CN114730085A - 用于在挡风玻璃上显示图像的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在车辆的挡风玻璃上显示图像的方法包括以下步骤：通过光传感器单元获取入射到车辆的挡风玻璃的环境光的至少一个物理性质；通过处理器单元生成待显示在车辆的挡风玻璃上的图像；基于对入射到车辆的挡风玻璃的环境光的该至少一个物理性质的确定，通过该处理器单元根据环境光的该至少一个物理性质单独调节每个图像像素的强度；以及，通过集成在车辆的挡风玻璃中的透明显示模组显示该图像。

Description

用于在挡风玻璃上显示图像的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于在车辆的挡风玻璃上显示图像的多种系统和多种方法。尤其是，本发明涉及通过使用集成到车辆的挡风玻璃中的透明显示模组，在该车辆的挡风玻璃上显示图像的多种系统和多种方法。
背景技术
目前，道路车辆通常配备有平视显示器(head-up display，HUD)，以在各种驾驶条件下，通过显示与该车辆或该车辆的环境相关的特定信息(例如，该车辆的环境中的道路标志、其他车辆或物体等)来辅助驾驶员。
平视显示器是一种透明的图形显示器，该图形显示器在无需用户将视线从他或她的惯常视点移开的情况下为该用户显示视觉信息。现如今，平视显示器普遍应用于车辆中，在车辆中，在驾驶员的前方设置一透明表面，并通过光学系统将待显示的信息从投影设备投影到该透明表面。当前的HUD可以分为两类：挡风玻璃HUD和组合HUD。挡风玻璃HUD使用车辆的挡风玻璃作为投影表面，而组合HUD使用额外的透明屏幕(即所谓的组合屏幕)作为投影表面。虽然组合屏幕HUD由于其总体成本较低而在道路车辆中更为常见，但是其具有投影表面的屏幕尺寸较小的特殊缺点。组合屏幕的较小的投影表面允许显示较小尺寸的文本和符号、或较少的信息。
挡风玻璃HUD的缺点是其可能会产生伪像，这是由于：一方面，投影图像会呈现在挡风玻璃的内侧上，另一方面，由于挡风玻璃具有厚度，该投影图像也会呈现在挡风玻璃外侧上稍微偏移的位置处。图1中示意性地示出了该现象。当投影设备10向挡风玻璃20的内表面投影图像12时，发射光中的大部分从挡风玻璃20的内表面反射，从而在挡风玻璃上生成该图像的主要(实景)图12。然而，该发射光中的一小部分进入该挡风玻璃并从该挡风玻璃20的外表面反射，这生成了该投影图像的次生图13，称为伪像。该伪像可能会干扰车辆的驾驶员并使驾驶员感到疲劳。
挡风玻璃HUD的另一个缺点是，在白天，尤其是当太阳直射到挡风玻璃上时，对驾驶员而言，该投影图像不太明显、甚至是根本不可见的。图1中也示意性地示出了该现象。当高强度外部照明源的入射光30(如阳光)到达该挡风玻璃20的外表面时，只有该入射光30中的一小部分作为反射光31从该表面反射，而该入射光30中的大部分穿过该挡风玻璃20，从而使该挡风玻璃的内侧非常明亮。由于挡风玻璃过亮，因此投影图像的相对强度显著降低，这可能会导致驾驶员难以看到图像。虽然可以通过在挡风玻璃的内侧上使用遮光膜来降低挡风玻璃的亮度，但这种遮光膜的永久性使用对于夜间驾驶是不利的(并且是危险的)。
大量的文献公开了车辆用平视显示系统。例如，文献US 2005/0154505 A1描述了一种使用整个挡风玻璃作为显示区域的平视显示器。平视显示系统包括视频投影仪、屏幕、挡风玻璃和菲涅尔镜。该菲涅尔镜放大来自于屏幕中的图像，以便驾驶员通过他或她的眼睛在视觉上识别该图像。
鉴于目前使用的HUD存在上述问题，需要一种改进的、用于在挡风玻璃上显示图像的显示系统和方法，其消除了在白天操作时外部光的不利影响，并消除了传统车辆挡风玻璃显示系统的不良光学影响，例如伪像。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于在车辆的挡风玻璃上显示图像的显示系统和方法，其根据入射到车辆挡风玻璃的环境光的一个或多个物理性质单独调节图像像素强度。
本发明的另一目的是提供一种车辆用显示系统及方法，其使用集成到车辆的挡风玻璃中的透明显示模组。其中，该透明显示模组包括多个透明像素单元和多个透明像素间区域。
通过提供一种在车辆的挡风玻璃上显示图像的方法来实现这些和其他目的，该方法包括：
