HUD图像畸变校准方法、设备及系统、HUD图像生成方法和HUD成像装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种HUD图像畸变校准方法、设备及系统，其通过由HUD的PGU单元生成的第一点阵图像中的点阵形成的第一点阵矩阵和在虚像显示区域显示的第二点阵图像中的点阵形成的第二点阵矩阵之间点的对应关系来构建出回归模型，并进而基于构建的回归模型来生成能够直接查找到HUD的虚像显示区域的各像素点的第一像素坐标对应的PGU显示区域的第二像素坐标的映射关系文件，使得PGU单元在生成图像时，能够直接利用映射关系文件对虚像显示区域的屏幕输出缓存的相应像素点进行渲染，从而实现直接在PGU单元生成预畸变图像输出，有效降低了HUD设备消除图像畸变的成本，且对HUD硬件的性能要求不高，可实施性高。可实施性高。可实施性高。

【技术实现步骤摘要】
HUD图像畸变校准方法、设备及系统、HUD图像生成方法和HUD成像装置


[0001]本专利技术涉及抬头显示
，尤其涉及一种HUD图像畸变校准方法、HUD图像畸变校准设备、HUD图像畸变校准系统、HUD图像生成方法和HUD成像装置。

技术介绍

[0002]在汽车的智能化发展过程中，抬头显示技术作为一种更为智能的人机交互解决方案，已发展成为汽车智能化的重要组成部分。目前，抬头显示技术在智能汽车上的应用主要是以车载HUD(Head Up display，抬头显示器)的方式，其中，车载HUD是可将时速、导航、路况等重要行车信息投影至汽车驾驶员侧的挡风玻璃上的智能车载系统，其在汽车上的应用使得驾驶员无须低头、扭头便可查看重要驾驶信息，大大提高了驾驶效率和驾驶安全性。
[0003]目前常见的现有技术中，车载HUD的基本硬件架构主要包括信息采集、控制单元和投影显示单元。采集单元负责采集车况信息(如车速、导航、温度、油耗及娱乐信息)和路况环境信息；控制单元用于接收采集单元采集的信息，并将信息处理后输出；投影显示单元负责生成可视化图像，并利用投影设备将图像通过反射/折射镜投影至挡风玻璃上。其中，图1示意性地显示了现有技术中的汽车的前装WHUD、ARHUD产品的成像原理，如图1所示，HUD包括成像单元PGU、平面镜片组fold mirror、可旋转镜片组rotatable mirror和视野盒eyebox，PGU单元输出的图像通过HUD内部的镜片组(根据设计方案不同，镜片可以为一组或多组，常规设计是两组)反射，最后投影到挡风玻璃上，而驾驶员通过视野盒就可以看到投影到挡风玻璃上的图像。在这种设计构思下，驾驶员最终看到的图像是投影到挡风玻璃上的虚像，而汽车的前挡风玻璃是自由曲面的，一般是靠近汽车A柱的区域曲率半径小(更加弯曲)，靠近中间的区域曲率半径大(更加平整)，这就导致了HUD反射区(即虚像在挡风玻璃上的显示区域)不同位置域的曲率半径是有变化的，从而导致投影到挡风玻璃上的图像会产生畸变。
[0004]为了消除HUD投影到挡风玻璃上的图像的畸变，传统的WHUD和ARHUD产品一般会采用独立的Warping芯片(供应商有EPSON等厂商)或者内置Warping Engine的MCU芯片，来实现对图像的预畸变的功能，以通过芯片的预畸变和挡风玻璃的畸变的拟合来尽可能消除投影到挡风玻璃上的图像的畸变。然而，每片Warping芯片价值35到40元，内置Warping Engine的MCU芯片也比不内置的贵几十元，这就导致HUD的硬件成本较高。
[0005]另外，如图1所示，由于HUD内部的镜片组包括平面镜片组和可旋转镜片组两种类型，而可旋转镜片组的旋转角度是可调的，由此就会使得图像投影在挡风玻璃上的投影位置特别是投影高度发生变化，由此虽然满足了不同身高的驾驶员的显示位置需求，但由于挡风玻璃的不同位置的曲率变化程度是不同的，因而进而也导致了图像在不同的投影区域位置的畸变情况是有差异的(本专利技术实施例称之为图像的动态畸变)，然而现有的消除图像畸变的方式均只考虑了某一固定投影区域位置的畸变情况(本专利技术实施例称之为图像的静态畸变)，因而消除图像畸变的效果并不理想。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例的其中一个目的旨在提供一种HUD图像畸变校准方法和HUD图像生成方法，以实现从算法层面消除HUD图像畸变，从而解决现有技术中的传统消除HUD图像畸变的方案硬件成本高昂的问题。
