前按键换挡凭感觉，厂商又没有改进产品的动力，交互体验差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种汽车换挡按键手势抬头显示技术，通过设计多个分别向外发射不同特征的红外线信号的红外LED，以及一个红外接收传感器的配合，对所接收到的红外光信号先后顺序进行判断，获得手指的移动方向以及移动速度数据，得到手指与按键的位置数据，并将数据传送到抬头显示影像系统，HUD抬头显示器，其能够提高驾驶舒适性，降低了采用按键换挡方式驾驶员的操作难度系数，提高了驾驶体验度。
更进一步：手势开启抬头显示技术。
上述发明采用的手势识别关键技术有，手势识别中最关键的包括对手势动作的跟踪以及后续的计算机数据处理。关于手势动作捕捉主要是通过光学和传感器两种方式来实现。手势识别推测的算法，包括模板匹配技术（二维手势识别技术使用的）、通过统计样本特征以及深度学习神经网络技术。
根据硬件实现方式的不同，目前行业内所采用的手势识别大约有三种：
1、结构光（Structure Light），通过激光的折射以及算法计算出物体的位置和深度信息，进而复原整个三维空间。结构光的代表产品有微软的Kinect一代。不过由于以来折射光的落点位移来计算位置，这种技术不能计算出精确的深度信息，对识别的距离也有严格的要求。
2、光飞时间（TIme of Flight），加载一个发光元件，通过CMOS传感器来捕捉计算光子的飞行时间，根据光子飞行时间推算出光子飞行的距离，也就得到了物体的深度信息。代表作品为Intel带手势识别功能的三维摄像头。
3、多角成像（MulTI-camera），现在手势识别领域的佼佼者Leap MoTIon使用的就是这种技术。它使用两个或者两个以上的摄像头同时采集图像，通过比对这些不同摄像头在同一时刻获得的图像的差别，使用算法来计算深度信息，从而多角三维成像。
有益效果：
本发明通过上述技术，将目前按键换挡由感觉变为直观显示在眼前，让驾驶更轻松，并且减少误操作。
具体实施方式
下面对本发明的一种车载红外手势识别装置及方法作进一步的描述。
一种汽车换挡按键手势抬头显示设备，将按键换挡过程显示到抬头显示设备。其对安全行车有着重要的意义，不但简化了人车交互动作，还大大提高了行车安全。具体的，该红外手势识别装置包括显示屏1、处理器、多个红外LED2（红外发光二极管）以及一个红外接收传感器3。其中处理器通显示屏1向外输出视频数据，而多个红外LED2则安装在显示屏1正面的面板上，其可以向外输出红外光信号，在辐射区域内碰到障碍物时红外光信号将被反射。而红外接收传感器3则用于接收反射到其上的红外光信号，并将信号发送的处理器中，最后处理器根据信号的变化进行手势的识别。
红外LED2为多个，其按特定序列排列，在本实施例中，红外LED2呈一字排列，同时，每个红外LED2之间的间距均相同，其设置在显示屏1的边缘处，优选的位置可以是显示屏1下边缘处，而红外接收传感器3则设置在这些红外LED2的对称轴上，使其更容易接收到红外LED2反射的信号，保证了反射光线的接收效率。每个红外LED2都可以发出具有特定区别特征的红外光信号，将自身与其他红外LED2区分开来。在优选的情况下，这些区别特征可以但不仅限于包括占空比、波长以及频率中的至少一种。为了更好地区分，区别特征可以是占空比以及频率，这样红外接收传感器3则更加容易识别红外LED2发出的红外光信号。当红外LED2有效辐射区域内出现障碍物，如手等。红外LED2所发出的红外光信号则被障碍物反射，其将有部分红外光信号被反射到红外接收传感器3内，处理器可以根据一定时间内接收到的红外光信号进行判断障碍物经过的轨迹，从而来判断该障碍物运动轨迹所对应的指令，从而实现无接触式控制过程。
为了进一步地提高手势识别的精确度，可以从多个红外LED2辐射范围进行配合。具体地，红外LED2配合的总照射范围在显示屏1上的投影面积应当大致与所述显示屏1面积相同。同时通过对红外接收传感器3对红外光信号的识别强度做一个阈值，这样可以控制红外LED2的有效辐射范围。
