CN114200675B - 显示方法、装置、抬头显示***和车辆 - Google Patents

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CN114200675B CN202111500555.9A CN202111500555A CN114200675B CN 114200675 B CN114200675 B CN 114200675B CN 202111500555 A CN202111500555 A CN 202111500555A CN 114200675 B CN114200675 B CN 114200675B
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Abstract

本申请公开了一种显示方法、装置、抬头显示***和车辆,其中,该显示方法应用于车辆,该车辆配置有抬头显示***,抬头显示***包括像源,像源用于发出包含待显示图像的图像信息的光线,方法包括:获取驾驶员的人眼位置信息、车辆参数信息和***参数信息;基于人眼位置信息和车辆参数信息,确定近边界成像位置;基于人眼位置信息和***参数信息,确定远边界成像位置;基于近边界成像位置和远边界成像位置,确定待显示图像的虚像成像平面,虚像成像平面与车辆的行驶路面之间的夹角小于90°。本申请公开的显示方法、装置、抬头显示***和车辆,具有良好的增强现实显示效果。

Description

显示方法、装置、抬头显示***和车辆
技术领域
本申请涉及汽车安全驾驶技术领域,具体涉及一种显示方法、装置、抬头显示***和车辆。
背景技术
随着AR(Augmented Reality,增强现实)技术的发展,HUD(Head Up Display,抬头显示***)的使用场景出现了更多的可能,增强现实抬头显示***AR-HUD能够提供更加远距离的虚拟图像,并与实景相结合后进行呈现,提高了行车安全性和便利性。
相关技术中的AR-HUD,如图1所示,虚拟图像的成像位置通常位于车辆的行驶前方,并且成像平面与行驶路面(即地面)垂直。虚拟图像生成后会通过软件算法与实际的路况场景进行实时融合,从而驾驶员看到的各项参数和指示标记会直接显示在路面上对应的位置,更加形象生动。
然而,由于算法逻辑等原因,虚拟图像与实景的融合效果参差不齐,导致AR-HUD的增强现实效果不佳。
发明内容
有鉴于此,本申请提供了一种显示方法、装置、抬头显示***和车辆,具有良好的增强现实显示效果。
本申请具体采用如下技术方案:
本申请的第一方面是提供了一种显示方法,应用于车辆,所述车辆配置有抬头显示***,所述抬头显示***包括像源,所述像源用于发出包含待显示图像的图像信息的光线,所述方法包括:
获取驾驶员的人眼位置信息、车辆参数信息和***参数信息;
基于所述人眼位置信息和所述车辆参数信息,确定近边界成像位置;
基于所述人眼位置信息和所述***参数信息,确定远边界成像位置;
基于所述近边界成像位置和所述远边界成像位置,确定所述待显示图像的虚像成像平面,所述虚像成像平面与所述车辆的行驶路面之间的夹角小于90°。
可选地,所述人眼位置信息包括人眼和路面的垂直间距、人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,所述车辆参数信息包括车辆引擎盖前端和路面的垂直间距;
所述基于所述人眼位置信息和所述车辆参数信息,确定近边界成像位置,包括:
根据如下公式计算所述近边界成像位置:
Figure BDA0003402462860000021
其中,D1为近边界成像位置和人眼的水平间距,m;Heye为人眼和路面的垂直间距,m;d为人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,m;Hveh为车辆引擎盖前端和路面的垂直间距,m。
可选地,所述人眼位置信息包括人眼和路面的垂直间距,所述***参数信息包括所述抬头显示***的纵向视场角和下视角;
所述基于所述人眼位置信息和所述***参数信息,确定远边界成像位置,包括:
根据如下公式计算所述远边界成像位置:
Figure BDA0003402462860000022
其中,D2为远边界成像位置和人眼的水平间距,m;Heye为人眼和路面的垂直间距,m;θd为抬头显示***的下视角,度;θFov-v为抬头显示***的纵向视场角,度。
可选地,所述远边界成像位置和人眼的水平间距不小于车辆在预设时间内的行驶距离。
可选地,所述***参数信息还包括所述抬头显示***的横向视场角;
所述方法还包括:
基于所述人眼位置信息和所述***参数信息,确定侧边界成像位置。
可选地,所述基于所述人眼位置信息和所述***参数信息,确定侧边界成像位置,包括:
根据如下公式计算所述虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离:
Figure BDA0003402462860000031