-通过光传感器单元获取入射到车辆的挡风玻璃的环境光的至少一个物理性质；
-通过处理器单元生成待显示在车辆的挡风玻璃上的图像；
-基于对入射到车辆的挡风玻璃的环境光的该至少一个物理性质的确定，通过处理器单元根据环境光的该至少一个物理性质，对每个图像像素的强度进行单独调节；以及
-通过集成到车辆的挡风玻璃中的透明显示模组显示图像。
还通过提供一种在车辆的挡风玻璃上显示图像的方法来实现以上目的，该方法包括：
-通过光传感器单元获取入射到车辆的挡风玻璃的环境光的至少一个物理性质；
-通过第一摄像设备捕获车辆前方的环境的第一图像；
-通过第二摄像设备捕获用户，尤其是车辆驾驶员，的眼睛的第二图像；
-通过处理器单元基于该第二图像，确定乘客关于挡风玻璃的观看点；
-通过处理器单元将第一图像映射到挡风玻璃的表面的至少一部分，从而生成基础图像；
-通过处理器单元分析该第一图像的内容；
-基于该第一图像的内容，生成图像对象；
-通过处理器单元将该图像对象拟合到基础图像；
-通过处理器单元基于所拟合的图像对象，生成待显示的第三图像；
-通过处理器单元，根据入射到挡风玻璃的环境光的该至少一个物理性质，对该图像的每个像素的强度进行单独调节；以及
-通过集成到车辆的挡风玻璃中的透明显示模组显示第三图像。
最后，还通过提供一种用于在车辆的挡风玻璃上显示图像的系统来实现以上目的，该系统包括：
-光传感器单元，用于获取入射到车辆的挡风玻璃的环境光的至少一个物理性质，并用于提供环境光信息；
-处理器单元，被配置为生成待显示的图像，且还被配置为根据环境光信息单独调节每个图像像素的强度；
-透明挡风玻璃显示单元，用于在车辆的挡风玻璃上显示该图像，该显示单元包括两个透明保护层和位于该两个透明保护层之间的透明显示模组。
附图说明
现将参照附图对本发明进行更详细地描述，其中：
图1示意性地示出了现有技术的挡风玻璃平视显示器的不利光学现象。
图2为示出了根据本发明的显示系统的多个主要部件的示意性框图。
图3A示意性地示出了根据本发明的系统和方法中所使用的LCD型的挡风玻璃显示器的光传输。
图3B示意性地示出了根据本发明的系统和方法中所使用的LED型的挡风玻璃显示器的光传输。
图4为示出了本发明的第一种方法的主要步骤的流程图。
图5示出了根据本发明的显示系统的特定实施例中的多个主要部件，该显示系统可用于呈现增强现实。
图6为示出了根据本发明的第二种方法的主要步骤的流程图。
具体实施方式
图2的示意性框图中示出了根据本发明的显示系统200的主要部件。相应地，该显示系统200包括光传感器单元210，该光传感器单元210用于获取入射到车辆挡风玻璃的环境光的至少一个物理性质。在该系统的一个实施例中，该环境光传感器单元可包括一个或多个光传感器，该一个或多个光传感器适用于测量平均环境光强度。在该系统的另一个实施例中，该光传感器单元可包括摄像头，该摄像头适用于捕获该车辆前方的环境；该光传感器单元还可包括处理器装置，该处理器装置用于处理所捕获的图像，并基于所捕获的图像提供关于环境光的至少一个物理性质的处理信息。该环境光的物理性质可包括平均环境光强度、所捕获的车辆前方环境的图像内的光强度分布、所捕获的车辆前方环境的图像内的颜色分布等。
该系统200还包括处理器单元220。该处理器单元220被配置为对接收自光传感器单元210的环境光信息进行处理，并被配置为生成待由透明挡风玻璃显示单元230显示的图像。处理器单元220所生成的图像可包含一个或多个图像对象、背景、或车辆前方环境的至少一部分的实景图。
图像对象为以下中的任何一个或多个的图形表示：车辆的多个操作特征、车辆的多个交通相关特征、车辆前方的多个可见或不可见物体等。例如，图像对象可表示车辆的速度、车辆发动机的转速、车辆仪表盘的显示、交通标志、交通灯、任何类型的导航对象、车辆环境中另一车辆的视图、车辆环境中的任何类型的静止或移动物体(局部或整体视图、或其轮廓)、视觉效果、变暗或消隐区域、对车辆的用户(驾驶员或乘客)不可见的任何类型的物体(局部或整体视图、或其轮廓)等。
图像的背景被定义为所显示的图像中、包含除了该至少一个图像对象的图像像素之外的图像像素的区域。优选地，该图像的背景由一个或多个背景对象组成。
处理器单元220用于根据接收自光传感器单元210的环境光信息，对每个图像像素的强度进行单独调节，这将在后面进行详细描述。
