一种视觉空中导航仪的制作方法

本发明涉及视觉空中成像技术领域，尤其涉及一种视觉空中导航仪。

背景技术：

全息投影技术与视觉空中成像技术很相似，但两者属于不同的技术。全息投影技术通过在汽车挡风玻璃上粘贴全息膜进行显像，但是目前大多数汽车挡风玻璃上粘贴有蔽阳隔热膜，待投影图像很难穿透蔽阳隔热膜，即使改进全息膜或者蔽阳隔热膜的结构，使待投影图像可以穿透蔽阳隔热膜，人眼看到的图像也是非常模糊的，使全息投影失去意义。为了解决上述问题，本发明提供一种视觉空中导航仪，其包括显示器和透镜，手机与显示器连接，并将手机导航界面传输至显示器，再由显示器形成视频图像，显示器所显示视频图像通过透镜将视频图像投射到汽车挡风玻璃上形成视觉空中成像，无需在汽车挡风玻璃上粘贴全息膜即可显像，并且不受蔽阳隔热膜等其他介质的干扰清晰地展示视频图像。

由于汽车挡风玻璃大多数为透明玻璃，因此，视觉空中导航仪易受光强干扰导致投影在汽车挡风玻璃上的图像经常发生图像显示不清楚的问题。为了解决这个问题，有两种方法，一是，调节透镜与显示器之间的距离，但是视觉空中导航仪导航时，司机正在开车，不便于调节透镜与显示器之间的距离；二是，将显示器的亮度设置为自动调节，通过调节显示器亮度，可使投影在汽车挡风玻璃上的图像亮度变化，进而解决上述问题。但是应用在视觉空中导航仪的显示器其光强要求比一般的显示器更高，一般要求最高亮度可达12000流明，不能使用现有显示器代替本申请的显示器。由于投影所需光强大，现有的led驱动方案无法满足本申请的要求。因此，为了解决上述问题本发明提供了一种视觉空中导航仪，在光强调节器中设置多个串联的led驱动电路，实现led导通电流精确调节，实现光强可调的目的，通过这种连接方式以及驱动方式可以驱动更多功率更强的led灯，达到投影所需亮度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出了一种视觉空中导航仪，在光强调节器中设置多个串联的led驱动电路，实现led导通电流精确调节，实现光强可调的目的，通过这种连接方式以及驱动方式可以驱动更多的功率更强的led灯，达到投影所需亮度。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种视觉空中导航仪，其包括显示器和透镜，显示器与透镜的距离以及透镜与汽车挡风玻璃的距离满足光学成像的要求，显示器包括处理器、光调节器和led显示屏；

led显示屏包括多排多列的led灯阵列；

光调节器包括光强传感器和若干个依次串联的led驱动电路；

光强传感器检测环境光强，并将光强信息转换为模拟量传输至处理器，处理器根据光强大小输出控制led驱动电路的控制指令至串联的首个led驱动电路，该led驱动电路控制单个led灯阵列的导通电流大小，该led驱动电路锁存处理器输出的控制指令并将控制指令转发给下一级led驱动电路，依次进行下去，直到最后一个led驱动电路接收到控制指令。

在以上技术方案的基础上，优选的，led驱动电路包括mcu芯片、边沿检测电路、计数器以及脉宽调制电路；

处理器输出的控制指令分别传输至边沿检测电路、计数器以及脉宽调制电路，脉宽调制电路根据该控制指令调节led阵列驱动电流的占空比；

边沿检测电路检测控制指令的上升沿和下降沿，并在上升沿和下降沿位置产生一个高脉冲并输出至mcu芯片；

mcu芯片接收边沿检测电路产生的高脉冲，基于相邻两次高脉冲达到时间判断控制指令的逻辑，并在接收到上升沿对应的高脉冲后产生触发信号控制计数器开始计数；

计数器接收到mcu芯片输出的触发信号，并开始对控制指令中高电平进行计数，并将计数值传输至mcu芯片，mcu芯片基于该计数值进行损耗判断和损耗补偿；

处理器输出的控制指令分别输入边沿检测电路的输入端、计数器的输入端以及脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的控制端与mcu芯片电性连接，脉宽调制电路的输出端与led显示屏电性连接，边沿检测电路的输出端以及计数器的输出端分别与mcu芯片的不同端口对应电性连接，mcu芯片的i/o口输出触发信号至计数器的触发端。

