ITBO20060027A1 - HUD SYSTEM CONTROL METHOD FOR A ROAD VEHICLE - Google Patents
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Description
D ESCR IZ ION E DESCRIPTION
La presente invenzione è relativa ad un metodo di controllo di sistema HUD (Head Up Display) di un veicolo stradale. The present invention relates to a HUD (Head Up Display) system control method of a road vehicle.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione ad una automobile, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità. The present invention finds advantageous application to an automobile, to which the following description will make explicit reference without thereby losing generality.
Un sistema HUD per una automobile proietta sul parabrezza dell'automobile stessa una immagine elettronica contenente una visualizzazione di una serie di informazioni (ad esempio la velocità dell'automobile); in questo modo, il guidatore può leggere le informazioni proiettate senza dovere distogliere lo sguardo dal parabrezza, cioè dalla strada. A car HUD system projects an electronic image onto the car's windshield containing a display of a variety of information (eg car speed); in this way, the driver can read the projected information without having to take his eyes off the windscreen, that is, from the road.
Normalmente, un sistema HUD per una automobile conprende una unità di generazione che riceve in ingresso delle informazioni e che genera una immagine elettronica contenente una visualizzazione delle informazioni ricevuti in ingresso, ed un proiettore che proietta sul parabrezza dell'automobile l'immagine elettronica generata dalla unità di generazione. Normally, an HUD system for a car includes a generation unit that receives information at its input and generates an electronic image containing a display of the information received at its input, and a projector that projects the electronic image generated by the generating unit.
Un grosso problema che si verifica nell'implementare un sistema HUD in una automobile è legato alle imperfezioni del sistema ottico costituito dal proiettore e dal parabrezza, in quanto tali imperfezioni non sono percepibili quando si osserva la strada attraverso il parabrezza, ma possono introdurre delle distorsioni inaccettabili nelle immagini proiettate. Di conseguenza, risulta necessario realizzare il sistema ottico costituito dal proiettore e dal parabrezza con delle specifiche costruttive molto rigide che comportando un notevole aumento dei costi e dei pezzi scartati; in particolare, l'aumento dei costi e dei pezzi scartati è particolarmente rilevante per quanto riguarda il parabrezza, in quanto tale componente ha una estensione elevata (quasi sempre superiore al metro quadro) ed una forma curva particolarmente complessa. A big problem that occurs in implementing an HUD system in a car is related to the imperfections of the optical system consisting of the headlight and the windshield, as these imperfections are not perceptible when looking at the road through the windshield, but they can introduce distortions. unacceptable in projected images. Consequently, it is necessary to realize the optical system consisting of the headlamp and the windscreen with very rigid construction specifications which entail a considerable increase in costs and discarded parts; in particular, the increase in costs and discarded parts is particularly significant as regards the windshield, as this component has a high extension (almost always greater than a square meter) and a particularly complex curved shape.
Inoltre, durante la normale guida dell'automobile la testa del guidatore compie in continuazione piccoli spostamento sia verticali, sia orizzontali indotti dalle vibrazioni trasmesse dalla automobile stessa; tali spostamenti della testa del guidatore provocano un analogo spostamento negli occhi del guidatore. Di conseguenza, il guidatore deve continuamente inseguire con gli occhi la posizione della immagine proiettata sul parabrezza. In particolare, tale problema è avvertito quando l'immagine proiettata sul parabrezza è una immagine della strada ricavata con un sistema di visione artificiale (ad esempio visione notturna o attraverso la nebbia) e quindi la guida dell'automobile viene effettuata sulla base dell'immagine proiettata invece che sulla base della immagine diretta della strada vista attraverso il parabrezza; infatti, in questa situazione l'immagine proietta sul parabrezza è essenziale e non accessoria alla guida e deve venire osservata dal guidatore senza soluzione di continuità. Furthermore, during normal driving of the car, the driver's head continuously makes small vertical and horizontal displacements induced by the vibrations transmitted by the car itself; such displacements of the driver's head cause a similar displacement in the driver's eyes. Consequently, the driver must continuously track the position of the image projected on the windshield with his eyes. In particular, this problem is felt when the image projected on the windshield is an image of the road obtained with an artificial vision system (for example night vision or through fog) and therefore the driving of the car is carried out on the basis of the image. projected instead of on the basis of the direct image of the road seen through the windshield; in fact, in this situation the image projected on the windscreen is essential and not accessory to driving and must be observed by the driver without interruption.
