WO2021227784A1 - 抬头显示装置和抬头显示方法 - Google Patents

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Definitions

  • This application relates to the field of image processing, and more specifically, to a head-up display device and a head-up display method.
  • the current HUD technology covers the entire display area with all the information during driving. Excessive information may interfere with the user's driving, and the power consumption is high under high brightness conditions. At the same time, it will reduce the life of the display element of the HUD device.
  • a head-up display device including a visual positioning unit, an image determining unit, an image control unit, an image display unit, and an optical unit; the visual positioning unit is used to obtain the user's line of sight information, and determine the target display area according to the line of sight information ,
  • the target display area is a sub-area of the overall display area corresponding to the image display unit;
  • the image determining unit is used to determine the image of the target content in the target display area, and the target content is the content to be displayed in the overall display area that corresponds to the target display area
  • the image control unit is used to adjust the light field and generate a real image of the target content according to the image of the target content in the target display area;
  • the image display unit is used to display the real image of the target content;
  • the optical unit is used to form a light beam based on the real image of the target content, To generate a virtual image of the target content.
  • the visual positioning unit may use a camera or the like to obtain head, face, or eye images, and then analyze the line of sight information through software, and then analyze the line of sight information to realize line-of-sight positioning and tracking, and determine the target display area.
  • the visual positioning unit can be an eye tracker system, an Eye Tribe tracker, etc.
  • the specific realization of the two-level LCOS element can be as follows: the first-level LCOS element in the two-level LCOS element is a phase-type LCOS element, and the second-level LCOS element in the two-level LCOS element is an amplitude-type LCOS element.
