CN201837782U - 车窗虚像投影成像的视觉辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及提高、改善驾驶员视线的装置。为提供一种能在可视条件较差的情况下，提高、改善驾驶员视线的装置，本实用新型采取的技术方案是，车窗虚像投影成像的视觉辅助装置，包括：红外图像采集装置；图像处理设备，用于自红外图像采集装置采集到的视频文件得到像素文件；处理单元，用于将像素文件使用目标提取算法识别出边界，再将边界的坐标投影到以人眼和车窗玻璃为基底的坐标系中，最后输出到LED投射设备的控制接口；LED投射设备，用于使LED投射设备相应位置的二极管发光并在车窗对应位置产生一个虚像，若干虚像点组成物体的轮廓，将驾驶员直接看到的目标物体实像包围，实现辅助提高视线。本实用新型主要应用于提高、改善驾驶员视线。

Description

车窗虚像投影成像的视觉辅助装置

技术领域

本实用新型涉及提高、改善驾驶员视线的装置，具体讲涉及车窗虚像投影成像的视觉辅助装置。

背景技术

随着人民生活水平的不断提高，汽车日益普及，驾驶员在夜间、雾天、雨天、沙尘暴等能见度低的条件下行车安全成为公众关心的问题。雨天引起的水雾、人呼出的水蒸气结成的冰霜都会严重干扰驾驶员的视线。对此，现有技术鲜有解决的办法。

发明内容

为克服现有技术的不足，提供一种能在可视条件较差的情况下，提高、改善驾驶员视线的装置，本实用新型采取的技术方案是，车窗虚像投影成像的视觉辅助装置，包括：

红外图像采集装置；

图像处理设备，用于将红外图像采集装置采集到的视频文件，采用开源程式库进行分析处理，得到像素文件；

处理单元，用于将像素文件使用目标提取算法识别出边界，再将边界的坐标投影到以人眼和车窗玻璃为基底的坐标系中，最后将投影到以人眼和车窗玻璃为基底的坐标系中的坐标信息输出到LED投射设备的控制接口；

LED投射设备，用于根据投影到以人眼和车窗玻璃为基底的坐标系中的坐标信息，LED投射设备相应位置的二极管发光并在车窗对应位置产生一个虚像，若干虚像点组成物体的轮廓，将驾驶员直接看到的目标物体实像包围，实现辅助提高视线。

所述处理单元用于将像素文件使用目标提取算法识别出边界，是通过测量出的一个合理的阈值，使得二值化图像中的目标物体清晰；所述将边界的坐标投影到以人眼和车窗玻璃为基底的坐标系中，是，设：屏幕的长Width，宽Height，

视频采集卡的输出长resW，宽resH，

相对驾驶员眼坐标系下的近红外线摄影仪坐标偏移分量：

则变换矩阵为：列主序：

$\left[\begin{array}{cccc}\frac{\mathrm{Width}}{\mathrm{resW}}& 0& 0& -V_x\\ 0& \frac{\mathrm{Height}}{\mathrm{resH}}& 0& -V_y\\ 0& 0& 1& -V_z\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，V_x，V_y，V_z是偏移分量所对应的x，y，z轴分量，都是标量。

所述处理单元还用于通过测量目标物体在红外摄像设备上最小面积，判定此像素区是否为噪点或无用的干扰信息。

本实用新型其特点在于：

1、作为一种驾驶员视觉辅助***，能使投射图像与人眼自然观察到的影像尽可能重合。既起到了辅助视觉的作用，又不会影响驾驶员的正常观察。

2.以车窗玻璃作为显示载体，驾驶员毋须查看旁边的显示装置，可在很大程度上减少不必要的事故发生。显示装置上的图像与真实场景统一，避免了眼睛焦距需要不断调整而产生的延迟与不适。

3.无需更改车窗的结构，从而也无需更改汽车生产流水线，减少流水线的更新成本。此项目同时还可以作为附件对现有车辆进行装配，无需进行大规模的改装，可复用性好。

4.本项目的工作不仅可以提高驾驶员的操作安全，改善视觉条件。而且在其他非显示用途材质上有潜在的应用。

附图说明

图1正常观察与辅助模式观察的比较图。

图2本实用新型原理及效果图。

图3本实用新型模块间结构图。

具体实施方式

本实用新型原理阐述：在可视条件较差的情况下，驾驶员看着前窗驾驶时只能看到一个模糊的影像，同时，视觉辅助***可将前方障碍物情况处理后以投影的方式在汽车前窗玻璃上直观的显示。驾驶员既可以及时地识别前方一定距离内的人、动物等障碍物，又可以避免因低头观看显示屏幕而发生危险。毋须转换驾驶视角就可以进行观察，达到安全行驶的目的。本项目的工作不仅可以提高驾驶员的操作安全，改善视觉条件。而且在其他非显示用途材质上有潜在的应用。