处理器单元220所生成的图像显示在透明挡风玻璃显示单元230上。该透明挡风玻璃显示单元230包括透明显示模组，该透明显示模组集成到车辆的挡风玻璃中。该透明显示模组包括多个透明像素单元和多个透明像素间区域。该透明显示模组可以是LCD显示模组或LED显示模组。在LCD显示模组中，通过控制背光穿过各个像素单元的量，来对相应像素单元的强度进行单独调节。在LED显示模组中，通过控制属于各个像素单元的LED的强度，来对相应像素单元的强度进行单独调节。
处理器单元220基于待显示的图像的内容以及入射到挡风玻璃的环境光的一个或多个物理性质，确定形成该图像本身的该多个图像像素的强度和颜色。
图3A中示意性地示出了LCD型的透明挡风玻璃显示单元的光传输。这种类型的挡风玻璃显示单元230可包括两个透明保护层232和集成在该两个透明保护层232之间的LCD显示模组234。优选地，这两个保护层232由玻璃制成。
该LCD显示模组234包括多个彩色像素单元236和这些像素单元236之间的多个像素间区域238。在本发明的上下文中，术语“像素单元”用作显示模组的像素(即硬件方面)，术语“图像像素”或“像素”用作待显示的图像的像素(即图像处理方面)。
如图3A所示，像素间区域238允许入射光穿过挡风玻璃显示单元230而没有实质损失(例如，反射或吸收)，因此穿过挡风玻璃显示单元230的光的强度IIN(a)与从车辆外部照射挡风玻璃显示单元230的入射光的强度IEX基本相同。在该示例中，光强度可以定义为沿挡风玻璃的整个外表面或整个内表面的平均光强度。在该示例中，LCD显示模组234的背光也可以使用环境光。
对于该多个图像对象的像素和该图像背景的像素，可将强度确定为是不同的，以便可以在任何时间都能达到挡风玻璃显示单元230所显示的图像中的该多个图像对象与其他部分之间的所需水平的强度对比度(还可称为“对比度”)，而与入射到挡风玻璃的环境光的物理性质(例如，平均光强度、光分布、颜色分布等)无关。例如，在白天，被允许在对一图像对象的多个像素进行显示的多个像素单元处穿过挡风玻璃显示单元230的光(表示为IIN(b))，可以多于被允许在对图像背景的多个像素进行显示的多个像素单元处穿过挡风玻璃显示单元230的光(表示为IIN(c))。其中，这些图像对象的像素的光强度IIN(b)和背景对象的像素的光强度IIN(c)均可以由处理器单元220根据环境光强度IEX确定。也可以将像素强度水平确定为使得图像对象像素比背景对象像素暗，例如，当通过挡风玻璃显示单元230将车辆环境中非常明亮的物体的视图变暗或完全消隐时，可以将像素强度水平确定为使得图像对象像素比背景对象像素暗。
图3B中示意性地示出了LED型的透明挡风玻璃显示单元的光传输。这种类型的挡风玻璃显示单元230可包括两个透明保护层232、和集成在这两个透明保护层232之间的LED显示模组334。优选地，这两个保护层232由玻璃制成。LED显示模组334包括多个彩色像素单元336和这些像素单元336之间的多个像素间区域338。
如图3B所示，像素间区域338允许入射光穿过挡风玻璃显示单元230而没有实质损失(例如，反射或吸收)，因此穿过挡风玻璃显示单元230的光的强度IIN(a)与入射到挡风玻璃的环境光的强度IEX基本相同。在该示例中，光强度可以定义为沿挡风玻璃的整个外表面或整个内表面的平均光强度。由于LED显示模组334的存在，该环境光中的大部分会穿过这些透明的像素间区域338。
对于这些图像对象的像素和这些背景对象的像素，可将强度确定为是不同的，以便可以在任何时间，达到挡风玻璃显示单元230所显示的图像中的图像对象与其他部分之间的所需水平的对比度，而与入射到挡风玻璃的环境光的物理性质(例如，平均光强度、光分布、颜色分布等)无关。例如，在白天，将显示图像对象的像素单元的LED的强度(表示为IIN(b))，设置为比显示背景对象的像素单元的强度(表示为IIN(c))更高。其中，图像对象像素的光强度IIN(b)和背景对象像素的光强度IIN(c)均由处理器单元220根据入射环境光强度IEX确定。也可将像素强度水平确定为使得图像对象像素比背景对象像素暗，例如，当通过挡风玻璃显示单元230将车辆环境中非常明亮的物体的视图变暗或完全消隐时，可将像素强度水平确定为使得图像对象像素比背景对象像素暗。
