JP6813437B2 - Display system - Google Patents
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Description
本発明は、ヘッドアップディスプレイ(HUD)を用いた拡張現実(AR:Augmented Reality)を表示可能な表示システムに関する。 The present invention relates to a display system capable of displaying Augmented Reality (AR) using a head-up display (HUD).
運転者の視線移動を減らす表示システムとして、運転者の視線方向に映像を映し出すヘッドアップディスプレイ(以下、HUDという)が実用化されている。代表的なHUDは、車内に設置された画像投射装置(プロジェクター)により画像をフロントウィンドに投射し、運転者がスクリーン越しの現実空間上にAR表示(虚像)を見ることを可能にする。さらに近年では、撮像カメラなどで撮像された現実空間の画像データにAR画像を重畳するような表示も行われている。 As a display system that reduces the movement of the driver's line of sight, a head-up display (hereinafter referred to as HUD) that displays an image in the direction of the driver's line of sight has been put into practical use. A typical HUD projects an image on the front window by an image projection device (projector) installed in the vehicle, and enables the driver to see an AR display (virtual image) in a real space through a screen. Further, in recent years, there has been a display in which an AR image is superimposed on image data in a real space captured by an imaging camera or the like.
HUDによるAR表示は、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1は、AR表示が見える視線位置とカメラにより認識される視線位置とのズレを検出し、運転者の視線が最適位置となるようにシートの位置を自動的に調整している。 The AR display by the HUD is described in, for example, Patent Document 1. Patent Document 1 detects a deviation between the line-of-sight position where the AR display can be seen and the line-of-sight position recognized by the camera, and automatically adjusts the seat position so that the driver's line of sight becomes the optimum position.
HUDによるAR表示機能を搭載した車両では、運転者は、自身にとって快適と思われるシート位置に座って、その状態からAR表示の位置を調整することが一般的である。しかし、AR表示は、運転者の視線方向でしか見ることができないため、もし、運転者がAR表示を見ることができなければ、AR表示機能が車両に搭載されていることすら運転者は分からない。また、運転者がAR表示の位置を自分で調整しても、そのAR表示の位置が本当に正しいのか否かを判定することができない。 In a vehicle equipped with an AR display function by the HUD, it is common for the driver to sit in a seat position that is comfortable for him / her and adjust the AR display position from that state. However, since the AR display can only be seen in the direction of the driver's line of sight, if the driver cannot see the AR display, the driver will not even know that the AR display function is installed in the vehicle. Absent. Further, even if the driver adjusts the position of the AR display by himself / herself, it cannot be determined whether or not the position of the AR display is really correct.
図7は、従来のAR表示システムの課題を説明する図である。車両の前方に2つの対象物P、Qがあり、対象物Pに関してAR表示10が行われたとする。しかし、本来、AR表示10が対象物Qに対するものだとしても、運転者にとっては、AR表示10が誤りであることを判断することはできない。
FIG. 7 is a diagram illustrating a problem of a conventional AR display system. It is assumed that there are two objects P and Q in front of the vehicle, and
さらに、運転者が代わると、運転者の個体差(身長、座高、目の位置等)によって座席位置も変更されるので、代わった運転者は、AR表示10を見ることができない可能性がある。このような場合、運転者は、AR表示機能の存在に気が付かずに運転を行うことになる。
Furthermore, when the driver changes, the seat position also changes depending on the individual difference of the driver (height, sitting height, eye position, etc.), so that the changed driver may not be able to see the
特許文献1は、AR表示が見える視線位置とカメラにより認識される視線位置とのズレを検出し、シートの位置を自動的に調整するものであるが、仮にシート位置の自動調整を行ったとしても、調整後の視界にあるAR表示の位置が本当に正しいものなのか否かを運転者は判断する術がない。 Patent Document 1 detects a deviation between the line-of-sight position where the AR display can be seen and the line-of-sight position recognized by the camera, and automatically adjusts the seat position. However, it is assumed that the seat position is automatically adjusted. However, the driver has no way of judging whether or not the position of the AR display in the adjusted field of view is really correct.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ユーザーにとって拡張現実が正しく表示されているか否かを判定することができる、表示システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve such a conventional problem, and to provide a display system capable of determining whether or not augmented reality is correctly displayed for a user.
