一种抬头显示与人脸监测集成系统的制作方法

本发明涉及汽车电子技术领域，具体地说是一种抬头显示与人脸监测集成系统。

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背景技术：
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目前，车辆抬头显示可以分成两类：普通2d抬头显示及增强现实ar抬头显示，2d抬头显示通过在透镜的焦点上合成包含图像信息的光束，经过透镜及后光束以平行光方式投射至投射屏上形成实像。arhud不同于2dhud的地方是在车前2至2.5米处生成一个虚像，这个虚像是由在arhud的tft显示屏上播放的图像通前挡风玻璃反射到驾驶员视线前方。增强现实ar的抬头显示系统应包含四个主要组件:视频播放单元，反射镜及调整机构、前挡风玻璃(作为反射屏)及视频生成控制单元。

人脸监测技术主要用于两个方面，一个是作为脸部识别的功能达到车载系统的个性化设置及应用。另一个是作为安全辅助(adas)功能，不断监测驾驶员在驾驶过程中是否疲劳，检测到驾驶员昏昏欲睡时，该功能应向驾驶员发出警告指示。人脸监测技术利用摄像头观察驾驶员的面部特征和眼睛特征，主要包括驾驶员的脸部轮廓、特征位置、眨眼周期、眨眼间隔等。并与正常状态进行比较，进行驾驶员的识别。人脸监测系统应包含三个主要组件:摄像头单元、图像识别单元及红外发射单元(夜视条件下使用)。

抬头显示和人脸监测的共同之处在于两个方面：一方面抬头显示的光学设计必须使视频播放单元播放的图像正确的反射到人眼的眼动范围(eyebox)之内，而人脸监控的光学设计则必须使人脸的图像正确的反射到摄像头单元内，两者的光路设计一致，因此光学反射镜调整机构、前挡风玻璃(作为反射屏)可以共用。另一方面，抬头显示的视频播放单元作为抬头显示的发射部分，人脸监测的摄像头单元作为人脸监测的接收部分可以放置在同一个位置，因此可以集成为统一的一个控制模块，这里可以称作图像采集及视频播放模块；同时抬头显示的视频生成控制单元及人脸监测的图像识别单元也可以设计成统一的一个电路，这里可以称作双模式主控电路。若能提供一种利用了抬头显示和人脸识别的共用技术，并集成在一个部件中，将具有非常重要的意义。

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技术实现要素：
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本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种抬头显示与人脸监测集成系统，不仅布置合理，兼容性强，而且模块化的设计节约成本，可使整车在提升配置的同时，缩短了开发周期，可行性高、易于实施。

为实现上述目的设计一种抬头显示与人脸监测集成系统，包括主控制器1、cmos感光芯片器2、can收发器3和电源控制模块器4，所述电源控制模块器4分别连接主控制器1、cmos感光芯片器2、can收发器3，所述电源控制模块器4分别为主控制器1、cmos感光芯片器2、can收发器3供电，所述主控制器1的i/o端口一通过线路连接on/off按键，所述主控制器1的i/o端口二通过线路连接模式选择按键，所述主控制器1的pwm接口一通过线路连接亮度调节旋钮，所述主控制器1的pwm接口二通过线路连接成像高度调节旋钮，所述主控制器1通过输入脉冲的频率及脉宽变化表示相应亮度及高度的调整变化，所述主控制器1的i/o端口三通过线路连接电源控制模块器4，并通过i/o端口三输出电源开关信号控制电源控制模块器4，所述主控制器1通过spi接口及pwm接口连接抬头显示视频播放单元器6，并对抬头显示图像亮度进行调节，所述主控制器1通过i/o端口四连接反射镜调整模块器5，并控制反射镜转角以调节成像高度，所述cmos感光芯片器2用于人脸监测，所述cmos感光芯片器2的输出端连接主控制器1，所述cmos感光芯片器2将转换的像素信号输入主控制器1，并由主控制器1完成图片的生成及识别。

进一步地，所述主控制器1通过线路连接can收发器3，所述can收发器3通过can总线连接有报警器，所述主控制器1将图片识别的结果通过报警器在can总线上广播，或将相应的图片及视频转换为rgb或者lvds信号输出。

进一步地，所述抬头显示视频播放单元器6的抬头显示图像显示通过lvds输入实现，经过lvds收发器转换成rgb信号，所述主控制器1再将rgb信号发送至抬头显示视频播放单元器6。

进一步地，所述主控制器1选用32位处理器，所述cmos感光芯片器2选用高感光度cmos影像传感器。

进一步地，所述cmos感光芯片器2连接有车载红外发射装置，所述车载红外发射装置的红外光源的波长为940nm或850nm，所述车载红外发射装置用于实现夜视条件下的人脸识别。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

