车载激光投影按键系统及车辆的制作方法

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种车载激光投影按键系统及车辆。

背景技术：

目前，汽车方面的创新有相当一部分来自电子领域。一些新颖且实用的电子技术，在汽车应用背景下加以整合和改进，创造出新的系统，如车载激光投影按键系统，从而为汽车行业服务。车载投影系统一般有由摄像头、投影模块、平行光部分组成，投射的位置均为平面。通过投影模块投射出预设的图形；当手指接触按键平面时，手指由于挡住平行光而变色；摄像头识别出这一变化而识别出按键位置，从而触发相应行为。该技术的关键在于平行光部分，且受投射面限制。

现有技术采用平行光装置，投影面必须为平面；受制于平行光部分，调制比较困难；不能用于车内部；无法进行车内娱乐系统和车身的控制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种车载激光投影按键系统，该系统不使用平行光发射装置，仅仅通过图像采集模块、投影模块和处理器，结合车型数模即可实现车内的激光投影按键系统的功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车载激光投影按键系统，包括：激光投影模块，用于根据投影区域的数模信息向对应的投影区域投影键盘图像；图像采集模块，用于采集所述键盘图像；处理器，所述处理器预存有所述投影区域的数模信息，所述处理器用于根据所述投影区域的数模信息和所述图像采集模块采集到的多个键盘图像判断用户在所述键盘图像上触发的按键，并生成所述按键对应的动作指令。

进一步的，所述投影区域的数模信息包括所述投影区域与所述图像采集模块之间的角度和距离。

进一步的，所述处理器还用于：根据所述投影区域的数模信息判断投影区域的位置和距 离；根据所述投影区域的位置和距离控制所述激光投影模块进行投影。

进一步的，所述处理器用于：对所述多个键盘图像进行比对，以识别出可能进行按键操作的手指；对所述键盘图像与所述投影区域的数模信息进行比对，以确定所述可能进行按键操作的手指距离所述键盘图像的距离，并根据所述距离判断所述手指是否触发所述键盘图像上的按键；当判定所述手指触发所述键盘图像上的按键时，根据所述手指的位置确定触发的按键，并生成所述按键对应的动作指令。

进一步的，所述激光投影模块和所述图像采集模块具有预设的布置角度和位置。

进一步的，所述处理器对所述多个键盘图像进行比对，以识别出可能进行按键操作的手指，具体包括：从所述多个键盘图像上提取特征信息，其中，所述特征信息包括手指类别、手指与投影区域的距离信息以及手指进入所述投影区域的动作趋势；根据所述特征信息识别出可能进行按键操作的手指。

进一步的，所述图像采集模块为摄像头。

进一步的，所述摄像头为一个或者多个。

相对于现有技术，本发明所述的车载激光投影按键系统具有以下优势：

本发明所述的车载激光投影按键系统，不使用平行光发射装置，仅仅通过图像采集模块、投影模块和处理器，结合车型数模即可实现车内的激光投影按键系统的功能。该系统通过对投影模块和图像采集模块的位置角度加以量化，并结合车型数模，可以对手指操作进行准确判断，具有如下优点：

(1)不依赖于平行光，减少平行光模块成本；

(2)投影面不仅仅局限于平面，即可以投影在曲面上；

(3)根据客户需求，投影位置可以定制化；

(4)在车内应用的推广，可以增强信息娱乐甚至车身方面的控制，进一步增强了整车的科技感和时尚的需求。

本发明的另一个目的在于提出一种车辆，该车辆不使用平行光发射装置，仅仅通过图像采集模块、投影模块和处理器，结合车型数模即可实现车内的激光投影按键系统的功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆，设置有如上述实施例所述的车载激光投影按键系统，该车辆不使用平行光发射装置，仅仅通过图像采集模块、投影模块和处理器，结合车型数模即可实现车内的激光投影按键系统的功能。

所述的车辆与上述的车载激光投影按键系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的结构框图；

图2为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的激光投影及识别原理示意图；

图3为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的激光投影过程示意图；

图4为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的按键图像识别过程示意图；

图5为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的核心控制算法示意图；

图6为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的激光投影装置Y(纵向)方向视图；

图7为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的激光投影装置X(横向)方向视图；

图8为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的单或双摄像头Y(纵向)方向视图；

图9为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的单摄像头X(横向)方向视图；

图10为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的双摄像头X(横向)方向视图；以及

图11为本发明实施例所述的车载激光投影按键系统的图像还原原理示意图。

附图标记说明：

100-车载激光投影按键系统、110-激光投影模块、120-图像采集模块和130-处理器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明一个实施例的车载激光投影按键系统的结构框图。