注意的是，像素间区域的透明度通常远高于透明显示模组的像素单元的透明度。特别优选地，像素间区域的透明度与挡风玻璃的保护玻璃层的透明度近似(或完全)相同。由于透明显示模组的像素单元中涉及电子元件，因此该显示模组的像素单元的透明度低于、或有时明显低于像素间区域的透明度。此外，假设显示模组是LCD型的，则甚至可以根据待显示的图像，通过电子方式调节像素单元的光强度来改变(例如，增加或减少)像素单元的透明度。与LCD型透明显示模组不同，LED型显示模组的像素单元的透明度是近似恒定的，像素强度是基于待显示的图像、通过像素单元的内置光源(即LED)的强度来调节的。然而，在任一情况下，挡风玻璃显示单元的整体透明度取决于透明显示模组的像素间区域的透明度和像素单元的(稳定的或可调的)透明度。对于诸如汽车、卡车等的道路车辆而言，挡风玻璃的最小透明度因交通安全规定而设置为大约60-70％，这意味着本发明的显示系统中使用的透明显示模组也应满足这个要求。
现在将参照图4详细描述由以上介绍的显示系统显示图像的方法。
作为根据本发明的第一种方法的第一步骤400，通过光传感器单元，获取入射到车辆的挡风玻璃的环境光的至少一个物理性质，该光传感器单元例如为光探测器、雷达探测器、超声波探测器、或摄像设备等。
如上所述，该入射的环境光的物理性质可包括车辆环境中的平均环境光强度、一摄像头所捕获的图像内的光强分布、一摄像头所捕获的图像内的颜色分布等。
接着，在步骤410中，处理器单元生成待显示在车辆挡风玻璃上的图像。该图像的内容可包括一个或多个图像对象和一个或多个背景对象。图像对象是以下中任何一个或多个的视觉(或图形)表示：车辆的多个操作特征、车辆的多个交通相关特征、车辆前方的多个可见或不可见物体等。上面已经提到了图像对象的几个示例。背景对象被定义为不能被视为图像对象的任何类型的图像内容，即不携带与车辆或车辆环境有关的信息的图像内容。背景对象包括显示图像中包含除了至少一个图像对象的图像像素之外的图像像素的区域。背景对象通常可包括纯色区、颜色过渡区、纹理区等。
基于入射到车辆挡风玻璃的环境光的该至少一个物理性质的确定，在步骤420中，通过处理器单元根据入射到挡风玻璃的环境光的该至少一个物理性质，对每个图像像素单独调节图像内像素的强度。
处理器单元对至少一个传感器设备和/或测量设备获得的信息进行处理，以生成待显示在挡风玻璃上的图像。如上所述，生成的图像可包含一个或多个图像对象、车辆前方环境中的一部分的图形(或实景图)表示、以及一个或多个背景对象，该一个或多个图像对象以图形形式表示检测或测量的信息，该一个或多个背景对象用于在各种环境光条件下调节图像对象的对比度。
在该方法的一个实施例中，将图像对象像素的强度和背景对象像素的强度确定为，使得背景对象和围绕图像对象的像素间区域的平均强度为图像对象提供，相对于背景对象和像素间区域的所需水平的强度对比度C。相应地，图像对象的对比度C可以由以下等式表示(使用图3A和图3B的符号)：
Figure BDA0003570589350000071
其中，IIN(b)是该图像对象的像素的平均像素强度，IIN(c)是在该图像对象周围的一个或多个背景对象的像素的平均像素强度，IIN(a)是该图像对象周围的多个像素间区域的平均光强度。
优选地，生成待显示在车辆的挡风玻璃上的图像，使得图像内的任何图像对象的对比度C至少为500:1，优选地至少为1000:1。在对比度C的这些范围内，诸如车辆的驾驶员的观看者可以清楚地看到挡风玻璃上的图像对象。
应当注意的是，用户(例如，驾驶员)所感知的像素间单元的光强度可取决于一天中的时段(例如，白天、夜间、黄昏、黎明)、取决于天气(例如，晴天、多云、下雨、有雾等)以及取决于车辆当前移动或停留的环境的特定光学性质(例如，反射或明亮的物体、背阴、隧道等)。
为了保持图像对象的所需水平的对比度，例如，可以按照以下表1对图像的像素强度进行各种调节。
Figure BDA0003570589350000081
表1
在第1-3种情况下，对图像对象的对比度进行调节，以便使观看者在挡风玻璃上获得最合适强度的有用信息。在该最合适的强度下，意味着在整个图像在挡风玻璃上的显示使得驾驶员能够安全地驾驶车辆的同时，图像对象以清晰可识别的形式显示。