在以上技术方案的基础上，优选的，mcu芯片基于该计数值进行损耗判断和损耗补偿具体包括以下步骤：

s1、边沿检测电路分别在控制指令的上升沿或下降沿的位置产生一个高脉冲，mcu芯片将上升沿处的高脉冲记为l2h，将下降沿的高脉冲记为h2l，并记录相邻高脉冲到达mcu芯片的时间，此时间对应控制指令中高电平的时间长度；若高电平时间长度低于1us，判断控制指令的逻辑电平为0，反之，则判定控制指令的逻辑电平为1；

s2、为逻辑电平0和逻辑电平1分别设置损耗补偿阈值，其中，逻辑电平0的损耗补偿阈值为0.4us，逻辑电平1的损耗补偿阈值为3.4us；

s3、当mcu芯片接收到l2h信号时，mcu芯片控制计数器开始计数，计数器开始对控制指令的高电平进行计数，并将计数值传输至mcu芯片，mcu芯片将计数值记为cnt；

s4、当cnt＜0.4us且mcu芯片检测到h2l信号时，判定当前控制指令为0码且需要进行损耗补偿，此时，mcu芯片控制计数器继续计数直到计满1us，完成损耗补偿后，计数器停止计数并将其输出拉低；

s5、当0.4us＜cnt＜1us时且mcu芯片检测到h2l信号时，判定当前控制指令为0码且无需进行损耗补偿，此时，mcu芯片控制计数器立即停止计数并将其输出拉低；

s6、当1us＜cnt＜3.4us且mcu芯片检测到h2l信号时，判定当前控制指令为1码且需要进行损耗补偿，此时，mcu芯片控制计数器继续计数直到计满4us，完成损耗补偿后，计数器停止计数并将其输出拉低；

s7、当3.4us＜cnt＜4us时且mcu芯片检测到h2l信号时，判定当前控制指令为1码且无需进行损耗补偿，此时，mcu芯片控制计数器立即停止计数并将其输出拉低。

在以上技术方案的基础上，优选的，边沿检测电路包括上升沿检测电路和下降沿检测电路；

上升沿检测电路检测控制指令的上升沿，并输出高脉冲至mcu芯片；下降沿检测电路检测控制指令的下降沿，并输出高脉冲至mcu芯片。

在以上技术方案的基础上，优选的，透镜为同心圆螺纹透镜。

在以上技术方案的基础上，优选的，显示器还包括分别与处理器连接的寄存器a和寄存器b。

在以上技术方案的基础上，优选的，显示器还包括与处理器通信端连接的wifi模块。

在以上技术方案的基础上，优选的，显示器还包括通过usb总线与处理器连接的usb接口。

在以上技术方案的基础上，优选的，显示器还包括与处理器电源端连接的usb充电口

本发明的一种视觉空中导航仪相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)在显示器中设置了寄存器a和寄存器b，寄存器a用于存储控制图像上下镜像处理的算法，通过该算法可以将手机传输的正向图像做上下镜像处理；寄存器b用于存储控制图像左右镜像处理的算法，通过该算法可以将手机传输的正向图像进行左右镜像处理，使显示器显示的图像与手机传输的图像方向相反，再经过透镜反向投影后，在汽车挡风玻璃上形成与手机导航界面相同的正向视频图像，解决现有技术中显示器投影在汽车挡风玻璃上图像呈镜像图像的缺陷；

(2)通过采用led驱动电路级联驱动led显示屏的方案，可以驱动更多的功率更强的led灯，解决现有led驱动方案无法驱动大功率led灯的缺陷，实现led显示屏亮度可调的目的，以及达到投影所需的亮度；

(3)通过设置边沿检测电路可以区分控制指令的逻辑电平，并针对0码和1码进行损耗补偿；

(4)针对需要进行损耗补偿的控制指令，本发明通过延长计数器计数时间，实现对处理器输出控制指令的损耗补偿，解决控制指令在传输过程中数据周期或占空比发生变化，导致led驱动电路无法正确识别控制指令的问题；

