CN112731664A - 一种车载增强现实抬头显示***及显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载增强现实抬头显示***及显示方法，显示***包括：摄像头、图像控制器和增强现实抬头显示装置，增强现实抬头显示装置包括：主反射镜、次反射镜和图像生成器，图像控制器将摄像头获取的左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，以及将右眼位置信息转换为右眼位置坐标值，图像控制器针对左眼位置坐标值对左眼图像进行预畸变处理得到左眼预畸变图像，针对右眼位置坐标值对右眼图像进行预畸变处理得到右眼预畸变图像，以保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同，有效解决因左眼和右眼看到两幅畸变不同的图像经过大脑处理后使人产生眩晕的问题。

Description

一种车载增强现实抬头显示***及显示方法

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，更具体的说，涉及一种车载增强现实抬头显示***及显示方法。

背景技术

抬头显示装置早期运用在航空器的飞行辅助仪器上，随着汽车电子技术的发展，抬头显示装置也逐渐被运用在汽车上。抬头显示装置包括：图像生成器、主反射镜和次反射镜，图像生成器产生的图像依次通过次反射镜、主反射镜和前挡风玻璃内表面的反射到达眼盒所在位置，其中，眼盒指的是人眼的移动范围，驾驶员的眼睛在眼盒逆着光路可以看到在车前若干米处的虚像，该虚像可显示车辆导航、仪表以及警示等信息，从而减少驾驶员低头看仪表的频率，有效避免驾驶员因注意力中断而导致事故发生的概率。

抬头显示装置主要包括：集成显示型(Combined，C型)抬头显示装置和风挡玻璃型(Windshield，W型)抬头显示装置。不管是哪种类型的抬头显示装置，均具有显示内容较少，显示距离较近和视场角小(一般为水平视场角5°，垂直视场角2°)的问题，并且图像生成器33生成的图像不能与路况进行融合。针对抬头显示装置存在的问题，现有技术又提出了增强现实抬头显示装置，增强现实抬头显示装置的显示内容丰富，显示距离远，视场角大，可以达到水平视场角10°，垂直视场角4°，并且显示内容可以与现实路况较好的融合，显示内容也不会遮挡驾驶员对路面信息的观察。

然而，增强现实抬头显示装置如此大的视场角要求要求主反射镜和次反射镜的面积较大。在光学设计中，图像生成器生成的图像经次反射镜、主反射镜和前挡风玻璃的光路进入人眼后，图像会产生畸变。人眼在眼盒内不同的位置观看增强现实抬头显示装置的图像时，由于左眼和右眼之间存在一定的距离，从而使得左眼和右眼看到的畸变图像的畸变程度不同，并且在不同位置看到的图像畸变程度也不同。左眼和右眼看到两幅畸变不同的图像经过大脑处理后会使人产生眩晕。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种车载增强现实抬头显示***及显示方法，以实现左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同，从而有效解决因左眼和右眼看到两幅畸变不同的图像经过大脑处理后使人产生眩晕的问题。

一种车载增强现实抬头显示***，包括：摄像头、图像控制器和增强现实抬头显示装置，所述增强现实抬头显示装置包括：主反射镜、次反射镜和图像生成器；

摄像头，用于获取左眼在眼盒内的左眼位置信息和右眼在所述眼盒内的右眼位置信息，所述眼盒用于表征人眼的移动范围；

所述图像控制器，用于将所述左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，基于所述左眼位置坐标值，对所述图像生成器上奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对左眼显示的左眼预畸变图像，以及将所述右眼位置信息转换为右眼位置坐标值，基于所述右眼位置坐标值，对偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对右眼显示的右眼预畸变图像；

所述左眼预畸变图像和所述右眼预畸变图像均依次通过所述次反射镜、所述主反射镜和所述前挡风玻璃的内表面反射到所述眼盒所在位置并分别进入左眼和右眼，左眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

可选的，所述图像生成器包括：液晶透镜组件以及设置在所述液晶透镜组件上的发光像素组件，所述发光像素组件包括：所述奇数编号发光像素组件和所述偶数编号发光像素组件；

所述图像控制器具体用于：基于所述左眼位置坐标值和所述右眼位置坐标值，通过调节所述液晶透镜组件上对应所述奇数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得所述奇数编号发光像素组件产生的光线进入左眼，以及通过调节所述液晶透镜组件上对应所述偶数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得所述偶数编号发光像素组件产生的光线进入右眼。

可选的，所述图像控制器具体还用于：

将所述奇数编号发光像素组件的电极电压与所述左眼位置坐标值相关联，以及将所述偶数编号发光像素组件的电极电压与所述右眼位置坐标值相关联，当所述左眼位置坐标值和所述右眼位置坐标值发生变化时，相应调整与所述左眼位置坐标值相关联的所述奇数编号发光像素组件的电极电压，以及调整所述右眼位置坐标值相关联的所述偶数编号发光像素组件的电极电压，保证左眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

