一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法与流程

本发明属于平视显示器系统的光学检测领域，尤其涉及一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法。

背景技术

平视显示器(hud，headupdisplay)，是早期应用在航空器上的飞行辅助仪器。平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。平视显示器最早出现在军用飞机上，降低飞行员低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识(situationawareness)的掌握。由于平视显示器的方便性以及能够提高飞行安全，民航机也纷纷跟进安装。

随着科学技术的发展，平视显示器也被越来越多地在汽车上使用。汽车上的平视显示器能够将重要的行车信息，例如速度、发动机转数、油耗、胎压、导航以及外接智能设备的信息实时地显示在前挡风玻璃上驾驶员的视野中，这样使得驾驶员不必低头，就可以看到行车信息，从而避免分散对前方道路的注意力，消除了潜在的行车隐患；而且，由于投影时虚像落在车正前方，驾驶员调整目视焦距的时间将缩短，对于驾驶者而言更为安全。同时，使得驾驶员不必在观察远方的道路和近处的仪表之间调节眼睛，可以避免眼睛的疲劳，能够极大地增强行车全和改进驾驶体验。

在hud光学检测方面，目前尚无检测hud的eyebox(眼动范围)的方法，眼动范围表示在目视系统中，人眼可以看全图像的可移动范围。在车辆行驶过程中，驾驶员如果不能够看全hud的显示图像，在车辆行驶过程中可能会出现危险，因此，眼动范围是hud产品质量的一项评价参数。另外，人眼随着外界亮度环境变化，人眼的光圈也会随着变化，进光量明显不同，边缘图像可能由于进光量的降低导致人眼无法分辨。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法，其能够模拟人眼检测不同光圈值下平视显示器系统的眼动范围。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法，包括如下步骤：

s1：设定人眼的光圈数值；

s2：设置与所述光圈数值相同的人眼相机；

s3：将所述人眼相机的标定图像的中心和所述平视显示器的显示图像的中心对齐；

s4：设定所述人眼相机的扫描路径以及扫描精度；

s5：获取所述人眼相机在初始位置拍摄的所述平视显示器的显示图像，记为中心扫描图像；

s6：获取所述人眼相机在所述扫描路径上的下一位置处对应的所述平视显示器的显示图像，记为扫描图像；

s7：对所述扫描图像进行边界检测，并获取所述眼动范围；

其中，

所述步骤s3和步骤s4执行顺序不限；

所述步骤s7包括：

s71：对所述扫描图像进行边界检测；

s72：若所述扫描图像完全包含所述显示图像，则返回步骤s6；

s73：若所述扫描图像不完全包含所述显示图像，则所述人眼相机返回前一次拍摄位置处，记录所述前一次拍摄位置的空间坐标，并将所述前一次拍摄位置的空间坐标加入所述眼动范围的坐标集，进入步骤s74；

s74：检索所述眼动范围的坐标集，若所述眼动范围的坐标集存在相同的空间坐标，则所述眼动范围的坐标集的空间坐标围成的封闭空间即为所述光圈数值情况下的眼动范围；若所述眼动范围的坐标集不存在相同的空间坐标，则重新规划所述扫描路径，返回步骤s6。

