CN204479843U - 平视显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平视显示系统，其包括全息投影系统、图像转换系统、信号生成系统，全息投影系统、图像转换系统、信号生成系统三者之间相互连接；图像转换系统将信号生成系统生成的目标图像转换为全息图并输出至全息投影系统；信号生成系统生成目标图像并输出至图像转换系统。本实用新型利用外部设备完成信号获取生成，目标图案生成及全息转换工作，并通过有线或无线方式将全息图数据及控制信号等其它信号发送至全息投影主机端，主机端只负责接受及显示工作，从而大大降低了成本。

Description

平视显示系统

技术领域

 本实用新型涉及一种显示系统，特别是涉及一种平视显示系统。

背景技术

目前的汽车平视显示系统大多采用LED+LCD的显示方案，光效低，亮度低，成本高，体积大。全息投影的方案具有光效高，亮度高，体积小等优势。文献中公开的全息投影方案分成使用预存图片的方式或者实时计算的方式。使用预存图片只能显示预设图案，使用实时计算的方法可以显示任意图案，电子系统在内部完成信号获取生成，目标图案生成，全息转换等所有工作，特别是全息转换运算量巨大，需订制专有芯片或使用高端芯片导致成本居高不下，因而只能作为概念车演示或昂贵的豪车使用而难以普及。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种平视显示系统，其利用外部设备完成信号获取生成，目标图案生成及全息转换工作，并通过有线或无线方式将全息图数据及控制信号等其它信号发送至全息投影主机端，主机端只负责接受及显示工作，从而大大降低了成本。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种平视显示系统，其特征在于，其包括全息投影系统、图像转换系统、信号生成系统，全息投影系统、图像转换系统、信号生成系统三者之间相互连接；图像转换系统将信号生成系统生成的目标图像转换为全息图并输出至全息投影系统；信号生成系统生成目标图像并输出至图像转换系统。

优选地，所述图像转换系统、信号生成系统使用外部电子设备。

所述图像转换系统通过并行调用运算单元的方式实现。

优选地，所述全息投影系统包括电源、光源、光束整合系统、空间光调制器、信号接收系统、聚焦投影系统、屏幕、合路器，信号接收系统、光源、空间光调制器都与电源连接，光源、空间光调制器都与信号接收系统连接，光源、光束整合系统、空间光调制器、信号接收系统、聚焦投影系统、屏幕、合路器依次连接。

优选地，所述光源使用半导体激光器；信号接收系统使用FPGA芯片/或专有芯片，通过IP核集成通讯协议及接口，接收外部电子设备发出的全息图数据、光源调制数据，并将全息图数据传输给空间光调制器显示全息图像调制入射其上的光，利用衍射干涉原理还原目标图像。

优选地，所述光源使用半导体激光器；信号接收系统使用FPGA芯片/或专有芯片，集成无线或蓝牙传输协议及接口，接收外部电子设备发出的全息图数据、光源调制数据，并将全息图数据传输给空间光调制器显示全息图像调制入射其上的光，利用衍射干涉原理还原目标图像。

优选地，所述空间光调制器为相位调制器件，通过显示输入的全息图像，调制射入的光，利用光的衍射干涉原理成像。

优选地，所述光束整合系统由透镜组成，将光源发出光束准直并扩束成与空间光调制器尺寸相仿的方形或椭圆形光斑；合路器为曲面玻璃，将屏幕上的图像光线变为虚像，并部分或全部反射，同时外部光线将会透过合路器进入观看者眼中，最终形成还原图像漂浮在远处路面的效果。

优选地，所述全息投影系统接收来自信号生成或图像转换系统的光源控制信号，以调节光源输出功率。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型通过干涉衍射原理成像，而非普通投影遮蔽光的方式，可以大大提高平视显示系统的光效，亮度，减小体积降低成本。同时使用外部已有电子设备生成信号、目标图案以及完成全息图转换功能，而全息平视系统主机只包含简单的信号接受系统电路，可以大大降低整个系统的成本。

附图说明

图1为本实用新型平视显示系统的原理框图。

图2为本实用新型中全息投影系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，本实用新型平视显示系统包括全息投影系统、图像转换系统、信号生成系统，全息投影系统、图像转换系统、信号生成系统三者之间相互连接。

