一种实现汽车行驶信息显示的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于车载GPS和反射原理实现汽车行驶信息显示的系统和方法。
【背景技术】
[0002] HUD是Head Up Display的简称，以前用在战斗机上，后来一些汽车厂家也运用起 来，但并不广泛。汽车上HUD的实现原理主要是利用光学反射原理，将车辆和驾驶相关信息 投射在玻璃，镀膜镜片，然后反射进驾驶员的眼睛。这样驾驶员不必低头，就可以看到行车 信息，如车速，导航等都会显示在前挡风玻璃的小块区域内，避免分散驾驶员对前方道路的 注意力。
[0003] 现有的车载HUD，主要是将汽车和驾驶信息简单的投射在挡风玻璃上。这样的处理 方法存在一定的弊端:投射影像和实际的道路分离，尽管驾驶员无需低头即可看到驾驶信 息，但是仍需要分心将看到的信息和实际的路况进行匹配，无法做到虚拟的指示和实际的 路况相结合，仍然存在一定的安全隐患。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于车载GPS和反射原理 实现汽车行驶信息显示的系统与方法，实现虚拟路况信息和实际行驶路况的虚实结合，使 驾驶员的精力能够更加专注于驾驶。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种基于车载GPS和反射原理实现汽车行驶信息显示的系统，包括：
[0007] 投影仪，用于投影虚拟线路指向图像；
[0008] 眼球追踪仪，用于获取驾驶员眼球位置信息；
[0009] 汽车挡风玻璃；
[0010] 其中，基于所述汽车所在的位置建立空间直角坐标系0-ΧΥΖ，其中驾驶员座椅垂直 地面方向为Z轴，汽车行驶方向为X轴，与Z轴和X轴垂直的方向为Y轴;在空间直角坐标系0- XYZ下，得到所述投影仪所在平面仇和所述汽车挡风玻璃所在平面说的平面方程，进而求得 所述投影仪相对于所述汽车挡风玻璃对称所成的虚像所在平面β3的平面方程;按照一定间 隔选取行驶道路上的一些点Pi，由GPS系统得到各个点Pi和原点0的连线〇i在ΧΥ平面的投影 的长度h和与汽车行驶方向的夹角，并获取各个点？1在2轴方向的高度Zl，从而得到各个 APi的坐标(Xl，y1，z1);通过所述眼球追踪仪获取的驾驶员眼球位置信息确定驾驶员眼球E t的坐标(xt，yt，zt);计算各直线EtPi和平面β3的各交点Ii的坐标(Xi，Yi，Zi)，并计算各个点Ii 关于平面扮对称的各个点1/的坐标(X/，Y/，Z/ );基于各个点1/确定所述投影仪投影的 图像。
[0011] 进一步地：
[0012] 使用平滑的曲线依次连接各个点1/。优选地，投影的图像中，在距离空间坐标系 原点〇最远的点1/处添加箭头作为汽车行驶前进方向的指示。
[0013] 空间坐标系原点0设置为地面上的一点。
[0014] X轴根据驾驶员座椅的垂直平分面和地面的交线来确定。
[0015] 所述系统还包括：
[0016] 车载双目摄像头，用于获取各个点Ρ,在垂直地面方向上相对于空间坐标系原点0 的高度。
[0017] 一种基于车载GPS和反射原理实现汽车行驶信息显示的方法，所述汽车上具有用 于投影虚拟线路指向图像的投影仪、用于获取驾驶员眼球位置信息的眼球追踪仪、以及汽 车挡风玻璃，所述方法包括以下步骤：
[0018] 1)基于所述汽车所在的位置建立空间直角坐标系0-ΧΥΖ，其中驾驶员座椅垂直地 面方向为Z轴，汽车行驶方向为X轴，与Z轴和X轴垂直的方向为Y轴;在空间直角坐标系0-ΧΥΖ 下，得到所述投影仪所在平面和所述汽车挡风玻璃所在平面&的平面方程，进而求得所述 投影仪相对于所述汽车挡风玻璃对称所成的虚像所在平面β3的平面方程；
[0019] 2)按照一定间隔选取行驶道路上的一些点Pi，由车载GPS系统得到各个点Pi和原点 〇的连线OPi在XY平面的投影的长度li和与汽车行驶方向的夹角9i，并获取各个点Pi在Z轴方 向的高度2:1，从而得到各个点?1的坐标(11，71，2：1);
[0020] 3)通过所述眼球追踪仪获取的驾驶员眼球位置信息确定驾驶员眼球Et的坐标(xt， yt，zt);
[0021] 4)计算各直线ΕΛ和平面β3的各交点的坐标01，￥ 1，21)，并计算各个点11关于平 面对称的各个点1/的坐标/，Υ/，ζ/);
[0022] 5)基于各个点1/确定所述投影仪投影的图像。
[0023] 进一步地：
[0024]步骤4)中还使用平滑的曲线依次连接各个点1/，优选地，投影的图像中，还在距 离空间坐标系原点0最远的点1/处添加箭头作为汽车行驶前进方向的指示。
[0025] 步骤1)中空间坐标系原点0设置为地面上的一点。
