可变显示距离的抬头显示系统、抬头显示方法、驾驶设备与流程

本发明属于抬头显示技术领域，具体涉及一种可变显示距离的抬头显示系统、抬头显示方法、驾驶设备。

背景技术：

抬头显示(headupdisplay，hud)，又称平视显示，逐步在汽车领域获得了广泛的应用。抬头显示把汽车行驶过程中仪表显示的重要信息(如车速)，导航等信息投射到前风挡玻璃上，可以使驾驶员不用低头就能看到仪表中的信息，不仅能够帮助对速度判断缺乏经验的新手控制自己的车速，避免在许多的限速路段中因超速而违章，更重要的是它能够使驾驶员在大视野不转移的条件下瞬间读数，始终头脑清醒地保持最佳观察状态，避免驾驶员低头观看仪表显示或观看音响显示，在前方遇有紧急情况就有可能因来不及采取有效措施而造成事故。具体的，将显示图像投影到驾驶员前方一个固定的距离，例如2米左右。当驾驶员的视线注视位置不在这个距离的时候，需要驾驶员调整眼睛的聚焦状态，使得眼睛能看清投影距离为2米的抬头显示器所显示的内容。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在实际驾驶状态时，上述方式仍然存在一定的延时，存在驾驶隐患。其次，在驾驶的时候，驾驶员的视线位置往往在需要的时候才位于抬头显示的显示区域，当驾驶员的视线位置不在抬头显示的显示区域时，如果抬头显示的显示器一直保持开启状态，会造成汽车能耗的浪费。再次，目前抬头显示的显示图像的大小是固定的，不符合人眼的近大远小的视觉特效，抬头显示的效果受到影响。

技术实现要素：

本发明针对现有的抬头显示存在延时、显示图像不符合视觉特效的问题，提供一种可变显示距离的抬头显示系统、抬头显示方法、驾驶设备。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

一种可变显示距离的抬头显示系统，包括：

注视位置获取单元，用于检测用户视线方向，并计算用户注视平面与用户双目所在面的距离；

变焦投影单元，用于调节焦距以使显示元件所显示的图像投影到注视平面；

与所述注视位置获取单元和变焦投影单元连接的控制单元，用于判断注视平面是否在抬头显示区域内，根据判断结果控制显示元件开启或关闭，并在显示元件开启时，将用户与注视平面和预存储的抬头显示平面的距离分别进行比较，根据比较结果控制变焦投影单元。

优选的是，还包括与控制单元连接的图像渲染单元，用于在注视平面与用户距离大于或等于预存储的抬头显示平面与用户距离时，在预存储的抬头显示平面进行显示，并调节图像的大小或清晰度。

优选的是，所述注视位置获取单元包括：

视觉追踪部，用于实时检测用户视线方向；

视觉信息获取部，用于根据用户视线方向获取用户双目视线分别与参考平面的交点s1点和s2点，交点s1和s2的距离r，参考平面与用户双目所在面的距离d，以及双目的瞳距p；

视觉信息处理部，用于根据r、d、p计算注视平面与用户双目所在面的距离l。

优选的是，所述计算注视平面与用户双目所在面的距离l依据下式计算：

优选的是，所述变焦投影单元包括：

投影显示部，用于将显示元件所显示的图像投影到注视平面；

数据检测部，用于检测显示元件与投影显示部的距离n，注视平面与用户双目所在面的距离l，用户双目所在面与投影显示部的距离l0；

焦距调节部，用于根据数据检测部的检测结果改变投影显示部的焦距f。

优选的是，所述焦距调节部依据下式改变投影显示部的焦距f：

优选的是，所述变焦投影单元包括光学变焦元件或者电控变焦元件。

优选的是，所述可变显示距离的抬头显示系统还包括与控制单元连接的显示元件，其中，所述控制单元包括行使信息接口，用于与驾驶设备连接，并将驾驶设备的行使信息传输至显示元件。