另外，为了配合用户的操作习惯，红外LED2的辐射角度范围也需要进行调整。优选的，每个所述红外LED2前端均设有导光部件，导光部件将红外LED2输出的红外光信号辐射范围进行调整，相邻的两红外LED2之间辐射范围不相交或者是恰好相交。可以使红外接收传感器3接收到与障碍物位置更加相关地的光信号。在本实施例中，导光部件可以是聚光透镜，小型反光杯等，可将红外LED2的辐射范围进行收拢，识别将更加精确。
在其他更优选地实施例中，还可以设置一补偿LED，用于辅助识别接近物，具体是，该补偿LED发出光信号是区别于所述红外LED2发出的红外光信号的。其优选设置在红外接收传感器3的旁边，当障碍物逐渐靠近时，辅助LED所发出的被反射到红外接收传感器3的红外光信号也愈来愈多，该红外光信号的强度则越来越大。处理器在解析红外接收传感器3时，根据此红外光信号的区别特征可以判定是否障碍物出现。
从节能的角度上考虑，当分析装置处于待机时，处理器只需要控制补偿LED4保持工作，其余红外LED2处于待机状态。当处理器接收到补偿LED4的信号变化时，优选为红外光信号越来越强时，则判定为由障碍物接近，同时控制红外LED2开始工作，此时在对红外光信号进行采集。
另外，本发明在上述的分析装置基础上还提供一种红外手势识别方法包括多个按特定序列排列的红外LED2、一个红外接收传感器3以及处理器，所述处理器存储有与多个红外光信号对应的手势指令。识别方法包括如下步骤：
S10. 处理器控制每个红外LED2向外发射具有特定区别特征的红外光信号。具体的，这些红外LED2发出的红外光信号的区别特征可以但不仅限于包括占空比、波长以及频率中的至少一种。
S20. 处理器识别并记录红外接收传感器3接收的红外光信号。当红外LED2的有效辐射方向上出现障碍物时，他们的红外光信号将被障碍物进行反射，从而反射的红外光信号会进入红外接收传感器3中，处理器则识别这些红外光信号红外光信号，并且记录下来，用于障碍物移动轨迹的判断，即手势识别。
S30. 处理器按时序对所记录到的红外光信号进行解析，根据光信号区别特征的变化获得对应的手势指令。具体地，可以包括如下子步骤
S31. 处理器识别到第一个红外LED2的红外光信号后，将该信号存储起来，并开始计时，同时在第一预设时间内监控有没有其他红外光信号；
S32. 在第一预设时间内，处理器识别到其他红外LED2的光信号，则将该红外光信号的却区别特征和接收时间点进行记录；
S33. 在第一预设之间过结束后，将所记录的红外光信号按照时间顺序排列，并根据区别特征对红外LED2的位置进行识别，从而得到障碍物移动轨迹，另外，同时记录的接收时间点计算出障碍物移动的速度；
优选的，该第一预设时间为0.5s~2s，最优情况下为0.5s~1s。
S34.将障碍物移动轨迹和移动的速度与预设的手势指令识别条件进行对比，如果满足其中一条手势指令，则控制器执行该手势指令，实现操作。
在优选的实施例中，还可以包括一补偿LED4，用于识是否别障碍物在接近。当红外接收传感器3接收到补偿LED4反射到红外接收传感器3的红外光信号，并强度越来与大时，则判断为障碍物接近。为了节能和降低误识别的概率，在待机状态下处理器控制红外LED2处于休眠状态，只开启补偿LED4，当判断为由障碍物接近时，则启动红外LED2，对接下来的手势进行识别。补偿LED4在红外LED2启动时可以停止工作，也能继续工作。在一定的时间段内没有任何操作后，红外LED2再次进入休眠状态。
一个红外接收传感器，用于接收感应区域内的红外光信号；以及 补偿LED，用于辅助识别接近物；其中多个所述红外LED配合的总照射范围在所述显示屏上的投影面积大致与所述显示屏面积相同，所述处理器识别所述红外接传感器接收的红外光信号，并根据所述红外光信号判断手势指令。
将上述手势指令数据，按键分布图像数据传送到抬头显示屏幕上，从而实现可视化操作，。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种汽车按键换挡动作转换为抬头显示设备，其特征在于：通过图像采集器采集人体动作信息与实体按钮信息，将人体人体动作与实体按钮数据传送HUD抬头显示器。
2.根据权利要求1所述的一种汽车按键换挡动作转换为抬头显示设备，其特征在于：手势开启抬头显示技术。
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