La domanda di brevetto US2002084950A1 descrive un sistema HUD per una automobile provvisto di una unità di correzione di tipo ottico (cioè una lente o un sistema di lenti) interposta tra il proiettore ed il parabrezza per compensare le distorsioni sull'immagine proiettata dovute alla non planarità del parabrezza. Patent application US2002084950A1 describes a HUD system for an automobile provided with an optical correction unit (i.e. a lens or a lens system) interposed between the projector and the windscreen to compensate for distortions on the projected image due to non-planarity. of the windshield.
La domanda di brevetto US2002080495A1 descrive un sistema HUD per una automobile provvisto di lente ottica di correzione interposta tra il proiettore ed il parabrezza per conpensare le distorsioni sull'immagine proiettata dovute alla non planarità del parabrezza. Patent application US2002080495A1 describes a HUD system for an automobile provided with an optical correction lens interposed between the projector and the windscreen to compensate for the distortions on the projected image due to the non-planarity of the windscreen.
La domanda di brevetto W02005033774A1 descrive un sistema HUD per una automobile provvisto di una compensazione elettronica delle distorsioni geometriche dell'immagine proiettata introdotte dalle ottiche di collimazione . Patent application WO2005033774A1 describes a HUD system for an automobile provided with an electronic compensation of the geometric distortions of the projected image introduced by the collimation optics.
La domanda di brevetto US2003085909A1 descrive un sistema HUD per una automobile provvisto di una compensazione elettronica delle distorsioni dell'immagine proiettata. Patent application US2003085909A1 describes a HUD system for an automobile provided with an electronic compensation of the distortions of the projected image.
La domanda di brevetto US2004179271A1 descrive un sistema HUD per una automobile provvisto di una compensazione elettronica delle distorsioni dell'immagine proiettata. Patent application US2004179271A1 describes a HUD system for an automobile provided with an electronic compensation of the distortions of the projected image.
Il brevetto US6580562B1 descrive un sistema HUD per una automobile, in cui la posizione dell'immagine proiettata sul parabrezza viene spostata meccanicamente in funzione della posizione degli occhi del guidatore; in particolare, il proiettore è provvisto di un specchio che riflette l'immagine verticalmente e parallelamente a sé stesso verso l'alto e verso il parabrezza e la posizione verticale dello specchio viene variata in funzione della altezza del guidatore. Patent US6580562B1 describes a HUD system for an automobile, in which the position of the image projected on the windshield is mechanically shifted according to the position of the driver's eyes; in particular, the headlamp is equipped with a mirror that reflects the image vertically and parallel to itself upwards and towards the windscreen and the vertical position of the mirror is varied according to the driver's height.
La domanda di brevetto DE19813300A1 descrive un sistema HUD per una automobile, in cui la posizione dell'immagine proiettata sul parabrezza viene spostata elettronicamente in funzione di un parametro dell'automobile, quale, ad esempio, l'angolo di sterzatura del volante o la velocità di avanzamento. Patent application DE19813300A1 describes a HUD system for an automobile, in which the position of the image projected on the windshield is moved electronically as a function of a parameter of the car, such as, for example, the steering angle of the steering wheel or the speed. advancement.
Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di controllo di sistema HUD per un veicolo stradale, il quale metodo sia di facile ed economica implementazione e sia, nel contempo, esente dagli inconvenienti sopra descritti. The object of the present invention is to provide a HUD system control method for a road vehicle, which method is easy and economical to implement and is, at the same time, free from the drawbacks described above.
In accordo con la presente invenzione, viene fornito un metodo di controllo di sistema HUD per un veicolo stradale secondo quanto stabilito nelle rivendicazioni allegate. In accordance with the present invention, a HUD system control method is provided for a road vehicle as set forth in the attached claims.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
• la figura 1 illustra una vista schematica di una automobile provvista di un sistema HUD realizzato in accordo con la presente invenzione; e Figure 1 illustrates a schematic view of an automobile equipped with a HUD system made in accordance with the present invention; And
• la figura 2 illustra una vista schematica della automobile della figura 1 durante una fase iniziale di calibrazione del sistema HUD. Nella figura 1, è indicata con il numero 1 una automobile provvista di un abitacolo 2 delimitato anteriormente da un parabrezza 3 trasparente. All'interno dell'abitacolo 2 è presente un cruscotto 4, il quale è disposto di fronte ad un guidatore dell'automobile 1 e supporta un volante 5, una serie di comandi (non illustrati) azionabili dal guidatore, ed una serie di strumenti e luci di segnalazione (non illustrati) . Figure 2 illustrates a schematic view of the automobile of Figure 1 during an initial calibration phase of the HUD system. In Figure 1, the number 1 indicates a car provided with a passenger compartment 2 delimited at the front by a transparent windshield 3. Inside the passenger compartment 2 there is a dashboard 4, which is arranged in front of a driver of the car 1 and supports a steering wheel 5, a series of controls (not shown) that can be operated by the driver, and a series of instruments and signal lights (not shown).