其中,D3为待显示图像的虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离,m;D2为远边界成像位置和人眼的水平间距,m;θFov-l为抬头显示***的横向视场角,度;
根据所述虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离,确定所述侧边界成像位置。
可选地,所述方法还包括:
获取第一对应关系和第二对应关系,所述第一对应关系为所述像源发出的光线的光程与所述待显示图像的虚像的成像距离之间的对应关系,所述第二对应关系为所述待显示图像的虚像的成像距离与成像放大率之间的对应关系;
根据所述第一对应关系和所述第二对应关系调整所述像源发出的第一光线和第二光线的光程,以使所述虚像在所述近边界成像位置处的成像放大率与在所述远边界成像位置处的成像放大率之间的差值小于预设阈值,其中,所述第一光线为包含所述待显示图像在所述近边界成像位置处的图像信息的光线,所述第二光线为包含所述待显示图像在所述远边界成像位置处的图像信息的光线。
本申请的第二方面是提供了一种显示装置,所述显示装置包括:
获取单元,被配置为获取驾驶员的人眼位置信息、车辆参数信息和***参数信息;
第一确定单元,被配置为基于所述人眼位置信息和所述车辆参数信息,确定近边界成像位置;
第二确定单元,被配置为基于所述人眼位置信息和所述***参数信息,确定远边界成像位置;
第三确定单元,被配置为基于所述近边界成像位置和所述远边界成像位置,确定待显示图像的虚像成像平面,所述虚像成像平面与所述车辆的行驶路面之间的夹角小于90°。
本申请的第三方面是提供了一种抬头显示***,安装在车辆上,所述***包括像源、反射镜组件和前挡风玻璃;
所述像源固定在车室内,用于发出包含待显示图像的图像信息的第一出射光线;
所述反射镜组件位于所述第一出射光线的出射方向上,用于接收所述第一出射光线并发出第二出射光线,所述第二出射光线为所述第一出射光线的反射光线;
所述前挡风玻璃位于所述第二出射光线的出射方向上,用于接收所述第二出射光线并发出第三出射光线,所述第三出射光线为所述第二出射光线的反射光线,驾驶员的人眼适于位于所述第三出射光线的出射方向上,所述第三出射光线的出射方向的反方向上具有所述待显示图像的虚像成像平面,所述虚像成像平面与所述车辆的行驶路面之间的夹角小于90°。
本申请的第四方面是提供了一种车辆,所述车辆用于执行上述的显示方法。
本申请实施例提供的显示方法,用于对抬头显示***的像源发出的光线所成的虚像进行显示,其中,车辆可以通过驾驶员的人眼位置信息和车辆参数信息,计算出虚像的近边界成像位置,通过人眼位置信息和***参数信息,计算出虚像的远边界成像位置,进而通过这两个边界成像位置确定在车身长度方向上虚像的覆盖范围,即确定虚像的成像平面。由于采用上述方法所确定的虚像成像平面与车辆的行驶路面之间的夹角小于90度,甚至可以近似平行于路面,因此虚像无需通过软件算法便可实现与实际的路况场景进行实时融合,避免了算法导致的融合异常,提高了增强现实显示效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例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申请的一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是相关技术中AR-HUD***的成像光路设计图;
图2是本申请实施例提供的抬头显示***的成像光路设计图;
图3是本申请实施例提供的抬头显示***的结构示意图;
图4是图3中A处的放大图;
图5是本申请实施例提供的一种显示方法的流程图;
图6是本申请实施例提供的另一种显示方法的流程图;
图7是本申请实施例提供的虚像放大率与成像距离的关系示意图;
图8是本申请实施例提供的视场角与成像距离的关系示意图;
图9是本申请实施例提供的近边界成像位置的示意图;
图10是本申请实施例提供的远边界成像位置的示意图;
图11是本申请实施例提供的侧边界成像位置的示意图。
附图标记:
100、人眼;
200、抬头显示***;201、前挡风玻璃;202、像源;203、第一反射镜;204、第二反射镜;
300、虚像成像平面;
400、路面。
通过上述附图,已示出本申请明确的实施例,后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围,而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
随着增强现实AR技术的发展,抬头显示***HUD的使用场景出现了更多的可能,增强现实抬头显示***AR-HUD能够提供更加远距离的虚拟图像,并与实景相结合后进行呈现,提高了行车安全性和便利性。
相关技术中的AR-HUD200,如图1所示,AR-HUD200中的待显示图像经前挡风玻璃201反射后,虚像的成像位置通常位于车辆的行驶前方,并且虚像成像平面300与行驶路面400(即地面)垂直,即θ=90°。虚像生成后会通过软件算法与实际的路况场景进行实时融合,从而驾驶员的人眼100看到的各项参数和指示标记会直接显示在路面400上对应的位置,更加形象生动。然而,由于算法逻辑等原因,虚像与实景的融合效果参差不齐,导致AR-HUD200的增强现实效果不佳。