在第4种情况下，当车辆在没有或几乎没有迎面而来的车辆的县道上行驶时，将显示的图像调节为适应夜间条件。在这种情况下，仅以低强度显示图像对象，从而提供所谓的“若隐若现”显示模式。在这种情况下，对于LCD型透明显示模组，可能需要使用额外的光源，例如集成到LCD型显示模组外围的照明单元，以产生显示图像对象所需水平的背光。显然，对于LED型透明显示模组，不需要这种额外的照明。
在第5种情况下，可能在车辆的挡风玻璃上显示变暗的图像对象，以使挡风玻璃的以下区域变暗(或完全消隐)：用户(驾驶员或乘客)可感知到另一辆迎面而来的车辆发出的高强度光的干扰的区域。这种变暗的图像对象的图像像素被设置为在显示图像内具有零强度。
最后，在步骤430中，通过集成在车辆的挡风玻璃中的透明显示模组将图像显示在车辆的挡风玻璃上。其中，该透明显示模组包括多个透明像素单元和多个透明像素间区域。
在该方法的一个实施例中，可以使用一个或多个传感器设备和/或测量设备来获取关于车辆和/或车辆的外部环境的至少一个物理特性的信息。传感器设备例如可包括光探测器、雷达探测器、超声波探测器、摄像设备、GPS位置传感器等。测量设备例如可以是速率计、转速计、温度计等。在本实施例中，处理器单元还使用该至少一个传感器设备或测量设备的传感器数据和/或测量数据，来生成待通过集成的透明显示模组在车辆的挡风玻璃上显示的图像。
在该方法的一个实施例中，使用LCD型显示模组作为透明显示模组。在本实施例中，可以使用环境光作为该显示模组的背光，也可以使用集成在显示模组外围的光源(例如，LED单元)为显示模组产生背光，或者可以同时使用环境光和集成光源为LCD型显示模组提供背光。
替代地，在该方法的另一实施例中，使用LED型显示模组作为透明显示模组。在本实施例中，由于显示像素单元的LED光源本身产生用于显示图像的光，因此不需要背光来控制显示。
优选地，图像显示为运动画面。特别地，一个或多个图像对象可以显示为运动画面，即图像对象的内容可随时间变化。例如，图像对象可表现为指示车辆速度的速率计的图形表示，或者可显示导航屏幕，该导航屏幕示出了道路地图和其他导航信息。
当图像对象呈现为运动画面时，特别优选地，响应于感测或测量的与车辆有关的物理特性或环境信息的变化，实时显示该图像对象。例如，可显示示出了速率计的图像对象，以示出车辆的瞬时速度，或者可显示实时更新道路地图和其他导航信息的导航屏幕。
在本发明的系统和方法的优选实施例中，可在车辆的挡风玻璃上显示增强现实(augmented reality，AR)。可使用根据本发明的显示系统的特定实施例来生成增强现实图像，下面将参照图5对其进行描述。图5描绘了显示系统的该实施例的主要部件。
如图5所示，系统500包括用于捕获车辆前方环境的图像的第一摄像设备510。第一摄像设备510的视角和其他光学参数(例如，焦距、分辨率等)可取决于第一摄像设备510关于车辆的位置。第一摄像设备500的图像质量，例如可取决于镜头前所使用的多个滤光镜(例如，UV滤光镜、防眩光镀膜等)、玻璃和这些镀膜的材料质量等。第一摄像设备510可包括传统的视频摄像机、红外摄像机、紫外(UV)摄像机、或雷达摄像机等。
系统500还包括第二摄像设备520，该第二摄像设备520用于捕获车辆中用户(例如，驾驶员或乘客)的眼睛的图像。第一摄像设备510和第二摄像设备520也耦合到处理器单元220(如图2所示)，该处理器单元220还被配置为处理第二摄像设备520的图像以确定用户的眼睛在预定基准坐标系CSb中的一三维位置。
在系统500中，可以相对于基准坐标系CSb和挡风玻璃的三维表面固定第二摄像设备520的位置和朝向，更具体地说，将集成的显示模组映射到基准坐标系CSb中，使得处理器单元220可以基于第二摄像设备520的图像，来确定用户眼睛关于挡风玻璃的相对位置。此外，处理器单元220也可以根据第二摄像设备捕获的图像来确定用户的视线方向。基于这些参数，处理器单元220能够重建用户透过车辆挡风玻璃可观察到的视野。一旦确定了该视野，处理器单元220就可以将视野内的对象映射到挡风玻璃的三维表面上，或者映射到用户(驾驶员或乘客)前面的至少一部分挡风玻璃上。因此，用户(驾驶员或乘客)透过挡风玻璃可看到的环境的映射视图将作为基础图像，以便将任何图像对象拟合到该基础图像的特定部分。