[0007]本专利技术实施例的第二目的还在于提供一种能够兼顾HUD图像动态畸变和静态畸变的解决方案，以提供HUD图像畸变的矫正效果。
[0008]第一方面，本专利技术实施例提供一种HUD图像畸变校准方法，其包括：
[0009]获取第一点阵矩阵和第二点阵矩阵，其中，所述第一点阵矩阵是由第一点阵图像中的各点坐标按照其在第一点阵图像中的位置顺序形成，所述第二点阵矩阵是由第二点阵图像中的各点坐标按照其在第二点阵图像中的位置顺序形成，所述第一点阵图像是由HUD的PGU单元生成的图像，第二点阵图像是通过将所述第一点阵图像在HUD的虚像显示区域输出而形成的图像；
[0010]根据所述第一点阵矩阵和第二点阵矩阵构建用于表征第一点阵矩阵中的点坐标与第二点阵矩阵中的点坐标的对应关系的回归模型；
[0011]基于所述回归模型生成映射关系文件输出至HUD进行存储，其中，通过所述映射关系文件能够直接查找到HUD的虚像显示区域的各像素点的第一像素坐标对应的PGU显示区域的第二像素坐标。
[0012]第二方面，本专利技术实施例提供一种HUD图像生成方法，其包括：
[0013]创建原始缓存和屏幕输出缓存两个显示缓存，并将HUD的PGU单元生成的原始图像渲染绘制在所述原始缓存上，其中，所述原始缓存和屏幕输出缓存具有与PGU显示区域相同的像素数；
[0014]将映射关系文件读取至内存中，其中，通过所述映射关系文件能够直接查找到HUD的虚像显示区域的各像素点的第一像素坐标对应的PGU显示区域的第二像素坐标；
[0015]根据原始缓存和所述映射关系文件渲染绘制所述屏幕输出缓存以生成预畸变图像输出，其实现为包括：
[0016]遍历所述屏幕输出缓存的像素点，对屏幕输出缓存的每个像素点，通过所述映射关系文件查找到其对应的PGU显示区域的第二像素坐标，将PGU显示区域的第二像素坐标对应的原始缓存上渲染绘制的原始图像的相应显示元素复制到屏幕输出缓存的相应像素点位置。
[0017]第三方面，本专利技术实施例提供一种用于HUD图像畸变矫正的校准设备，其包括：
[0018]数据获取模块，用于获取第一点阵矩阵和第二点阵矩阵，其中，所述第一点阵矩阵是由第一点阵图像中的各点坐标按照其在第一点阵图像的点阵中的位置顺序形成，所述第二点阵矩阵是由第二点阵图像中的各点坐标按照其在第二点阵图像的点阵中的位置顺序形成，所述第一点阵图像是由HUD的PGU单元生成的图像，第二点阵图像是通过将所述第一点阵图像在HUD的虚像显示区域输出而形成的图像；
[0019]模型构建模块，用于根据所述第一点阵矩阵和第二点阵矩阵构建用于表征第一点阵矩阵中的点坐标与第二点阵矩阵中的点坐标的对应关系的回归模型；和
[0020]映射关系生成模块，用于基于所述回归模型生成映射关系文件输出至HUD进行存储，其中，通过所述映射关系文件能够直接查找到HUD的虚像显示区域的各像素点的第一像
素坐标对应的PGU显示区域的第二像素坐标。
[0021]第四方面，本专利技术实施例提供一种用于HUD图像畸变矫正的校准设备，其包括：
[0022]存储器，用于存储可执行指令；以及
[0023]处理器，用于执行存储器中存储的可执行指令，所述可执行指令在由所述处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
[0024]第五方面，本专利技术实施例提供一种HUD成像装置，其包括：
