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[摘 要]随着电子技术在汽车电子中的应用越来越多，传统的机械式仪表逐步被电子仪表所代替。电子仪表有体积小、重量轻等优点，可以有效地节约车内有限的空间。其以数字、文字或图形方式显示汽车信息时，显示直观、信息量大，可以根据不同需要修改不同的显示内容。
[关键词]抬头显示；图像显示；仪表；安全
中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0051-02
本文研究的车载抬头显示器系统是一种汽车辅助视觉安全驾驶系统，将驾驶员需要的一些重要信息通过此系统投影到风挡玻璃上面，投影光线经过反射射入驾驶员眼睛，使驾驶员看到发动机盖上方的虚像。这样驾驶员就不需要低头查看仪表，眼睛注视前野，不会存在因低头而产生的视觉盲区。
本文主要在抬头显示器系统显示原理方面，以及对汽车系统各个需求显示信号的采集，转换，在通过影像显示模块给予分别介绍，阐述完整实现方案。
前言
随着经济的发展，汽车已经成为人们日常生活不可或缺的交通工具，随之而来的交通安全问题越来越引起人们的注意，交通事故已经成为当今生命财产的第一杀手。因此，汽车安全成为未来汽车发展的一个主要方向。
本文研究的车载抬头显示器系统辅助驾驶员安全驾驶，将车载有效信息通过车载系统数据转换为驾驶员可以直接识别的影像，改变过去低头查看数据仪表的姿态动作，减少安全事故的发生。抬头显示（也可叫平视显示、前镜显示等）系统是一套光学系统，它可以将各种车辆系统的信息以放大了的方式投影到司机的视野区。为了读取这些信息，司机的头位置不必有过大的改变，司机在笔直坐着时可以将起视线放到街路上。由于司机的头位置基本不变（不用低头），所以该系统被称为“抬头显示“系统（也可叫平视显示、前镜显示等） 。
抬头显示系统的显示使驾驶员能够快速、准确地获得重要的车辆信息。装备有抬头显示系统的车，其前挡风玻璃是特制的。因此抬头显示系统所投射出的图象，在司机看来并不是出现在前挡风玻璃上，而是投射在距司机2～2.5米处，这样司机就感觉很舒适。抬头显示系统所投射出的图象，看起来就悬浮在发动机舱盖上方。
1 抬头显示器的系统组成、原理
该系统由多个数据采集设备、数据转换设备、影像投影显示设备组成，如图1所示。
完整的抬头显示器显示图像模型如下图2显示。
1.1 数据采集模块
汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的传感器， HUD（抬头显示器）系统对各个传感器信号数据采集和HDD（低头显示器）系统对各个传感器信号的采集过程一致，计算机信息处理单元（ECU等）通过外界的传感器，把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号转换给处理单元。如图3显示的车速信号采集原理图。
1.2 数据处理模块
ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器，也叫汽车专用单片机。它和普通的单片机一样，由微处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。电控单元的功用是根据其内存的程序和数据对各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，向可控单元提供一定宽度的电脉冲信号以控可控单元。电控单元由微型计算机、输入、输出及控制电路等组成。如图4显示的倒车雷达数据处理原理图：
1.3 影像显示模块结构原理
抬头显示器给驾驶员提供了一个良好的沟通界面，在当前错综复杂的道路交通环境，对当前抬头显示系统在亮度、对比度、分辨率、图像色彩、位置方面都提供较高要求。
1.3.1 影像显示要求
HUD是利用光学反射的原理，将重要的车载数据信息投射在一片玻璃上面。这片投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面， HUD设计的用意是让驾驶员不需要低头查看仪表的显示与资料，始终保持抬头的姿态，降低低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。
1.3.2 光学系统