在该实施例中，处理器单元220还被配置为将图像对象拟合到基础图像，使得用户(驾驶员或乘客)可以在挡风玻璃上看到相关图像对象，就像该图像对象是车辆环境的一部分。生成这种AR图像对象的技术在本领域中是众所周知的，因此这里省略其计算细节。还应注意的是，在该系统的该实施例中，由于可以透过车辆的透明挡风玻璃看到基础图像(即车辆前方环境的视图)，因此不需要显示基础图像本身。然而，还可行的是，挡风玻璃显示单元还显示基础图像中的、基于第一摄像设备捕获的图像的至少一部分，优选地，以比AR图像对象低的强度来显示该至少一部分。
系统500的光传感器单元210和透明挡风玻璃显示单元230与以上参照图2所做的描述相同。
优选地，响应于车辆在行驶时相对于其环境的位置的变化，实时呈现AR图像。
下面将参照图6介绍根据本发明的、使用上述显示系统的第二种方法。
作为该方法的第一步骤600，通过光传感器单元获取入射到车辆挡风玻璃的环境光的至少一个物理性质。该步骤对应于以上参照图4所描述的方法的步骤400。
在步骤602中，通过第一摄像设备捕获车辆前方的环境的第一图像。
接下来，在步骤604中，通过第二摄像设备捕获用户(例如，驾驶员或乘客)眼睛的第二像。在步骤606中，通过处理器单元基于捕获的第二图像，确定用户的观看点，可选地，通过处理器单元基于捕获的第二图像，还确定用户关于挡风玻璃的视线方向。
然后，在步骤608中，将通过第一摄像设备捕获的环境的第一图像映射到挡风玻璃的三维表面，或者映射到靠近用户(驾驶员或乘客)的至少一部分挡风玻璃。可以在显示系统的预定基准坐标系中定义挡风玻璃的表面。映射到挡风玻璃表面的环境的第一图像将作为后续图像处理的基础图像。
在下一个步骤610中，对第一摄像设备所捕获的环境的第一图像进行处理以分析该第一图像的内容。然后，在步骤612中，基于环境的第一图像的内容生成至少一个图像对象，其中，该至少一个图像对象待被添加到基础图像以在挡风玻璃上生成增强现实图像，即第三图像。例如，图像对象可包括汽车前方的一段车道、车辆周围的任何交通对象，如行人、另一辆车、路口等。
然后，在步骤614中，处理器单元将与基础图像相关联的该至少一个图像对象拟合到基础图像，使得用户(驾驶员或乘客)可以在挡风玻璃上看到该至少一个图像对象，就像该至少一个图像对象是车辆前方环境的一部分。为了将该至少一个图像对象拟合到基础图像，处理器单元使用先前在步骤606中确定的用户眼睛的位置。
然后，在步骤616中，处理器单元基于拟合到基础图像中的该至少一个图像对象生成待显示的第三图像。该生成的第三图像包含一个或多个拟合的图像对象和一个或多个背景对象。
在步骤620中，通过处理器单元根据入射到挡风玻璃的环境光的该至少一个物理性质，对多个图像像素的强度进行单独确定。该步骤以与以上步骤420相同的方式被执行。入射环境光的物理性质可包括车辆环境中的平均环境光强度、一摄像头所捕获的图像内的光强度分布、一摄像头所捕获的图像内的颜色分布中的至少一项。
最后，在步骤630中，通过透明显示模组将第三图像显示在挡风玻璃上，而不显示基础图像。与该至少一个图像对象一起，还可以生成至少一个背景对象，并且以该至少一个图像对象的对比度在所需范围内的方式，将该该至少一个背景对象显示在透明显示模组上。通过在挡风玻璃上以适合用户(例如驾驶员或乘客)看到环境视图的位置显示该至少一个图像对象，可以通过车辆的透明挡风玻璃显示单元呈现增强现实。
在该显示方法的一个特别优选的实施例中，包含该拟合的一个或多个图像对象和该一个或多个背景对象的第三图像是运动画面，在该运动画面中，在车辆行驶时，该拟合的一个或多个图像对象的图形表示总是实时地跟随用户视野中环境的变化。
第二种方法的图像对象可以是以下至少一个的图形表示：车辆的多个操作特征、车辆的多个交通相关特征、车辆前方的多个可见或不可见物体中。背景对象可以包括纯色区、颜色过渡区、或纹理区等中的至少一个。
在第二种方法中，对图像对象像素的强度和背景对象像素的强度进行设置，使得背景对象和围绕图像对象的像素间区域的平均强度为图像对象提供相对于背景对象和透明显示单元的像素间区域的预设水平的对比度。优选地，该对比度设置为至少500:1，更优选地设置为至少1000:1。
在根据本发明的显示系统的一个实施例中，透明显示模组可以集成到车辆挡风玻璃的相当大的一部分中，因此车辆的驾驶员和其他乘客可以同时使用挡风玻璃显示单元。在这种情况下，透明挡风玻璃显示单元的至少一部分可沿一个或两个方向弯曲。相应地，集成的透明显示模组的形状可以是适合挡风玻璃的三维表面的形状。