图像转换系统、信号生成系统都可以使用外部电子设备（比如手机、平板电脑、汽车主机设备等）。图像转换系统通过并行调用运算单元的方式实现。

此外，外部电子设备可以是汽车主机电子设备，或者通过OBD接口连接汽车主机已获得汽车数据。

如图2所示，全息投影系统实现图像显示，利用全息技术成像，包括电源、光源、光束整合系统、空间光调制器、信号接收系统、聚焦投影系统、屏幕、合路器等，信号接收系统、光源、空间光调制器都与电源连接，光源、空间光调制器都与信号接收系统连接，光源、光束整合系统、空间光调制器、信号接收系统、聚焦投影系统、屏幕、合路器依次连接。即电源向信号接收系统、光源、空间光调制器供电，同时电源可以通过USB接口向外部电子设备供电（例如给手机供电/充电）。光源使用半导体激光器，如520nm的半导体绿光激光器，还可以加上635nm的红色半导体激光及450nm的蓝色半导体激光器通过光束整合系统中的合色部件合色后输入空间光调制器，从而产生单色或彩色图像。光源可以通过TTL/PWM等方式由信号接收系统发出的光源调制信号调制。信号接收系统使用FPGA芯片或专有芯片（如USB通讯芯片或ASIC订制芯片），通过IP核集成通讯协议及接口，接收外部电子设备发出的全息图数据、光源调制数据等，并将全息图数据传输给空间光调制器显示全息图像调制入射其上的光，利用衍射干涉原理还原目标图像。将空间光调制器的信号传输至光源，用以控制光源的输出功率以及在时间顺序上同步不同波长（颜色）的光源及空间光调制器上所显示的全息图。空间光调制器为相位调制器件（比如使用相位调制的硅基液晶），通过显示输入的全息图像，调制射入的光，利用光的衍射干涉原理成像。空间光调制器通过接收信号接收系统发送的全息图，利用相位调制的方式调制入射光线，最终通过衍射干涉原理还原目标图像；彩色系统中空间光调制器可以使用时分复用的方式还原不同色彩图案，同时其显示的全息图与对应光源同步。彩色系统中还可以采用两片或多片空间光调制器，分别对应所显示色彩，接受对应光源的入射光及相应色彩信号，其输出图像经合色形成彩色目标图像。全息投影系统还接收来自信号生成或图像转换系统的光源控制信号，以调节光源输出功率，从而调节输出亮度。光束整合系统由透镜组成，将半导体激光器发出光束扩束并准直成与空间光调制器尺寸相仿的方形或圆形、椭圆形光斑；同时对于彩色系统，光束整合系统还包括合色模块（例如，合色棱镜）将不同波段（颜色）的光束整合，然后输出至空间光调制器。光束整合系统还可以使用光纤方案，例如将单个或多个激光器发出的光耦合进单根或多根单模或多模光纤。若采用多个激光器方案，其合束过程可以通过将光纤合束的方式进行。光从光纤输出后再通过透镜准直扩束。采用光纤方案的优点在于，光纤能将半导体激光器长方形的光斑（水平垂直扩散角不同）变为圆形光斑（水平垂直扩散角相同）。若使用多片空间光调制器实现彩色显示的方案，则光束整合系统完成不同波长光源扩束整形功能而无需合束。聚焦投影系统包括聚焦及投影放大及屏幕三个模块，空间光调制器位于聚焦模块后焦面附近，在其前焦面附近还原后的目标图像（还原图像）将汇聚成实像，再通过后面的放大模块（例如投影镜头）将还原图像放大输出至屏幕。屏幕采用投影膜（扩散屏），将还原图像散射，扩大其可视角。聚焦投影系统也可将屏幕（投影膜）直接贴在前挡玻璃上，直接将图像投影在前挡玻璃之上。合路器为曲面玻璃，镀有对于特定波段增强反射的薄膜，其将屏幕上的图像光线变为离观看者有一定距离的虚像，并部分或全部反射，同时外部光线将会透过合路器进入观看者眼中，最终形成还原图像漂浮在远处路面的效果。合路器也可使用曲面或平面反射镜，将反射后的图像反射至前挡风玻璃上，反射光为偏振光与前挡玻璃之间的角度接近布鲁斯特角，从而增加其在前挡玻璃上再次反射的反射率。经前挡玻璃再次反射后图像将与外部光线（景象）合路进入观看者眼中。前档玻璃还可采用两块楔形玻璃贴合的玻璃，从而消除影像二次反射造成的鬼影。