根据本发明一实施例，所述步骤s6中获取所述扫描图像的方法为直接拍摄法，或者图像处理法；

其中，

所述直接拍摄法为将所述人眼相机移动至拍摄位置处对所述平视显示器的显示图像进行拍摄；

所述图像处理法为根据所述中心扫描图像以及所述人眼相机在所述扫描路径上的位置计算出所述人眼相机理论上拍摄出的扫描图像。

根据本发明一实施例，所述步骤s71具体为：

对所述扫描图像进行灰度检测，如果检测到所述扫描图像的边框的灰度值大于等于第一阈值，则认为所述扫描图像完全包含所述显示图像；

如果检测到所述扫描图像的边框的灰度值小于等于第二阈值，则认为所述扫描图像不完全包含所述显示图像；

其中，所述第一阈值为人眼可分辨的灰度阈值，所述第二阈值为人眼分辨不清楚的灰度阈值。

根据本发明一实施例，所述第一阈值为100，所述第二阈值为3。

根据本发明一实施例，所述光圈数值的范围为f/2.1～f/8.3。

根据本发明一实施例，所述步骤s4中的扫描路径为：

以所述人眼相机的标定图像的中心和平视显示器的显示图像的中心对齐的位置为初始位置，以所述扫描精度为移动步长，沿水平方向或竖直方向移动所述人眼相机；

其中，

所述扫描精度为0.5㎜～2㎜。

根据本发明一实施例，所述步骤s74中重新规划的扫描路径为：

参考前次扫描路径，以所述扫描精度为移动步长，沿顺时针方向移动所述人眼相机。

根据本发明一实施例，所述步骤s74中重新规划的扫描路径为：

参考前次扫描路径，以所述扫描精度为移动步长，沿逆时针方向移动所述人眼相机。

根据本发明一实施例，所述显示图像为框形线条测试图像。

根据本发明一实施例，所述人眼相机设置在所述平视显示器系统的后方70㎝的位置处。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明提供的一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法使用和人眼的光圈数值相同的人眼相机能够模拟人眼检测不同光圈值下平视显示器系统的眼动范围；通过模拟人眼在不同环境下hud系统对应的眼动范围，能够对hud产品质量进行客观的评价，保证了hud产品使用的安全性。

2)通过对扫描图像进行边界检测能够判断出扫描图像是否完全包含hud的显示图像，如果完全包含显示图像则表明此时人眼相机的位置处于眼动范围之内，如果不完全包含显示图像则表明此时人眼相机的位置处于眼动范围之外，而刚好完全包含显示图像则表明此时人眼相机的位置处于眼动范围的边界。

3)通过判断眼动范围的坐标集是否存在相同的空间坐标可以确定人眼相机是否回到了之前拍摄过的位置，如果回到了之前的位置则表明人眼相机以扫描精度为步长遍历了眼动范围边界的所有位置，认为此时眼动范围的坐标集的空间坐标围成的封闭空间即为该光圈数值情况下的眼动范围。

4)在人眼相机方便移动的情况下，可以使用直接拍摄法获取扫描图像；在人眼相机不方便移动的情况下，可以使用图像处理法获取扫描图像。

5)显示图像为框形线条测试图像能够方便计算机对扫描图像进行边缘检测。

6)将人眼相机设置在平视显示器系统的后方70㎝的位置处符合实际使用情况下驾驶员和hud系统的大致距离，所得到的眼动范围更加准确。

附图说明

图1为本发明的一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法的流程图；

图2为本发明的一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法中使用的显示图像；

图3为本发明的一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法的一种扫描路径；

图4为本发明中相机视场较大时调整视场的示图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1，一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法，包括如下步骤：

s1：设定人眼的光圈数值；

s2：设置与光圈数值相同的人眼相机；

s3：将人眼相机的标定图像的中心和平视显示器的显示图像的中心对齐；

s4：设定人眼相机的扫描路径以及扫描精度；

s5：获取人眼相机在初始位置拍摄的平视显示器的显示图像，记为中心扫描图像；

s6：获取人眼相机在扫描路径上的下一位置处对应的平视显示器的显示图像，记为扫描图像；

s7：对扫描图像进行边界检测，并获取眼动范围；

其中，

步骤s3和步骤s4执行顺序不限；

步骤s7包括：

s71：对扫描图像进行边界检测；

s72：若扫描图像完全包含显示图像，则返回步骤s6；

s73：若扫描图像不完全包含显示图像，则人眼相机返回前一次拍摄位置处，记录前一次拍摄位置的空间坐标，并将前一次拍摄位置的空间坐标加入眼动范围的坐标集，进入步骤s74；

s74：检索眼动范围的坐标集，若眼动范围的坐标集存在相同的空间坐标，则眼动范围的坐标集的空间坐标围成的封闭空间即为光圈数值情况下的眼动范围；若眼动范围的坐标集不存在相同的空间坐标，则重新规划扫描路径，返回步骤s6。