(5)本发明可以在接收控制指令时，对控制指令进行逻辑电平检测、损耗判断以及损耗补偿，降低了数据等待时间以及控制指令的损耗，提高了数据转发效率；

(6)设置损耗补偿阈值，对触发阈值的控制指令进行损耗补偿，避免了功耗的浪费。

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为本发明一种视觉空中导航仪中显示器的结构图；

图2为本发明一种视觉空中导航仪中光调节器的结构图；

图3为本发明一种视觉空中导航仪中led驱动电路的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

空中成像技术是通过激光打出图像，再通过透镜放大并在空中无介质成像的技术；视觉空中成像技术与空中成像技术稍有不同，视觉空中成像技术是将显示器上显示的图像通过透镜放大并在投影屏上进行显示的技术，相比空中成像技术其在结构上必须要有一个可供投屏的投影屏，并且其不需要功率很大的激光器产生图像，只需要通过显示器既可以实现在投影屏上成像。基于视觉空中成像技术实现条件低的特点，视觉空中成像技术可以被广泛应用在汽车导航以及交通指挥中。

本实施例提供一种视觉空中导航仪，其包括显示器和透镜。手机与显示器连接，并将手机导航界面传输至显示器，再由显示器形成视频图像，显示器所显示视频图像通过透镜将视频图像投射到汽车挡风玻璃上形成视觉空中成像。其中，显示器与透镜的距离以及透镜与汽车挡风玻璃的距离满足光学成像的要求，通过调节透镜与显示器的距离即可实现投影图像的大小和清晰度。

由于本发明应用在汽车导航领域中，因此，显示图像中指示方向要与实际道路相同，但是手机传输给显示器的图像是正向图像，经过透镜反射后投影在汽车挡风玻璃上形成了镜像图像，与实际道路方向相反，不便于用户导航。因此，为了解决上述问题，本实施例在显示器中设置了寄存器a和寄存器b，寄存器a用于存储控制图像上下镜像处理的算法，通过该算法可以将手机传输的正向图像做上下镜像处理；寄存器b用于存储控制图像左右镜像处理的算法，通过该算法可以将手机传输的正向图像进行左右镜像处理，使显示器显示的图像与手机传输的图像方向相反，再经过透镜反向投影后，在汽车挡风玻璃上形成与手机导航界面相同的正向视频图像，解决现有技术中显示器投影在汽车挡风玻璃上图像呈镜像图像的缺陷。其中，本实施例并不涉及对算法的改进，控制图像上下镜像处理的算法以及控制图像左右镜像处理的算法可以采用现有成熟技术实现，若为左右翻转则翻转后图像每个像素点的横坐标均与翻转前对应像素点的横坐标关于图像的竖直中心线对称；若为上下翻转则翻转后的图像每个像素点的纵坐标与翻转前对应像素点的纵坐标关于图像的水平中心线对称，具体如何实现的在此不再累述。

优选的，本实施例中，显示器包括外部接口、处理器、寄存器a、寄存器b、光调节器和led显示屏。本实施例解决问题的技术原理为：手机通过外部接口与处理器进行视频图像传输；处理器读取寄存器a和寄存器b中存储的逻辑运算，将手机传输的视频图像做上下镜像和左右镜像处理，并通过数据线将镜像处理后的图像显示在led显示屏上，通过光调节器调节led显示屏的亮度；调节显示器与透镜的距离以及透镜与汽车挡风玻璃的距离即可将led显示屏显示的图像投影在汽车挡风玻璃上。

优选的，为了实现手机与显示器之间的无线投屏功能，本实施例中显示器还包括wifi模块；处理器通过wifi模块与手机通讯。本实施例中，可以采用现有技术实现wifi功能，本实施例并不涉及对wifi模块结构和算法的改进，在此不再累述。

优选的，显示器还包括usb接口，用于连接u盘，进而实现u盘内视频读取播放。其中，usb接口与处理器电性连接。本实施例中，可以采用现有技术实现usb接口，本实施例并不涉及对usb接口结构和算法的改进，在此不再累述。

优选的，显示器还包括usb充电口，采用usb充电的方式供能。由于usb充电口属于现有成熟技术，并且本实施例并涉及对usb充电口结构和算法的改进，在此不再累述。

优选的，为了使投影到汽车挡风玻璃上的图像清晰可见，本实施例中，选用同心圆螺纹透镜聚焦平行光线，实验证明，采用同心圆螺纹透镜相较于平面透镜等其他透镜，其聚焦光线的能力更强，显示在汽车挡风玻璃上的图像更清晰。