下面结合附图和实施例进一步详细说明本实用新型。

(一)采集红外图像

用红外热成像仪、红外摄像头、无线电雷达、或者使用人体波段红外线滤光片和光敏电阻的协同装置收集恶劣天气状况下的路况信息。

采集设备连接到图像处理设备，得到视频输入。在这里使用基于国际标准的视频格式(mpeg，avi等)，并使用开源程式库(OpenCV等)分析视频文件，得到像素文件。

(二)处理单元

A.概述：

项目实现方案中的前端使用近红外线摄影仪收集恶劣天气状况下的路况信息，而后将视频信息传入处理单元，处理单元使用目标提取算法识别出边界。再将边界的坐标投影到以人眼和车窗玻璃为基底的坐标系中。最后将这些坐标信息输出到基于LED虚像投射设备上。

本实用新型使用DSP芯片进行数据采集，使用MPEG格式，使用OpenCV进行图像处理。

B.详细技术细节：

1.对近红外线摄影仪拍摄到的视频流数据进行目标提取。通过实验，测量出一个合理的阈值，使得二值化图像中的目标物体清晰。

2.从近红外线摄影仪的屏幕坐标基底向驾驶员眼坐标基底的转换

此项目使用简化模型，即假定如下规则：

A.近红外线摄影仪安装在驾驶员上方，与驾驶员视线平行

B.以驾驶员眼坐标系作为世界世界坐标原点

C.车窗玻璃是平面矩形

由假定A，可认为无须对视频图片进行旋转。于是坐标变换只涉及缩放(用于转换到车窗坐标基底)和平移(用于从近红外线摄影仪屏幕坐标基底转换到驾驶员眼坐标基底)

设：屏幕的长Width，宽Height

视频采集卡的输出长resW，宽resH

相对驾驶员眼坐标系下的近红外线摄影仪坐标偏移分量：

则变换矩阵为：(列主序)

其中，V_x，V_y，V_z是偏移分量所对应的x，y，z轴分量，都是标量。

总之，本实用新型对采集到的图像进行二值化处理，并应用边界识别算法提取出目标物体边界.对物体边界进行采样，得到一系列离散的坐标点.使用变换矩阵左乘坐标点，就可以得到物体在车窗上的投影点.

3.在本项目所涉及的实际情境中，前方路面上的物体只会集中于车窗中部区域。

因此，综合以上两点，在实际实验过程中，通过测量目标物体在红外摄像设备上最小面积等手段，判定此像素区是否为噪点或无用的干扰信息。

(三)投射显示

将处理单元输出的坐标信息，通过处理，输入到LED等投射设备的控制接口。

根据得到的轮廓坐标控制信息，在光路设计的时候，保证像素点与车窗玻璃上的确定位置一一对应。当传输坐标经接口输入到投射设备上，相应位置的二极管发光并在车窗对应位置产生一个虚像。若干虚像点组成物体的轮廓，将驾驶员直接看到的目标物体实像包围，从而在不影响正常观察的情况下达到辅助目的。

Claims (1)

1.一种车窗虚像投影成像的视觉辅助装置，其特征是，包括：

红外图像采集装置；

图像处理设备，用于将红外图像采集装置采集到的视频文件，采用开源程式库进行分析处理，得到像素文件；

处理单元，用于将像素文件使用目标提取算法识别出边界，再将边界的坐标投影到以人眼和车窗玻璃为基底的坐标系中，最后将投影到以人眼和车窗玻璃为基底的坐标系中的坐标信息输出到LED投射设备的控制接口；

LED投射设备，用于根据投影到以人眼和车窗玻璃为基底的坐标系中的坐标信息，LED投射设备相应位置的二极管发光并在车窗对应位置产生一个虚像，若干虚像点组成物体的轮廓，将驾驶员直接看到的目标物体实像包围，实现辅助提高视线。 

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