本实施例提供的一种平视显示器系统中眼动范围的检测方法使用和人眼的光圈数值相同的人眼相机能够模拟人眼检测平视显示器系统的眼动范围。可以理解，通过设定不同的光圈值可以得到不同观察情景下的眼动范围，通过检测眼动范围确保生产的hud产品符合标准。考虑到人眼的特征，具体地，优选光圈数值的范围为f/2.1～f/8.3，但不应以上述数值范围为限。应该意识到，单眼的视场角约为水平35°，垂直20°，因此本实施例中的中心扫描图像以及扫描图像的相对应的视场角优选为35°×20°。一方面可以通过人眼相机的镜头和人眼相机的ccd/cmos相互匹配得到35°×20°的视场；另一方面，参看图4，在视场角大于35°×20°的情况下，可通过图像处理的方法将图像边缘多余的显示的灰度设置为0。为了模拟hud真实使用时人眼的观察情况，需要将人眼相机放置在实际使用情况下驾驶员和hud系统的位置距离处，优选人眼相机设置在平视显示器系统的后方70㎝的位置处。将人眼相机设置在平视显示器系统的后方70㎝的位置处符合实际使用情况下驾驶员和hud系统的大致距离，所得到的眼动范围更加准确。

本实施例通过对扫描图像进行边界检测能够判断出扫描图像是否完全包含hud的显示图像，如果完全包含显示图像则表明此时人眼相机的位置处于眼动范围之内，如果不完全包含显示图像则表明此时人眼相机的位置处于眼动范围之外，而刚好完全包含显示图像则表明此时人眼相机的位置处于眼动范围的边界。可以理解，为了方便计算机对扫描图像进行边缘检测，应该采用内容简洁、边缘特征明显的图像，优选地，参看图2，显示图像为框形线条测试图像。

通过判断眼动范围的坐标集是否存在相同的空间坐标可以确定人眼相机是否回到了之前拍摄过的位置，如果回到了之前的位置则表明人眼相机以扫描精度为步长遍历了眼动范围边界的所有位置，认为此时眼动范围的坐标集的空间坐标围成的封闭空间即为该光圈数值情况下的眼动范围。

进一步地，步骤s71具体为：对扫描图像进行灰度检测，如果检测到扫描图像的边框的灰度值大于等于第一阈值，则认为扫描图像完全包含显示图像；如果检测到扫描图像的边框的灰度值小于等于第二阈值，则认为扫描图像不完全包含显示图像；其中，第一阈值为人眼可分辨的灰度阈值，第二阈值为人眼分辨不清楚的灰度阈值。考虑到一般情况下人眼能分辨的对比度为100:1，因此将第一阈值设为100；同时考虑到边缘灰度值很小的情况，将第二阈值设为3。

进一步地，参看图3，步骤s4中的扫描路径为：以人眼相机的标定图像的中心和平视显示器的显示图像的中心对齐的位置为初始位置，以扫描精度为移动步长，沿水平方向或竖直方向移动人眼相机；其中，扫描精度为0.5㎜～2㎜。

进一步地，步骤s74中重新规划的扫描路径为：参考前次扫描路径，以扫描精度为移动步长，沿顺时针方向移动人眼相机；或者，步骤s74中重新规划的扫描路径为：参考前次扫描路径，以扫描精度为移动步长，沿逆时针方向移动人眼相机。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上提供了两种在步骤s6中获取扫描图像的方法，具体如下：步骤s6中获取扫描图像的方法为直接拍摄法，或者图像处理法；其中，直接拍摄法为将人眼相机移动至拍摄位置处对平视显示器的显示图像进行拍摄；图像处理法为根据中心扫描图像以及人眼相机在扫描路径上的位置计算出人眼相机理论上拍摄出的扫描图像。

在眼动范围的检测过程中，需要人眼相机在扫描路径上移动，在人眼相机方便移动的情况下，可以使用直接拍摄法获取扫描图像。如果放置人眼相机的平台不具有移动功能或者无法移动至指定位置，则可以使用图像处理法获取扫描图像。通过提供两种获取扫描图像的方法，能够适应不同的应用环境，提高了检测方案的可行性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。