(1)功能丰富：涵盖了抬头显示及人脸识别的基础功能，并且支持高级功能的进一步开发应用；

(2)技术新颖：利用了抬头显示和人脸识别的共用技术，并集成在一个部件中；

(3)兼容性强：模块化设计，统一接口，可以手动操作也可以通过总线操作，同时可适配不同的视频播放单元及摄像头；

(4)应用前景广泛：抬头显示和人脸识别作为提升驾驶体验，增强驾驶安全的新手段，已经成为车辆应用的必备功能，其应用非常广阔；

综上：本发明布置合理、可行性高、易于实施，同时模块化的设计节约成本、车型配置可定制化、生命周期长、综合效益突出，其开发周期可缩短50％，可在5年内具备技术优势、通过整合两个零部件，可使整车在提升配置同时，减少20％至50％的成本，综合效益明显，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本发明的原理框图；

图中：1、主控制器2、cmos感光芯片3、can收发器4、电源控制模块器5、反射镜调整模块器6、抬头显示视频播放单元器。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

如附图所示，本发明包括：主控制器1、cmos感光芯片器2、can收发器3和电源控制模块器4，电源控制模块器4分别连接主控制器1、cmos感光芯片器2、can收发器3，电源控制模块器4分别为主控制器1、cmos感光芯片器2、can收发器3供电，主控制器1的i/o端口一通过线路连接on/off按键，主控制器1的i/o端口二通过线路连接模式选择按键，主控制器1的pwm接口一通过线路连接亮度调节旋钮，主控制器1的pwm接口二通过线路连接成像高度调节旋钮，主控制器1通过输入脉冲的频率及脉宽变化表示相应亮度及高度的调整变化，主控制器1的i/o端口三通过线路连接电源控制模块器4，并通过i/o端口三输出电源开关信号控制电源控制模块器4，主控制器1通过spi接口及pwm接口连接抬头显示视频播放单元器6，并对抬头显示图像亮度进行调节，主控制器1通过i/o端口四连接反射镜调整模块器5，并控制反射镜转角以调节成像高度，cmos感光芯片器2用于人脸监测，cmos感光芯片器2的输出端连接主控制器1，cmos感光芯片器2将转换的像素信号输入主控制器1，并由主控制器1完成图片的生成及识别。

其中，主控制器1通过线路连接can收发器3，can收发器3通过can总线连接有报警器，主控制器1将图片识别的结果通过报警器在can总线上广播，或将相应的图片及视频转换为rgb或者lvds信号输出；抬头显示视频播放单元器6的抬头显示图像显示通过lvds输入实现，经过lvds收发器转换成rgb信号，主控制器1再将rgb信号发送至抬头显示视频播放单元器6；主控制器1选用32位处理器，cmos感光芯片器2选用高感光度cmos影像传感器，cmos感光芯片器2连接有车载红外发射装置，车载红外发射装置的红外光源的波长为940nm或850nm，车载红外发射装置用于实现夜视条件下的人脸识别。

本发明是关于双模式主控电路的设计，其包括主控制器、cmos感光芯片、can收发器和电源控制模块，主控制器分别和cmos感光芯片、can收发器和电源控制模块相连。主要思路为，以功能上同时满足抬头显示及人脸识别的要求完成电路设计。抬头显示的功能主要为抬头显示开启/关闭、图像高度调节、图像亮度调节及图像播放，而人脸监测的主要功能视频采集及人脸识别。因此，在集成系统中统一完成开启/关闭、抬头显示图像高度调节、抬头显示图像亮度调节、抬头显示图像播放显示功能、摄像头图像录制功能及模式选择功能。

其中开启/关闭，模式选择、亮度调节及成像高度调节可以由外部的硬线开关或者can信号触发，因此电路中布置了按键输入的on/off(开关通断状态)、模式选择(抬头显示及人脸识别模式)、亮度旋钮的档位信号、成像高度的相对位置信号；同时增加can收发器接收can总线的开关信号、模式选择、亮度调整信号及成像高度调整信号。按键的on/off(开关通断状态)通过主控制器的i/o口读取，主控制器通过i/o口输出电源开关信号控制12v电源控制模块的上下电实现开关功能；模式选择同样占用主控制器的一个i/o口；亮度旋钮的档位信号和成像高度的相对位置信号以pwm信号输入，通过输入脉冲的频率及脉宽变化表示相应亮度及高度的调整变化。

本发明中，主控制器通过spi及pwm接口可以对抬头显示图像亮度进行调节；通过另一个i/o口控制反射镜转角达到调节成像高度的目的。抬头显示图像显示功能通过lvds输入实现，经过lvds收发器转换成rgb信号，主控制器再将rgb信号发送至抬头显示视频播放单元。人脸监测功能由cmos感光芯片转换的像素信号输入主控制器，由主控制器完成图片的生成及识别。识别的结果可以以报警信号的方式在can总线上广播，也可以根据需要将相应的图片及视频转换为rgb或者lvds信号输出。

本发明中，主控制器可选用32位处理器如st的stm32系列、飞思卡尔的i.mx系列。电源控制模块为输入为为车辆的kl30电压12v，经过dcdc转换为5v供背光调节及反射镜调节，转换为3.3v供主控制器及cmos感光芯片使用。can收发模块可选用tja104x，tja105x。cmos感光芯片可以选用高感光度cmos影像传感器，要求在0.005lux低光照条件中捕捉高分辨率彩色图像。另外，配合车载红外发射装置(如使用波长为940nm、850nm的红外光源)可实现夜视条件下的人脸识别。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。