  • the specific realization of the two-level LCOS element may also include: the first-level LCOS element and the second-level LCOS element in the two-level LCOS element are both phase-type LCOS elements.
  • the head-up display device and the head-up display method provided by the present application will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
  • the technical solution of the present application can be applied to the automotive field, the aerospace field, and the navigation field.
  • the technical solution of this application can be applied to vehicles, and can also be applied to other vehicles such as airplanes, aerospace vehicles, ships, etc.
  • the embodiment of this application does not limit this.
  • vehicles, airplanes, aerospace vehicles, ships, etc. are collectively referred to as means of transportation, and vehicles are taken as an example for description below.
  • the technical solution of this application can also be used in combination with Augmented Reality (AR) technology.
  • AR Augmented Reality
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the target display area changing with the user's line of sight according to an embodiment of the present application. Adaptive partitioning can be applied to scenarios combined with AR technology.
  • the light field can be adjusted by a one-level SLM to generate a real image of the target content in the target display area; or a two-level SLM can be adjusted to generate a real image of the target content in the target display area.
  • the units described as separate components may or may not be physically separated, and the components displayed as units may or may not be physical units, that is, they may be located in one place, or they may be distributed on multiple network units. Some or all of the units may be selected according to actual needs to achieve the objectives of the solutions of the embodiments.

Abstract

一种抬头显示装置（200）和方法，抬头显示装置（200）包括；视觉定位单元（210）用于获取用户的视线信息，根据视线信息确定目标显示区域，目标显示区域为图像显示单元（240）对应的整体显示区域的子区域；图像确定单元（220）用于确定目标显示区域中目标内容的图像，目标内容为整体显示区域的待显示内容中与目标显示区域对应的内容；图像控制单元（230）用于调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像；图像显示单元（240），用于显示目标内容的实像；光学单元（250）用于基于目标内容的实像形成光束，以生成目标内容的虚像。抬头显示装置和方法可以降低抬头显示装置（20）的功耗、延长显示元件的寿命，并且能够使得用户获得良好的视觉效果，有利于提高驾驶的安全性。

Description

抬头显示装置和抬头显示方法