如图1所示，根据本发明一个实施例的车载激光投影按键系统100，包括：激光投影模块110、图像采集模块120和处理器130。

其中，激光投影模块110用于根据投影区域的数模信息向对应的投影区域投影键盘图像。其中，投影区域的数模信息包括但不限于投影区域与图像采集模块之间的角度和距离。

图像采集模块120用于采集键盘图像。图像采集模块例如为摄像头。摄像头的数量可以为一个，也可以为多个。

处理器130预存有投影区域的数模信息，处理器130用于根据投影区域的数模信息和图像采集模块120采集到的多个键盘图像判断用户在键盘图像上触发的按键，并生成按键对应 的动作指令。

在本发明的一个实施例中，处理器130还用于：根据投影区域的数模信息判断投影区域的位置和距离；根据投影区域的位置和距离控制激光投影模块110进行投影。

在本发明的一个实施例中，处理器130用于根据投影区域的数模信息和图像采集模块120采集到的多个键盘图像判断用户在键盘图像上触发的按键，并生成按键对应的动作指令，具体来说，处理器130对多个键盘图像进行比对，以识别出可能进行按键操作的手指，进一步地，处理器130对键盘图像与投影区域的数模信息进行比对，以确定可能进行按键操作的手指距离键盘图像的距离，并根据距离判断手指是否触发键盘图像上的按键，当判定手指触发键盘图像上的按键时，根据手指的位置确定触发的按键，并生成按键对应的动作指令。

进一步地，处理器130对多个键盘图像进行比对，以识别出可能进行按键操作的手指，具体包括：从多个键盘图像上提取特征信息，其中，特征信息包括手指类别、手指与投影区域的距离信息以及手指进入投影区域的动作趋势；根据特征信息识别出可能进行按键操作的手指。

在本发明的一个实施例中，激光投影模块110和图像采集模块120具有预设的布置角度和位置。对激光投影模块110和图像采集模块120进行位置和角度的限定，可以有效避免被遮挡。

以下结合附图2-11对本发明实施例的车载激光投影按键系统的工作原理进行更加详细的说明。

如图2所示，车载激光投影按键系统可以理解为由投影装置和投影区域构成。其中，投影装置用激光技术投射出特定形状的虚拟按键(即键盘图像)，并对按键进行图像自动识别。投影区域为按键的承载体，该区域可以是仪表板、前挡风玻璃、车窗玻璃和座椅背等固定位置；人通过手指按投影区域的虚拟按键。

车载激光投影按键的原理如图2所示，其中，投影装置分为激光投影、图像识别和核心算法三部分组成。投影区域能承载各种虚拟按键，可为平面区域，也可以为非平面区域。这些投影的按键样式一般由整车厂设定，用户从中选择；也可以由用户定制。其中，图中的黑色正方形表示系统识别的按键。