L'automobile 1 è dotata di un sistema 6 HDD (Head Up Display) , il quale conprende una unità 7 di generazione per generare una immagine elettronica contenente una visualizzazione di informazioni ed un proiettore 8 per proiettare l'immagine elettronica sul parabrezza 3. The car 1 is equipped with a HDD (Head Up Display) system 6, which includes a generation unit 7 for generating an electronic image containing an information display and a projector 8 for projecting the electronic image onto the windshield 3.
Le informazioni contenute nella immagine elettronica vengono fornite ad un ingresso della unità 7 di generazione da una centralina 9 elettronica dell'automobile 1 e sono relative alla conduzione dell'automobile 1; a titolo di esempio, le informazioni contenute nella immagine elettronica possono essere la velocità dell'automobile 1, il numero di giri di un motore dell'automobile 1, la posizione dell'automobile 1 fornita da un dispositivo di tipo GPS, oppure una visione ad infrarossi della strada di fronte all'automobile 1 stessa (visione artificiale notturna o attraverso la nebbia). The information contained in the electronic image is supplied to an input of the generation unit 7 by an electronic control unit 9 of the car 1 and relates to driving the car 1; by way of example, the information contained in the electronic image can be the speed of the car 1, the number of revolutions of an engine of the car 1, the position of the car 1 provided by a GPS-type device, or an infrared of the road in front of the car 1 itself (artificial vision at night or through fog).
Il sistema 6 HUD comprende, inoltre, un insieme 10 di lenti per la messa a fuoco dell'immagine proiettata dal proiettore 8 ed uno specchio 11, il quale è atto a dirigere 1'immagine proiettata dal proiettore 8 verso il parabrezza 3. The HUD system 6 also comprises a set 10 of lenses for focusing the image projected by the projector 8 and a mirror 11, which is adapted to direct the image projected by the projector 8 towards the windshield 3.
Tra la unità 7 di generazione ed il proiettore 8 è interposta una unità 12 di elaborazione, la quale è atta ad effettuare una elaborazione della immagine elettronica generata dalla unità 7 di generazione ed è collegata sia ad una unità 13 di memoria, sia ad un sensore 14 che rileva in tempo reale la posizione degli occhi del guidatore. A titolo di esempio, la unità 12 di elaborazione potrebbe conprendere il processore "Capricor 2" della ditta Toshiba. A processing unit 12 is interposed between the generation unit 7 and the projector 8, which is suitable for processing the electronic image generated by the generation unit 7 and is connected both to a memory unit 13 and to a sensor. 14 which detects the position of the driver's eyes in real time. By way of example, the processing unit 12 could include the "Capricor 2" processor from the Toshiba company.
Inizialmente, durante una fase di messa a punto del sistema 6 HUD nella unità 13 di memoria viene memorizzata una mappa di distorsione ottica del sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3 (ed, ovviamente, anche dall'insieme 10 di lenti e dallo specchio il). Secondo quanto illustrato nella figura 2, per creare la mappa di distorsione ottica del sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3 viene utilizzata una strumentazione di calibrazione conprendente un dispositivo 15 di pilotaggio (tipicamente un computer) ed una telecamera 16. Il dispositivo 15 di pilotaggio viene collegato al proiettore 8 per fornire al proiettore 8 stesso una immagine elettronica di una griglia di calibrazione in modo tale che il proiettore 8 proietti sul parabrezza 3 la griglia di calibrazione stessa; quindi la telecamera 16 rileva l'immagine proiettata sul parabrezza 3 della griglia di calibrazione e fornisce l'immagine proiettata al dispositivo 15 di pilotaggio. La mappa di distorsione ottica del sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3 viene quindi costruita confrontando punto per punto l'immagine proiettata sul parabrezza 3 della griglia di calibrazione con la griglia di calibrazione di partenza. Una volta terminata, la mappa di distorsione ottica del sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3 viene memorizzata nella unità 13 di memoria. Initially, during a phase of setting up the HUD system 6, an optical distortion map of the optical system consisting of the projector 8 and the windshield 3 (and, obviously, also the set 10 of lenses and the mirror the). According to what is illustrated in Figure 2, a calibration instrument comprising a driving device 15 (typically a computer) and a camera 16 is used to create the optical distortion map of the optical system consisting of the projector 8 and the windshield 3. control unit is connected to the headlamp 8 to supply the headlamp 8 itself with an electronic image of a calibration grid so that the headlamp 8 projects the calibration grid itself onto the windscreen 3; then the camera 16 detects the image projected on the windshield 3 of the calibration grid and supplies the projected image to the driving device 15. The optical distortion map of the optical system consisting of the headlamp 8 and the windshield 3 is then constructed by comparing point by point the image projected on the windshield 3 of the calibration grid with the starting calibration grid. Once completed, the optical distortion map of the optical system constituted by the headlamp 8 and the windshield 3 is stored in the memory unit 13.