本申请要求于2020年05月15日提交中国专利局、申请号为202010412233.8、申请名称为“抬头显示装置和抬头显示方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及图像处理领域，更具体地，涉及一种抬头显示装置和抬头显示方法。
背景技术
抬头显示(head up display，HUD)技术又称平视显示技术，近年来逐步在汽车领域、航空航天领域以及航海领域获得了越来越广泛地应用。例如，在汽车领域，HUD技术把汽车行驶中的重要信息投影到挡风玻璃上，使得安装有HUD装置的车辆的驾驶员无需低头就可以看到这些信息。这能够帮助对速度缺乏判断的新手驾驶员控制车速，避免在许多限速路段因为超速而违章。更重要的是，HUD技术能够使驾驶员在无需低头或转头的条件下瞬间读数，始终保持最佳观察状态，避免驾驶员低头或转头看仪表等信息时，由于前方遇到紧急情况来不及采取有效措施而造成事故。
当前的HUD技术将行驶中全部的信息铺满整个显示区域，过多的信息可能会干扰用户驾驶，并且高亮度情况下功耗较大，同时会造成HUD装置的显示元件寿命降低。
发明内容
本申请提供一种抬头显示装置和抬头显示方法，可以降低抬头显示装置的功耗、延长显示元件的寿命，并且能够使得用户获得良好的视觉效果，有利于提高驾驶的安全性。
第一方面，提供了一种抬头显示装置，包括视觉定位单元、图像确定单元、图像控制单元、图像显示单元和光学单元；视觉定位单元用于获取用户的视线信息，根据视线信息确定目标显示区域，目标显示区域为图像显示单元对应的整体显示区域的子区域；图像确定单元用于确定目标显示区域中目标内容的图像，目标内容为整体显示区域的待显示内容中与目标显示区域对应的内容；图像控制单元用于调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像；图像显示单元，用于显示目标内容的实像；光学单元用于基于目标内容的实像形成光束，以生成目标内容的虚像。
应理解，视觉定位单元可以利用摄像机等获取头部、脸部或眼部图像，再经过软件解析出视线信息，然后对视线信息进行分析实现视线定位与追踪，确定出目标显示区域。视觉定位单元可以是眼动仪系统、Eye Tribe视线追踪器等。
应理解，图像显示单元可以为扩散屏(diffusor)、幕布等可供投影成像的载体。
应理解，光学单元可以包括透镜或透镜组。
第一方面提供的抬头显示装置，根据用户的视线信息确定目标显示区域，目标显示区 域为整体显示区域的子区域，仅显示目标显示区域内的目标内容，目标显示区域之外的区域则不显示，可以降低抬头显示装置的功耗并延长显示元件的寿命，也能够使得显示的内容更符合用户的视觉特性，避免过多的冗余信息干扰用户，使得用户获得良好的视觉效果，有利于提高驾驶的安全性。
在第一方面的一种可能的实现方式中，整体显示区域包括多个子区域，多个子区域中的每个子区域与待显示内容的一部分内容对应；目标显示区域为多个子区域中的一个子区域。
在第一方面的一种可能的实现方式中，多个子区域采用固定划分的方式或采用自适应划分的方式对整体显示区域进行划分得到。其中，固定划分的方式简单易实现，自适应划分的方式灵活、可以适用更多的场景，可以应用于AR场景。
在第一方面的一种可能的实现方式中，待显示内容可以包括交通工具状态内容、道路状态内容和导航内容等。目标内容包括交通工具状态内容、道路状态内容和导航内容中的至少一种。
在第一方面的一种可能的实现方式中，图像控制单元可以包括空间光调制器SLM。图像控制单元还可以包括光源。本可能的实现方式中利用SLM进行图像控制，结构简单，调制速度快。
在第一方面的一种可能的实现方式中，图像控制单元可以包括两级SLM，其中，第一级SLM用于照亮目标显示区域，第二级SLM用于加载目标内容的图像。这种可能的实现方式由于光线的能量集中在目标显示区域成像，成像亮度高。
在第一方面的一种可能的实现方式中，两级SLM可以是两级LCOS元件。其中，第一级LCOS元件用于照亮目标显示区域，第二级LCOS元件用于加载目标内容的图像。LCOS元件调制简单，速度快。
两级LCOS元件的具体实现可以有：两级LCOS元件中的第一级LCOS元件为相位型LCOS元件，两级LCOS元件中的第二级LCOS元件为振幅型LCOS元件。
两级LCOS元件的具体实现还可以有：两级LCOS元件中的第一级LCOS元件和第二级LCOS元件均为相位型LCOS元件。
两级LCOS元件的具体实现还可以有：两级LCOS元件中的第一级LCOS元件和第二级LCOS元件均为相位型LCOS元件，第一级LCOS元件和第二级LCOS元件之间具有第一偏振片，第二级LCOS元件之后具有第二偏振片。
第二方面，提供了一种抬头显示方法，包括：获取用户的视线信息，根据视线信息确定目标显示区域，目标显示区域为整体显示区域的子区域；确定目标显示区域中目标内容的图像，目标内容为整体显示区域的待显示内容中与目标显示区域对应的内容；调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像；显示目标内容的实像；基于目标内容的实像形成光束，以生成目标内容的虚像。
在第二方面的一种可能的实现方式中，调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像，可以包括：通过两级空间光调制器SLM调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像。
在第二方面的一种可能的实现方式中，两级SLM为两级LCOS元件。
在第二方面的一种可能的实现方式中，两级LCOS元件中的第一级LCOS元件为相位 型LCOS元件，两级LCOS元件中的第二级LCOS元件为振幅型LCOS元件。