图像转换系统将信号生成系统生成的目标图像转换为全息图并输出至全息投影系统。全息图像转换系统集成在外部电子设备上，如手机、平板、车载电子设备等。本实用新型可利用现有芯片中的GPU（Graphic Processing Unit，图像处理单元）高速并行计算生成全息图，可利用专利号为201010595976.X的中国专利中的方法生成全息图。输出接口可使用有线或无线方式，例如USB、wifi、蓝牙、车载OBD等接口。图像转换系统还可根据目标图像内容生成光源控制信号，输出至全息投影系统。图像转换系统外部电子系统是使用带有GPU的电子设备（例如骁龙800芯片的手机），通过opencl并行调用GPU与CPU。全息图生成算法中包含大量并行计算的全息变换（例如快速傅立叶及傅立叶逆变换）、矩阵运算等使用GPU计算，而逻辑部分（例如迭代控制，反馈补偿等）使用CPU计算，最后生成全息图输出。图像转换系统的图像处理过程包含如下步骤：

步骤一，接收信号生成系统生成的目标图像；

步骤二，生成或读取相位；

步骤三，处理输入的目标图像，例如对每个像素点开根获得振幅，做反sinc分布补偿等，使用GPU，利用GPU多运算单元的特点可同时并行计算数百上千像素点，运算速度远大于CPU；

步骤四，将输入的振幅矩阵点乘相位矩阵，使用GPU，例如有1024个运算单元的GPU可在一个周期内同时计算1024个点；

步骤五，全息变换，例如快速傅立叶变换, 使用GPU；

步骤六，量化上一步结果，例如丢弃振幅，将相位量化至64阶，使用GPU；

步骤七，判断是否输出，若是则输出量化后的相位矩阵（全息图），若否则执行步骤八，使用CPU；

步骤八，光斑补偿，使用光斑振幅分布矩阵点乘步骤六量化后的相位，使用GPU；

步骤九，全息逆变换，例如快速傅立叶逆变换，使用GPU；

步骤十，迭代条件判断，判断是否满足迭代条件，使用CPU，若是则执行步骤十一；若否则将步骤九获得相位作为输入，并根据需求丢弃步骤九中获得的振幅而采用目标图像振幅，或者部分保留振幅并结合目标图像振幅生成新振幅，跳回步骤四，使用GPU；

步骤十一，图像对比，将步骤九中生成振幅或其平方与目标图像振幅或其平方对比，使用CPU或GPU，或二者结合使用；

步骤十二，计算补偿参数，使用GPU或CPU；

步骤十三，根据补偿参数/步骤十中生成振幅、目标图像生成经补偿的新目标图像，并跳至步骤三，使用GPU。

此外，还可以增加专利号为201010595976.X的中国专利中描述的子帧叠加的方法以进一步提高图像质量，同样通过并行调用GPU及CPU加快运算速度。

图像转换系统还可根据每张目标图像分别生成光源调制信号，控制每帧图片中每个颜色子帧的光源强度。例如对RGB三色根据对应颜色子帧图案内容分别生成调制信号，分别控制三色光源的输出。生成的全息图通过有线或无线的方式传输至全息投影系统。例如可以使用USB接口实时将生成的全息图以及光源控制信号发送至全息投影系统，也可以使用wifi、蓝牙等无线方式实现。

信号生成系统利用导航及地图接口、汽车OBD接口、GPS设备、摄像头等获得信号生成目标图像并输出至图像转换系统。信号生成系统集成在外部电子设备上，如手机、平板、车载电子设备等，可利用已有设备（如GPS设备）确定位置，调用导航及地图接口生成导航、地图及交通情况信息图案，可通过网络获得实时路况信息，并生成相应图案，可通过有线或无线（如蓝牙接口）联接汽车OBD接口，读取车况信息，并生成相关图案。可通过摄像头（行车记录仪）等设备拍摄周围环境，并计算后得出防撞告警、车道偏离、道路及周边环境识别等信号，并生成相关图案。信号生成系统将上述所有或部分图案合成，生成目标图像，输出至图像转换系统。此外，信号生成系统还可以包括控制系统，可根据用户设置生成不同的信号图案组成的目标图像。其中用户可通过界面进行设置，或通过语音方式，手势识别方式（利用摄像头），外接按键等进行设置，还可根据用户设置、目标图像内容以及光线传感器信号生成光源控制信号，对光源的输出功率进行调制，实现对总亮度的控制，输出至全息投影系统。信号生成系统通过蓝牙接口（或有线连接）获取OBD数据，生成车况相关图案；通过卫星定位（例如GPS）获取位置信息，并调用地图导航软件生成驾驶相关图案或实时路况提示图案等；通过外部设备相关信号生成外部设备相关信息图案，例如手机来电时的提示来电提醒图案及文字，短消息、微信等提示图案文字等。信号生成系统根据用户设置信息选取需要显示内容，并将相关图案排列组合，生成目标图像。