Durante il normale funzionamento del sistema 6 HUD, la unità 7 di generazione genera una prima immagine elettronica contenente una visualizzazione di informazioni fornite ad un ingresso della unità 7 di generazione stessa dalla centralina 9 elettronica. Successivamente, la prima immagine elettronica viene fornita dalla unità 7 di generazione alla unità 12 di elaborazione, la quale partendo dalla prima immagine elettronica genera un seconda immagine elettronica derivante dalla prima immagine elettronica stessa; in particolare, la seconda immagine elettronica viene generata applicando alla prima immagine elettronica la mappa di distorsione ottica memorizzata nell'unità 13 di memoria in modo tale che la seconda immagine elettronica abbia delle distorsioni uguali e contrarie rispetto al sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3. Infine, la unità 12 di elaborazione fornisce al proiettore 8 la seconda immagine elettronica che viene quindi proiettata sul parabrezza 3. During normal operation of the HUD system 6, the generation unit 7 generates a first electronic image containing a display of information supplied to an input of the generation unit 7 itself by the electronic control unit 9. Subsequently, the first electronic image is supplied by the generation unit 7 to the processing unit 12, which starting from the first electronic image generates a second electronic image deriving from the first electronic image itself; in particular, the second electronic image is generated by applying to the first electronic image the optical distortion map stored in the memory unit 13 in such a way that the second electronic image has equal and opposite distortions with respect to the optical system consisting of the projector 8 and the windshield 3. Finally, the processing unit 12 supplies the projector 8 with the second electronic image which is then projected onto the windshield 3.
La seconda immagine elettronica presenta delle distorsioni uguali e contrarie rispetto al sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3; di conseguenza, quando la seconda immagine elettronica viene proiettata attraverso il sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3, le distorsioni del sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3 vengono completamente compensate. In altre parole, invece di proiettare una immagine corretta viene proiettata una immagine distorta avente delle distorsioni uguali e contrarie rispetto al sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3. The second electronic image presents distortions which are the same and opposite with respect to the optical system constituted by the projector 8 and the windscreen 3; consequently, when the second electronic image is projected through the optical system consisting of the projector 8 and the windscreen 3, the distortions of the optical system consisting of the projector 8 and the windscreen 3 are completely compensated. In other words, instead of projecting a correct image, a distorted image is projected having equal and opposite distortions with respect to the optical system constituted by the projector 8 and the windshield 3.
Le immagini elettroniche proiettate dal proiettore 8 possono essere monocromatiche (cioè in bianco e nero), oppure a colori secondo lo standard RGB che associa ad ogni punto dell'immagine tre diversi colori (Red - Green - Blue) aventi tra loro diverse lunghezze d'onda. The electronic images projected by the projector 8 can be monochromatic (i.e. black and white), or in color according to the RGB standard which associates three different colors (Red - Green - Blue) with each other having different lengths of wave.
Nel caso in cui le immagini elettroniche proiettate dal proiettore 8 sono a colori, nella unità 13 di memoria può venire memorizzata una unica mappa di distorsione ottica del sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3 valida per tutti e tre i colori del sistema RGB; tale forma di attuazione richiede una potenza di calcolo più ridotta, ma per contro presenta delle prestazioni inferiori, in quanto ciascuna lunghezza d'onda subisce una deformazione diversa rispetto alle altre lunghezza d'onda. In alternativa, nel caso in cui le immagini elettroniche proiettate dal proiettore 8 sono a colori, nella unità 13 di memoria possono venire memorizzate tre mappe di distorsione ottica del sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3, ciascuna delle quali mappe è associata ad un rispettivo colore; tale forma di attuazione richiede una potenza di calcolo più elevata, ma per contro presenta delle prestazioni migliori in quanto a ciascuna lunghezza d'onda viene applicata la corrispondente deformazione. If the electronic images projected by the projector 8 are in color, a single optical distortion map of the optical system consisting of the projector 8 and the windshield 3 valid for all three colors of the RGB system can be stored in the memory unit 13. ; this embodiment requires a more reduced computing power, but on the other hand has lower performances, since each wavelength undergoes a different deformation with respect to the other wavelengths. Alternatively, if the electronic images projected by the projector 8 are in color, three optical distortion maps of the optical system consisting of the projector 8 and the windscreen 3 can be stored in the memory unit 13, each of which maps is associated with a respective color; this embodiment requires a higher computing power, but on the other hand has better performances since the corresponding deformation is applied to each wavelength.