在第二方面的一种可能的实现方式中，两级LCOS元件中的第一级LCOS元件和第二级LCOS元件均为相位型LCOS元件。
在第二方面的一种可能的实现方式中，第一级LCOS元件和第二级LCOS元件之间具有第一偏振片，第二级LCOS元件之后具有第二偏振片。
在第二方面的一种可能的实现方式中，图像显示单元对应的整体显示区域包括多个子区域，多个子区域中的每个子区域与待显示内容的一部分内容对应；目标显示区域为多个子区域中的一个子区域。
在第二方面的一种可能的实现方式中，多个子区域是对整体显示区域采用固定划分的方式或采用自适应划分的方式得到的。
在第二方面的一种可能的实现方式中，目标内容包括交通工具状态内容、道路状态内容和导航内容中的至少一种。
第三方面，提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行第二方面或第二方面的任意一种可能的实现方式中的方法的指令。
第四方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序包括用于执行第二方面或第二方面的任意一种可能的实现方式中的方法的指令。
第五方面，提供了一种芯片，其中存储有指令，当其在抬头显示装置上运行时，使得该抬头显示装置执行第二方面或第二方面的任意一种可能的实现方式中的方法。
附图说明
图1是一种抬头显示场景的示意图。
图2是本申请的一个实施例的抬头显示装置的示意性框图。
图3是本申请的一个实施例的目标显示区域与整体显示区域的示意图。
图4是本申请的一个实施例的目标显示区域随着用户的视线变化的示意图。
图5是本申请的一个实施例的图像控制单元的结构示意图。
图6是本申请的另一个实施例的图像控制单元的结构示意图。
图7是本申请的又一个实施例的图像控制单元的结构示意图。
图8是本申请的一个实施例的抬头显示方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
图1示出了一种抬头显示场景的示意图。如图1所示，抬头显示装置可以安装在挡风玻璃附近。假设在该抬头显示场景中，在驾驶员或前排乘客的前方，挡风玻璃之外，存在对象A和对象B(例如，前方行驶的车辆、路过的行人等)。抬头显示装置可以利用该挡风玻璃或挡风玻璃附近的玻璃、反射镜等(本申请统称为反射单元)将行驶速度、行驶方向等信息成像于风挡玻璃之外，便于驾驶员不低头、不转头就能够看到这些驾驶信息。本申请后续以反射单元为挡风玻璃为例进行说明。
目前业界的抬头显示装置中，高亮度和低功耗是互相矛盾的一对需求。目前的抬头显示装置无法满足用户对高亮度低功耗的期望。想要获得高亮度则需较大功耗，同时需要容 忍抬头显示装置的显示元件寿命降低。此外，抬头显示装置显示过多的信息可能会干扰用户驾驶。
针对上述问题，下面将结合附图详细说明本申请提供的抬头显示装置和抬头显示方法。应理解，本申请的技术方案可以应用于汽车领域、航空航天领域以及航海领域。例如本申请的技术方案可以应用于车辆上，也可以应用于飞机、航天航空飞行器、轮船等其他交通工具上，本申请实施例对此不作限定。本申请将车辆、飞机、航天航空飞行器、轮船等统称为交通工具，下面以车辆为例进行说明。本申请的技术方案还可以与增强现实(Augmented Reality，AR)技术相结合使用。
本申请提供了一种抬头显示装置。图2是本申请的一个实施例的抬头显示装置200的示意性框图。如图2所示，抬头显示装置200包括视觉定位单元210、图像确定单元220、图像控制单元230、图像显示单元240和光学单元250。视觉定位单元210用于获取用户的视线信息，根据视线信息确定目标显示区域，目标显示区域为图像显示单元对应的整体显示区域的子区域。图像确定单元220用于确定目标显示区域中目标内容的图像，目标内容为整体显示区域的待显示内容中与目标显示区域对应的内容。图像控制单元230用于调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像。图像显示单元240，用于显示目标内容的实像。光学单元250用于基于目标内容的实像形成光束，以生成目标内容的虚像。
本申请实施例提供的抬头显示装置，根据用户的视线信息确定目标显示区域，目标显示区域为整体显示区域的子区域，仅显示目标显示区域内的目标内容，目标显示区域之外的区域则不显示，可以降低抬头显示装置的功耗并延长显示元件的寿命，也能够使得显示的内容更符合用户的视觉特性，避免过多的冗余信息干扰用户，使得用户获得良好的视觉效果，有利于提高驾驶的安全性。
在本申请的一些实施例中，视觉定位单元210可以利用摄像机等获取头部、脸部或眼部图像，再经过软件解析出视线信息，然后对视线信息进行分析实现视线定位与追踪，确定出目标显示区域。视觉定位单元210的具体实现可以基于现有的视觉定位产品。例如，典型的视觉定位产品包括眼动仪系统、Eye Tribe视线追踪器等。视觉定位单元210可以实时获取用户的视线信息，也可以非实时获取用户的视线信息，本申请对此不做限定。
在本申请的一些实施例中，图像显示单元240可以对应一个整体显示区域。整体显示区域可以包括多个子区域，多个子区域中的每个子区域与待显示内容的一部分内容对应。视觉定位单元210确定的目标显示区域可以为多个子区域中的一个子区域。
具体而言，整体显示区域划分为多个子区域，可以采用固定划分的方式也可以采用自适应划分的方式。换而言之，多个子区域可以是对整体显示区域采用固定划分的方式或采用自适应划分的方式得到的。