本発明に係る表示システムは、拡張現実を画像投射により表示可能な画像投射手段と、車両の座席に関する座席情報を取得する取得手段と、前記座席情報に基づき当該座席の搭乗者の視線位置を推定する推定手段と、前記画像投射手段の投射光学系に基づき前記拡張現実を見ることができる基準範囲を算出する算出手段と、前記視線位置が前記基準範囲から逸脱しているか否かを判定する判定手段と、前記視線位置が前記基準範囲から逸脱していると判定された場合に、前記拡張現実が正しく見えるべき画像をディスプレイに表示する表示手段と、を含む。 The display system according to the present invention estimates an image projection means capable of displaying augmented reality by image projection, an acquisition means for acquiring seat information regarding a vehicle seat, and a line-of-sight position of a occupant of the seat based on the seat information. The estimation means for calculating the augmented reality based on the projection optical system of the image projection means, the calculation means for calculating the reference range, and the determination for determining whether or not the line-of-sight position deviates from the reference range. The means includes means and display means for displaying an image on the display in which the augmented reality should look correct when it is determined that the line-of-sight position deviates from the reference range.
好ましくは表示システムはさらに、前記視線位置が前記基準範囲から逸脱していると判定された場合に、前記画像投射手段の投射光学系の調整を促す案内手段を含む。好ましくは表示システムはさらに、好ましくはユーザー入力に基づき前記画像投射手段の投射光学系の調整を行う調整手段を含む。好ましくは前記画像投射手段は、前記拡張現実のための画像をフロントガラスに投射するミラーを含み、前記調整手段は、前記ミラーの光軸方向を調整する。好ましくは前記視線位置が前記基準範囲から逸脱していないと判定された場合であっても前記調整手段が実施される場合には、前記表示手段は、前記拡張現実が正しく見えるべき画像をディスプレイに表示する。好ましくは前記表示手段により表示される画像は、車両の前方を撮像した画像に前記拡張現実のための画像を重畳したものである。好ましくは前記画像投射手段は、ヘッドアップディスプレイ(HUD)を含み、前記算出手段は、前記推定手段により推定された視線位置の面上における基準範囲を算出する。 Preferably, the display system further includes a guiding means that facilitates adjustment of the projection optical system of the image projection means when it is determined that the line-of-sight position deviates from the reference range. Preferably, the display system further includes adjusting means for adjusting the projection optics of the image projection means, preferably based on user input. Preferably, the image projection means includes a mirror that projects an image for augmented reality onto the windshield, and the adjusting means adjusts the optical axis direction of the mirror. Preferably, even if it is determined that the line-of-sight position does not deviate from the reference range, if the adjusting means is implemented, the display means displays an image on the display on which the augmented reality should look correct. indicate. Preferably, the image displayed by the display means is an image of the front of the vehicle superimposed on the image for augmented reality. Preferably, the image projection means includes a head-up display (HUD), and the calculation means calculates a reference range on the plane of the line-of-sight position estimated by the estimation means.
本発明によれば、視線位置が基準範囲から逸脱していると判定された場合には、拡張現実が正しく見えるべき画像をディスプレイに表示するようにしたので、ユーザーは、ディスプレイの画像を基準に、拡張現実が正しく表示されているか否かを判定することができる。さらに、ユーザーが画像投射手段の投射光学系の調整を行う場合にも、拡張現実が正しく見えるべき画像をディスプレイに表示するようにしたので、その調整を容易に行うことができる。 According to the present invention, when it is determined that the line-of-sight position deviates from the reference range, an image that the augmented reality should look correct is displayed on the display, so that the user can refer to the image on the display. , It is possible to determine whether augmented reality is displayed correctly. Further, when the user adjusts the projection optical system of the image projection means, the image that the augmented reality should look correct is displayed on the display, so that the adjustment can be easily performed.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る表示システムは、ヘッドアップディスプレイ(HUD)に代表される画像投射装置を含み、HUDにより車両のフロントガラスに画像を投射し、この画像を実空間に重畳させ、AR表示を行う。AR表示は、実空間上に虚像を表示することである。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The display system according to the present invention includes an image projection device typified by a head-up display (HUD), projects an image on the windshield of a vehicle by the HUD, superimposes this image on the real space, and performs AR display. AR display is to display a virtual image in real space.
