一種抬頭顯示器的制造方法
【專利摘要】本實用新型適用于車載電子設備領域，公開了一種抬頭顯示器，包括用于分時輸出左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的3D圖形發(fā)生器，以及將所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像傳輸至汽車的反光元件上的光路調(diào)整模塊，所述光路調(diào)整模塊和反光元件構成成像系統(tǒng)，所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像由左眼源圖像和右眼源圖像分別變換得到，且經(jīng)過所述成像系統(tǒng)后分別形成消畸變的左眼圖像和右眼圖像進而形成3D圖像。本實用新型的3D圖形發(fā)生器分時輸出左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像，該預畸變圖像經(jīng)過抬頭顯示器的成像系統(tǒng)后，分別形成消畸變的左右眼圖像，進而對左眼圖像分別進行了畸變校正，無畸變累加，實現(xiàn)像質(zhì)優(yōu)良的3D顯示。
【專利說明】
一種抬頭顯示器
技術領域
[0001]本實用新型屬于車載電子設備技術領域，尤其涉及一種抬頭顯示器。
【背景技術】
[0002]眾所周知，抬頭顯示器(HUD)主要是讓駕駛員不用低頭看儀表盤信息，而專注于駕駛，從視野前方抬頭顯示器的虛像上就可以獲得想要信息，從而避免因汽車行駛中眼睛集中注意力觀察儀表盤帶來的駕駛安全問題。在成像源輸出3D圖像時，左眼圖像和右眼圖像經(jīng)過HUD顯示系統(tǒng)后形成兩套光路分別對應駕駛員的左眼和右眼，由于擋風玻璃等曲面不規(guī)則的問題，從而導致同一虛像形成不同畸變，進而導致左右眼圖像畸變不同而不重合，從而很難形成清晰的3D效果，視覺感受不佳。目前主流圖像校正技術主要是對整幅圖像畸變進行校正，從而校正由擋風玻璃等成像元件造成的畸變。該種單一校正方法在左右眼圖像畸變較大時，只能校正一只眼睛看到的圖像畸變，而另外一只眼睛所見的圖像畸變則會由于對整幅圖像的預畸變校正而造成畸變的累加，大大降低圖像畸變的校正效果，因此，需要提供一種新的校正方案，以實現(xiàn)雙眼圖像的同時校正。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種抬頭顯示器，旨在分別校正左眼圖像和右眼圖像的畸變，提升視覺感受，提高駕駛的安全性。
[0004]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種抬頭顯示器，包括用于分時輸出左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的3D圖形發(fā)生器，以及將所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像傳輸至汽車的反光元件上的光路調(diào)整模塊，所述光路調(diào)整模塊和反光元件構成成像系統(tǒng)，所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像由左眼源圖像和右眼源圖像分別變換得到，且經(jīng)過所述成像系統(tǒng)后分別形成消畸變的左眼圖像和右眼圖像進而形成3D圖像。
[0005]作為本實用新型的優(yōu)選技術方案:
[0006]所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的圖像矩陣T2為:Τ2 = β0*Τ0/β，β為所述成像系統(tǒng)的系統(tǒng)成像放大率，為一矩陣，β0為與所述成像系統(tǒng)對應的理想成像系統(tǒng)的近軸成像放大率，TO為左眼源圖像和右眼源圖像的圖像矩陣。
[0007]所述光路調(diào)整模塊包括依次反射所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的平面反射鏡和凹面反射鏡。
[0008]所述光路調(diào)整模塊包括依次反射所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的第一平面反射鏡和第二平面反射鏡以及位于所述第二平面反射鏡的反射光路上的第一透鏡。
[0009]在所述3D圖形發(fā)生器和第一平面反射鏡之間還設有第二透鏡。
[0010]所述抬頭顯示器還包括將所述左眼源圖像和右眼源圖像分別變換為左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的處理模塊，所述處理模塊設置于所述3D圖形發(fā)生器內(nèi)部或者獨立于所述3D圖形發(fā)生器設置。
[0011]所述3D圖形發(fā)生器包括背光源、依次設置于所述背光源出光側的光闌和2D圖形發(fā)生器。
[0012]所述反光元件為汽車的擋風玻璃或者置于汽車內(nèi)的光耦合器件。