在一个例子中，可以采用固定划分的方式将图像显示单元240的整体显示区域划分成多个子区域，每个区域固定显示待显示内容中的一部分内容。即，子区域与待显示内容中的部分内容一一对应，该对应关系可以由用户或厂家设定。该部分内容可以以图标形式显示，即子区域与图标一一对应。例如，某一个子区域固定显示油表，另一子区域固定显示里程表，再另一子区域固定显示导航图，等等。视觉定位单元210根据视线信息判断视线落在哪个子区域，即可该子区域即为目标显示区域，并在目标显示区域显示该子区域对应 的图标。具体判断视线落在哪个子区域，可以由视觉定位单元210根据计算来判断。图3是本申请的一个实施例的目标显示区域与整体显示区域的示意图。
在另一个例子中，可以采用自适应划分的方式从图像显示单元240的整体显示区域中划分出多个子区域，并确定出目标显示区域。即根据当前车辆周围的环境信息来划分子区域，并在视线所落的目标显示区域显示特定的图标。例如，用户当前的视野中包括路面、远方的大楼和前方的车辆，则整体显示区域可以大致分为三个子区域，分别与路面、远方的大楼和前方的车辆对应。如果用户的视线位置是地面，则可以以视点为中心的一片区域作为目标显示区域，显示车速图标；如果用户的视线位置是远方的大楼，则可以以视点为中心的一片区域作为目标显示区域，显示大楼的名称图标；如果用户的视线位置是前方的车辆，则可以以视点为中心的一片区域作为目标显示区域，显示车距图标。图4是本申请的一个实施例的目标显示区域随着用户的视线变化的示意图。自适应划分可以应用于与AR技术相结合的场景。
本申请一些实施例的抬头显示装置所显示的内容(即目标内容)取决于用户，用户根据自己的意愿通过视线选择显示内容，而不是将所有的待显示内容全部显示。本申请一个实施例中，假设待显示内容有m个内容模块，显示每个内容模块所需要的功耗为n，那么显示全部内容模块所需的总功耗为m*n。如果采用本申请的方案，只显示用户视线关注的一个内容模块，则所需的功耗为n。因此，本申请的实施例的抬头显示装置在保持高亮度的情况下，可以保持低功耗并延长显示元件的寿命。
在本申请的一些实施例中，图像确定单元220可以用于提供目标显示区域中目标内容的图像。目标内容可以包括交通工具状态内容、道路状态内容和导航内容中的至少一种。
图像确定单元220可以根据行驶过程中的信息，确定整体显示区域内全部的待显示内容的图像。因为车辆在行驶过程中待显示内容是实时变化的，这种方案可以将全部的待显示内容的图像提前确定好，待捕捉到用户关注的目标显示区域后，直接通过图像控制单元230控制图像的显示，有利于提高抬头显示装置的整体效率，避免影响用户体验。
图像确定单元220也可以仅确定目标显示区域内目标内容的图像，本申请各实施例对此不做限定。这种方案待捕捉到用户关注的目标显示区域后，再进行目标内容的图像的计算，计算量总体较小。可以配置处理速度较快的图像确定单元220，以免由于计算产生的延迟影响用户体验。
在本申请的一些实施例中，图像显示单元240可以为显示屏，图像显示单元240还可以为扩散屏(diffusor)、幕布等可供投影成像的载体，本申请各实施例对此不做限定。
在本申请的一些实施例中，光学单元250可以将图像显示单元240上的图像投影至反射单元(例如挡风玻璃)上放大显示，使用户可观察虚像。光学单元250可以包括透镜或透镜组。光学单元250具体可以基于现有的HUD光学系统，本申请各实施例对此不做限定。
本申请的实施例中，图像控制单元230根据目标显示区域的位置对光场进行调制，照亮目标显示区域。在本申请的一些实施例中，图像控制单元230可以包括空间光调制器(spatial light modulator，SLM)。利用SLM进行图像控制，结构简单，调制速度快。图像控制单元230也可以包括其他图像控制器件，本申请各实施例对此不做限定。
在本申请的一些实施例中，图像控制单元230可以基于单级SLM，例如单级硅基液 晶(liquid crystal on silicon，LCOS)元件。本申请的实施例可以采用单级LCOS元件直接生成目标内容的图像，并将目标内容的图像控制在目标显示区域成像。这种方案需要依靠机械结构对光线进行调整，使其仅在目标显示区域生成目标内容的图像，其他部分不显示图像。
在本申请的另一些实施例中，图像控制单元230可以包括两级SLM，其中，第一级SLM用于照亮目标显示区域，第二级SLM用于加载目标内容的图像。
应理解，本申请各实施例中，第二级SLM可以仅加载目标内容的图像，也可以加载整体显示区域的全部的待显示内容。由于第一级SLM仅照亮目标显示区域，其他区域的图像不会显示出来。
可选地，每级SLM可以是LCOS元件，即两级SLM可以是两级LCOS元件。其中，第一级LCOS元件用于照亮目标显示区域，第二级LCOS元件用于加载目标内容的图像。这种方案由于光线的能量集中在目标显示区域成像，成像亮度高。并且，相对于现有的显示全部待显示内容的图像控制单元仅需要增加一级LCOS元件，而无需调整图像控制单元的光机结构，制造工艺简单。在本申请的另外一些实施例中，SLM还可以是液晶显示器(liquid crystal display，LCD)或数字微镜器件(digital micro-mirror device，DMD)等。
在本申请的其他实施例中，图像控制单元还可以包括更多级SLM，例如更多级的LCOS元件。可选地，图像控制单元230中还可以包括其他元件，例如光源等。
下面详细说明本申请几个实施例的图像控制单元的具体结构。