図1は、本発明の実施例に係るAR表示システムの構成を示すブロック図である。本実施例のAR表示システム100は、ユーザーからの指示を受け取る入力部110、座席に関する座席情報を取得する座席情報取得部120、車両周辺の画像を撮像する撮像部130、記憶部140、AR表示を行うHUD150、HUD150の光学調整を行う調整部160、ディスプレイに種々の情報を表示する表示部170、音声出力部180および制御部190を含む。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an AR display system according to an embodiment of the present invention. The AR display system 100 of this embodiment includes an
座席情報取得部120は、運転者の座席(シート)の前後位置、背もたれの角度、ヘッドレストの高さ方向の位置に関する座席情報を取得する。この座席情報は、座席に着座した運転者の視線位置を推定するために用いられる。また、座席に着座センサが搭載されている場合には、座席情報取得部120は、当該着座センサの検出結果も併せて取得するようにしてもよい。
The seat
撮像部130は、少なくとも車両の前方を撮像する撮像カメラを含み、撮像された画像データは制御部190へ提供される。制御部190は、画像データを画像処理し、その結果を表示部170に表示させることが可能である。また、撮像部130は、車内の運転者を撮像する車内カメラを含むことができる。車内カメラは、例えば、インスツルメンツパネル内やハンドル近傍に設置され、運転者の顔を撮像する。制御部190は、運転者の顔を撮像した画像データを画像処理し、運転者の視線位置を検出することが可能である。記憶部140は、AR表示システム100にとって必要な情報などを格納する。例えば、AR表示用の画像データを格納する。
The
HUD150は、車両のフロントガラス等にAR表示用の画像を投射し、運転者は、視線方向にAR表示を見ることができる。図2は、HUD150の構成の一例である。HUD150は、光源151、光源151からの光を集光する光学系152、光学系152からの光を画像データに基づき変調する光変調手段153、光変調手段153により変調された光を投射する投射光学系154、投射光学系154の光学系(例えば、光軸や焦点距離など)を調整するためのアクチュエータ155を含む。
The HUD 150 projects an image for AR display on the windshield of the vehicle or the like, and the driver can see the AR display in the line-of-sight direction. FIG. 2 is an example of the configuration of the
調整部160は、アクチュエータ155を介して投射光学系154の調整を行う。1つの態様では、入力部110からのユーザー入力に応答してHUD150の調整を行う。例えば、運転者は、AR表示の初期設定を行うとき、入力部110を介して調整部150に指示を与える。また、他の態様では、制御部190からの指示に応答して調整部150は、HUD150の調整を行う。
The adjusting
表示部170は、HUD150とは異なる表示媒体であり、インスツルメンツパネル内あるいはその近傍に配置された液晶ディスプレイまたは有機ELディスプレイを含む。表示部170は、後述するようにAR表示の設定が必要なときに、AR表示が正しく見えるべき画像を表示する。表示部170は、これ以外にも、AR表示システム100がナビゲーション機能やビデオ機能と結合される場合には、それらによって再生された画像を表示することも可能である。音声出力部180は、AR表示システム100においてAR表示の調整が必要であるとき等の案内を音声出力する。
The
制御部190は、AR表示システム100の各部を制御する。好ましい態様では、制御部190は、ROM、RAMなどを含むマイクロコントローラ等を含み、HUDを調整するための調整プログラム200を実行する。
The
図4に、本実施例の調整プログラムの機能的な構成を示す。本実施例の調整プログラム200は、運転者の視線位置を推定する視線位置推定部210、HUDの光学情報を取得するHUD情報取得部220、AR表示を正しく見るための視線位置の基準範囲を算出する基準範囲算出部230、運転者の視線位置が基準範囲から逸脱しているか否かを判定する逸脱判定部240、運転者にHUDを正しく調整するための判定用画像を提示する判定用画像提示部250を含む。
FIG. 4 shows the functional configuration of the adjustment program of this embodiment. The adjustment program 200 of this embodiment calculates the line-of-sight
視線位置推定部210は、座席情報取得部120によって取得された座席情報に基づき、運転者の視線位置を推定する。座席センサが搭載されている場合には、座席への着座があったときに座席情報が取得されるようにしてもよい。座席情報は、運転席の前後位置、運転席の背もたれの角度、ヘッドレストの位置を含み、視線位置推定部210は、これらの座席情報に基づき運転者の視線位置を推定する。
The line-of-sight
図4は、運転者と座席の模式的な側面図である。座席300は、前後方向Xに移動可能であり、背もたれが軸310を介して角度θで回転可能であり、ヘッドレスト320は、高さ方向Zに移動可能である。座席情報は、座席300のX方向の位置、角度θ、ヘッドレスト320のZ方向の高さを含む。視線位置推定部210は、運転者が座席300に着座したときの運転者の視線位置を推定する。視線位置は、好ましくは、XZ平面における2次元座標であるが、これに限定されず3次元座標であってもよい。また、視線位置推定部210は、座席情報に加えて、標準的な身体情報を用いて視線位置を推定するようにしてもよい。
