CN207248489U - 一种hud成像位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种HUD成像位置检测装置，包括挡风玻璃固定部分(1)、HUD固定部分(2)、检测装置部分(3)、检测装置固定调节部分(4)，挡风玻璃固定部分(1)包括挡风玻璃(11)、挡风玻璃固定支架一(12)、挡风玻璃固定支架二(13)、挡风玻璃安装角度调节机构(14)，HUD固定部分(2)包括HUD装置(21)、多维度调节平台(22)、调节平台固定支架(24)，检测装置部分(3)包括检测镜头(31)、检测镜头调节机构(33)、检测镜头固定杆(32)，检测镜头固定杆(32)安装在检测装置固定调节部分(4)上；本实用新型能够保证行车安全，消除了成像位置偏差对HUD使用效果带来的影响。

Description

一种HUD成像位置检测装置

[技术领域]

本实用新型涉及HUD检测技术领域，具体地说是一种HUD成像位置检测装置。

[背景技术]

HUD(head up display)为抬头显示器，近些年HUD越来越多的出现在汽车上，为行车安全提供了很大的保障。随着HUD的技术逐渐成熟，产量逐渐扩大，HUD的检测设备是必不可少的。现有检测设备对一般光学系统的对比度、畸变、亮度等指标的检测是很成熟的。例如：专利号2016210632587，专利名称：一种HUD影像测试设备，该专利中介绍了一种HUD影像测试的设备，可以对HUD影像视野范围、像质、尺寸、色彩、亮度进行测试。

但HUD不同于镜头等光学系统，其应用的场合决定了它有一个更为重要的指标需要进行检测：成像位置。在实际装车过程中，挡风玻璃的安装角度偏差，HUD产品的安装位置偏差都会造成HUD成像位置发生偏移。成像位置偏差过大会严重影响HUD的使用效果。成像的位置过低会和汽车的前引擎盖重叠，驾驶员不能清晰看到车速、导航等重要信息，从而对行车安全造成威胁。而上述专利并不能对成像位置进行评估与检测，而缺少了这项指标评定的HUD必然存在隐患。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种HUD成像位置检测装置，能够实现HUD成像位置检测，保证了行车安全，消除了成像位置偏差对于HUD使用效果带来的影响。

为实现上述目的设计一种HUD成像位置检测装置，包括挡风玻璃固定部分1、HUD固定部分2、检测装置部分3、检测装置固定调节部分4，所述HUD固定部分2设置在挡风玻璃固定部分1的一侧，所述检测装置部分3、检测装置固定调节部分4均设置在挡风玻璃固定部分1的另一侧，所述挡风玻璃固定部分1包括挡风玻璃11、挡风玻璃固定支架一12、挡风玻璃固定支架二13、挡风玻璃安装角度调节机构14，所述挡风玻璃11安装在挡风玻璃固定支架一12上，所述挡风玻璃固定支架一12连接在挡风玻璃固定支架二13上，并通过挡风玻璃安装角度调节机构14调整角度，所述HUD固定部分2包括HUD装置21、多维度调节平台22、调节平台固定支架24，所述多维度调节平台22用于对HUD装置21的高度、水平方向角度进行调节，所述多维度调节平台22安装在调节平台固定支架24上，所述检测装置部分3包括检测镜头31、检测镜头调节机构33、检测镜头固定杆32，所述检测镜头31通过检测镜头调节机构33安装在检测镜头固定杆32上端处，所述检测镜头调节机构33用于对检测镜头31的俯仰角、水平角度、前后位置进行微调，所述检测镜头固定杆32下端安装在检测装置固定调节部分4上，并通过检测装置固定调节部分4进行横向及纵向的粗调节。

进一步地，所述检测装置部分3还包括CCD芯片34、步进电机35、齿轮一36、齿轮二37、齿轮三38、FPGA芯片，所述检测镜头31固定在外壳39的几何中心，所述外壳39安装在检测镜头固定杆32顶端，所述检测镜头31后端连接CCD芯片34，所述CCD芯片34与步进电机35相连，所述检测镜头31与CCD芯片34之间距离由步进电机35通过螺纹传动进行微调，所述步进电机35与FPGA芯片相连，所述检测镜头31与CCD芯片34之间距离通过FPGA芯片进行控制调节，并进行读数，所述齿轮一36用于控制检测镜头31俯仰角，所述齿轮二37用于控制检测镜头31前后位置的微调，所述齿轮三38用于控制检测镜头31水平角度的微调，所述齿轮一36、齿轮二37、齿轮三38均由主板连接相应电机以控制传动。