本发明还提供一种可变显示距离的抬头显示方法，包括以下步骤：

检测用户视线方向，并计算用户注视平面与用户双目所在面的距离；

判断注视平面是否在抬头显示区域内，并根据判断结果控制显示元件开启或关闭；

在显示元件开启时，将用户与注视平面和预存储的抬头显示平面的距离分别进行比较，根据比较结果调节变焦投影。

优选的是，当注视平面与用户距离大于或等于预存储的抬头显示平面与用户距离时，在预存储的抬头显示平面进行显示，还包括调节图像的大小或清晰度的步骤。

优选的是，当注视平面与用户距离小于预存储的抬头显示平面与用户距离时，还包括调节变焦投影，以使显示元件所显示的图像投影到注视平面。

优选的是，所述检测用户视线方向，并计算用户注视平面与用户双目所在面的距离包括以下步骤：

获取用户双目视线分别与参考平面的交点s1点和s2点；

获取交点s1和s2的距离r，获取参考平面与用户双目所在面的距离d，以及双目的瞳距p；

根据r、d、p计算注视平面与用户双目所在面的距离l。

优选的是，所述

优选的是，所述调节变焦投影包括以下步骤：

获取显示元件与变焦投影单元的距离n，获取投注视平面与用户双目所在面的距离l，获取用户双目所在面与变焦投影单元的距离l0，

根据n、l、l0调节变焦投影单元的焦距f。

优选的是，所述

本发明还提供一种驾驶设备，包括上述的可变显示距离的抬头显示系统。

本发明的可变显示距离的抬头显示系统检测用户视线方向，并计算用户注视平面与用户双目所在面的距离，根据用户注视位置是否在抬头显示的显示区域内开启或者关闭显示元件，当用户注视位置不在抬头显示的显示区域内时，关闭显示元件，以达到节省能耗和延长显示元件寿命的目的；当用户注视位置在抬头显示的显示区域内时，开启显示元件，同时将用户与注视平面和预存储的抬头显示平面的距离分别进行比较，根据比较结果控制变焦投影单元，这样抬头显示的图像可以根据注视平面进行相应的调节，以使得图像符合用户的视觉特性，获得良好的视觉效果，避免用户自身主动变换位置以看清图像，有利于驾驶安全。本发明的系统适用于各种驾驶设备。

附图说明

图1为本发明的实施例1的可变显示距离的抬头显示系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例2的可变显示距离的抬头显示系统的结构示意图；

图3为人眼焦距随着物距的变化示意图；

图4为本发明的实施例2的可变显示距离的抬头显示系统的结构示意图；

图5为本发明的实施例2的计算用户注视平面位置示意图；

图6为本发明的实施例2的变焦投影系统等效光路图；

图7为本发明的实施例3的可变显示距离的抬头显示方法步骤流程图；

图8为本发明的实施例3的判断注视平面是否在显示区域范围示意图；

其中，附图标记为：1、注视位置获取单元；11、视觉追踪部；12、视觉信息获取部；13、视觉信息处理部；2、变焦投影单元；21、投影显示部；22、数据检测部；23、焦距调节部；3、控制单元；4、图像渲染单元；5、显示元件；61、注视平面；62、预存储的抬头显示平面；63、参考平面。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种可变显示距离的抬头显示系统，如图1所示，包括注视位置获取单元1、变焦投影单元2、控制单元3。其中，注视位置获取单元1用于检测用户视线方向，并计算用户注视平面与用户双目所在面的距离；变焦投影单元2用于调节焦距以使显示元件所显示的图像投影到注视平面；控制单元3与所述注视位置获取单元1和变焦投影单元2连接，用于判断注视平面是否在抬头显示区域内，根据判断结果控制显示元件开启或关闭，并在显示元件开启时，将用户与注视平面和预存储的抬头显示平面的距离分别进行比较，根据比较结果控制变焦投影单元2进行变焦。