[0013]本實用新型將3D圖形的左眼源圖像和右眼源圖像變換為左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像，該左、右眼預畸變圖像是根據(jù)成像系統(tǒng)的畸變情況運算得到的，該左、右眼預畸變圖像由3D圖形發(fā)生器將其分時輸出，經(jīng)過抬頭顯示器的成像系統(tǒng)后，可以分別形成消畸變的左眼圖像和右眼圖像。這樣，該抬頭顯示器針對左眼圖像和右眼圖像分別進行了畸變校正，經(jīng)3D圖形發(fā)生器分時輸出，無畸變累加，形成了像質(zhì)優(yōu)良的3D圖像。
【附圖說明】
[0014]圖1是抬頭顯示器的3D圖像的畸變原理圖；
[0015]圖2是抬頭顯示器的3D圖像的畸變圖像示意圖；
[0016]圖3是本實用新型實施例提供的抬頭顯示器的3D圖像校正方法的流程圖；
[0017]圖4是本實用新型實施例提供的抬頭顯示器的3D圖像校正方法的校正原理圖；
[0018]圖5是本實用新型實施例提供的抬頭顯示器的一種結構示意圖；
[0019]圖6是本實用新型實施例提供的抬頭顯示器的另一種結構示意圖；
[0020]圖7是本實用新型實施例提供的抬頭顯示器的3D圖形發(fā)生器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0022]現(xiàn)有技術中，對抬頭顯示器的3D圖像校正技術是對整幅圖像進行校正，不能分左右眼對圖像畸變進行分別校正，進而導致僅左眼或右眼圖像得以校正，而另一只眼的圖像造成畸變累加，校正效果差。3D圖像在人眼觀察處會形成一定區(qū)域大小的可視區(qū)間(又稱“眼箱” ,eyebox)，使得左右眼的視場獨立，這為左右眼畸變校正提供了可行性。本實施例為左右眼畸變的同時校正提供了一種方法，以達到更好的畸變校正效果，實現(xiàn)良好的裸眼3D效果。
[0023]如圖3和圖5，該抬頭顯示器的3D圖像校正方法中，涉及的抬頭顯示器包括3D圖形發(fā)生器01以及光路調(diào)整模塊02，光路調(diào)整模塊02輸出的光由汽車上的反光元件03(擋風玻璃或者光耦合器件等)反射至人眼，光路調(diào)整模塊02和反光元件03構成成像系統(tǒng)，用于將3D圖形發(fā)生器01輸出的圖像傳輸至左眼和右眼。如圖3，該3D圖像校正方法包括下述步驟:
[0024]在步驟SlOl中，將左眼源圖像和右眼源圖像分別變換為左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像;其中，左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的圖像矩陣T2為:Τ2 = β0*Τ0/β，β為成像系統(tǒng)的系統(tǒng)成像放大率，為一矩陣，β0為與成像系統(tǒng)對應的理想成像系統(tǒng)的近軸成像放大率，TO為左眼源圖像和右眼源圖像的圖像矩陣；
[0025]在步驟S102中，將左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像通過3D圖形發(fā)生器01分時輸出，并經(jīng)過成像系統(tǒng)形成消畸變的左眼圖像和右眼圖像。
[0026]具體地，在上述步驟SlOl中，將左眼源圖像和右眼源圖像分別變換為左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的步驟可以通過一處理模塊完成，該處理模塊可以是獨立于3D圖形發(fā)生器Ol的，其將左眼源圖像和右眼源圖像分別變換為左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像后輸入3D圖形發(fā)生器01;也可以是設置于該3D圖形發(fā)生器01內(nèi)部的，左眼源圖像和右眼源圖像輸入3D圖形發(fā)生器01后通過該處理模塊進行轉(zhuǎn)換獲得左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像，再分時輸出。在該方法中，預先根據(jù)左眼源圖像和右眼源圖像經(jīng)過成像系統(tǒng)后發(fā)生的畸變進行運算得到左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像，該左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像輸出后，經(jīng)過成像系統(tǒng)的傳輸后，形成無畸變的3D圖像。
[0027]進一步地，關于左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的獲得，詳細說明如下，首先了解抬頭顯示器的3D圖形畸變原理，如圖1，3D圖形發(fā)生器01分別產(chǎn)生左眼源圖像和右眼源圖像，通過平面反射鏡021延長光路，將圖像傳輸至凹面反射鏡022將圖像進行放大，經(jīng)由擋風玻璃反射后形成左眼圖像1-L和右眼圖像1-R，然后分別進入左眼和右眼。由圖1可以發(fā)現(xiàn)，左眼和右眼所接受的圖像是經(jīng)過平面反射鏡021、凹面反射鏡022和擋風玻璃上不同部分進行成像的，正由于這個原因，左右眼所接受到的圖像形成了不同的畸變，其畸變效果如圖2所示，圖2-a為左眼看到的圖像，圖2-b為右眼看到的圖像。左眼圖像和右眼圖像產(chǎn)生的畸變往往成鏡像關系。