进一步地，所述检测装置固定调节部分4包括水平横向调节滑轨41、水平纵向调节滑轨42，所述水平纵向调节滑轨42安装在水平横向调节滑轨41上，并沿水平横向调节滑轨41作横向移动，所述检测镜头固定杆32下端连接在水平纵向调节滑轨42上，并沿水平纵向调节滑轨42作纵向移动。

进一步地，所述HUD装置21顶端设有带光阑25的上盖23，所述带光阑25的上盖23用于控制从HUD装置21出射光束的口径。

进一步地，所述光阑25的直径为5-10mm。

进一步地，所述外壳39外部安装有读数表盘，所述读数表盘与FPGA芯片电连接，所述读数表盘用于在测试前进行调整校对。

本实用新型同现有技术相比，通过该装置能够在检测前对检测装置的角度进行高精度自动化调整与检测，角度检测完成后继续对成像距离进行检测，最终得出HUD产品的成像位置信息(角度，距离)，并根据汽车结构数据给出判定结果，实现HUD成像位置检测，保证了行车安全，避免了挡风玻璃安装角度偏差以及HUD产品安装位置偏差，所造成的HUD成像位置发生偏移，消除了成像位置偏差对于HUD使用效果带来的影响；此外，本实用新型所述的检测系统由一个FPGA芯片进行控制，实现对数据采集，算法处理，以及对控制系统进行调节，自动化程度高，安全可靠，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型中挡风玻璃固定部分的结构示意图；

图3是本实用新型中HUD固定部分的结构示意图；

图4是本实用新型中检测装置部分的结构示意图；

图5是本实用新型中检测装置部分上部的放大结构示意图；

图6是本实用新型中检测装置固定调节部分的结构示意图；

图7是本实用新型中HUD装置的结构示意图；

图8是本实用新型成像角度的测量原理示意图；

图9是本实用新型中检测镜头处的局部结构示意图；

图10是本实用新型成像位置计算示意图；

图中：1、挡风玻璃固定部分 11、挡风玻璃 12、挡风玻璃固定支架一 13、挡风玻璃固定支架二 14、挡风玻璃安装角度调节机构 2、HUD固定部分 21、HUD装置 22、多维度调节平台 23、上盖 24、调节平台固定支架 25、光阑 3、检测装置部分 31、检测镜头 32、检测镜头固定杆 33、检测镜头调节机构 34、CCD芯片 35、步进电机 36、齿轮一 37、齿轮二 38、齿轮三 39、外壳 4、检测装置固定调节部分 41、水平横向调节滑轨 42、水平纵向调节滑轨。

[具体实施方式]

如附图所示，本实用新型提供了一种HUD成像位置检测装置，包括挡风玻璃固定部分1、HUD固定部分2、检测装置部分3、检测装置固定调节部分4，HUD固定部分2设置在挡风玻璃固定部分1的一侧，检测装置部分3、检测装置固定调节部分4均设置在挡风玻璃固定部分1的另一侧，挡风玻璃固定部分1包括挡风玻璃11、挡风玻璃固定支架一12、挡风玻璃固定支架二13、挡风玻璃安装角度调节机构14，挡风玻璃11安装在挡风玻璃固定支架一12上，挡风玻璃固定支架一12连接在挡风玻璃固定支架二13上，并通过挡风玻璃安装角度调节机构14调整角度，HUD固定部分2包括HUD装置21、多维度调节平台22、调节平台固定支架24，多维度调节平台22用于对HUD装置21的高度、水平方向角度进行调节，多维度调节平台22安装在调节平台固定支架24上，检测装置部分3包括检测镜头31、检测镜头调节机构33、检测镜头固定杆32，检测镜头31通过检测镜头调节机构33安装在检测镜头固定杆32上端处，检测镜头调节机构33用于对检测镜头31的俯仰角、水平角度、前后位置进行微调，检测镜头固定杆32下端安装在检测装置固定调节部分4上，并通过检测装置固定调节部分4进行横向及纵向的粗调节。