可选的，所述液晶透镜组件包括：液晶层、公共电极、独立电极和两个玻璃基板，两个所述玻璃基板分别记为：第一玻璃基板和第二玻璃基板；

所述液晶层夹在相互平行的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板的中间，且所述第一玻璃基板靠近所述液晶层的一面镀有所述公共电极，所述第二玻璃基板靠近所述液晶层的一面镀有所述独立电极。

可选的，所述液晶层包含多个液晶分子；

当所述液晶透镜组件处于无电压状态时，每个所述液晶分子与所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板呈平行状态，每个所述液晶分子的方向顺着所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板上的配向方向；

当在所述独立电极上施加驱动电压时，所述液晶层中会产生相应电场，所述电场会带动所述液晶分子的偶极矩，使得所述液晶分子的指向开始转向电场方向，其中，所述液晶分子的转动程度的大小由所述液晶分子所处电场大小决定，通过改变所述液晶层中对应位置的电场强度来控制所述液晶分子的转向。

可选的，所述液晶分子具有双折射特性，液晶分子的双折射率公式如公式(1)所示，公式(1)如下：

式中，n_e为液晶分子的非寻常光折射率，n_o为液晶分子的寻常光折射率，θ为液晶分子的偏转角度，n(θ)为液晶分子在垂直方向的折射率。

可选的，基于所述液晶分子的双折射率公式得到所述液晶分子的指向矢与所述图像生成器表面平行的方向呈θ角时，所述液晶分子在垂直方向的折射率n(θ)如公式(2)所示，公式(2)如下：

式中，折射率n(θ)随着液晶分子的偏转角度θ在n_e与n_o之间变化。

一种车载增强现实抬头显示方法，应用于上述所述的车载增强现实抬头显示***中的图像控制器，该方法包括：

将左眼在眼盒内的左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，所述眼盒用于表征人眼的移动范围；

基于所述左眼位置坐标值，对图像生成器上奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对左眼显示的左眼预畸变图像；

将右眼在所述眼盒内的右眼位置信息转换为右眼位置坐标值；

基于所述右眼位置坐标值，对偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对右眼显示的右眼预畸变图像；

输出所述左眼预畸变图像和所述右眼预畸变图像，使所述左眼预畸变图像和所述右眼预畸变图像均依次通过次反射镜、主反射镜和前挡风玻璃的内表面反射到所述眼盒所在位置并分别进入左眼和右眼，其中，左眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

可选的，当所述图像生成器包括：液晶透镜组件以及设置在所述液晶透镜组件上的发光像素组件，所述发光像素组件包括：所述奇数编号发光像素组件和所述偶数编号发光像素组件时，显示方法还包括：

基于所述左眼位置坐标值和所述右眼位置坐标值，通过调节所述液晶透镜组件上对应所述奇数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得所述奇数编号发光像素组件产生的光线进入左眼；

通过调节所述液晶透镜组件上对应所述偶数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得所述偶数编号发光像素组件产生的光线进入右眼。

可选的，还包括：

将所述奇数编号发光像素组件的电极电压与所述左眼位置坐标值相关联，以及将所述偶数编号发光像素组件的电极电压与所述右眼位置坐标值相关联；

当所述左眼位置坐标值和所述右眼位置坐标值发生变化时，相应调整与所述左眼位置坐标值相关联的所述奇数编号发光像素组件的电极电压，以及调整所述右眼位置坐标值相关联的所述偶数编号发光像素组件的电极电压，保证左眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

从上述的技术方案可知，本发明公开的车载增强现实抬头显示***及显示方法，显示***包括：摄像头、图像控制器和增强现实抬头显示装置，增强现实抬头显示装置包括：主反射镜、次反射镜和图像生成器，摄像头获取左眼在眼盒内的左眼位置信息和右眼在眼盒内的右眼位置信息，图像控制器将左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，以及将右眼位置信息转换为右眼位置坐标值。图像生成器上的发光像素组件按照编号分为奇数编号发光像素组件和偶数编号发光像素组件两类，奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像经光路进入左眼，偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像经光路进入右眼，由于图像经过光路后会产生畸变，因此，本发明中图像控制器针对图像生成器生成的图像进行了反畸变处理，即预畸变过程，具体为：针对左眼位置坐标值对左眼图像进行预畸变处理，得到左眼预畸变图像，针对右眼位置坐标值对右眼图像进行预畸变处理，得到右眼预畸变图像。当人眼在眼盒内移动时，摄像头会捕获到左眼位置信息和右眼位置信息，图像控制器针对不同的左眼位置信息和右眼位置信息动态调节的预畸变处理方法，保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同，从而有效解决了因左眼和右眼看到两幅畸变不同的图像经过大脑处理后使人产生眩晕的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种车载增强现实抬头显示***的示意图；