在本申请的一些实施例中，图像控制单元的两级LCOS元件中的第一级LCOS元件为相位型LCOS元件，两级LCOS元件中的第二级LCOS元件为振幅型LCOS元件。其中第一级LCOS元件用于照亮目标显示区域，第二级LCOS元件用于加载目标内容的图像。
图5是本申请的一个实施例的图像控制单元的结构示意图。如图5中的A、B和C所示，图像控制单元包括光源(例如可以为光纤激光器)、作为第一级LCOS元件的相位型LCOS元件、作为第二级LCOS元件的振幅型LCOS元件。
在图像控制单元生产过程中，或在图像控制单元出厂之前，可以对图像控制单元进行标定。标定的目的是找到整体显示区域内多个子区域与第一级LCOS元件(相位型LCOS元件)上全息相位分布的参数的对应关系，并将该对应关系保存下来。在图像控制单元使用过程中，在确定目标显示区域后，可以通过查找对应关系准确快速地改变全息相位分布的参数，来照亮目标显示区域。
具体标定过程可以是：为第二级LCOS元件(振幅型LCOS元件)加载一幅黑白图像，黑白图像中白色部分的位置、尺寸和形状与一个子区域相对应；改变相位型LCOS元件上全息相位分布的参数以改变光线在振幅型LCOS元件上的位置、尺寸和形状，并用光功率计检测振幅型LCOS元件上光线的功率大小；当光功率计读出的功率最大时，表明相位型LCOS元件上全息相位分布的参数变化使得该子区域被照亮，对该子区域的标定完成。图5中的A、B和C分别是改变相位型LCOS元件上全息相位分布的参数从而改变光线在振幅型LCOS元件上的位置、尺寸和形状的示例。
在图像控制单元使用过程中，光源发出的入射光线到达相位型LCOS元件。可以根据标定的子区域与相位型LCOS元件上全息相位分布的参数的对应关系，调整相位型LCOS元件上全息相位分布的参数以对入射光线进行调制。调制之后的光线打到振幅型LCOS元 件相应的区域，即目标显示区域。通过调整振幅型LCOS元件上全息相位分布的参数可以在振幅型LCOS元件上得到最终想要目标内容的图像。
在本申请的另一些实施例中，图像控制单元的两级LCOS元件中的第一级LCOS元件和第二级LCOS元件均为相位型LCOS元件。其中第一级LCOS元件用于照亮目标显示区域，第二级LCOS元件用于加载目标内容的图像。
图6是本申请的另一个实施例的图像控制单元的结构示意图。如图6所示，图像控制单元包括光源(例如可以为光纤激光器)、作为第一级LCOS元件的相位型LCOS元件、作为第二级LCOS元件的相位型LCOS元件。
在图像控制单元生产过程中，或在图像控制单元出厂之前，可以对图像控制单元进行标定。标定的目的是找到整体显示区域内多个子区域与第一级LCOS元件上全息相位分布的参数的对应关系，并将该对应关系保存下来。在图像控制单元使用过程中，在确定目标显示区域后，可以通过查找对应关系准确快速地改变全息相位分布的参数，来照亮目标显示区域。
具体标定过程可以是：为第二级LCOS元件加载一幅黑白图像，黑白图像中白色部分的位置、尺寸和形状与一个子区域相对应；改变第一级LCOS元件上全息相位分布的参数以改变光线在第二级LCOS元件上的位置、尺寸和形状，并用光功率计检测第二级LCOS元件上光线的功率大小；当光功率计读出的功率最大时，表明第一级LCOS元件上全息相位分布的参数变化使得该子区域被照亮，对该子区域的标定完成。
在图像控制单元使用过程中，光源发出的入射光线到达第一级LCOS元件。可以根据标定的子区域与第一级LCOS元件上全息相位分布的参数的对应关系，调整第一级LCOS元件上全息相位分布的参数以对入射光线进行调制。调制之后的光线打到第二级LCOS元件相应的区域，即目标显示区域。通过调整第二级LCOS元件上全息相位分布的参数可以在第二级LCOS元件上得到最终想要目标内容的图像。
在本申请的又一些实施例中，图像控制单元的两级LCOS元件中的第一级LCOS元件和第二级LCOS元件均为相位型LCOS元件。第一级LCOS元件和第二级LCOS元件之间具有第一偏振片，第二级LCOS元件之后具有第二偏振片。其中第一级LCOS元件用于照亮目标显示区域，第二级LCOS元件用于加载目标内容的图像。
可选地，第一偏振片和第二偏振片的偏振方向可以相互正交。两个偏振片以及第二级LCOS元件组合可以等效为振幅型LCOS元件。
图7是本申请的又一个实施例的图像控制单元的结构示意图。如图7所示，图像控制单元包括光源(例如可以为光纤激光器)、作为第一级LCOS元件的相位型LCOS元件、位于第一级LCOS元件和第二级LCOS元件之间的第一偏振片、作为第二级LCOS元件的相位型LCOS元件、第二级LCOS元件之后的第二偏振片。
在图像控制单元生产过程中，或在图像控制单元出厂之前，可以对图像控制单元进行标定。标定的目的是找到整体显示区域内多个子区域与第一级LCOS元件上全息相位分布的参数的对应关系，并将该对应关系保存下来。在图像控制单元使用过程中，在确定目标显示区域后，可以通过查找对应关系准确快速地改变全息相位分布的参数，来照亮目标显示区域。
具体标定过程可以是：为第二级LCOS元件加载一幅黑白图像，黑白图像中白色部分 的位置、尺寸和形状与一个子区域相对应；改变第一级LCOS元件上全息相位分布的参数以改变光线在第二级LCOS元件上的位置、尺寸和形状，并用光功率计检测第二级LCOS元件上光线的功率大小；当光功率计读出的功率最大时，表明第一级LCOS元件上全息相位分布的参数变化使得该子区域被照亮，对该子区域的标定完成。