该车载激光投影按键如何工作，主要依靠：系统控制策略，核心控制算法和图像识别原理。具体来说：

系统控制策略：

激光投影过程图3所示：

1)激光投影按键装置接在整车的IGN电，在IGN OFF期间处于断电状态；

2)当IGN电接通时(即：KL15)，该装置处理等待状态，包括投影部分和图像识别部分；

3)当有投影要求时，一般通过中控屏或其它按键触发，即进行投影准备；

4)投影开始前，根据采集到的图像先进行位置判定；

5)确定好位置后，再根据光线等信息，投射出合适光强的虚拟按键；

6)如果判断过程中出现超时，自动跳到等待采集部分，并作相应提示。

然后，用户就可以根据通过虚拟按键进行相应的操作了。

按键图像识别过程如图4所示，具体按键图像识别过程如下：

1)前两步如激光投影过程中的第1)步和第2)步；

2)当有投影需求时，即同时进行按键图像采集过程；

3)当有投影要求时，一般通过中控屏或其它按键触发，即进行投影准备；

4)根据投影位置和核心算法识别按键的有效性和按键的位置；

5)根据识别的按键所表示的意义发送相应的信号到ECU，随后ECU响应动作；

6)如果判断过程中出现超时，自动跳到等待采集部分，并作相应提示。

以上两个过程的实现的关键在于核心控制算法的实现，即根据数据分析、对比的结果实施控制策略。

核心控制算法：

核心控制算法如图5所示，实施流程如下：

1)当需要通过激光投影按键进行操作时，按键图像采集先采集投影区域图像；

2)采集到的图像传到图像数据分析中心，等待与位置等信息比对；

3)车型中的数模信息转换成特定的数据格式，存放在数据库中；

4)对数据库中的数据进行提取，找出角度、距离等有用信息，并放在特定的区域等待调用；

5)图像分析中心提取到数据后，判定出投影的位置和距离等，

6)将该信息发给投影部分；

7)激光投影部分根据图像分析中心的指令，进行相应的投影；

接着进行步骤1)和步骤2)；

8)按键图像解析到按键的动作，将指令发给相关的电子控制模块；

9)电子控制模块执行相应的动作，如打开收音机，打开天窗等。

如果需要导入新的数模信息，步骤3)和4)需要重新进行；如果不需要，则步骤3)和4)执行一次即可。

核心控制算法实施前，需要将车型数模的特征数据导入到ECU中，便于投影距离和位置等的判断。

图像识别原理：

该系统的实现最核心的部分就是对人的手指就行图像识别，这也是与其它投影系统的主要区别，而图像识别原理的实现依赖于三个因素：摄像头和投影模块的角度布置、图像还原原理以及数据的对比。

第一因素：布置角度

位置布置中，图6和图7表示激光投影模块的布置角度，图8～图10表示摄像头布置角度。其中，X方向表示从使用者的正面观察，Y方向表示从使用者的侧面观察，a和b表示投影界面的边界点，c表示投影的中心位置，θ、σ、α和β表示角度。

图6中，θ≤45°，具体角度根据实际车型标定值确定；图7中，σ＝90°。

图8中，α≤45°，摄像头可能为一个，也可能为两个的重叠；图9中，β＝90°；图10中，β1和β2均<90°，具体角度根据实际车型标定值确定。

激光投影模块和摄像头在Y方向的不超过45°角的要求，是为了满足手指在进行按键操作时，尽可能少的挡住透射光；摄像头在X和Y方向的倾斜角度是也是为了在手指挡住某些按键时，能从多角度识别按键。

除了以上位置的设定，还有一个前提必须满足，任何时刻只能有一个手指触摸激光投影按键。

使用单个摄像头还是两个摄像头，应根据具体的车型和具体的位置而定。一般情况下，单摄像头足以满足使用要求，但一些特殊位置，如仪表板等，需要双摄像头的支持。

第二因素：图像还原原理

当采集到按键图像时，需要把图像还原，还原过程如图11所示，是将摄像头采集到的图像还原的过程。

图11中的X和Y仅仅表示方向，含义与前面部分同，图11中没有画出图像还原前的失真形状。首先将图像进行鱼眼等处理还原成一定角度的图像，再将采集到的图像进行X方向的角度还原处理，然后进行Y方向的角度还原处理，即可得到原图像。

第三因素：数据对比

数据的对比，是指经过还原的图像与车型数模之间的对比，以及还原图像之间的纵向对 比，进行数据特征的提取，从而识别手指按键的动作。

提取的数据特征有判断手指类别、识别到的手指与操作面的距离对比、手指进入投影区域的动作趋势分析。

判断过程及相关依据：

1)根据图像之间的对比，提取手指动作趋势和动作幅度等特征数据，识别出可能的要进行按键操作的手指；

2)根据图像与车型数模的对比，识别出可能的手指的距离，距离近的即为要按键操作的手指；

3)重复以上两个过程，对结果进行N次的以上的确认。如果结果相同，手指识别完毕；

4)如果不相同，重复1)和2)，并对结果重复2N次，有N+1次表现为同一可能，即可结束操作，并进入下一步；如果仍不能识别，提示重新操作。

5)手指位置确定，根据位置数据即可识别按键。

步骤4)中的不能识别而进行的操作是为了保证软件控制流程的合理性，同其他的按键系统一样，出现这种情况的几率极低。

根据本发明实施例的车载激光投影按键系统，不使用平行光发射装置，仅仅通过图像采集模块、投影模块和处理器，结合车型数模即可实现车内的激光投影按键系统的功能。该系统通过对投影模块和图像采集模块的位置角度加以量化，并结合车型数模，可以对手指操作进行准确判断，具有如下优点：

(1)不依赖于平行光，减少平行光模块成本；

(2)投影面不仅仅局限于平面，即可以投影在曲面上；

(3)根据客户需求，投影位置可以定制化；

(4)在车内应用的推广，可以增强信息娱乐甚至车身方面的控制，进一步增强了整车的科技感和时尚的需求。

进一步地，本发明的实施例公开了一种车辆，该车辆设置有上述实施例所述的车载激光投影按键系统。该车辆不使用平行光发射装置，仅仅通过图像采集模块、投影模块和处理器，结合车型数模即可实现车内的激光投影按键系统的功能。该系统通过对投影模块和图像采集模块的位置角度加以量化，并结合车型数模，可以对手指操作进行准确判断。

另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。