上述信号接收系统可使用MHL芯片，通过MHL方式（USB线）接收外部电子设备（如手机）发出的全息图数据、光源调制数据等，数据解码后以RGB888或LVDS等格式将全息图数据传输给空间光调制器。上述信号接收系统可使用OTG方式（USB线）接收外部电子设备（如手机）发出的全息图数据、光源调制数据等，数据解码后以RGB888或LVDS等格式将全息图数据传输给空间光调制器。上述信号接收系统可使用WIFI或蓝牙等无线方式接收外部电子设备（如手机）发出的全息图数据、光源调制数据等，数据解码后以RGB888或LVDS等格式将全息图数据传输给空间光调制器。

上述信号接收系统还可使用WIFI或蓝牙等无线方式接收外部电子设备（如手机）发出的全息图数据、光源调制数据等，数据解码后以RGB888或LVDS等格式将全息图数据传输给空间光调制器。

本实用新型利用外部设备完成信号获取生成，目标图案生成及全息转换工作，并通过有线或无线方式将全息图数据及控制信号等其它信号发送至全息投影主机端，主机端只负责接受及显示工作，从而大大降低了成本。其中全息转换任务通过使用并行计算的方式完成，从而大大提高运算速度，使利用现有电子设备完成实时全息转换成为可能，例如使用手机中GPU+CPU或车载电子设备中的GPU+CPU等。

本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改型和改变。因此，本实用新型覆盖了落入所附的权利要求书及其等同物的范围内的各种改型和改变。

Claims (9)

1.一种平视显示系统，其特征在于，其包括全息投影系统、图像转换系统、信号生成系统，全息投影系统、图像转换系统、信号生成系统三者之间相互连接；图像转换系统将信号生成系统生成的目标图像转换为全息图并输出至全息投影系统；信号生成系统生成目标图像并输出至图像转换系统。

2.如权利要求1所述的平视显示系统，其特征在于，所述图像转换系统、信号生成系统使用外部电子设备。

3. 如权利要求1所述的平视显示系统，其特征在于，所述图像转换系统通过并行调用运算单元的方式实现。

4. 如权利要求1所述的平视显示系统，其特征在于，所述全息投影系统包括电源、光源、光束整合系统、空间光调制器、信号接收系统、聚焦投影系统、屏幕、合路器，信号接收系统、光源、空间光调制器都与电源连接，光源、空间光调制器都与信号接收系统连接，光源、光束整合系统、空间光调制器、信号接收系统、聚焦投影系统、屏幕、合路器依次连接。

5.如权利要求4所述的平视显示系统，其特征在于，所述光源使用半导体激光器；信号接收系统使用FPGA芯片/或专有芯片，通过IP核集成通讯协议及接口，接收外部电子设备发出的全息图数据、光源调制数据，并将全息图数据传输给空间光调制器显示全息图像调制入射其上的光，利用衍射干涉原理还原目标图像。

6. 如权利要求4所述的平视显示系统，其特征在于，所述光源使用半导体激光器；信号接收系统使用FPGA芯片/或专有芯片，集成无线或蓝牙传输协议及接口，接收外部电子设备发出的全息图数据、光源调制数据，并将全息图数据传输给空间光调制器显示全息图像调制入射其上的光，利用衍射干涉原理还原目标图像。

7. 如权利要求4所述的平视显示系统，其特征在于，所述空间光调制器为相位调制器件，通过显示输入的全息图像，调制射入的光，利用光的衍射干涉原理成像。

8. 如权利要求4所述的平视显示系统，其特征在于，所述光束整合系统由透镜组成，将光源发出光束准直并扩束成与空间光调制器尺寸相仿的方形或椭圆形光斑；合路器为曲面玻璃，将屏幕上的图像光线变为虚像，并部分或全部反射，同时外部光线将会透过合路器进入观看者眼中，最终形成还原图像漂浮在远处路面的效果。

9. 如权利要求4所述的平视显示系统，其特征在于，所述全息投影系统接收来自信号生成或图像转换系统的光源控制信号，以调节光源输出功率。