为了解决相关技术中AR-HUD200的增强现实效果不佳的问题,本申请实施例提供了一种抬头显示***200,该抬头显示***200安装在车辆上,例如可以安装在驾驶位与前挡风玻璃201之间的仪表台上。本申请实施例所提供的抬头显示***200属于增强现实抬头显示***,主要通过光机实现增强现实效果,具体是通过计算虚像的成像位置以及改善光路设计,实现虚像成像平面300与车辆行驶的路面400存在较小的夹角(即θ<90°),甚至与路面400平行的效果,进而达到人眼视觉上所成虚像是与路面实景融合的效果。需要说明的是,本申请中所提到的“虚像成像平面与车辆行驶的路面之间的夹角”,指的是图1中的θ所指示的角度。
如图2-4所示,本申请实施例提供的抬头显示***200包括光机和前挡风玻璃201,光机包括像源202和反射镜组件。
像源202固定在车辆的车室内,用于发出包含待显示图像的图像信息的第一出射光线;反射镜组件位于第一出射光线的出射方向上,用于接收第一出射光线并发出第二出射光线,第二出射光线为第一出射光线的反射光线;前挡风玻璃201位于第二出射光线的出射方向上,用于接收第二出射光线并发出第三出射光线,第三出射光线为第二出射光线的反射光线,驾驶员的人眼100适于位于第三出射光线的出射方向上,第三光线的出射方向的反方向上具有待显示图像的虚像成像平面300,虚像成像平面300与车辆的行驶路面400之间的夹角小于90°。
像源202是用于发出能够呈现待显示图像的光线的部件。其中,像源202可以是包括背光光源和TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,薄膜晶体管液晶显示器)显示屏的显示***;或者,像源202也可以是基于数字光处理(DLP,DigitalLight Processing)技术,或者基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电***)激光扫描投影技术,或者基于硅基液晶(LCOS,Liquid Crystal on Silicon)技术的显示***;或者,像源202还可以是基于其他已知显示技术的显示***。示例性地,本申请实施例中的像源202选用包括背光光源和3.1寸TFT-LCD显示屏的显示***。
反射镜组件固定在车室内,主要用于消除前挡风玻璃201的像差,以及实现AR效果的成像。在本申请实施例中,反射镜组件中所包括的反射镜的数量可以是一片、两片甚至更多片。反射镜的类型可以包括非球面反射镜、抛物面反射镜、双曲面反射镜或者自由曲面反射镜中的至少一种。像源202中显示的待显示图像所发出的第一出射光线,可以经反射镜组件反射到前挡风玻璃201上。
前挡风玻璃201用于对接收反射镜组件因反射第一出射光线而发出的第二出射光线,并进行再一次反射,发出第三出射光线。而驾驶员的人眼100位置位于前挡风玻璃201的第三出射光线的出射方向上,因此驾驶员可以看到待显示图像,并且在驾驶员的大脑认识中,待显示图像的成像位置是在第三出射光线的出射方向的反方向上。如图2和图3中所示出的,由于光机的光路设计,在驾驶员的视野中,虚像成像平面300与车辆的行驶路面400之间的夹角小于90°,即待显示图像的虚像是与实景具有较好的融合效果的。一般而言,前挡风玻璃201为自由曲面。
可选地,如图4所示,反射镜组件包括第一反射镜203和第二反射镜204,第一反射镜203用于与前挡风玻璃201匹配消除像差,第二反射镜204用于实现AR效果的成像功能。其中,第一出射光线依次经第一反射镜203和第二反射镜204的反射后,向前挡风玻璃201出射。在一些实施例中,如图4所示,第一反射镜203和第二反射镜204位于像源202和前挡风玻璃201之间,并且像源202位于第一反射镜203的下方。
其中,当第二反射镜204为自由曲面或者非球面反射镜或者自由曲面反射镜时,像源202的显示屏(即出光面)可与主光轴垂直,或者根据自由曲面的面型调整倾斜程度。当第二反射镜204为抛物面时,抛物面与主光轴可垂直或者具有小于90°的夹角,该夹角的角度与待显示图像的虚像成像平面300和路面之间的夹角成正相关。
可选地,如图4所示,当第二反射镜204为抛物面时,抛物面与主光轴不垂直,此时第一反射镜203用于将像源202所呈现出来的待显示图像的虚像进行放大并倾斜,之后第二反射镜204用于平衡前挡风玻璃201所造成的成像像差和第一反射镜203所产生的像差,并将虚像再一次放大,进而经过前挡风玻璃201的反射进入人眼100中。
在本申请的一些实施例中,第一反射镜203和第二反射镜204为自由曲面反射镜。自由曲面技术是用于非对称复杂光学设计表面加工的技术,通过设计自由曲面,能够充分利用光源出射能量,精确调控光线走向,使其落在目标辐照面的合理位置,实现预期的辐照输出效果。因此,相比于传统的光学元件,自由曲面光学元件具有更高的设计自由度,能够实现对光线走向的精确控制,进而实现具有定制特性的辐照输出。