为实现这种抬头显示（平视显示），该系统用一个非常亮的光源从后部来透射高分辨率TFT 显示器。此光源共由多個发光二极管（LED）组成。其技术构造类似于一个幻灯片投影仪。所发出的光束通过两面折射镜投射到挡风玻璃上。其中一面折射镜是可调的，用于调节抬头显示的高度。为了使抬头显示图像适合座椅位置或驾驶员的身材，这个设置方式发挥着重要的用。这两面折射镜的另一个作用是纠正由挡风玻璃的曲率造成的图像变形。如图5显示的光路原理图。
1.3.3 影像显示位置确认
HUD是利用光学反射的原理，将重要的车载数据信息投射在一片玻璃上面。位置是由光路的设计而确定，这样，为能使驾驶员最方便的观察，根据数据采集，以及人为计算得出对图像显示位置有如下明确的要求。
前后位置显示要求：受到车内实际空间要求，已经当前最佳位置显示状态要求显示位置在1.5m～2.5m之间。
水平位置显示要求 ：驾驶员在驾驶过程中，视觉认知过程有：眨眼、扫视和注视三种运动。其中扫视是注视焦点或方向的瞬间改变，产生于人眼的两次注视之间，根据人机工程视野的反射光在双眼视网膜上的投射式不同的，根据GB11556-1994我们可以知道车窗主视区范围，通过实验研究水平方向范围是3～13角度。
垂直位置显示要求：垂直方向的角度为5～15度。
2 抬头显示器应用发展
随着车载电子技术的不断发展，车载HUD系统也会得到逐渐完善，主要的发展方向是智能化、安全化、自动化。
随着计算机的处理性能、传感器性能、光学投影技术等的不断提高，HUD会越发智能化；随着车辆外部信息视觉辅助驾驶技术和驾驶环境机器视觉识别技术的不断出现，结合HUD投影显示，使得HUD系统成为汽车安全驾驶辅助系统，使得汽车驾驶会越来越安全。
由于HUD是一项集光、电、计算机、人机、材料、安全等方面的综合系统，因此HUD未来的发展一定会从这几方面进行优化完善
3 总结
本文讨论了车载抬头显示的基本实现框架和实现所需的主要元器件，着重讨论了抬头显示器光路设计与实现。论文中所提出的设计方案，证实其具有可实现程度高、成本低、效果好等优点。相信本文对汽车安全驾驶辅助系统的发展有一定的价值。
参考文献
[1] 邹春丽，周倩，马建设.微型投影仪发展概论[J].激光于红外，2006第36卷：738-739.
[2] T.Y.Tsai.An efficient and accurate camera calibration technique for 3D machine vision.IEEE Proceedings of Conf.on Computer Vision and Pattern Recognition[C]，1980.
[3] AT89C51单片机中文资料.2002：183-187.
[关键词]抬头显示；图像显示；仪表；安全
中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0051-02
本文研究的车载抬头显示器系统是一种汽车辅助视觉安全驾驶系统，将驾驶员需要的一些重要信息通过此系统投影到风挡玻璃上面，投影光线经过反射射入驾驶员眼睛，使驾驶员看到发动机盖上方的虚像。这样驾驶员就不需要低头查看仪表，眼睛注视前野，不会存在因低头而产生的视觉盲区。
本文主要在抬头显示器系统显示原理方面，以及对汽车系统各个需求显示信号的采集，转换，在通过影像显示模块给予分别介绍，阐述完整实现方案。
前言
随着经济的发展，汽车已经成为人们日常生活不可或缺的交通工具，随之而来的交通安全问题越来越引起人们的注意，交通事故已经成为当今生命财产的第一杀手。因此，汽车安全成为未来汽车发展的一个主要方向。
本文研究的车载抬头显示器系统辅助驾驶员安全驾驶，将车载有效信息通过车载系统数据转换为驾驶员可以直接识别的影像，改变过去低头查看数据仪表的姿态动作，减少安全事故的发生。抬头显示（也可叫平视显示、前镜显示等）系统是一套光学系统，它可以将各种车辆系统的信息以放大了的方式投影到司机的视野区。为了读取这些信息，司机的头位置不必有过大的改变，司机在笔直坐着时可以将起视线放到街路上。由于司机的头位置基本不变（不用低头），所以该系统被称为“抬头显示“系统（也可叫平视显示、前镜显示等） 。
抬头显示系统的显示使驾驶员能够快速、准确地获得重要的车辆信息。装备有抬头显示系统的车，其前挡风玻璃是特制的。因此抬头显示系统所投射出的图象，在司机看来并不是出现在前挡风玻璃上，而是投射在距司机2～2.5米处，这样司机就感觉很舒适。抬头显示系统所投射出的图象，看起来就悬浮在发动机舱盖上方。
1 抬头显示器的系统组成、原理
该系统由多个数据采集设备、数据转换设备、影像投影显示设备组成，如图1所示。
完整的抬头显示器显示图像模型如下图2显示。
1.1 数据采集模块
汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的传感器， HUD（抬头显示器）系统对各个传感器信号数据采集和HDD（低头显示器）系统对各个传感器信号的采集过程一致，计算机信息处理单元（ECU等）通过外界的传感器，把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号转换给处理单元。如图3显示的车速信号采集原理图。
1.2 数据处理模块
ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器，也叫汽车专用单片机。它和普通的单片机一样，由微处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。电控单元的功用是根据其内存的程序和数据对各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，向可控单元提供一定宽度的电脉冲信号以控可控单元。电控单元由微型计算机、输入、输出及控制电路等组成。如图4显示的倒车雷达数据处理原理图：
1.3 影像显示模块结构原理
抬头显示器给驾驶员提供了一个良好的沟通界面，在当前错综复杂的道路交通环境，对当前抬头显示系统在亮度、对比度、分辨率、图像色彩、位置方面都提供较高要求。
1.3.1 影像显示要求
HUD是利用光学反射的原理，将重要的车载数据信息投射在一片玻璃上面。这片投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面， HUD设计的用意是让驾驶员不需要低头查看仪表的显示与资料，始终保持抬头的姿态，降低低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。
1.3.2 光学系统
为实现这种抬头显示（平视显示），该系统用一个非常亮的光源从后部来透射高分辨率TFT 显示器。此光源共由多個发光二极管（LED）组成。其技术构造类似于一个幻灯片投影仪。所发出的光束通过两面折射镜投射到挡风玻璃上。其中一面折射镜是可调的，用于调节抬头显示的高度。为了使抬头显示图像适合座椅位置或驾驶员的身材，这个设置方式发挥着重要的用。这两面折射镜的另一个作用是纠正由挡风玻璃的曲率造成的图像变形。如图5显示的光路原理图。
1.3.3 影像显示位置确认
HUD是利用光学反射的原理，将重要的车载数据信息投射在一片玻璃上面。位置是由光路的设计而确定，这样，为能使驾驶员最方便的观察，根据数据采集，以及人为计算得出对图像显示位置有如下明确的要求。
前后位置显示要求：受到车内实际空间要求，已经当前最佳位置显示状态要求显示位置在1.5m～2.5m之间。
水平位置显示要求 ：驾驶员在驾驶过程中，视觉认知过程有：眨眼、扫视和注视三种运动。其中扫视是注视焦点或方向的瞬间改变，产生于人眼的两次注视之间，根据人机工程视野的反射光在双眼视网膜上的投射式不同的，根据GB11556-1994我们可以知道车窗主视区范围，通过实验研究水平方向范围是3～13角度。
垂直位置显示要求：垂直方向的角度为5～15度。
2 抬头显示器应用发展
随着车载电子技术的不断发展，车载HUD系统也会得到逐渐完善，主要的发展方向是智能化、安全化、自动化。
随着计算机的处理性能、传感器性能、光学投影技术等的不断提高，HUD会越发智能化；随着车辆外部信息视觉辅助驾驶技术和驾驶环境机器视觉识别技术的不断出现，结合HUD投影显示，使得HUD系统成为汽车安全驾驶辅助系统，使得汽车驾驶会越来越安全。
由于HUD是一项集光、电、计算机、人机、材料、安全等方面的综合系统，因此HUD未来的发展一定会从这几方面进行优化完善
3 总结
本文讨论了车载抬头显示的基本实现框架和实现所需的主要元器件，着重讨论了抬头显示器光路设计与实现。论文中所提出的设计方案，证实其具有可实现程度高、成本低、效果好等优点。相信本文对汽车安全驾驶辅助系统的发展有一定的价值。
参考文献
[1] 邹春丽，周倩，马建设.微型投影仪发展概论[J].激光于红外，2006第36卷：738-739.
[2] T.Y.Tsai.An efficient and accurate camera calibration technique for 3D machine vision.IEEE Proceedings of Conf.on Computer Vision and Pattern Recognition[C]，1980.
[3] AT89C51单片机中文资料.2002：183-187.