Come detto in precedenza, il sistema 6 HUD sopra descritto è in grado di condensare elettronicamente tutte le distorsioni introdotte dal sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3. Di conseguenza, il sistema 6 HUD sopra descritto opera correttamente anche con un sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3 avente delle specifiche costruttive blande e quindi economico da realizzare. As previously mentioned, the 6 HUD system described above is able to electronically condense all the distortions introduced by the optical system consisting of the projector 8 and the windscreen 3. Consequently, the 6 HUD system described above operates correctly even with an optical system consisting of from the headlamp 8 and from the windscreen 3 having mild construction specifications and therefore economical to produce.
Secondo una preferita forma di attuazione, durante il normale funzionamento del sistema 6 HUD il sensore 14 rileva in tempo reale la posizione degli occhi di un guidatore del veicolo 1 stradale. In base alla posizione degli occhi del guidatore, l'unità 12 di elaborazione determina uno spostamento da applicare alla prima immagine elettronica in modo tale che la prima immagine elettronica stessa insegua la posizione degli occhi del guidatore del veicolo 1 stradale; successivamente, l'unità 12 di elaborazione genera la seconda immagine elettronica applicando alla prima immagine elettronica lo spostamento ed applicando successivamente alla prima immagine elettronica spostata la mappa di distorsione ottica. In questo modo, la posizione della immagine proiettata sul parabrezza 3 viene continuamente spostata sul parabrezza 3 stesso per inseguire la posizione degli occhi del guidatore. According to a preferred embodiment, during normal operation of the HUD system 6 the sensor 14 detects in real time the position of the eyes of a driver of the road vehicle 1. Based on the position of the driver's eyes, the processing unit 12 determines a shift to be applied to the first electronic image so that the first electronic image itself follows the position of the driver's eyes of the road vehicle 1; subsequently, the processing unit 12 generates the second electronic image by applying the displacement to the first electronic image and subsequently applying the optical distortion map to the first displaced electronic image. In this way, the position of the image projected on the windshield 3 is continuously shifted onto the windshield 3 itself to follow the position of the driver's eyes.
Secondo una diversa forma di attuazione, lo spostamento della immagine proiettata sul parabrezza 3 per inseguire la posizione degli occhi del guidatore potrebbe venire realizzato senza la sopra descritta compensazione delle distorsioni introdotte dal sistema ottico costituito dal proiettore 8 e dal parabrezza 3; in altre parole, la seconda immagine elettronica viene generata applicando alla prima immagine elettronica solo lo spostamento e non la mappa di distorsione ottica. According to a different embodiment, the displacement of the image projected on the windshield 3 to follow the position of the driver's eyes could be achieved without the aforementioned compensation of the distortions introduced by the optical system consisting of the headlight 8 and the windshield 3; in other words, the second electronic image is generated by applying to the first electronic image only the displacement and not the optical distortion map.
Il sistema 6 HUD sopra descritto sposta elettronicamente ed in tempo reale la immagine proiettata sul parabrezza 3 in modo da inseguire la posizione degli occhi del guidatore. In questo modo non è il guidatore che insegue con gli occhi l'immagine proiettata sul parabrezza 3 in posizione fissa, ma è l'immagine proiettata sul parabrezza 3 che viene continuamente spostata per inseguire lo spostamento degli occhi del guidatore. Di conseguenza, la visione della immagine proiettata sul parabrezza 3 risulta più intuitiva e meno affaticante, particolarmente nella messa a fuoco di piccoli particolari della immagine stessa. The HUD system 6 described above electronically and in real time moves the image projected on the windshield 3 so as to follow the position of the driver's eyes. In this way it is not the driver who follows with his eyes the image projected on the windshield 3 in a fixed position, but it is the image projected on the windshield 3 that is continuously moved to follow the movement of the driver's eyes. Consequently, viewing the image projected on the windshield 3 is more intuitive and less tiring, particularly in focusing on small details of the image itself.
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