[0028]進一步參考圖4，以右眼圖像為例，說明右眼預畸變圖像的獲得方式，取3D圖像樣本，假設3D圖形發(fā)生器01在未進行畸變校正時輸入右眼源圖像樣本SI對應的圖像矩陣t0，圖像矩陣t0通過成像系統(tǒng)產(chǎn)生虛擬畸變圖像S2的圖像矩陣tl，成像系統(tǒng)的系統(tǒng)成像放大率為矩陣β，因此存在以下關系i3*tO = tl，i3 = tl/tO;系統(tǒng)成像放大率之所以為一矩陣β，這是由于在實際的成像系統(tǒng)中，并不是理想的近軸光學系統(tǒng)，在離軸的不同位置處，圖像的放大倍率并不一致，這也是造成畸變的原因?，F(xiàn)假設最原始的右眼源圖像SI的圖像矩陣為Τ0，所要輸入的右眼預畸變圖像S3的圖像矩陣為Τ2，那么為了使右眼預畸變圖像S3經(jīng)過成像系統(tǒng)后無畸變，則有關系式β*Τ2 = β0*Τ0，β0為與成像系統(tǒng)對應的理想成像系統(tǒng)的近軸成像放大率，β0*Τ0則為理想成像系統(tǒng)下的近軸虛擬圖像，成像系統(tǒng)畸變量一般是相對于圖像中心的畸變而定義的，因此在校正圖像畸變的時候，都是相對圖像中心而言的。通過以上關系，得到右眼預畸變圖像S3的圖像矩陣Τ2 = β0*Τ0/β = β0*Τ0*?0/?1，其中，0 = tO/tl由預先實驗獲得，β0為已知量。這樣，便獲得了右眼預畸變圖像S3對應的圖像矩陣T2，如圖4所示。對于左眼圖像畸變的校正，可以通過同樣辦法獲得，或者根據(jù)其左右畸變對稱的特性，通過圖像的對稱處理獲得。
[0029]在上述步驟S102中，3D圖形發(fā)生器01產(chǎn)生的左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像通過光路調(diào)整模塊02的圖像縮放以及光路延展，使3D圖像信息通過擋風玻璃或者圖像耦合鏡片等反光元件03反射至人眼觀看，觀察者的左眼和右眼能夠分別接受左眼和右眼圖像。通過快速調(diào)節(jié)3D圖形發(fā)生器01左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的切換速度，可以使人感知到連續(xù)顯示的圖像，以至于人眼覺察不出來左右眼圖像的交替，進而達到調(diào)節(jié)左右眼圖像畸變的目的，也實現(xiàn)了良好的3D顯示效果。
[0030]根據(jù)上述內(nèi)容可知，該方法基于上述關系式Τ2 = β0*Τ0/β，根據(jù)原始的左眼源圖像和右眼源圖像TO即可獲得左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像Τ2，該系統(tǒng)成像放大率β是預先通過實驗確定的，具體通過以下方法獲取:步驟a、取3D圖像樣本，使左眼源圖像樣本或右眼源圖像樣本的圖像矩陣to經(jīng)成像系統(tǒng)成像，獲得未經(jīng)校正的左眼圖像樣本或右眼圖像樣本的圖像矩陣11;步驟b、確定對應于左眼圖像或右眼圖像的成像放大率β為:β = 11/tO。
[0031]進一步地，上述步驟a具體可以在設計成像系統(tǒng)時，通過光學設計軟件中的網(wǎng)格畸變功能進行成像，獲取圖像矩陣tl;或者，在3D圖形發(fā)生器上顯示方形網(wǎng)格圖像，同時在眼位置進行圖像拍攝，獲取圖像矩陣tl。
[0032]在本實施例中，在設計成像系統(tǒng)時，采用的左眼源圖像樣本和右眼源圖像樣本的圖像矩陣to和實際應用時的左眼源圖像和右眼源圖像的圖像矩陣TO的形式相同，即具有相同數(shù)目的行列元素。
[0033]基于上述方法，本實用新型還提供一種抬頭顯示器，其實施上述圖像校正方法，實現(xiàn)消畸變3D成像，具體參考圖5，該抬頭顯示器包括用于分時輸出左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的3D圖形發(fā)生器01，以及將左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像傳輸至汽車的反光元件03上的光路調(diào)整模塊02，光路調(diào)整模塊02和反光元件03構成成像系統(tǒng)，左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像由左眼源圖像和右眼源圖像分別變換得到，且經(jīng)過成像系統(tǒng)后分別形成消畸變的左眼圖像和右眼圖像，進而形成3D圖像。
[0034]在該抬頭顯示器中，左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的圖像矩陣T2為:Τ2= β0*Τ0/β，β為成像系統(tǒng)對應左眼圖像和右眼圖像的系統(tǒng)成像放大率，βΟ為與成像系統(tǒng)對應的理想成像系統(tǒng)的近軸成像放大率，TO為左眼源圖像和右眼源圖像的圖像矩陣。
[0035]在本實施例中，3D圖形發(fā)生器01輸出的是左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像，可以是在輸入3D圖形發(fā)生器01之前通過相應的處理模塊將原始的左眼源圖像和右眼源圖像分別變換為左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像，再輸入3D圖形發(fā)生器01，也可以是將左眼原圖像和右眼源圖像輸入3D圖形發(fā)生器01，由其中的處理模塊變換為左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像。本實施例不進行限制。