图2为本发明实施例公开的一种图像生成器的工作原理示意图；

图3为本发明实施例公开的一种液晶透镜组件的示意图；

图4为本发明实施例公开的一种液晶透镜组件的工作原理示意图；

图5为本发明实施例公开的一种预畸变原理的示意图；

图6为本发明实施例公开的一种眼盒内9个不同位置预畸变的示意图；

图7为本发明实施例公开的一种眼盒内9个不同位置看到的图像的示意图；

图8为本发明实施例公开的一种车载增强现实抬头显示方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种车载增强现实抬头显示***及显示方法，显示***包括：摄像头、图像控制器和增强现实抬头显示装置，增强现实抬头显示装置包括：主反射镜、次反射镜和图像生成器，摄像头获取左眼在眼盒内的左眼位置信息和右眼在眼盒内的右眼位置信息，图像控制器将左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，以及将右眼位置信息转换为右眼位置坐标值。图像生成器上的发光像素组件按照编号分为奇数编号发光像素组件和偶数编号发光像素组件两类，奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像经光路进入左眼，偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像经光路进入右眼，由于图像经过光路后会产生畸变，因此，本发明中图像控制器针对图像生成器生成的图像进行了反畸变处理，即预畸变过程，具体为：针对左眼位置坐标值对左眼图像进行预畸变处理，得到左眼预畸变图像，针对右眼位置坐标值对右眼图像进行预畸变处理，得到右眼预畸变图像。当人眼在眼盒内移动时，摄像头会捕获到左眼位置信息和右眼位置信息，图像控制器针对不同的左眼位置信息和右眼位置信息动态调节的预畸变处理方法，保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同，从而有效解决了因左眼和右眼看到两幅畸变不同的图像经过大脑处理后使人产生眩晕的问题。

参见图1，本发明实施例公开的一种车载增强现实抬头显示***的示意图，该***包括：摄像头10、图像控制器20和增强现实抬头显示装置30，增强现实抬头显示装置30包括：主反射镜31、次反射镜32和图像生成器33。

其中：

摄像头10用于获取左眼在眼盒内的左眼位置信息和右眼在眼盒内的右眼位置信息。

本实施例中，眼盒用于表征人眼的移动范围。

在实际应用中，摄像头11可以设置在方向盘上。

可选的，摄像头10可以为DMS(Driver Monitor System，疲劳驾驶预警***)摄像头。

图像控制器20用于将左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，基于左眼位置坐标值，对图像生成器33上奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对左眼显示的左眼预畸变图像，以及将右眼位置信息转换为右眼位置坐标值，基于右眼位置坐标值，对图像生成器33上偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对右眼显示的右眼预畸变图像。

左眼预畸变图像和右眼预畸变图像均依次通过次反射镜32、主反射镜31和前挡风玻璃40的内表面反射到眼盒所在位置并分别进入左眼和右眼，左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

本实施例中将图像生成器33上的发光像素组件按照编号分为奇数编号发光像素组件和偶数编号发光像素组件。

主反射镜31为自由曲面面型，次反射镜32为自由曲面面型或平面面型。

其中，当驾驶员的左眼和右眼在眼盒内的位置发生改变时，相应的左眼位置信息和右眼位置信息也会发生改变，相对应的，图像控制器20针对不同的左眼位置信息和右眼位置信息采用不同的预畸变处理方法，才能保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

需要说明的是，图像生成器33生成的图像为二维图像，人眼逆着光路看到的左眼虚像和右眼虚像经大脑合成后会生成三维图像。

综上可知，本发明公开的车载增强现实抬头显示***，包括：摄像头10、图像控制器20和增强现实抬头显示装置30，增强现实抬头显示装置30包括：主反射镜31、次反射镜32和图像生成器33，摄像头10获取左眼在眼盒内的左眼位置信息和右眼在眼盒内的右眼位置信息，图像控制器20将左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，以及将右眼位置信息转换为右眼位置坐标值。图像生成器33上的发光像素组件按照编号分为奇数编号发光像素组件和偶数编号发光像素组件两类，奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像经光路进入左眼，偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像经光路进入右眼，由于图像经过光路后会产生畸变，因此，本发明中图像控制器20针对图像生成器33生成的图像进行了反畸变处理，即预畸变过程，具体为：基于左眼位置坐标值对左眼图像进行预畸变处理，得到左眼预畸变图像，基于右眼位置坐标值对右眼图像进行预畸变处理，得到右眼预畸变图像。当人眼在眼盒内移动时，摄像头10会获取到左眼位置信息和右眼位置信息，图像控制器20针对不同的左眼位置信息和右眼位置信息动态调节的预畸变处理方法，保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同，从而有效解决了因左眼和右眼看到两幅畸变不同的图像经过大脑处理后使人产生眩晕的问题。