其中，检测装置部分3还包括CCD芯片34、步进电机35、齿轮一36、齿轮二37、齿轮三38、FPGA芯片，检测镜头31固定在外壳39的几何中心，外壳39安装在检测镜头固定杆32顶端，检测镜头31后端连接CCD芯片34，CCD芯片34与步进电机35相连，检测镜头31与CCD芯片34之间距离由步进电机35通过螺纹传动进行微调，步进电机35与FPGA芯片相连，检测镜头31与CCD芯片34之间距离通过FPGA芯片进行控制调节，并进行读数，齿轮一36用于控制检测镜头31俯仰角，齿轮二37用于控制检测镜头31前后位置的微调，齿轮三38用于控制检测镜头31水平角度的微调，齿轮一36、齿轮二37、齿轮三38均由主板连接相应电机以控制传动；外壳39外部安装有读数表盘，读数表盘与FPGA芯片电连接，读数表盘用于在测试前进行调整校对。

本实用新型中，检测装置固定调节部分4包括水平横向调节滑轨41、水平纵向调节滑轨42，水平纵向调节滑轨42安装在水平横向调节滑轨41上，并沿水平横向调节滑轨41作横向移动，检测镜头固定杆32下端连接在水平纵向调节滑轨42上，并沿水平纵向调节滑轨42作纵向移动。HUD装置21顶端设有带光阑25的上盖23，带光阑25的上盖23用于控制从HUD装置21出射光束的口径，光阑25的直径为5-10mm。

如附图1所示，整个测试系统共分为四个部分：挡风玻璃固定部分，HUD固定部分，检测装置部分，检测装置固定及调节部分。如附图2所示，挡风玻璃固定部分包含挡风玻璃、挡风玻璃固定支架一、挡风玻璃固定支架二、挡风玻璃安装角度调节机构。如附图3所示，HUD固定部分包含有HUD装置、带光阑的上盖、多维度调节平台、调节平台固定支架，该多维度调节平台可以对HUD的高度、水平方向角度进行调节，使HUD能够正确安装在理论设计位置；带光阑的上盖可以控制从HUD出射光束的口径，从而提高测试精度。如附图4所示，检测装置部分包含有检测镜头、检测镜头固定杆、检测镜头调节机构，该检测镜头调节机构可以对检测镜头进行俯仰角、水平角度、前后位置的微调，其调节全部由电机控制，外部也安装有读数表盘，便于机构在测试前进行调整校对。

如附图5所示，在检测部分，检测镜头固定在外壳的几何中心，后端紧接CCD芯片，CCD芯片由步进电机及相关螺纹带动，实现前后的调节。通过FPGA芯片的控制对检测镜头和CCD芯片之间的距离进行调节改变，并进行读数。齿轮一控制测试部分俯仰角的改变，齿轮二控制测试部分前后的微调，齿轮三控制测试部分水平角度的微调，以上调节机构件均由主板连接相关电机部件直接进行控制传动。如附图6所示，检测装置固定及调节部分包含有水平横向调节滑轨、水平纵向调节滑轨，从而测试部分整体可以通过该部分进行一个粗调节，使测试部分整体位置处于工作区域附近。本实用新型整体由一个FPGA芯片进行控制，对数据采集，算法处理，以及对控制系统进行调节。

下面结合具体实施例对本实用新型的检测方法作以下进一步说明：

(1)成像角度检测方法

对角度进行调整方法，首先加工一个特殊的HUD装置21上盖23，在通过上盖23的主光线所在位置设置一个光阑25，使得HUD只有该孔位可以出射光线。该光阑25的直径要在5-10mm之间，此做法有效的限制了出光量，对于后续的光线采集与计算提高了精度与准确性；

然后用CCD进行一次采样，CCD芯片采集到一个光斑的数据(像素坐标信息，能量幅值信息)，将该信息传输给FPGA芯片，芯片对采集到的数据进行质心计算。

质心算法公式如下：

其中I_ij为二维图像上每个像素点接收到的光强。得到该位置的坐标(x_c，y_c)后与中心点(0,0)进行比较，计算偏差，然后转动电机调整检测装置的调节机构并再次计算质心坐标，继续调整，直到(x_c，y_c)与(0,0)几乎重合，此时读出竖直方向旋转的角度(与0角度基准位置比较)，该角度就是HUD装置21的成像角度。