可选地,反射镜组件还包括第三反射镜,所述第三反射镜用于折叠光路,从而缩小HUD的体积。在本申请的一些实施例中,第三反射镜可以为平面反射镜。
可选地,本申请实施例提供的抬头显示***200中,光机还包括调节机构,调节机构与第一反射镜203连接,用于调节第一反射镜203的镜面角度,从而进一步改善第一反射镜203的消除前挡风玻璃201的像差的效果;调节机构还与第二反射镜204连接,用户调节第二反射镜204的镜面角度,从而进一步改善AR的成像效果。
此外,驾驶员的人眼100的位置必须位于第三出射光线的出射方向上,才能观察到待显示图像,但在实际驾驶场景下,驾驶员的人眼100的位置很难始终保持在特定的位置处,这就导致有些情况下待显示图像会在驾驶员的视野中丢失,驾驶不够安全。但是在本申请实施例中,调节机构可以对第一反射镜203和第二反射镜204的镜面角度进行一定程度的调节,使得第二出射光线可以覆盖一定范围,对应地,第三出射光线也可以覆盖一定范围。基于第三出射光线所覆盖的范围划定人眼100的可移动区域,这样即便人眼100的位置发生移动,但只要驾驶员的人眼100位于该区域内,那么就始终能够看到待显示图像的虚像,相当于驾驶员能够得到更大的观察视野,从而提高了驾驶安全性。
在本申请的一些实施例中,抬头显示***200还包括控制设备和采集设备,控制器与采集设备电连接,调节机构与控制设备电连接。采集设备用于实时采集人眼位置信息,并将人眼位置信息发送给控制设备;控制设备能够根据人眼位置信息确定第一反射镜203和第二反射镜204各自的镜面角度,生成角度调节信息,角度信息中包含第一反射镜203的标识和第一镜面角度,以及第二反射镜204的标识和第二镜面角度,之后,控制设备将生成的角度调节信息发送至调节机构;调节机构接收到角度调节信息后,对角度调节信息进行解析,根据第一反射镜203的标识确定第一反射镜203,并按照第一镜面角度对第一反射镜203的镜面角度进行实时调节,根据第二反射镜204的标识确定第二反射镜204,并按照第二镜面角度对第二反射镜204的镜面角度进行实时调节,从而保证了当人眼100在可移动区域内的位置发生变化时,也能够观察到待显示图像。
其中,抬头显示***200还可以包括提示设备,提示设备与控制设备电连接。当车辆行驶过程中,采集设备采集到人眼100离开可移动区域的范围时,控制设备通过提示设备发出提醒消息,提醒消息可以通过声、光、文字等形式中的一种或多种进行表示。在一些实施例中,为了避免误报,控制设备还可以在人眼100离开可移动区域的范围预设时间后,再通过提示设备发出提醒消息。
综上所述,本申请实施例提供的抬头显示***中,通过像源发出包含待显示图像的光线,该光线依次经过反射镜组件和前挡风玻璃的反射之后,射入驾驶员的人眼中,从而驾驶员能够看到位于车辆前方的、与周围环境融合的虚像。其中,反射镜组件能够消除前挡风玻璃的像差,以及实现AR效果的成像,实现更好的实景融合体验效果和较大的观察视野;通过对抬头显示***中反射镜组件的镜面角度的调节,实现对用于成像的光线的光路设计,进而驾驶员看到的虚像的成像平面并非是与路面垂直的,而是与路面之间呈现小于90°的夹角,甚至近似平行与路面,也就是说,通过该抬头显示***生成的虚像无需通过软件算法便可实现与实际的路况场景进行实时融合,提高了增强现实显示效果。
本申请实施例还提供了一种显示方法,该方法可以应用于车辆,其中,车辆上配置有上述的抬头显示***,该抬头显示***包括像源,像源用于发出包含待显示图像的图像信息的光线。
如图5所示,本申请实施例提供的显示方法可以包括:
步骤501、获取驾驶员的人眼位置信息、车辆参数信息和***参数信息。
步骤502、基于人眼位置信息和车辆参数信息,确定近边界成像位置。
步骤503、基于人眼位置信息和***参数信息,确定远边界成像位置。
其中,步骤502和503可以按照顺序先后进行,也可以先进行步骤503再进行步骤502,或者,这两个步骤还可以同时进行。
步骤504、基于近边界成像位置和远边界成像位置,确定待显示图像的虚像成像平面,虚像成像平面与车辆的行驶路面之间的夹角小于90°。
本申请实施例所提供的显示方法,用于对抬头显示***的像源发出的光线所成的虚像进行显示,其中,车辆可以通过驾驶员的人眼位置信息和车辆参数信息,计算出虚像的近边界成像位置,通过人眼位置信息和***参数信息,计算出虚像的远边界成像位置,进而通过这两个边界成像位置确定在车身长度方向上虚像的覆盖范围,即确定虚像的成像平面。由于采用上述方法所确定的虚像成像平面与车辆的行驶路面之间的夹角小于90度,甚至可以近似平行于路面,因此虚像无需通过软件算法便可实现与实际的路况场景进行实时融合,避免了算法导致的融合异常,提高了增强现实显示效果。
图6是本申请实施例提供的另一种显示方法的流程图,本方法一般应用于车辆,该车辆配置有抬头显示***,抬头显示***包括像源,像源用于发出包含待显示图像的图像信息的光线。
如图6所示,该显示方法可以包括以下步骤:
步骤601、获取驾驶员的人眼位置信息、车辆参数信息和***参数信息。