在图像控制单元使用过程中，光源发出的入射光线到达第一级LCOS元件。可以根据标定的子区域与第一级LCOS元件上全息相位分布的参数的对应关系，调整第一级LCOS元件上全息相位分布的参数以对入射光线进行调制。调制之后的光线打到第二级LCOS元件相应的区域，即目标显示区域。通过调整第二级LCOS元件上全息相位分布的参数可以在第二级LCOS元件上得到最终想要目标内容的图像。
本申请各实施例中，第一级SLM的作用可以是改变光场的分布，第二级SLM的作用可以是提供图像源。通过第一级SLM对光场进行调制，照亮第二级SLM的相应区域，从而实现高亮度、低功耗。
相位型LCOS只改变光线的相位，而不影响光线的强度和偏振状态，可以改变光场的分布，也可以作为全息成像元件使用。振幅型LCOS只能改变光线的强度，可以作为全息成像元件使用。因此，本申请各实施例将第一级SLM设置为相位型LCOS元件，第二级SLM可以是相位型LCOS也可以是振幅型LCOS。
本申请还提供了一种抬头显示方法。图8是本申请的一个实施例的抬头显示方法800的示意性流程图。该方法800包括以下步骤。
S810，获取用户的视线信息，根据视线信息确定目标显示区域，目标显示区域为整体显示区域的子区域。
S820，确定目标显示区域中目标内容的图像，目标内容为整体显示区域的待显示内容中与目标显示区域对应的内容。
S830，调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像。
S840，显示目标内容的实像。
S850，基于目标内容的实像形成光束，以生成目标内容的虚像。
本申请实施例提供的抬头显示方法，根据用户的视线信息确定目标显示区域，目标显示区域为整体显示区域的子区域，仅显示目标显示区域内的目标内容，目标显示区域之外的区域则不显示，可以降低抬头显示装置的功耗并延长显示元件的寿命，也能够使得显示的内容更符合用户的视觉特性，避免过多的冗余信息干扰用户，使得用户获得良好的视觉效果，有利于提高驾驶的安全性。
在本申请的一些实施例中，S830调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像，可以包括：通过空间光调制器SLM调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像。本申请的其他实施例可以基于其他的图像控制器件在目标显示区域生成目标内容的实像，本申请各实施例对此不做限定。
可选地，在一些实施例中，可以通过一级SLM调节光场，在目标显示区域生成目标内容的实像；也可以通过两级SLM调节光场在目标显示区域生成目标内容的实像。
SLM可以是LCOS、LCD、DMD等。
在本申请的一些实施例中，通过两级SLM调节光场在目标显示区域生成目标内容的实像，SLM为LCOS元件。其中，第一级LCOS元件用于照亮目标显示区域，第二级LCOS 元件用于加载目标内容的图像。可选地，抬头显示装置中还可以包括其他元件，例如光源等。在本申请的其他实施例中，抬头显示装置还可以包括更多级SLM，例如更多级LCOS元件。
在本申请的一些实施例中，通过两级SLM(例如两级LCOS元件)调节光场，在目标显示区域根据目标内容的图像，生成目标内容的实像，可以包括：调整第一级LCOS元件上全息相位分布的参数，照亮目标显示区域；调整第二级LCOS元件上全息相位分布的参数，生成目标内容的实像。
在本申请的一些实施例中，两级LCOS元件中的第一级LCOS元件为相位型LCOS元件，两级LCOS元件中的第二级LCOS元件为振幅型LCOS元件。
在本申请的一些实施例中，两级LCOS元件中的第一级LCOS元件和第二级LCOS元件均为相位型LCOS元件。
在本申请的一些实施例中，第一级LCOS元件和第二级LCOS元件之间具有第一偏振片，第二级LCOS元件之后具有第二偏振片。
在本申请的一些实施例中，抬头显示方法800还可以包括标定过程。该标定过程包括：
为第二级LCOS元件加载一幅黑白图像，该黑白图像中白色部分的位置、尺寸和形状与多个子区域中的一个子区域相对应；
改变第一级LCOS元件上全息相位分布的参数以改变光线在第二级LCOS元件上的位置、尺寸和形状，并用光功率计检测第二级LCOS元件上光线的功率大小；
当光功率计读出的功率最大时，表明第一级LCOS元件上全息相位分布的参数变化使得该子区域被照亮，对该子区域的标定完成。
对多个子区域中的每一个子区域重复执行上述步骤，直至所有子区域标定完成。
在本申请的一些实施例中，图像显示单元对应的整体显示区域包括多个子区域，多个子区域中的每个子区域与待显示内容的一部分内容对应；目标显示区域为多个子区域中的一个子区域。
在本申请的一些实施例中，多个子区域是对整体显示区域采用固定划分的方式或采用自适应划分的方式得到的。
在本申请的一些实施例中，目标内容包括交通工具状态内容、道路状态内容和导航内容中的至少一种。
本申请还提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行方法800的指令。
本申请还提供了一种计算机程序，该计算机程序包括用于执行方法800的指令。
本申请还提供了一种芯片，其中存储有指令，当其在抬头显示装置上运行时，使得该抬头显示装置执行方法800。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的各步骤的执行，可以基于前述产品实施例中的对应模块、单元和器件来实现，在此不再赘述。
应理解，本文中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的范围。