本实施例的可变显示距离的抬头显示系统检测用户视线方向，并计算用户注视平面与用户双目所在面的距离，根据用户注视位置是否在抬头显示的显示区域内开启或者关闭显示元件，即当用户注视位置不在抬头显示的显示区域内时，关闭显示元件，以达到节省能耗和延长显示元件寿命的目的；当用户注视位置在抬头显示的显示区域内时，开启显示元件，同时将用户与注视平面和预存储的抬头显示平面的距离分别进行比较，根据比较结果控制变焦投影单元2进行变焦，这样抬头显示的图像可以根据注视平面进行相应的调节，以使得图像符合用户的视觉特性，获得良好的视觉效果，避免用户自身主动变换位置以看清图像，有利于驾驶安全。

实施例2：

本实施例提供一种可变显示距离的抬头显示系统，如图2-6所示，包括注视位置获取单元1、变焦投影单元2、控制单元3、图像渲染单元4。

其中，注视位置获取单元1用于检测用户视线方向，并计算用户注视平面61与用户双目所在面的距离；变焦投影单元2，用于调节焦距以使显示元件5所显示的图像投影到注视平面61；控制单元3与所述注视位置获取单元1和变焦投影单元2连接，用于判断注视平面61是否在抬头显示区域内，根据判断结果控制显示元件5开启或关闭，并在显示元件5开启时，将用户与注视平面61和预存储的抬头显示平面62的距离分别进行比较，根据比较结果控制变焦投影单元2进行变焦。具体的，用于在注视平面61与用户距离大于或等于预存储的抬头显示平面62与用户距离时，在预存储的抬头显示平面62进行显示，并采用图像渲染单元4调节图像的大小或清晰度。

也就是说，显示元件5可以显示驾驶设备，例如汽车在行驶过程中仪表显示的重要信息，如车速，导航等。变焦投影单元2将显示元件5显示的内容投影至注视平面61，当用户注视位置在抬头显示的显示区域内时，开启显示元件5，同时将用户与注视平面61和预存储的抬头显示平面62的距离分别进行比较，当注视平面61与用户距离大于或等于预存储的抬头显示平面62与用户距离时，此时变焦投影单元2无需变焦，直接在预存储的抬头显示平面62进行显示，并采用图像渲染单元4调节图像的大小或清晰度。当注视平面61与用户距离小于预存储的抬头显示平面62与用户距离时，调节焦距以使显示元件5所显示的图像投影到注视平面61。这样可以使得图像符合用户的视觉特性，获得良好的视觉效果，避免用户自身主动变换位置以看清图像，有利于驾驶安全。

其中，当注视平面61与用户距离大于或等于预存储的抬头显示平面62与用户距离(也称设定距离)时，此时变焦投影单元2无需变焦，这是因为：

一般双目作为等效镜头与视网膜的估计成像像距约为24mm；通常当双目注视物体的成像物距变化时，双目需要改变眼球的焦距以便能在视网膜上清晰成像。从图3中看出，当物体距离增大到一定程度时，眼球的焦距变化很小，也就是用户不会因为焦距的变化而有一个对物体的重新聚焦的过程，不会产生生理延迟，即不改变焦距的观看过程是有利于驾驶安全的。所以，在本实施例的抬头显示系统中，将抬头显示的显示区域与人眼的距离设置为大于某个阈值时，比如图3中的5米，即当用户的注视平面61位置大于5米时，不会因为观看抬头显示的投影图像而发生眼球的重新聚焦，这样利于驾驶安全。然而当该距离太远时，用户观看误差会随着注视平面61与用户眼睛的距离增大而加大，不符合用户观看习惯，因此设在一定数值例如25m或30m等范围内。

作为本实施例中的一种可选实施方案，参见图4，所述注视位置获取单元1包括视觉追踪部11、视觉信息获取部12、视觉信息处理部13。

视觉追踪部11用于实时检测用户视线方向；参见图5，视觉信息获取部12用于根据用户视线方向获取用户双目视线分别与参考平面63的交点s1点和s2点，交点s1和s2的距离r，参考平面63与用户双目所在面的距离d，以及双目的瞳距p；视觉信息处理部13用于根据r、d、p计算注视平面61与用户双目所在面的距离l。