[0025]第一图像渲染单元，用于创建原始缓存和屏幕输出缓存两个显示缓存，并将HUD的PGU单元生成的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.HUD图像畸变校准方法，其特征在于，包括：获取第一点阵矩阵和第二点阵矩阵，其中，所述第一点阵矩阵是由第一点阵图像中的各点坐标按照其在第一点阵图像中的位置顺序形成，所述第二点阵矩阵是由第二点阵图像中的各点坐标按照其在第二点阵图像中的位置顺序形成，所述第一点阵图像是由HUD的PGU单元生成的图像，第二点阵图像是通过将所述第一点阵图像在HUD的虚像显示区域输出而形成的图像；根据所述第一点阵矩阵和第二点阵矩阵构建用于表征第一点阵矩阵中的点坐标与第二点阵矩阵中的点坐标的对应关系的回归模型；基于所述回归模型生成映射关系文件输出至HUD进行存储，其中，通过所述映射关系文件能够直接查找到HUD的虚像显示区域的各像素点的第一像素坐标对应的PGU显示区域的第二像素坐标。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二点阵矩阵通过以下方法得到：获取第二点阵图像，其中，所述第二点阵图像为对HUD的虚像显示区域输出的虚像画面进行拍摄得到；对所述第二点阵图像进行预处理；从预处理后的第二点阵图像中提取出各点的点坐标，并按照各点坐标在点阵中的位置顺序形成第二点阵矩阵；对第二点阵矩阵中的各点坐标进行归一化标定。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二点阵矩阵通过以下方法得到：获取多组第二点阵图像，其中，所述多组第二点阵图像为对处于不同高度位置的HUD的虚像显示区域输出的虚像画面进行拍摄得到；对各组第二点阵图像分别进行预处理，并从预处理后的各组第二点阵图像中分别提取出各组第二点阵图像对应的各点的点坐标，并按照各点坐标在相应组的第二点阵图像的点阵中的位置顺序形成相应组的第二点阵图像对应的第二点阵矩阵；分别对各组第二点阵矩阵中的各点坐标进行归一化标定；对所有组的第二点阵矩阵中的相同位置的点坐标分别求平均值，基于各点的点坐标平均值形成一组第二点阵矩阵。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述第一点阵矩阵和第二点阵矩阵构建用于表征第一点阵矩阵中的点坐标与第二点阵矩阵中的点坐标的对应关系的回归模型，是基于归一化标定后的第二点阵矩阵实现。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对第二点阵矩阵中的各点坐标进行归一化标定，包括对第二点阵矩阵中的各点坐标进行等比缩放和平移处理，使得第二点阵矩阵中的点与第一点阵矩阵中的点具有一致的坐标数据范围。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述映射关系文件中包括有映射矩阵，所述映射矩阵是由HUD的虚像显示区域的各像素点对应的PGU显示区域的第二像素坐标按照虚像显示区域的各像素点在虚像显示区域的像素排布位置形成，且形成所述映射矩阵所使用的HUD的虚像显示区域的宽度和高度与PGU显示区域的宽度和高度相同。7.HUD图像生成方法，其特征在于，包括：创建原始缓存和屏幕输出缓存两个显示缓存，并将HUD的PGU单元生成的原始图像渲染
绘制在所述原始缓存上，其中，所述原始缓存和屏幕输出缓存具有与PGU显示区域相同的像素数；将映射关系文件读取至内存中，其中，通过所述映射关系文件能够直接查找到HUD的虚像显示区域的各像素点的第一像素坐标对应的PGU显示区域的第二像素坐标；根据原始缓存和所述映射关系文件渲染绘制所述屏幕输出缓存以生成预畸变图像输...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗顺平，雷雄国，赵昱，高栈年，徐晓静，赵文阳，
申请(专利权)人：思必驰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：