为进一步优化上述实施例，参见图2，本发明实施例公开的一种图像生成器的工作原理示意图，图像生成器33可以包括：液晶透镜组件331以及设置在液晶透镜组件331上的发光像素组件332，发光像素组件332包括：奇数编号发光像素组件和偶数编号发光像素组件。

图像控制器20具体用于：基于左眼位置坐标值和右眼位置坐标值，通过调节液晶透镜组件331上对应奇数编号发光像素组件(图中黑色矩形)的电极电压改变光线的传播方向，使得奇数编号发光像素组件产生的光线进入左眼，通过调节液晶透镜组件331上对应偶数编号发光像素组件(图中白色矩形)的电极电压改变光线的传播方向，使得偶数编号发光像素组件产生的光线进入右眼。由于光路会对发光像素组件产生的光线所生成的图像叠加上畸变，因此要对图像进行预畸变处理。

参见图3和图4，分别为本发明实施例公开的一种液晶透镜组件的示意图和液晶透镜组件的工作原理示意图，液晶透镜组件包括：液晶层1、公共电极2、独立电极3和两个玻璃基板，两个玻璃基板分别记为：第一玻璃基板4和第二玻璃基板5。

液晶层1夹在相互平行的第一玻璃基板4和第二玻璃基板5的中间，且第一玻璃基板4靠近液晶层1的一面镀有公共电极2，第二玻璃基板5靠近液晶层1的一面镀有独立电极3。

其中，液晶层1中包含多个液晶分子。液晶分子是由盘形分子、杆形分子等等一些不具有球对称性的分子所组成的部分有序物质，液晶材料会在电场中发生极化，从而发生偏转。

公共电极2和独立电极3均可以为纳米铟锡金属氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)电极，在ITO电极层上方需要经过配向处理，来为液晶分子提供初始位置和角度。配向处理过程可参见现有成熟方案，此处不再赘述。

当液晶透镜组件331处于无电压状态时，每个液晶分子与第一玻璃基板4和第二玻璃基板5呈平行状态，每个液晶分子的方向顺着第一玻璃基板4和第二玻璃基板5上的配向方向。

当在独立电极上施加驱动电压V时，液晶层1中会产生相应电场，使得液晶分子的指向开始转向电场方向，其中，液晶分子的转动程度的大小由液晶分子所处电场大小决定，通过改变液晶层1中对应位置的电场强度来控制液晶分子的转向。

在常规状态下，液晶分子是自然有序排列的，液晶分子具有非寻常光折射率n_e和寻常光折射率n_o。在未加电场的情况下，液晶分子呈现非寻常光折射率n_e。若在液晶透镜组件两级施加电场，液晶分子将朝一定方向产生旋转，如图3所示。

液晶分子具有双折射特性，液晶分子的双折射率公式如公式(1)所示，公式(1)如下：

式中，θ为液晶分子的偏转角度，n(θ)为液晶分子在垂直方向的折射率。

基于公式(1)可以推导出液晶透镜组件中液晶分子的指向矢与图像生成器33表面平行的方向呈θ角时，液晶分子在垂直方向的折射率n(θ)如公式(2)所示，公式(2)如下：

式中，折射率n(θ)随着液晶分子的偏转角度θ在n_e与n_o之间变化，由于液晶分子的偏角角度θ是可由外加电场来控制的，因此液晶分子表现出来的折射率n(θ)可以由外加电场控制。

需要说明的是，本发明中液晶透镜组件中每个电极(包括公共电极和独立电极)的电压都不同，这样每个电极驱动的液晶分子偏转角度都不同，可以使各个发光像素组件发出的光线更加精准地进入到左眼和右眼，而且随着左眼和右眼位置的移动，电极电压发生变化，使光线追着人眼，进入到左眼和右眼，光线传播方向更加精准。

图像生成器33上的发光像素组件按照编号分为奇数编号发光像素组件和偶数编号发光像素组件，奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像依次经过液晶透镜单元331、次反射镜32、主反射镜31和前挡风玻璃40的内表面进入到左眼，偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像依次经过液晶透镜单元、次反射镜32、主反射镜31和前挡风玻璃40的内表面进入到右眼。