FIG. 4 is a schematic side view of the driver and the seat. The
図4の例では、運転者Aが着座するとき、座席300のX方向の位置が幾分前方であり、かつヘッドレスト320の高さは幾分低い。視線位置推定部210は、XZ座標空間において運転者Aの視線位置EA(XA、ZA)を算出する。また、運転者Bが着座したとき、座席300のX方向の位置が幾分後方である、かつヘッドレスト320の高さが幾分高い。視線位置推定部210は、XZ座標空間において運転者Bの視線位置EB(XB、XB)を算出する。なお、上記の推定は、座席情報を利用するものであるが、これに代えて、あるいはこれとともに車内カメラにより撮像された運転者の顔画像から視点位置を検出するようにしてもよい。
In the example of FIG. 4, when the driver A is seated, the position of the
HUD情報取得部220は、HUD150の投射光学系の情報を取得する。例えば、HUD150の投射光学系が、図4に示すように、画像をフロントガラス340に投射するためのメインミラー330を含むとき、メインミラー330の光軸Oの角度または方向を表す光軸情報が取得される。メインミラー330の光軸Oは、フロントガラス340上の画像の投射位置および投射角度を決定する。光軸Oが変更されれば、運転者にとってのAR表示を正しく見ることができる視線位置も変更される。
The HUD
基準範囲算出部230は、HUD情報取得部22により取得された光学情報および座席情報に基づき、AR表示を正しく見ることができる運転者の視線位置の基準範囲を算出する。つまり、基準範囲とは、その座席位置に着座したならば、AR表示を正しく見ることができる視線範囲である。HUD150により画像がフロントガラス340に投射されるとき、投射された画像は、入射角と等しい反射角で反射され、この反射光が運転者の視線位置に向かえば、運転者は、その視線方向にAR表示を正しく見ることできるが、この反射光が運転者の視線位置からズレていれば、運転者は、その視線方向にAR表示を正しくみることができない。従って、基準範囲算出部230は、投射光学系(メインミラー330)の光軸Oとフロントガラス340との成す入射角を算出し、その入射角と等しい反射角で進行する反射光が、推定された視線位置のX平面と交差するZ座標を基準点として算出する。例えば、図4に示すように、運転者Aの視線位置EA(XA、ZA)が推定された場合、視線位置EAのXA面と反射光との交点が基準点C(XA、ZC)として算出される。そして、基準点Cを中心に一定のZ方向のマージンαを加えて基準範囲(XA、ZC−α)〜(XA、ZC+α)を算出する。マージンαは、AR表示を正しく見ることができる範囲である。
The reference
逸脱判定部240は、視線位置推定部210によって推定された視線位置と基準範囲算出部230によって算出された基準範囲とを比較し、視線位置が基準範囲から逸脱するか否かを判定する。視線位置が基準範囲を逸脱するということは、運転者にとって、AR表示を正しく見ることができないことを意味し、視線位置が基準範囲内にあれば、運転者にとって、AR表示を正しく見ることができることを意味する。例えば、図4に示すように、運転者Aの視線位置EAが基準範囲内にあれば、運転者Aは、その視線方向に虚像Aを正しい位置で見ることができる。
The
逸脱判定部240の判定結果は、判定用画像提示部250へ提供される。そして、判定用画像提示部250は、推定された視線位置が基準範囲を逸脱している場合には、表示部170に、運転者が本来見えるべき正しいAR表示の画像を表示させ、かつ運転者にHUDの調整の必要性があることを案内する。この場合、判定用画像提示部250は、音声出力部180を介して音声により調整を促すようにしてもよい。
The determination result of the
好ましい態様では、判定用画像提示部250は、撮像部130から車両前方の画像データ(運転者が見ることができる前方画像)を取得し、取得した画像データを画像処理し、そこに含まれる対象物を抽出し、抽出した対象物を認識し、認識された対象物に関連するAR画像を、例えば記憶部140から読出し、対象物に関連するようにAR画像データを取得した画像データに合成し、合成した画像を表示部170に表示する。認識された対象物にどのようなAR画像を関連付けるかは予め決定される。このAR画像が合成された車両前方の画像は、HUDの調整が適切に行われたときのAR表示が正しく見えるべき画像である。
In a preferred embodiment, the determination
図5(A)は、運転者の視線位置が基準範囲から逸脱しているときの運転席から見たAR表示であり、フロントガラス越しの左右の白線L1、L2からAR表示AR1、AR2、AR3が幾分ずれている。図5(B)は、判定用画像提示部250により生成された、AR表示が正しく見えるときの画像である。図5(A)に示すように、運転者の視線位置が基準範囲から逸脱している場合には、AR表示AR1、AR2、AR3が本来表示されるべき位置からずれている。一方、図5(B)に示すように、判定用画像提示部250は、車両前方を撮像した画像データから白線L1、L2を認識し、白線L1、L2に関連するAR画像AR1、AR2を重畳し、さらに白線L1、L2の中心を示し、かつその進行方向を示すAR画像AR3を重畳する判定用画像を生成し、これをセンターのディスプレイ170に表示する。運転者は、表示部170に表示された判定用画像を基準に、図5(A)に示すAR表示が正確でないことを認識し、HUD150を調整する。