(2)成像距离检测方法

检测装置部分3角度调整好以后开始进行成像距离的检测。

在测试之前需要对步进电机的步数与螺纹的传动距离进行一次标定，这样在测试时可以通过对步进电机步数的记录得到CCD芯片34及相关螺纹移动的准确距离。

检测镜头31与CCD芯片34之间由步进电机35通过螺纹传动进行微调，达到改变CCD与镜头之间距离的目的；

检测过程中HUD选用黑白格图片进行显示，便于进行图像算法处理。

CCD芯片34在当前位置进行一次采样，得到一幅图像后对图像进行分析，得到图像锐度，对比度等信息，并对信息进行记录。此时CCD芯片与螺纹均处于初始零位。控制步进电机35转动，改变CCD与镜头之间的距离并记录步数，图像信息，如此反复。最终在螺纹全量程内得到N组数据，将这N组锐度，对比度信息与步进距离绘制成图像，得出图像最清晰点的位置信息。此时的位置信息便是检测镜头31与CCD芯片34之间的距离d。对于镜头本身，我们是已知他的焦距f’以及其他的结构参数，我们可以计算出该透镜的主点H的位置，并且可以根据其结构参数和d得到此时的像距l’，知道了f’和像距l’，根据高斯公式可以求出此时的物距l，l便是我们需要的成像距离。

(3)成像位置计算与比较

根据已经测定的成像角度与成像距离，可以算出成像的具体位置(如附图10所示)：

h＝l*sinα

D＝l*cosα

在实际汽车的空间布局上可以看出该位置的像是否合适，最终给出HUD是否合格的结论。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种HUD成像位置检测装置，其特征在于：包括挡风玻璃固定部分(1)、HUD固定部分(2)、检测装置部分(3)、检测装置固定调节部分(4)，所述HUD固定部分(2)设置在挡风玻璃固定部分(1)的一侧，所述检测装置部分(3)、检测装置固定调节部分(4)均设置在挡风玻璃固定部分(1)的另一侧，所述挡风玻璃固定部分(1)包括挡风玻璃(11)、挡风玻璃固定支架一(12)、挡风玻璃固定支架二(13)、挡风玻璃安装角度调节机构(14)，所述挡风玻璃(11)安装在挡风玻璃固定支架一(12)上，所述挡风玻璃固定支架一(12)连接在挡风玻璃固定支架二(13)上，并通过挡风玻璃安装角度调节机构(14)调整角度，所述HUD固定部分(2)包括HUD装置(21)、多维度调节平台(22)、调节平台固定支架(24)，所述多维度调节平台(22)用于对HUD装置(21)的高度、水平方向角度进行调节，所述多维度调节平台(22)安装在调节平台固定支架(24)上，所述检测装置部分(3)包括检测镜头(31)、检测镜头调节机构(33)、检测镜头固定杆(32)，所述检测镜头(31)通过检测镜头调节机构(33)安装在检测镜头固定杆(32)上端处，所述检测镜头调节机构(33)用于对检测镜头(31)的俯仰角、水平角度、前后位置进行微调，所述检测镜头固定杆(32)下端安装在检测装置固定调节部分(4)上，并通过检测装置固定调节部分(4)进行横向及纵向的粗调节。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述检测装置部分(3)还包括CCD芯片(34)、步进电机(35)、齿轮一(36)、齿轮二(37)、齿轮三(38)、FPGA芯片，所述检测镜头(31)固定在外壳(39)的几何中心，所述外壳(39)安装在检测镜头固定杆(32)顶端，所述检测镜头(31)后端连接CCD芯片(34)，所述CCD芯片(34)与步进电机(35)相连，所述检测镜头(31)与CCD芯片(34)之间距离由步进电机(35)通过螺纹传动进行微调，所述步进电机(35)与FPGA芯片相连，所述检测镜头(31)与CCD芯片(34)之间距离通过FPGA芯片进行控制调节，并进行读数，所述齿轮一(36)用于控制检测镜头(31)俯仰角，所述齿轮二(37)用于控制检测镜头(31)前后位置的微调，所述齿轮三(38)用于控制检测镜头(31)水平角度的微调，所述齿轮一(36)、齿轮二(37)、齿轮三(38)均由主板连接相应电机以控制传动。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述检测装置固定调节部分(4)包括水平横向调节滑轨(41)、水平纵向调节滑轨(42)，所述水平纵向调节滑轨(42)安装在水平横向调节滑轨(41)上，并沿水平横向调节滑轨(41)作横向移动，所述检测镜头固定杆(32)下端连接在水平纵向调节滑轨(42)上，并沿水平纵向调节滑轨(42)作纵向移动。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述HUD装置(21)顶端设有带光阑(25)的上盖(23)，所述光阑(25)的上盖(23)用于控制从HUD装置(21)出射光束的口径。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述光阑(25)的直径为5-10mm。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述外壳(39)外部安装有读数表盘，所述读数表盘与FPGA芯片电连接，所述读数表盘用于在测试前进行调整校对。