液晶透镜组件的工作原理，以图3中含有6个独立电极的液晶透镜组件为例进行说明，具体如下：

6个独立电极的电压分别为：V1、V2、V3、V4、V5和V6，通过控制6个独立电极的电压大小，可以使液晶分子的折射率按照预设梯度进行变化。当入射液晶透镜组件的光线为平行光线时，可以得到左右两个方向的出射光线，通过调整独立电极的电压大小V1、V2、V3、V4、V5和V6，使得出射光线的角度也可以控制。

参见图5，本发明实施例公开的一种预畸变原理的示意图，以图像生成器33上显示10×4的网格图像为例，以网格图像的左下角为坐标原点，水平向右为X轴，竖直向上为Y轴，从而可以根据图像的显示分辨率，计算出每个网格四个顶点的坐标，通过重新排布每个网格四个顶点的坐标位置，进行预畸变矫正使其成为正方形或矩形。

如图5所示，第一幅图是图像生成器33上显示的正常网格图像，经过次次反射镜32、主反射镜31和前挡风玻璃40的光路后会产生畸变，人眼单目看到的图像是第二幅图，第二幅图为有畸变的网格图像。为了消除图像畸变，矫正畸变的过程，本实施例以第一幅图左上角的点A(x1，y1)为例，该点A(x1，y1)经过光路后坐标变为点B(x2，y2)，预畸变图像为第三幅图，坐标点B(x2，y2)和预畸变图像中的点C(x3，y3)关于点A(x1，y1)对称，坐标满足公式(3)所示的方程组，公式(3)如下：

预畸变图像中每个网格的4个顶点的坐标求解方式均满足公式(3)所示的方程组，每个网格内其它像素的坐标，通过利用四个顶点的预畸变前的坐标和预畸变后的坐标以及双线性插值或双三次插值算法计算出其预畸变前的坐标和相应的预畸变后的坐标。第四幅图是第三幅图所示的预畸变图像经过次反射镜32、主反射镜31和前挡风玻璃40的光路后，人眼所看到的图像，与第一幅原图像相比，人眼所看到的图像畸变已经得到了很好的矫正。因为每个网格的畸变形状均不相同，所以网格划分的数量越多，矫正后的图像效果越好，计算量也越高，对增强现实抬头显示装置的硬件计算性能要求也越高。

为了使不同身高的驾驶员和驾驶员在不同位置都能观看到增强现实抬头显示装置中的图像，定义人眼的移动范围为眼盒，以眼盒尺寸130mm×50mm为例，对图像的预畸变处理过程进行说明，具体如下：

以眼盒中心为坐标原点，水平方向为X轴，单目移动的坐标范围为65mm到-65mm，竖直方向为Y轴，单目移动的坐标范围25mm到-25mm。

摄像头10获取单目所处位置并由图像控制器20转换为相应的坐标值(Xn，Yn)。对于图像生成器33上显示的同一幅10×4的网格图像，左眼和右眼在眼盒内所处的位置不同，如左眼的位置为(Xn1，Yn1)，右眼的位置为(Xn2，Yn2)，左眼和右眼各自所看到的图像的畸变程度是不相同的，因此需要根据左眼和右眼在眼盒内的位置对左眼图像和右眼图像进行相应的预畸变处理。同时，由于一般正常成年人眼的左眼和右眼的距离为65mm，而且左眼和右眼在眼盒内移动时，左眼和右眼的位置也会发生变化。

为了使图像生成器33上奇数编号发光像素组件产生的光线进入左眼，偶数编号发光像素组件产生的光线进入右眼，本发明根据摄像头10捕获的左眼位置信息和右眼位置信息，假设左眼在眼盒内的坐标为(x4，y4)，通过调节液晶透镜组件331上对应奇数编号发光像素组件的电极电压V1、V3、V5、…Vn，改变光线的传播方向，使得光线能够进入到左眼。假设右眼在眼盒内的坐标为(x4+65，y4)，通过调节液晶透镜组件331上对应偶数编号发光像素组件的电极电压V2、V4、V6、…Vn+1，改变光线的传播方向，使得光线能够进入到右眼。

为保证左眼和右眼在眼盒内移动后，使得左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

本发明中，图像控制器20具体还可以用于：将奇数编号发光像素组件的电极电压与左眼位置坐标值相关联，以及将偶数编号发光像素组件的电极电压与右眼位置坐标值相关联，当左眼位置坐标值和右眼位置坐标值发生变化时，相应调整与左眼位置坐标值相关联的奇数编号发光像素组件的电极电压，以及调整右眼位置坐标值相关联的偶数编号发光像素组件的电极电压，保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