FIG. 5A is an AR display seen from the driver's seat when the driver's line of sight position deviates from the reference range, and AR displays AR1, AR2, AR3 from the left and right white lines L1, L2 through the windshield. Is slightly off. FIG. 5B is an image generated by the determination
次に、本実施例のAR表示システムにおけるHUDの調整動作について図6のフローを参照して説明する。着座センサが搭載されている場合には、その検出結果が座席情報取得部120により取得され(S100)、運転者の着座が検出されると、座席情報が取得され(S102)、この座席情報が視線位置推定部210へ提供される。視線位置推定部210は、座席情報に基づき運転者の視線位置を推定し(S104)、次に、HUD情報取得部220がHUDの光学情報を取得し(S106)、基準範囲算出部230は、HUDの光学情報に基づき基準範囲を算出する(S108)。次に、逸脱判定部240は、推定された視線位置が基準範囲を逸脱するか否かを判定し(S110)、逸脱していると判定された場合には、判定用画像提示部250が判定用画像を生成し、生成した判定用画像を表示部170に表示し、さらにHUDの調整を促す案内を行う(S112)。
Next, the HUD adjustment operation in the AR display system of this embodiment will be described with reference to the flow of FIG. When the seating sensor is mounted, the detection result is acquired by the seat information acquisition unit 120 (S100), and when the driver's seating is detected, the seat information is acquired (S102), and this seat information is obtained. It is provided to the line-of-sight
運転者は、HUD150の調整が必要であることの案内を報知されると、入力部110を介して調整の指示を与え、調整部150は、この指示に従いアクチュエータ155を介して投射光学系154の光軸方向を変更する。このとき、運転者は、表示部170に表示された判定用画像を基準に、HUD150の最適な調整を行うことができる。
When the driver is notified of the guidance that the
図6Aに、本実施例の変形例を示す。ステップS100〜S112は、図6の場合と同様である。本変形例では、推定された視線位置が基準範囲を逸脱すると判定された場合であっても、運転者がHUD150の調整を行った場合には(S120)、判定用画像提示部250は、判定用画像を表示部170に表示させる(S112)。運転者は、表示部170に表示された画像を基準に、HUD150の正確な調整を行うことができる。
FIG. 6A shows a modified example of this embodiment. Steps S100 to S112 are the same as in FIG. In this modification, even if it is determined that the estimated line-of-sight position deviates from the reference range, if the driver adjusts the HUD 150 (S120), the determination
このように本実施例によれば、運転者の視線位置が基準範囲から逸脱している場合には、表示部170に、HUD150の調整が最適であるときに運転者が見えるべき本来のAR表示の画像を表示するようにしたので、運転者は、どのようなAR表示が正しいものであるかを判定することができ、HUDの調整を容易に行うことができる。また、運転者は、調整を促す案内を受けることで、自動的に、HUDの設定が適切でないことを知ることができる。
As described above, according to the present embodiment, when the line-of-sight position of the driver deviates from the reference range, the
AR表示は、虚像と実際の現実世界が一致して表示されていなければ意味がないので、ユーザーである運転者が初期調整を行う必要がある。しかし、HUDの表示は、虚像かつ運転者自身しか見られない映像であり、どこに何を合わせればいいのか分からない可能性が高い。本実施例で示した表示システム100は、このような課題に対しても、効果を発揮できる。 Since the AR display is meaningless unless the virtual image and the actual real world are displayed in agreement, the driver who is the user needs to make initial adjustments. However, the HUD display is a virtual image and an image that can only be seen by the driver himself, and there is a high possibility that he does not know where and what to match. The display system 100 shown in this embodiment can be effective even for such a problem.