其中,驾驶员的人眼位置信息包括人眼和路面的垂直间距,以及人眼和车辆引擎盖前端的水平间距。驾驶员的人眼位置信息可以通过采集设备进行获取,示例性地,采集设备可以为摄像头。
车辆参数信息包括车辆引擎盖前端和路面的垂直间距。该车辆参数信息可以预先使用工具测量,并存储在车辆中;也可以通过雷达等测量设备实时扫描测得。
***参数信息包括抬头显示***的下视角、纵向视场角和横向视场角。需要说明的是,在本申请实施例中,“纵向”指的是与路面垂直的方向,当路面沿水平方向延伸时,“纵向”是指竖直方向;“横向”指的是与路面平行的方向,当路面沿水平方向延伸时,“横向”是指水平方向。其中,下视角和视场角属于抬头显示***的性能参数,对于一个特定的抬头显示***,其下视角、纵向视场角和横向视场角可以由技术人员预先定义,之后再根据定义好的下视角和视场角选择合适的像源。
在本方法中,待显示图像的虚像在车身长度方向上的最大允许成像距离基于近边界成像位置和远边界成像位置确定,而上述参数共同定义了待显示图像的虚像的近边界成像位置和远边界成像位置。
步骤602、基于人眼位置信息和车辆参数信息,确定近边界成像位置。
车辆在获取人眼位置信息和车辆参数信息之后,可以基于获取到的信息计算虚像的近边界成像位置。需要说明的是,这里的近边界成像位置指的是允许虚像最靠近车辆的边界所在的距离最近的位置,也可以认为是虚像的允许最近起始位置,并非是指虚像真正的起始位置。实际上,虚像真正的起始位置可以是该近边界成像位置,也可以位于该近边界成像位置的前方(以车辆行驶方向为前方)。
为了实现更好的增强现实的效果,本申请实施例提供的显示方法中可以通过计算车内驾驶员眼睛扫过车辆引擎盖前端之后在路面的落地点来确定虚像的近边界成像位置。
可选地,虚像的近边界位置可以根据如下公式进行计算:
Figure BDA0003402462860000121
其中,D1为近边界成像位置和人眼的水平间距,m;Heye为人眼和路面的垂直间距,m;d为人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,m;Hveh为车辆引擎盖前端和路面的垂直间距,m。需要说明的是,本申请中所提到的“水平间距”,指的是在平行于路面的方向上两个物体的间距。
如图9所示,在确定人眼位置之后,位于人眼位置前方的D1距离处即为待显示图像的虚像的近边界成像位置。
步骤603、基于人眼位置信息和***参数信息,确定远边界成像位置。
车辆在获取人眼位置信息和车辆参数信息之后,可以基于获取到的信息计算虚像的远边界成像位置。需要说明的是,这里的远边界成像位置指的是允许虚像最远离车辆的边界所在的距离最远的位置,也可以认为是虚像的允许最远结束位置,并非是指虚像真正的结束位置。实际上,虚像真正的结束位置可以是该远边界成像位置,也可以位于该远边界成像位置的后方(以车辆行驶方向的反方向为后方)。也就是说,虚像真正的成像位置是在近边界位置和远边界位置之间的。
虚像的远边界成像距离越远,增强现实的效果越好。从理论上讲,在HUD整体尺寸允许的情况下,虚像的远边界成像位置可以是无限远。但在实际应用中,HUD的整体尺寸不能过大,否则成本过高,并且会过度占用车内空间,受此影响,虚像的远边界成像位置根据抬头显示***的下视角和纵向视场角确定。
可选地,虚像的远边界位置可以根据如下公式进行计算:
Figure BDA0003402462860000131
其中,D2为远边界成像位置和人眼的水平间距,m;Heye为人眼和路面的垂直间距,m;θd为抬头显示***的下视角,度;θFov-v为抬头显示***的纵向视场角,度。
如图10所示,在确定人眼位置之后,位于人眼位置前方的D2距离处即为待显示图像的虚像的远边界成像位置。
在本申请的一些实施例中,虚像的远边界成像位置需要满足车辆高速行驶状态下,车速与视野的匹配要求,以避免在虚像成像运算过程中车速过快而驶出虚像的成像范围。因此,远边界成像位置和人眼的水平间距还应当不小于车辆在预设时间内的行驶距离。
示例性地,假设车辆当前的车速为120km/h,***中预设虚像的成像范围足够车辆行驶3秒以上,那么可以确定虚像的远边界成像位置和人眼的水平间距要大于100m。
步骤604、基于人眼位置信息和***参数信息,确定侧边界成像位置。
利用三角函数原理,可以通过计算出的远边界成像位置进一步计算待显示图像的虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离。
可选地,可以通过如下公式计算虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离:
Figure BDA0003402462860000132
其中,D3为待显示图像的虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离,m;D2为远边界成像位置和人眼的水平间距,m;θFov-l为抬头显示***的横向视场角,度。
其中,待显示图像的虚像在车身宽度方向上具有两个侧边界成像位置,这两个侧边界成像位置之间的距离即为允许最大覆盖距离,因此,可以根据虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离,确定每个侧边界成像位置。