具体的，将奇数编号发光像素组件的电极电压与左眼位置坐标值相关联，以及将偶数编号发光像素组件的电极电压与右眼位置坐标值相关联，当摄像头10获取的左眼和右眼在眼盒内的位置坐标值发生变化时，如左眼在眼盒内的左眼位置坐标值变化为(x5，y5)，右眼在眼盒内的右眼位置坐标值变化为(x5+65，y5)，针对与左眼相关联的电极电压和右眼相关联的电极电压也进行相应的调整，以保持奇数编号发光像素组件发出的光线经过液晶透镜组件331后进入左眼，偶数编号发光像素组件发出的光线经过液晶透镜组件331后进入右眼，使得左眼和右眼在眼盒内的任何位置都可以看到左眼虚像和右眼虚像，避免了左眼虚像和右眼虚像的串扰。

图像控制器20根据左眼位置信息和右眼位置信息，控制图像生成器33上生成对应的左眼预畸变图像A和右眼预畸变图像B，左眼预畸变图像A用奇数像素显示，右眼预畸变图像B用偶数像素显示。

如图6所示的是眼盒内9个单目位置坐标(-65，25)、(0，25)、(65，25)、(-65，0)、(0，0)、(65，0)、(-65，-25)，(-65，0)、(-65，25)对应的图像生成器33上显示的预畸变图像。图7是眼盒内单目所处的9个位置坐标(-65，25)、(0，25)、(65，25)、(-65，0)、(0，0)、(65，0)、(-65，-25)，(-65，0)、(-65，25)看到的图像，9个图像的畸变程度很小或没有，并且畸变程度基本一致。矫正后的左眼预畸变图像和右眼预畸变图像基本无畸变，且两幅图像有差别，经过一定的视差处理，经过大脑合成后形成三维图像，可以解决驾驶员在驾驶过程中不断调节眼睛聚焦距离而使眼睛容易产生疲劳的问题。

综上可知，本发明公开的车载增强现实抬头显示***，包括：摄像头10、图像控制器20和增强现实抬头显示装置30，增强现实抬头显示装置30包括：主反射镜31、次反射镜32和图像生成器33，摄像头10获取左眼在眼盒内的左眼位置信息和右眼在眼盒内的右眼位置信息，图像控制器20将左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，以及将右眼位置信息转换为右眼位置坐标值。图像生成器33上的发光像素组件按照编号分为奇数编号发光像素组件和偶数编号发光像素组件两类，奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像经光路进入左眼，偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像经光路进入右眼，由于图像经过光路后会产生畸变，因此，本发明中图像控制器20针对图像生成器33生成的图像进行了反畸变处理，即预畸变过程，具体为：针对左眼位置坐标值对左眼图像进行预畸变处理，得到左眼预畸变图像，针对右眼位置坐标值对右眼图像进行预畸变处理，得到右眼预畸变图像。当人眼在眼盒内移动时，摄像头10会捕获到左眼位置信息和右眼位置信息，图像控制器20针对不同的左眼位置信息和右眼位置信息动态调节的预畸变处理方法，保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同，从而有效解决了因左眼和右眼看到两幅畸变不同的图像经过大脑处理后使人产生眩晕的问题。

另外，由于本发明可以针对不同的左眼位置信息和右眼位置信息动态调节的预畸变处理方法，保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同，因此，本发明在实现将图像生成器33生成的二维图像与路况进行融合时，无需驾驶员在驾驶过程中不断的在二维图像和远近路况之间调节眼睛聚焦距离，从而有效避免了因不断调节眼睛聚焦距离而导致驾驶员的眼睛产生视觉疲劳的问题。

与上述***实施例相对应，本发明还公开了一种车载增强现实抬头显示方法。

参见图8，本发明实施例公开的一种车载增强现实抬头显示方法流程图，该方法应用于车载增强现实抬头显示***中的图像控制器，该方法包括：

步骤S101、将左眼在眼盒内的左眼位置信息转换为左眼位置坐标值；

其中，眼盒用于表征人眼的移动范围。

本实施例中，由摄像头获取左眼在眼盒内的左眼位置信息和右眼在眼盒内的右眼位置信息。

步骤S102、基于左眼位置坐标值，对图像生成器上奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对左眼显示的左眼预畸变图像；

步骤S103、将右眼在眼盒内的右眼位置信息转换为右眼位置坐标值；

步骤S104、基于右眼位置坐标值，对偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对右眼显示的右眼预畸变图像；

步骤S105、输出左眼预畸变图像和右眼预畸变图像，使左眼预畸变图像和右眼预畸变图像均依次通过次反射镜、主反射镜和前挡风玻璃的内表面反射到眼盒所在位置并分别进入左眼和右眼。

其中，左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

当驾驶员的左眼和右眼在眼盒内的位置发生改变时，相应的左眼位置信息和右眼位置信息也会发生改变，相对应的，图像控制器针对不同的左眼位置信息和右眼位置信息采用不同的预畸变处理方法，才能保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