本实施例的有益效果为：在显示器中设置了寄存器a和寄存器b，寄存器a用于存储控制图像上下镜像处理的算法，通过该算法可以将手机传输的正向图像做上下镜像处理；寄存器b用于存储控制图像左右镜像处理的算法，通过该算法可以将手机传输的正向图像进行左右镜像处理，使显示器显示的图像与手机传输的图像方向相反，再经过透镜反向投影后，在汽车挡风玻璃上形成与手机导航界面相同的正向视频图像，解决现有技术中显示器投影在汽车挡风玻璃上图像呈镜像图像的缺陷。

实施例2

由于汽车挡风玻璃大多数为透明玻璃，因此，实施例2中视觉空中导航仪易受光强干扰导致投影在汽车挡风玻璃上的图像经常发生图像显示不清楚的问题。为了解决这个问题，有两种方法，一是，调节透镜与显示器之间的距离，但是视觉空中导航仪导航时，司机正在开车，不便于调节透镜与显示器之间的距离；二是，将显示器的亮度设置为自动调节，通过调节显示器亮度，可使投影在汽车挡风玻璃上的图像亮度变化，进而解决上述问题。本实施例选用第二种方式解决问题。

由于其需要进行图像投影，显示器的光强要求比一般的显示器更高，不能使用现有显示器代替本实施例的显示器，因此，本实施例中，led显示屏的灯光组采用多排多列led灯布局，最高亮度可达12000流明，以保证在强光与黑夜之时均可正常显示。由于投影所需光强大，现有的led驱动方案无法满足本实施例的要求。为了达到led显示屏亮度可调的目的，以及达到投影所需的亮度，本实施例中，在光强调节器中设置多个串联的led驱动电路，实现led导通电流精确调节，实现光强可调的目的，通过这种连接方式以及驱动方式可以驱动更多的功率更强的led灯，达到投影所需亮度。具体的，光强调节器包括：光强传感器和多个串联的led驱动电路；其中，光强传感器检测环境光强，并将光强信息转换为模拟量传输至处理器，处理器根据光强大小输出可以控制led驱动电路的控制指令，精确调节led灯的导通电流，实现本实施例中特定led显示屏光强可调的目的。

本实施例的有益效果为：通过采用led驱动电路级联驱动led显示屏的方案，可以驱动更多的功率更强的led灯，解决现有led驱动方案无法驱动大功率led灯的缺陷，实现led显示屏亮度可调的目的，以及达到投影所需的亮度。

实施例3

对于多个串联的led驱动电路，处理器发送的控制指令首先经过串联的第一个led驱动电路锁存，然后将控制指令转发给下一个led驱动电路，依次进行下去，直到最后一个led驱动电路接收到控制指令。但是，在控制指令转发的过程中，由于led驱动电路本身带有会对控制指令造成损耗的寄生电阻电容等，导致控制指令的数据周期或占空比发生变化，随着损耗的增加，会造成数据的严重失真，严重情况会导致led驱动电路无法正确识别控制指令，进而无法实现led显示屏亮度可调的目的。为了解决这个问题，本实施例对led驱动电路进行改进，对待转发的控制指令进行损耗判断以及损耗补偿，保证控制指令在转发过程中不失真，以解决控制指令在传输过程中数据周期或占空比发生变化，导致led驱动电路无法正确识别控制指令的问题。本实施例中led驱动电路的结构相同，上一级led驱动电路转发的控制指令作为下一级led驱动电路的输入指令，对首个串联的led驱动电路进行介绍，其余的不再累述。

优选的，led驱动电路包括mcu芯片、边沿检测电路、计数器以及脉宽调制电路；其中，处理器输出的控制指令分别输入边沿检测电路的输入端、计数器的输入端以及脉宽调制电路的输入端，脉宽调制电路的控制端与mcu芯片电性连接，脉宽调制电路的输出端与led显示屏电性连接，边沿检测电路的输出端以及计数器的输出端分别与mcu芯片的不同端口对应电性连接，mcu芯片的i/o口输出触发信号至计数器的触发端。