如图11所示,在本申请实施例中,两个侧边界成像位置距离第一中心线的长度相同,第一中心线是指车辆的在长度方向上延伸的中心线,因此,每个侧边界成像位置距离第一中心线的距离为
Figure BDA0003402462860000141
需要说明的是,这里的允许最大覆盖距离指的是在车身宽度方向上允许虚像的两侧边缘所覆盖的最大距离,并非是指虚像在车身宽度方向上真正覆盖的距离。实际上,虚像真正的在车身宽度方向上覆盖的距离可以是这两个侧边界成像位置之间的距离,也可以小于这两个侧边界成像位置之间的距离。
步骤605、根据近边界成像位置、远边界成像位置和侧边界成像位置,确定待显示图像的虚像成像平面。
其中,本申请实施例中提到的近边界成像位置、远边界成像位置以及侧边界成像位置,可以是待显示图像的一个边界点所对应的位置,也可以是一条边界线所对应的位置,还可以是边界的一块区域所对应的位置。
在确定近边界成像位置、远边界成像位置以及侧边界成像位置之后,即可根据上述位置确定出虚像成像平面。其中,虚像成像平面与路面之间的夹角小于90°。在本申请的一些实施例中,通过对像源发出的光线的光程的调节,以及对反射镜的镜面角度的调节,甚至可以实现虚像成像平面平行于路面并与路面贴合,从而实现更好的增强现实的效果。
通过上述步骤601-605,即可确定待显示图像的虚像位置。然而,人眼的视觉特性决定了物体在视网膜上的投影大小与物体大小成正相关,与距离成反相关,也就是说,物体与人眼的距离越近,所占的视场角越大;距离越远,所占的视场角越小。而如图7所示,随着虚像的成像距离从近到远,虚像的成像放大率呈现渐变的趋势:随着成像距离的增加,虚像的成像放大率减小,同样地,可以理解为纵向视场角随着成像距离的增加逐渐减小,如图8所示。
为了保证虚像与地面的融合效果,给驾驶员带来更加真实的体验,需要避免待显示图像的虚像在越近处尺寸越大、越远处尺寸越小的现象,尽量保证在不同成像距离上虚像的成像大小保持一致。
因此,本申请实施例所述的显示方法还包括步骤606-607。
步骤606、获取第一对应关系和第二对应关系。
其中,第一对应关系为像源发出的光线的光程与待显示图像的虚像的成像距离之间的对应关系,第二对应关系为待显示图像的虚像的成像距离与成像放大率之间的对应关系。
光程的大小与成像距离的大小成正相关,即光线从像源发出直到入射人眼这段传播距离越远,成像距离也越远;传播距离越近,成像距离也越近。而成像距离的远近与成像放大率的大小成负相关,即成像距离越远,成像放大率越小,所成的虚像也越小;成像距离越近,成像放大率越大,所成的虚像也越大。因此,可以在车辆中预先存储光程与成像距离之间的第一对应关系,以及成像距离与成像放大率之间的第二对应关系(如图7)。第一对应关系和第二对应关系可以通过实验真实测量获得,也可以通过查找相关资料获取。
步骤607、根据第一对应关系和第二对应关系调整像源发出的第一光线和第二光线的光程,以使虚像在最近成像距离处的成像放大率与在最远成像距离位置处的成像放大率之间的差值小于预设阈值。
其中,最近成像距离和最远成像距离分别对应虚像的起始位置和结束位置,这里的起始位置和结束位置指的是车辆行驶前方实际所成的虚像真正的起始位置和结束位置。第一光线为包含待显示图像在起始位置处的图像信息的光线,所述第二光线为包含待显示图像在结束位置处的图像信息的光线。
在不同距离上,使虚像的成像大小保持一致,可以简单理解为使虚像在不同距离上的成像放大率保持一致,也就是使第一光线和第二光线的成像放大率保持一致。
在实施中,可以基于虚像在最近成像距离处的成像放大率对虚像在最远成像距离处的成像放大率进行调节,也可以反过来,基于虚像在最远成像距离处的成像放大率对虚像在最近成像距离处的成像放大率进行调节。
下面以基于虚像在最近成像距离处的成像放大率对虚像在最远成像距离处的成像放大率进行调节为例进行说明。首先,可以根据第二对应关系,确定虚像在最近成像距离处所对应的成像放大率,该成像放大率即为最远成像距离处应当达到的目标成像放大率;之后,根据第二对应关系和确定出的目标成像放大率,确定最远成像距离;接下来,根据第一对应关系和最远成像距离,确定第二光线的目标光程;根据确定出的目标光程调节像源的位置,使得像源所显示的待显示图像中,第二光线的光程对应缩短至目标光程,第一光线的光程保持不变。
在本申请的一些实施例中,此时像源的显示屏(即出光面)可以是倾斜的,即像源的显示屏所显示的待显示图像中,与起始位置对应的部分距离人眼(或者第一反射镜)的光程更远,与结束位置对应的部分距离人眼的光程更近。
综上所述,本申请实施例所提供的显示方法,用于对抬头显示***的像源发出的光线所成的虚像进行显示,其中,车辆可以通过驾驶员的人眼位置信息和车辆参数信息,计算出虚像的近边界成像位置,通过人眼位置信息和***参数信息,计算出虚像的远边界成像位置,进而通过这两个边界成像位置确定在车身长度方向上虚像的覆盖范围,即确定虚像的成像平面。由于采用上述方法所确定的虚像成像平面与车辆的行驶路面之间的夹角小于90度,甚至可以近似平行于路面,因此虚像无需通过软件算法便可实现与实际的路况场景进行实时融合,避免了算法导致的融合异常,提高了增强现实显示效果。