需要说明的是，图像生成器生成的图像为二维图像，人眼逆着光路看到的左眼虚像和右眼虚像经大脑合成后会生成三维图像。

本实施例中，步骤S101～步骤S102为得到针对左眼显示的左眼预畸变图像的过程，步骤S103～步骤S104为得到针对右眼显示的右眼预畸变图像的过程，两个过程相互独立，在实际应用中，可以按照图8所示顺序，先执行左眼预畸变图像的确定过程，后执行右眼预畸变图像的确定过程；或是先执行右眼预畸变图像的确定过程，后执行左眼预畸变图像的确定过程；或者，左眼预畸变图像的确定过程和右眼预畸变图像的确定过程同时执行，具体依据实际需要而定，本发明在此不做限定。

综上可知，本发明公开的车载增强现实抬头显示方法，图像控制器将左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，以及将右眼位置信息转换为右眼位置坐标值。图像生成器上的发光像素组件按照编号分为奇数编号发光像素组件和偶数编号发光像素组件两类，奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像经光路进入左眼，偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像经光路进入右眼，由于图像经过光路后会产生畸变，因此，本发明中图像控制器针对图像生成器生成的图像进行了反畸变处理，即预畸变过程，具体为：基于左眼位置坐标值对左眼图像进行预畸变处理，得到左眼预畸变图像，基于右眼位置坐标值对右眼图像进行预畸变处理，得到右眼预畸变图像。当人眼在眼盒内移动时，摄像头会获取到左眼位置信息和右眼位置信息，图像控制器针对不同的左眼位置信息和右眼位置信息动态调节的预畸变处理方法，保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同，从而有效解决了因左眼和右眼看到两幅畸变不同的图像经过大脑处理后使人产生眩晕的问题。

当图像生成器包括：液晶透镜组件以及设置在液晶透镜组件上的发光像素组件，发光像素组件包括：奇数编号发光像素组件和偶数编号发光像素组件时(详见图2)，显示方法还可以包括：

基于左眼位置坐标值和右眼位置坐标值，通过调节液晶透镜组件上对应奇数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得奇数编号发光像素组件产生的光线进入左眼；

通过调节液晶透镜组件上对应偶数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得偶数编号发光像素组件产生的光线进入右眼。

由于光路会对发光像素组件产生的光线所生成的图像叠加上畸变，因此要对图像进行预畸变处理。

为进一步优化上述实施例，显示方法还可以包括：

将奇数编号发光像素组件的电极电压与左眼位置坐标值相关联，以及将偶数编号发光像素组件的电极电压与右眼位置坐标值相关联；

当左眼位置坐标值和右眼位置坐标值发生变化时，相应调整与左眼位置坐标值相关联的奇数编号发光像素组件的电极电压，以及调整右眼位置坐标值相关联的偶数编号发光像素组件的电极电压，保证左眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

需要说明的是，方法实施例中，各个步骤的具体实现过程可参见***实施例对应部分，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种车载增强现实抬头显示***，其特征在于，包括：摄像头、图像控制器和增强现实抬头显示装置，所述增强现实抬头显示装置包括：主反射镜、次反射镜和图像生成器；

摄像头，用于获取左眼在眼盒内的左眼位置信息和右眼在所述眼盒内的右眼位置信息，所述眼盒用于表征人眼的移动范围；

所述图像控制器，用于将所述左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，基于所述左眼位置坐标值，对所述图像生成器上奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对左眼显示的左眼预畸变图像，以及将所述右眼位置信息转换为右眼位置坐标值，基于所述右眼位置坐标值，对偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对右眼显示的右眼预畸变图像；

所述左眼预畸变图像和所述右眼预畸变图像均依次通过所述次反射镜、所述主反射镜和所述前挡风玻璃的内表面反射到所述眼盒所在位置并分别进入左眼和右眼，左眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

2.根据权利要求1所述的车载增强现实抬头显示***，其特征在于，所述图像生成器包括：液晶透镜组件以及设置在所述液晶透镜组件上的发光像素组件，所述发光像素组件包括：所述奇数编号发光像素组件和所述偶数编号发光像素组件；

所述图像控制器具体用于：基于所述左眼位置坐标值和所述右眼位置坐标值，通过调节所述液晶透镜组件上对应所述奇数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得所述奇数编号发光像素组件产生的光线进入左眼，以及通过调节所述液晶透镜组件上对应所述偶数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得所述偶数编号发光像素组件产生的光线进入右眼。