[0026] 步骤1)中X轴根据驾驶员座椅的垂直平分面和地面的交线来确定。
[0027] 所述汽车还具有车载双目摄像头，步骤2)中通过车载双目摄像头获取各个点Pi在 垂直地面方向上相对于空间坐标系原点0的高度。
[0028]本发明的有益效果：
[0029] 本发明以汽车挡风玻璃平面镜面与投影仪相结合的方式实现了汽车行驶路线信 息的虚拟现实，通过将人眼视觉原理、光线反射原理和平面镜成像原理相结合，实现汽车前 行方向路线和实际路况进行虚实结合的立体显示。利用本发明，能够给汽车驾驶员呈现出 一种汽车行驶方向的线路指示贴合在行驶的路面上的视觉效果，以此来实现虚拟路况信息 和实际行驶路况的虚实结合，使驾驶员的精力能够更加专注于驾驶。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明基于车载GPS和反射原理实现汽车行驶信息显示的方法一种实施例 的流程图；
[0031] 图2为本发明基于车载GPS和反射原理实现汽车行驶信息显示的系统一种实施例 中的空间坐标示意图；
[0032]图3为本发明基于车载GPS和反射原理实现汽车行驶信息显示的系统一种实施例 的结构原理图。
【具体实施方式】
[0033]以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的， 而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0034]参阅图1至图3，在一种实施例中，一种基于车载GPS和反射原理实现汽车行驶信息 显示的系统，包括用于投影虚拟线路指向图像的投影仪101、用于获取驾驶员眼球位置信息 的眼球追踪仪(未图示）、以及汽车挡风玻璃102。在所述系统中，基于所述汽车所在的位置 建立空间直角坐标系0-ΧΥΖ，其中驾驶员座椅垂直地面方向为Z轴，汽车行驶方向为X轴，与Z 轴和X轴垂直的方向为γ轴;在空间直角坐标系0-ΧΥΖ下，得到所述投影仪101所在平面仏和 所述汽车挡风玻璃102所在平面此的平面方程，进而求得所述投影仪101相对于所述汽车挡 风玻璃102对称所成的虚像103所在平面β3的平面方程;按照一定间隔选取行驶道路上的一 些点Pi，由GPS系统得到各个点Pi和原点0的连线OPi在ΧΥ平面的投影的长度h和与汽车行驶 方向的夹角1，并获取各个点？1在2轴方向的高度2:1，从而得到各个点？1的坐标(11，71，2:1);通过所述眼球追踪仪获取的驾驶员眼球位置信息确定驾驶员眼球Et的坐标(Xt，yt，Zt)d+ 算各直线EtPi和平面β3的各交点的坐标01，￥1，21)，并计算各个点1 1关于平面02对称的各 个点1/的坐标(X/，Υ/，Ζ/ );基于各个点1/确定所述投影仪101投影的图像。
[0035] 其中，投影仪101可以采用激光投影仪101。
[0036] 在优选的实施例中，使用平滑的曲线依次连接各个点1/。更优选地，投影显示的 图像中，在距离空间坐标系原点0最远的点1/处添加箭头作为汽车行驶前进方向的指示。
[0037] 在优选的实施例中，可将空间坐标系原点0设置为地面上的一点。
[0038] 在优选的实施例中，X轴具体是根据驾驶员座椅的垂直平分面和地面的交线来确 定的。
[0039] 在优选的实施例中，所述系统还包括车载双目摄像头，通过车载双目摄像头，获取 各个点Ρ:在垂直地面方向上相对于空间坐标系原点〇的高度。在其他实施例中，也可以使用 其它类型的设备如测距装置来测量APi的高度信息。
[0040] 另外，点Pi在垂直地面方向上相对于空间坐标系原点0的高度，也可以根据预知的 路面水平倾斜度等信息，通过计算来大致确定。
[0041] 参阅图1至图3,一种基于车载GPS和反射原理实现汽车行驶信息显示的方法，所述 汽车上具有用于投影虚拟线路指向图像的投影仪101、用于获取驾驶员眼球位置信息的眼 球追踪仪、以及汽车挡风玻璃102，所述方法包括以下步骤：
[0042] 1)基于所述汽车所在的位置建立空间直角坐标系0-ΧΥΖ，其中驾驶员座椅垂直地 面方向为Z轴，汽车行驶方向为X轴，与Z轴和X轴垂直的方向为Y轴;在空间直角坐标系0-ΧΥΖ 下，得到所述投影仪101所在平面扮和所述汽车挡风玻璃102所在平面说的平面方程，进而求 得所述投影仪101相对于所述汽车挡风玻璃102对称所成的虚像103所在平面β3的平面方 程。
[0043] 2)按照一定间隔选取行驶道路上的一些点Pi，由车载GPS系统得到各个点Pi和原点 0的连线〇Pi在XY平面的投影的长度li和与汽车行驶方向的夹角9i，并获取各个点Pi在Z轴方 向的高度Zi，从而得到各个点Pi的坐标(Xi，yi，zi);其中，