当透明显示模组具有沿一个或两个方向弯曲的弯曲部分时，图像中待呈现在显示模组的弯曲部分上的那些部分应当被适当扭曲，以便用户(驾驶员或乘客)可以无失真地看到出现在挡风玻璃弯曲部分上的图像。所需的图像变换由处理器单元执行，该图像变换是本领域众所周知的，因此在此省略其细节。
在根据本发明的显示方法的一个实施例中，处理器单元可优化透明显示模组的以下显示属性中的至少一种：透明度、饱和度、对比度、色彩平衡等。

Claims (26)

1.一种在车辆的挡风玻璃上显示图像的方法，所述方法包括：
-通过光传感器单元获取(600)入射到所述车辆的挡风玻璃上的环境光的至少一个物理性质；
-通过第一摄像设备捕获(602)所述车辆前方的环境的第一图像；
-通过第二摄像设备捕获(604)用户，尤其是所述车辆的驾驶员，的眼睛的第二图像；
-通过处理器单元基于所述第二图像，确定(606)乘客关于所述挡风玻璃的观看点；
-通过所述处理器单元将所述第一图像映射到(608)所述挡风玻璃的表面的至少一部分，从而生成基础图像；
-通过所述处理器单元分析(610)所述第一图像的内容；
-基于所述第一图像的内容，生成(612)至少一个图像对象；
-通过所述处理器单元将所述至少一个图像对象拟合(614)到所述基础图像；
-通过所述处理器单元基于所拟合的至少一个图像对象，生成(616)待显示的第三图像；
-通过所述处理器单元根据入射到所述挡风玻璃的环境光的所述至少一个物理性质，对所述第三图像的每个像素的强度进行单独调节(620)；
-通过集成到所述车辆的挡风玻璃中的透明显示模组显示(630)所述第三图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光传感器单元包括光探测器、雷达探测器、超声波探测器、摄像设备中的至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述入射的环境光的物理性质包括所述车辆的环境中的平均环境光强度、一摄像头所捕获的图像内的光强度分布、一摄像头所捕获的图像内的颜色分布中的至少一项。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第三图像包括一个或多个背景对象。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，一图像对象为以下中至少一个的图形表示：所述车辆的多个操作特征、所述车辆的多个交通相关特征、所述车辆前方的多个可见或不可见物体。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述背景对象包括纯色区、颜色过渡区、或纹理区等中的至少一个。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述图像对象的像素的强度和所述背景对象的像素的强度进行设置，使得所述背景对象和围绕所述图像对象的像素间区域的平均强度为所述图像对象提供相对于所述背景对象和透明显示单元的像素间区域的预设水平的对比度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述对比度设置为至少500:1，优选至少为1000:1。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-通过至少一个传感器设备或测量设备，获取关于所述车辆的至少一个物理特性和/或所述车辆的外部环境的信息；
-通过所述处理器单元生成表示所获取的信息的图像对象；
-通过所述透明显示模组显示包含所述图像对象的图像。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
-所述传感器设备包括光探测器、雷达探测器、超声波探测器、摄像设备、GPS位置传感器中的至少一个；以及
-所述测量设备包括速率计、转速计、温度计中的至少一个。
11.一种在车辆的挡风玻璃上显示图像的方法，所述方法包括：
-通过光传感器单元获取(400)入射到所述车辆的挡风玻璃的环境光的至少一个物理性质；
-通过处理器单元生成(410)待显示在所述车辆的挡风玻璃上的图像；
-基于对入射到所述车辆的挡风玻璃的环境光的所述至少一个物理性质的确定，通过所述处理器单元根据所述环境光的所述至少一个物理性质，对每个图像像素的强度进行单独调节(420)；