3.根据权利要求2所述的车载增强现实抬头显示***，其特征在于，所述图像控制器具体还用于：

将所述奇数编号发光像素组件的电极电压与所述左眼位置坐标值相关联，以及将所述偶数编号发光像素组件的电极电压与所述右眼位置坐标值相关联，当所述左眼位置坐标值和所述右眼位置坐标值发生变化时，相应调整与所述左眼位置坐标值相关联的所述奇数编号发光像素组件的电极电压，以及调整所述右眼位置坐标值相关联的所述偶数编号发光像素组件的电极电压，保证左眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

4.根据权利要求2所述的车载增强现实抬头显示***，其特征在于，所述液晶透镜组件包括：液晶层、公共电极、独立电极和两个玻璃基板，两个所述玻璃基板分别记为：第一玻璃基板和第二玻璃基板；

所述液晶层夹在相互平行的所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板的中间，且所述第一玻璃基板靠近所述液晶层的一面镀有所述公共电极，所述第二玻璃基板靠近所述液晶层的一面镀有所述独立电极。

5.根据权利要求4所述的车载增强现实抬头显示***，其特征在于，所述液晶层包含多个液晶分子；

当所述液晶透镜组件处于无电压状态时，每个所述液晶分子与所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板呈平行状态，每个所述液晶分子的方向顺着所述第一玻璃基板和所述第二玻璃基板上的配向方向；

当在所述独立电极上施加驱动电压时，所述液晶层中会产生相应电场，所述电场会带动所述液晶分子的偶极矩，使得所述液晶分子的指向开始转向电场方向，其中，所述液晶分子的转动程度的大小由所述液晶分子所处电场大小决定，通过改变所述液晶层中对应位置的电场强度来控制所述液晶分子的转向。

6.根据权利要求5所述的车载增强现实抬头显示***，其特征在于，所述液晶分子具有双折射特性，液晶分子的双折射率公式如公式(1)所示，公式(1)如下：

式中，n_e为液晶分子的非寻常光折射率，n_o为液晶分子的寻常光折射率，θ为液晶分子的偏转角度，n(θ)为液晶分子在垂直方向的折射率。

7.根据权利要求6所述的车载增强现实抬头显示***，其特征在于，基于所述液晶分子的双折射率公式得到所述液晶分子的指向矢与所述图像生成器表面平行的方向呈θ角时，所述液晶分子在垂直方向的折射率n(θ)如公式(2)所示，公式(2)如下：

式中，折射率n(θ)随着液晶分子的偏转角度θ在n_e与n_o之间变化。

8.一种车载增强现实抬头显示方法，其特征在于，应用于权利要求1～7任意一项所述的车载增强现实抬头显示***中的图像控制器，该方法包括：

将左眼在眼盒内的左眼位置信息转换为左眼位置坐标值，所述眼盒用于表征人眼的移动范围；

基于所述左眼位置坐标值，对图像生成器上奇数编号发光像素组件产生的光线所生成的左眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对左眼显示的左眼预畸变图像；

将右眼在所述眼盒内的右眼位置信息转换为右眼位置坐标值；

基于所述右眼位置坐标值，对偶数编号发光像素组件产生的光线所生成的右眼图像进行相应的预畸变处理，得到针对右眼显示的右眼预畸变图像；

输出所述左眼预畸变图像和所述右眼预畸变图像，使所述左眼预畸变图像和所述右眼预畸变图像均依次通过次反射镜、主反射镜和前挡风玻璃的内表面反射到所述眼盒所在位置并分别进入左眼和右眼，其中，左眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

9.根据权利要求8所述的车载增强现实抬头显示方法，其特征在于，当所述图像生成器包括：液晶透镜组件以及设置在所述液晶透镜组件上的发光像素组件，所述发光像素组件包括：所述奇数编号发光像素组件和所述偶数编号发光像素组件时，显示方法还包括：

基于所述左眼位置坐标值和所述右眼位置坐标值，通过调节所述液晶透镜组件上对应所述奇数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得所述奇数编号发光像素组件产生的光线进入左眼；

通过调节所述液晶透镜组件上对应所述偶数编号发光像素组件的电极电压改变光线的传播方向，使得所述偶数编号发光像素组件产生的光线进入右眼。

10.根据权利要求9所述的车载增强现实抬头显示方法，其特征在于，还包括：

将所述奇数编号发光像素组件的电极电压与所述左眼位置坐标值相关联，以及将所述偶数编号发光像素组件的电极电压与所述右眼位置坐标值相关联；

当所述左眼位置坐标值和所述右眼位置坐标值发生变化时，相应调整与所述左眼位置坐标值相关联的所述奇数编号发光像素组件的电极电压，以及调整所述右眼位置坐标值相关联的所述偶数编号发光像素组件的电极电压，保证左眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的左眼虚像和右眼在所述眼盒内任意位置逆着光路看到的右眼虚像的畸变程度相同。

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