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and modifications are made within the scope of the gist of the invention described in the claims. It can be changed.
100:AR表示システム 110:入力部
120:座席情報取得部 130:撮像部
140:記憶部 150:HUD部
151:光源 152:光学系
153:光変調手段 154:投射光学系
155:アクチュエータ 160:調整部
170:表示部 180:音声出力部
190:制御部 200:調整プログラム
300:座席 310:軸
320:ヘッドレスト 330:メインミラー
340:フロントガラス
100: AR display system 110: Input unit 120: Seat information acquisition unit 130: Imaging unit 140: Storage unit 150: HUD unit 151: Light source 152: Optical system 153: Optical modulation means 154: Projection optical system 155: Actuator 160: Adjustment Unit 170: Display unit 180: Audio output unit 190: Control unit 200: Adjustment program 300: Seat 310: Axis 320: Headrest 330: Main mirror 340: Front glass
Claims (7)
車両の座席に関する座席情報を取得する取得手段と、
前記座席情報に基づき当該座席の搭乗者の視線位置を推定する推定手段と、
前記画像投射手段の投射光学系に基づき前記拡張現実を見ることができる基準範囲を算出する算出手段と、
前記視線位置が前記基準範囲から逸脱しているか否かを判定する判定手段と、
前記視線位置が前記基準範囲から逸脱していると判定された場合に、前記拡張現実が正しく見えるべき画像をディスプレイに表示する表示手段と、
を含む表示システム。 An image projection means that can display augmented reality by image projection,
How to get seat information about vehicle seats and
An estimation means for estimating the line-of-sight position of a passenger in the seat based on the seat information, and
A calculation means for calculating a reference range in which the augmented reality can be seen based on the projection optical system of the image projection means, and
A determination means for determining whether or not the line-of-sight position deviates from the reference range, and
When it is determined that the line-of-sight position deviates from the reference range, a display means for displaying an image on which the augmented reality should look correctly is displayed.
Display system including.
前記視線位置が前記基準範囲から逸脱していると判定された場合に、前記画像投射手段の投射光学系の調整を促す案内手段を含む、請求項1に記載の表示システム。 The display system is also
The display system according to claim 1, further comprising a guiding means for prompting adjustment of the projection optical system of the image projection means when it is determined that the line-of-sight position deviates from the reference range.
ユーザー入力に基づき前記画像投射手段の投射光学系の調整を行う調整手段を含む、請求項1に記載の表示システム。 The display system is also
The display system according to claim 1, further comprising an adjustment means for adjusting the projection optical system of the image projection means based on user input.
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