-通过集成到所述车辆的挡风玻璃中的透明显示模组显示(430)图像。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光传感器单元包括光探测器、雷达探测器、超声波探测器、摄像设备中的至少一个。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述入射的环境光的物理性质包括所述车辆的环境中的平均环境光强度、一摄像头所捕获的图像内的光强度分布、一摄像头所捕获的图像内的颜色分布的至少一项。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述第三图像包括一个或多个背景对象。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，图像对象为以下中至少一个的图形表示：所述车辆的多个操作特征、所述车辆的多个交通相关特征、所述车辆前方的多个可见或不可见物体。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中，所述背景对象包括纯色区、颜色过渡区、或纹理区等中的至少一个。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，对所述图像对象的像素的强度和所述背景对象的像素的强度进行设置，使得所述背景对象和所述图像对象周围的像素间区域的平均强度为所述图像对象提供相对于所述背景对象和透明显示单元的像素间区域的预设水平的对比度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述对比度设置为至少500:1，优选至少为1000:1。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-通过至少一个传感器设备或测量设备，获取关于所述车辆的至少一个物理特性和/或所述车辆的外部环境的信息；
-通过所述处理器单元生成表示所获取的信息的图像对象；
-通过所述透明显示模组显示包含所述图像对象的图像。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，
-所述传感器设备包括光探测器、雷达探测器、超声波探测器、摄像设备、GPS位置传感器中的至少一个；以及
-所述测量设备包括速率计、转速计、温度计中的至少一个。
21.一种用于在车辆的挡风玻璃上显示图像的系统，用于执行根据权利要求1-20中任一项所述的方法，所述系统包括：
-光传感器单元(210)，用于获取入射到所述车辆的挡风玻璃上的环境光的至少一个物理性质，并用于提供环境光信息；
-处理器单元(220)，被配置为生成待显示的图像，且还被配置为根据所述环境光信息单独调节每个图像像素的强度；
-透明挡风玻璃显示单元(230)，用于在所述车辆的挡风玻璃上显示所述图像，所述显示单元包括两个透明保护层和位于所述两个透明保护层之间的透明显示模组。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述透明显示模组为LCD型显示模组(234)和LED型显示模组(334)中的一个。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述LCD型显示模组(234)的外围集成有光源。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的系统，其中，所述透明挡风玻璃显示单元(230)沿一个或两个方向弯曲。
25.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中
-所述透明挡风玻璃显示单元包括沿一个或两个方向弯曲的至少一个弯曲部分，以及
-显示图像的步骤包括在所述透明挡风玻璃显示单元的弯曲部分上以扭曲的形式显示图像的一部分，使得用户能够无失真地感知所述图像的所述部分。
26.一种计算机程序产品，包括指令，所述指令在由处理器设备执行时使得所述处理器设备执行根据权利要求1至20和25中任一项所述的方法的步骤。
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