本申请实施例还提供了一种显示装置,该显示装置包括:
获取单元,被配置为获取驾驶员的人眼位置信息、车辆参数信息和***参数信息;
第一确定单元,被配置为基于人眼位置信息和车辆参数信息,确定近边界成像位置;
第二确定单元,被配置为基于人眼位置信息和***参数信息,确定远边界成像位置;
第三确定单元,被配置为基于近边界成像位置和远边界成像位置,确定待显示图像的虚像成像平面,虚像成像平面与车辆的行驶路面之间的夹角小于90°。
可选地,人眼位置信息包括人眼和路面的垂直间距、人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,车辆参数信息包括车辆引擎盖前端和路面的垂直间距。
第一确定单元,还被配置为:
根据如下公式计算所述近边界成像位置:
Figure BDA0003402462860000171
其中,D1为近边界成像位置和人眼的水平间距,m;Heye为人眼和路面的垂直间距,m;d为人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,m;Hveh为车辆引擎盖前端和路面的垂直间距,m。
可选地,人眼位置信息包括人眼和路面的垂直间距,***参数信息包括抬头显示***的纵向视场角和下视角;
第二确定单元,还被配置为:
根据如下公式计算所述远边界成像位置:
Figure BDA0003402462860000172
其中,D2为远边界成像位置和人眼的水平间距,m;Heye为人眼和路面的垂直间距,m;θd为抬头显示***的下视角,度;θFov-v为抬头显示***的纵向视场角,度。
在一些实施例中,远边界成像位置和人眼的水平间距不小于车辆在预设时间内的行驶距离。
可选地,人眼位置信息包括人眼和路面的垂直间距,***参数信息包括抬头显示***的下视角、纵向视场角和横向视场角。
第二确定单元,还被配置为基于人眼位置信息和所述***参数信息,确定侧边界成像位置。
其中,第二确定单元还被配置为:
根据如下公式计算所述虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离:
Figure BDA0003402462860000173
其中,D3为待显示图像的虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离,m;D2为远边界成像位置和人眼的水平间距,m;θFov-l为抬头显示***的横向视场角,度;
根据所述虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离,确定所述侧边界成像位置。
可选地,获取单元,还被配置为获取第一对应关系和第二对应关系,第一对应关系为像源发出的光线的光程与待显示图像的虚像的成像距离之间的对应关系,第二对应关系为待显示图像的虚像的成像距离与成像放大率之间的对应关系;
该显示装置还包括:
调整单元,被配置为根据第一对应关系和第二对应关系调整像源发出的第一光线和第二光线的光程,以使虚像在最近成像距离处的成像放大率与在最远成像距离处的成像放大率之间的差值小于预设阈值,其中,最近成像距离和最远成像距离分别对应虚像的起始位置和结束位置,第一光线为包含待显示图像在起始位置处的图像信息的光线,第二光线为包含待显示图像在结束位置处的图像信息的光线。
本申请实施例所提供的显示装置,用于对抬头显示***的像源发出的光线所成的虚像进行显示,其中,车辆可以通过获取单元采集到的驾驶员的人眼位置信息和车辆参数信息,经第一确定单元计算出虚像的近边界成像位置;同时通过获取单元采集到的人眼位置信息和***参数信息,经第二确定单元计算出虚像的远边界成像位置,进而第三确定单元利用计算出的这两个边界成像位置确定在车身长度方向上虚像的允许最大覆盖范围,即确定虚像的成像平面。由于采用上述方法所确定的虚像成像平面与车辆的行驶路面之间的夹角小于90度,甚至可以近似平行于路面,因此虚像无需通过软件算法便可实现与实际的路况场景进行实时融合,避免了算法导致的融合异常,提高了增强现实显示效果。
本申请实施例还提供了一种车辆,该车辆用于执行上述实施例中的显示方法。
在本申请中,应该理解到,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本申请后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种显示方法,应用于车辆,其特征在于,所述车辆配置有抬头显示***,所述抬头显示***包括像源,所述像源用于发出包含待显示图像的图像信息的光线,所述方法包括:
获取驾驶员的人眼位置信息、车辆参数信息和***参数信息,所述人眼位置信息包括人眼和路面的垂直间距、人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,所述车辆参数信息包括车辆引擎盖前端和路面的垂直间距,所述***参数信息包括所述抬头显示***的纵向视场角和下视角;