应理解，在本申请实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任 何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

  1. 一种抬头显示装置，其特征在于，包括视觉定位单元、图像确定单元、图像控制单元、图像显示单元和光学单元；
    所述视觉定位单元用于获取用户的视线信息，根据所述视线信息确定目标显示区域，所述目标显示区域为所述图像显示单元对应的整体显示区域的子区域；
    所述图像确定单元用于确定所述目标显示区域中目标内容的图像，所述目标内容为所述整体显示区域的待显示内容中与所述目标显示区域对应的内容；
    所述图像控制单元用于调节光场，在所述目标显示区域根据所述目标内容的图像，生成所述目标内容的实像；
    所述图像显示单元，用于显示所述目标内容的实像；
    所述光学单元用于基于所述目标内容的实像形成光束，以生成所述目标内容的虚像。
  2. 根据权利要求1所述的抬头显示装置，其特征在于，所述图像控制单元包括光源和空间光调制器SLM。
  3. 根据权利要求2所述的抬头显示装置，其特征在于，所述图像控制单元包括两级SLM。
  4. 根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述两级SLM为两级LCOS元件，所述两级LCOS元件中的第一级LCOS元件为相位型LCOS元件，所述两级LCOS元件中的第二级LCOS元件为振幅型LCOS元件。
  5. 根据权利要求3所述的抬头显示装置，其特征在于，所述两级SLM为两级LCOS元件，所述两级LCOS元件中的第一级LCOS元件和第二级LCOS元件均为相位型LCOS元件。
  6. 根据权利要求5所述的抬头显示装置，其特征在于，所述第一级LCOS元件和所述第二级LCOS元件之间具有第一偏振片，所述第二级LCOS元件之后具有第二偏振片。
  7. 根据权利要求1至6中任一项所述的抬头显示装置，其特征在于，所述整体显示区域包括多个子区域，所述多个子区域中的每个子区域与所述待显示内容的一部分内容对应；所述目标显示区域为所述多个子区域中的一个子区域。
  8. 根据权利要求7所述的抬头显示装置，其特征在于，所述多个子区域采用固定划分的方式或采用自适应划分的方式对所述整体显示区域进行划分得到。
  9. 根据权利要求1至8中任一项所述的抬头显示装置，其特征在于，所述目标内容包括交通工具状态内容、道路状态内容和导航内容中的至少一种。
  10. 一种抬头显示方法，其特征在于，包括：
    获取用户的视线信息，根据所述视线信息确定目标显示区域，所述目标显示区域为整体显示区域的子区域；
    确定所述目标显示区域中目标内容的图像，所述目标内容为所述整体显示区域的待显示内容中与所述目标显示区域对应的内容；
    调节光场，在所述目标显示区域根据所述目标内容的图像，生成所述目标内容的实像；
    显示所述目标内容的实像；
    基于所述目标内容的实像形成光束，以生成所述目标内容的虚像。
  11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述调节光场，在所述目标显示区域根据所述目标内容的图像，生成所述目标内容的实像，包括：
    通过两级空间光调制器SLM调节光场，在所述目标显示区域根据所述目标内容的图像，生成所述目标内容的实像。
  12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述两级SLM为两级LCOS元件。
  13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述两级LCOS元件中的第一级LCOS元件为相位型LCOS元件，所述两级LCOS元件中的第二级LCOS元件为振幅型LCOS元件。
  14. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述两级LCOS元件中的第一级LCOS元件和第二级LCOS元件均为相位型LCOS元件。
  15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一级LCOS元件和所述第二级LCOS元件之间具有第一偏振片，所述第二级LCOS元件之后具有第二偏振片。
  16. 根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像显示单元对应的整体显示区域包括多个子区域，所述多个子区域中的每个子区域与所述待显示内容的一部分内容对应；所述目标显示区域为所述多个子区域中的一个子区域。
  17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述多个子区域是对所述整体显示区域采用固定划分的方式或采用自适应划分的方式得到的。
  18. 根据权利要求10至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述目标内容包括交通工具状态内容、道路状态内容和导航内容中的至少一种。
  19. 一种计算机可读介质，其特征在于，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行权利要求10至18中任一项所述的方法的指令。
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