[0036]在一種實施例中，如圖5，抬頭顯示器的光路調(diào)整模塊02可以包括依次反射左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的平面反射鏡021和凹面反射鏡022。
[0037]在另一種實施例中，如圖6，光路調(diào)整模塊02也可以包括依次反射左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的第一平面反射鏡023和第二平面反射鏡024，以及位于第二平面反射鏡024的反射光路上的第一透鏡025。該第一透鏡025可以起到校正像散、畸變等像差的作用，提升成像效果。該第一透鏡025可以是凸透鏡或者凹透鏡。
[0038]進一步地，還可以在3D圖形發(fā)生器01和第一平面反射鏡023之間設置第二透鏡026。該第二透鏡026可用于消除色差，配合第一透鏡025的使用，可實現(xiàn)清晰、消色差的3D圖像。該第二透鏡026也可以是凸透鏡或者凹透鏡。
[0039]在本實施例中，3D圖形發(fā)生器01可以采用視差屏障技術或者對3D圖形發(fā)生器01的背光采用指向性光源技術，如圖7示例為利用視差屏障技術形成的3D圖形發(fā)生器01，其包括背光源011、光闌012和2D圖形發(fā)生器013。在左右眼圖像實際校正過程中，通過周期性交替的在2D圖形發(fā)生器013上輸入左右眼預畸變圖像，使左右眼分時感知來自2D圖形發(fā)生器013產(chǎn)生的圖像，由于2D發(fā)生器013產(chǎn)生的左右眼預畸變圖像存在一定的像素錯位，可以在相鄰的兩個圖像切換間產(chǎn)生視差，構成左右眼分時調(diào)整畸變的基礎。2D圖形發(fā)生器013可以是TFT-1XD顯示器，也可以是其它類型的顯示器。在進行畸變校正時，分時在2D圖形發(fā)生器013上輸入左右眼預畸變圖像，2D圖形發(fā)生器013的切換速度超過人眼所能分辨的圖像切換速度，由于人眼的視覺暫留，就可以使圖像看起來如靜態(tài)一般，并且沒有畸變。
[0040]本實用新型將3D圖形的左眼源圖像和右眼源圖像變換為左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像，該左右眼預畸變圖像是預先根據(jù)成像系統(tǒng)的畸變情況運算得到的，該左右眼預畸變圖像由3D圖形發(fā)生器Ol將其分時輸出，經(jīng)過抬頭顯示器的成像系統(tǒng)后，分別形成消畸變的左眼圖像和右眼圖像，左眼圖像和右眼圖像分時輸送至人眼，這樣，該抬頭顯示器針對左眼圖像和右眼圖像分別進行了畸變校正，無畸變累加，形成了像質(zhì)優(yōu)良的3D圖像。
[0041]以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種抬頭顯示器，其特征在于，包括用于分時輸出左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的3D圖形發(fā)生器，以及將所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像傳輸至汽車的反光元件上的光路調(diào)整模塊，還包括將左眼源圖像和右眼源圖像分別變換為左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的處理模塊，所述處理模塊設置于所述3D圖形發(fā)生器內(nèi)部或者獨立于所述3D圖形發(fā)生器設置，所述光路調(diào)整模塊和反光元件構成成像系統(tǒng)，所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像經(jīng)過所述成像系統(tǒng)后分別形成消畸變的左眼圖像和右眼圖像進而形成3D圖像。2.如權利要求1所述的抬頭顯示器，其特征在于，所述光路調(diào)整模塊包括依次反射所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的平面反射鏡和凹面反射鏡。3.如權利要求1或2所述的抬頭顯示器，其特征在于，所述光路調(diào)整模塊包括依次反射所述左眼預畸變圖像和右眼預畸變圖像的第一平面反射鏡和第二平面反射鏡以及位于所述第二平面反射鏡的反射光路上的第一透鏡。4.如權利要求3所述的抬頭顯示器，其特征在于，在所述3D圖形發(fā)生器和第一平面反射鏡之間還設有第二透鏡。5.如權利要求1或2所述的抬頭顯示器，其特征在于，所述3D圖形發(fā)生器包括背光源、依次設置于所述背光源出光側的光闌和2D圖形發(fā)生器。6.如權利要求1或2所述的抬頭顯示器，其特征在于，所述反光元件為汽車的擋風玻璃或者置于汽車內(nèi)的光耦合器件。
【文檔編號】G02B27/22GK205594239SQ201521089115
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2015年12月24日
【發(fā)明人】張佳, 許強, 何軍洪, 李成輝, 劉華
【申請人】深圳點石創(chuàng)新科技有限公司