边沿检测电路，用于检测控制指令的上升沿和下降沿。优选的，边沿检测电路包括上升沿检测电路和下降沿检测电路；其中，上升沿检测电路检测控制指令的上升沿，并输出高脉冲至mcu芯片；下降沿检测电路检测控制指令的下降沿，并输出高脉冲至mcu芯片。

计数器，对处理器输出的控制指令进行计数。本实施例中采用pwm恒流驱动方式，处理器输出的控制指令为归零码，归零码包含极性不同的脉冲，高电平表示逻辑1，低电平代表逻辑0，无论是0码还是1码在一个码元之内都要恢复到零的编码方式。当mcu芯片检测到边沿检测电路输出的高脉冲时，输出触发信号至计数器，触动计数器开始计数，计数器开始对控制指令的高电平进行计数，并将计数值传输至mcu芯片，计数器停止计数时，将其输出拉低。

mcu芯片，用于接收边沿检测电路输出的高低电平，基于高低电平控制计数器的计数时间。通过控制计数器技术时间，进而实现控制指令的电平损耗补偿。本实施例中，实现控制指令的电平损耗补偿的步骤具体包括以下步骤：

s1、上升沿检测电路和下降沿检测电路分别在控制指令的上升沿或下降沿的位置产生一个高脉冲，mcu芯片将上升沿处的高脉冲记为l2h，将下降沿的高脉冲记为h2l，并记录相邻高脉冲到达mcu芯片的时间，此时间对应控制指令中高电平的时间长度；若高电平时间长度低于1us，判断控制指令的逻辑电平为0，反之，则判定控制指令的逻辑电平为1；

需要注意的是：一般的，归零码中0码典型的高电平时间为1us，1码典型的高电平时间为4us，因此，这里将1us设置为判定逻辑电平类型的标准。考虑到mcu芯片能够接收的最低时长为3.5us，为了保证逻辑电平在经过2个时钟周期误差mcu芯片还能接收到逻辑电平，本实施例中，将归零码中逻辑0的最小电平时长设置为0.4us，逻辑1的最小电平时长设置为3.4us。

s2、mcu芯片为逻辑电平0和逻辑电平1分别设置损耗补偿阈值，其中，逻辑电平0的损耗补偿阈值为0.4us，逻辑电平1的损耗补偿阈值为3.4us；

s3、当mcu芯片接收到l2h信号时，mcu芯片控制计数器开始计数，计数器开始对控制指令的高电平进行计数，并将计数值传输至mcu芯片，mcu芯片将计数值记为cnt；

s4、当cnt＜0.4us且mcu芯片检测到h2l信号时，判定当前控制指令为0码且需要进行损耗补偿，此时，mcu芯片控制计数器继续计数直到计满1us，完成损耗补偿后，计数器停止计数并将其输出拉低；

s5、当0.4us＜cnt＜1us时且mcu芯片检测到h2l信号时，判定当前控制指令为0码且无需进行损耗补偿，此时，mcu芯片控制计数器立即停止计数并将其输出拉低；

s6、当1us＜cnt＜3.4us且mcu芯片检测到h2l信号时，判定当前控制指令为1码且需要进行损耗补偿，此时，mcu芯片控制计数器继续计数直到计满4us，完成损耗补偿后，计数器停止计数并将其输出拉低；

s7、当3.4us＜cnt＜4us时且mcu芯片检测到h2l信号时，判定当前控制指令为1码且无需进行损耗补偿，此时，mcu芯片控制计数器立即停止计数并将其输出拉低。

脉宽调制电路，根据处理器输出的控制信号产生pwm波，并驱动led显示屏中led灯阵列通断，并通过调节led灯阵列的导通电流实现led灯阵列的亮度调节，属于现有技术，因此，在此不再累述。

本实施例的有益效果为：通过设置边沿检测电路可以区分控制指令的逻辑电平，并针对0码和1码进行损耗补偿；

针对需要进行损耗补偿的控制指令，本实施例通过延长计数器计数时间，实现对处理器输出控制指令的损耗补偿，解决控制指令在传输过程中数据周期或占空比发生变化，导致led驱动电路无法正确识别控制指令的问题；

本实施例可以在接收控制指令时，对控制指令进行逻辑电平检测、损耗判断以及损耗补偿，降低了数据等待时间以及控制指令的损耗，提高了数据转发效率；

设置损耗补偿阈值，对触发阈值的控制指令进行损耗补偿，避免了功耗的浪费。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。