基于所述人眼和路面的垂直间距、所述人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,以及所述车辆引擎盖前端和路面的垂直间距,确定近边界成像位置;
基于所述人眼和路面的垂直间距,以及所述抬头显示***的纵向视场角和下视角,确定远边界成像位置;
基于所述近边界成像位置和所述远边界成像位置,确定所述待显示图像的虚像成像平面,所述虚像成像平面与所述车辆的行驶路面之间的夹角小于90°。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述人眼和路面的垂直间距、所述人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,以及所述车辆引擎盖前端和路面的垂直间距,确定近边界成像位置,包括:
根据如下公式计算所述近边界成像位置:
Figure FDA0003799590450000011
其中,D1为近边界成像位置和人眼的水平间距,m;Heye为人眼和路面的垂直间距,m;d为人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,m;Hveh为车辆引擎盖前端和路面的垂直间距,m。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述人眼和路面的垂直间距,以及所述抬头显示***的纵向视场角和下视角,确定远边界成像位置,包括:
根据如下公式计算所述远边界成像位置:
Figure FDA0003799590450000021
其中,D2为远边界成像位置和人眼的水平间距,m;Heye为人眼和路面的垂直间距,m;θd为抬头显示***的下视角,度;θFov-v为抬头显示***的纵向视场角,度。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述远边界成像位置和人眼的水平间距不小于车辆在预设时间内的行驶距离。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述***参数信息还包括所述抬头显示***的横向视场角;
所述方法还包括:
基于所述人眼位置信息和所述***参数信息,确定侧边界成像位置。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述基于所述人眼位置信息和所述***参数信息,确定侧边界成像位置,包括:
根据如下公式计算所述虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离:
Figure FDA0003799590450000022
其中,D3为待显示图像的虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离,m;D2为远边界成像位置和人眼的水平间距,m;θFov-l为抬头显示***的横向视场角,度;
根据所述虚像在车辆宽度方向上的允许最大覆盖距离,确定所述侧边界成像位置。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
获取第一对应关系和第二对应关系,所述第一对应关系为所述像源发出的光线的光程与所述待显示图像的虚像的成像距离之间的对应关系,所述第二对应关系为所述待显示图像的虚像的成像距离与成像放大率之间的对应关系;
根据所述第一对应关系和所述第二对应关系调整所述像源发出的第一光线和第二光线的光程,以使所述虚像在最近成像距离处的成像放大率与在最远成像距离处的成像放大率之间的差值小于预设阈值,其中,所述最近成像距离和所述最远成像距离分别对应所述虚像的起始位置和结束位置,所述第一光线为包含所述待显示图像在所述起始位置处的图像信息的光线,所述第二光线为包含所述待显示图像在所述结束位置处的图像信息的光线。
8.一种显示装置,其特征在于,所述显示装置包括:
获取单元,被配置为获取驾驶员的人眼位置信息、车辆参数信息和***参数信息,所述人眼位置信息包括人眼和路面的垂直间距、人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,所述车辆参数信息包括车辆引擎盖前端和路面的垂直间距,所述***参数信息包括抬头显示***的纵向视场角和下视角;
第一确定单元,被配置为基于所述人眼和路面的垂直间距、所述人眼和车辆引擎盖前端的水平间距,以及所述车辆引擎盖前端和路面的垂直间距,确定近边界成像位置;
第二确定单元,被配置为基于所述人眼和路面的垂直间距,以及所述抬头显示***的纵向视场角和下视角,确定远边界成像位置;
第三确定单元,被配置为基于所述近边界成像位置和所述远边界成像位置,确定待显示图像的虚像成像平面,所述虚像成像平面与所述车辆的行驶路面之间的夹角小于90°。
9.一种车辆,其特征在于,所述车辆用于执行权利要求1-7任一项所述的显示方法。
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