作为本实施例中的一种优选实施方案，所述计算注视平面61与用户双目所在面的距离l依据下式计算：

也就是说，当计算出用户注视位置位于抬头显示的范围之外时，可以关闭显示元件5以便节约能耗，当再次检测到用户注视平面61位置位于抬头显示可以显示的范围内时，开启显示元件5，使得抬头显示正常工作。通过实时检测用户视线来控制显示元件5的开启和关闭，不需要显示元件5一直保持开启状态，在大大节约能耗的同时延长了显示元件5的寿命。

作为本实施例中的一种可选实施方案，参见图4，所述变焦投影单元2包括投影显示部21、数据检测部22、焦距调节部23。

其中，投影显示部21用于将显示元件5所显示的图像投影到注视平面61；参见图6，数据检测部22用于检测显示元件5与投影显示部21的距离n，注视平面61与用户双目所在面的距离l，用户双目所在面与投影显示部21的距离l0；焦距调节部23用于根据数据检测部22的检测结果改变投影显示部21的焦距f。

作为本实施例中的一种优选实施方案，所述焦距调节部23依据下式改变投影显示部21的焦距f：

优选的是，所述变焦投影单元2包括光学变焦元件或者电控变焦元件。

优选的是，可变显示距离的抬头显示系统还包括与控制单元3连接的显示元件5，其中，所述控制单元3包括行使信息接口，用于与驾驶设备连接，并将驾驶设备的行使信息传输至显示元件5。

也就是说，本实施例中的可变显示距离的抬头显示系统中可以自带显示元件5，这样显示元件5与控制单元3连接，控制单元3还与驾驶设连接以将驾驶设备的行使信息传输至显示元件5。这种情况适用于不带显示元件5的驾驶设备，或者驾驶设备的显示元件5与本发明的抬头显示系统不匹配的情况。当驾驶设备自身配备了与发明的抬头显示系统匹配的显示元件5时，只需将驾驶设备的显示元件5与控制单元3连接以正常的实时传输驾驶数据即可。

实施例3：

本实施例提供一种可变显示距离的抬头显示方法，如图7所示，包括以下步骤：

s1、检测用户视线方向，并计算用户注视平面61与用户双目所在面的距离；s1具体包括下述步骤：

s11、获取用户双目视线分别与参考平面63的交点s1点和s2点；

s12、获取交点s1和s2的距离r，获取参考平面63与用户双目所在面的距离d，以及双目的瞳距p；根据r、d、p计算注视平面61与用户双目所在面的距离l。

优选的是，所述

s2、判断注视平面61是否在抬头显示区域内，并根据判断结果控制显示元件5开启或关闭；具体的判断注视平面61是否在抬头显示区域内参见图：

参考平面63为虚拟的平行于用户注视平面61的任意平面，图8中注视平面61并未落入抬头显示区域范围内，此时关闭显示元件5，以节省能耗、延长显示元件5寿命。当下一个时刻用户注视位置在抬头显示的显示区域内时，开启显示元件5。

s3、在显示元件5开启时，将用户与注视平面61和预存储的抬头显示平面62的距离分别进行比较，根据比较结果调节变焦投影。

s31、当注视平面61与用户距离大于或等于预存储的抬头显示平面62与用户距离时，此时变焦投影单元2无需变焦，直接在预存储的抬头显示平面62进行显示，并调节图像的大小或清晰度。

s32、当注视平面61与用户距离小于预存储的抬头显示平面62与用户距离时，调节变焦投影以使显示元件5所显示的图像投影到注视平面61。

优选的是，所述调节变焦投影包括以下步骤：

s32a、获取显示元件5与变焦投影单元2的距离n，获取投注视平面61与用户双目所在面的距离l，获取用户双目所在面与变焦投影单元2的距离l0，

s32b、根据n、l、l0调节变焦投影单元2的焦距f。

优选的是，所述

显然，上述各实施例的具体实施方式还可进行许多变化；例如：各单元的具体实现形式可以根据需要进行选择，各部件的具体设定方式可以根据实际进行改变。

实施例4：

本实施例提供一种驾驶设备，包括上述的可变显示距离的抬头显示系统。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。