一種車載高精度車道導航系統的製作方法

2023-05-06 16:21:16 2

本實用新型涉及一種車載導航系統，尤其是涉及一種車載高精度車道導航系統。

背景技術：

當前，車載導航系統能夠提供簡單的車輛位置信息以及左轉、右轉指示，但無法告訴司機當前車輛所在的具體車道以及應該行駛的車道等相關信息。這在一些路況複雜的地方會有很大的問題，可能會導致駕駛員錯過道路的出入口。

駕駛員需要有非常清晰的指示來引導他何時開到哪一條車道上，這是在下一代車載導航系統中必須要有的功能。

平視顯示器(Head Up Display)，以下簡稱HUD，是目前普遍運用在航空器上的飛行輔助儀器。平視的意思是指飛行員不需要低頭就能夠看到他需要的重要資訊。平視顯示器最早出現在軍用飛機上，降低飛行員需要低頭查看儀表的頻率，避免注意力中斷以及喪失對狀態意識(Situation Awareness)的掌握。

技術實現要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種車載高精度車道導航系統，可及時提醒駕駛員進行相應變道動作，有效地防止出現駕駛員錯過高速出口等情況，實現高精度車道導航的目的。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種車載高精度車道導航系統，包括GNSS定位裝置、車載攝像機、車道識別處理器、導航路線數據處理器、導航指示圖像處理器和AR-HUD顯示器，所述車載攝像機連接車道識別處理器，所述GNSS定位裝置和車道識別處理器均分別連接導航路線數據處理器，所述導航路線數據處理器連接導航指示圖像處理器，所述導航指示圖像處理器連接AR-HUD顯示器，所述AR-HUD顯示器設於車輛前擋風玻璃上。

該系統還包括顯示器安裝架、微型攝像頭、角度調節控制器和角度調節組件，所述角度調節組件包括轉軸和角度調節電機，所述顯示器安裝架設於車輛前擋風玻璃前方的車頂處，所述轉軸沿車寬方向設置在顯示器安裝架上，所述AR-HUD顯示器的頂部通過轉軸與顯示器安裝架轉動連接，所述角度調節電機連接轉軸，所述微型攝像頭設於顯示器安裝架上，並對準駕駛座，所述角度調節控制器分別連接微型攝像頭和角度調節電機。

該系統還包括無線藍牙耳麥，以及與無線藍牙耳麥無線連接的語音識別處理器和導航路線語音提示器，所述語音識別處理器和導航路線語音提示器分別連接導航路線數據處理器。

該系統還包括環境光檢測傳感器，所述環境光檢測傳感器連接導航指示圖像處理器。

所述車載攝像機採用設有廣角鏡頭的車載攝像機。

所述導航指示圖像處理器與AR-HUD顯示器無線連接。

所述導航路線數據處理器連接有離線地圖數據存儲器。

所述車道識別處理器和導航路線數據處理器採用MCU處理器或ARM處理器。

所述導航指示圖像處理器採用GPU處理器。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

1、高精度車道導航系統能夠提供車道級的轉向指示和高精度地圖導航：本實用新型將GNSS定位裝置和車道識別處理器相結合，利用車載攝像機的車道識別處理器可以識別出車輛當前行駛車道，結合GNSS定位裝置的地理定位信息，可以獲得高精度的車道級的位置信息，導航路線數據處理器與導航指示圖像處理器相配合獲得車道導航路線圖像，再由AR-HUD顯示器將相應車道導航路線圖像投射到車輛前擋風玻璃上，更加友好地告知駕駛員該往哪個車道上行駛，及時提醒駕駛員進行相應變道動作，有效地防止出現駕駛員錯過高速出口等情況，實現高精度車道導航的目的。

2、導航圖像顯示在數字儀表或者是投影到AR-HUD顯示器，方便駕駛員查看，提升駕乘體驗。

3、車載攝像機採用設有廣角鏡頭的車載攝像機，獲取車輛前方更大範圍視角的內容，提高車道識別的準確度。

4、環境光檢測傳感器實時監測AR-HUD顯示器需要投射的光線環境，圖像處理器根據檢測的光線環境對車道導航路線圖像進行圖像色彩飽和度、亮度等的調節，從而實時保證AR-HUD顯示器投射圖像的清晰度。

5、微型攝像頭採集駕駛座上駕駛員圖像，角度調節控制器識別駕駛員圖像上人臉位置，並基於人臉位置控制角度調節電機轉動轉軸，進而實現根據駕駛員實際駕駛位置來自適應調節AR-HUD顯示器的安裝角度的目的，使得駕駛員可以更加清晰地觀察到AR-HUD顯示器上的導航信息。

6、語音識別處理器可實現駕駛員語音內的控制命令，並轉發給導航路線數據處理器，而導航路線語音提示器可實現更加人性化的語言提示，語音識別處理器和導航路線語音提示器與無線藍牙耳麥相配合，大大提高了駕駛員使用的便捷性。

7、結構簡單、實用性強、易於推廣應用：車道識別處理器和導航路線數據處理器採用MCU處理器或ARM處理器，保證數據快速、準確地處理。導航指示圖像處理器採用適用於大量圖像處理的GPU處理器。導航指示圖像處理器與AR-HUD顯示器無線連接，減少車內布線，安裝更加便捷。

8、本實用新型選取車道導航路線圖像中最少的、關鍵的信息進行投射，既防止大多的投射信息影響駕駛員觀察實際道路，又實現了高精度車道導航的目的。

附圖說明

圖1為本實用新型系統的結構示意圖；

圖2為本實用新型中AR-HUD顯示器的安裝示意圖。

圖中：1、GNSS定位裝置，2、車載攝像機，3、車道識別處理器，4、導航路線數據處理器，5、導航指示圖像處理器，6、AR-HUD顯示器，7、無線藍牙耳麥，8、語音識別處理器，9、導航路線語音提示器，10、環境光檢測傳感器，11、離線地圖數據存儲器，12、顯示器安裝架，13、微型攝像頭，14、轉軸，15、車頂，16、前擋風玻璃。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。

如圖1所示，一種車載高精度車道導航系統，集成到車輛中控平臺上，包括GNSS定位裝置1、車載攝像機2、車道識別處理器3、導航路線數據處理器4、導航指示圖像處理器5和AR-HUD顯示器6，車載攝像機2連接車道識別處理器3，GNSS定位裝置1和車道識別處理器3均分別連接導航路線數據處理器4，導航路線數據處理器4連接導航指示圖像處理器5，導航指示圖像處理器5連接AR-HUD顯示器6(增強現實抬頭顯示器)，AR-HUD顯示器6設於車輛前擋風玻璃16上。

GNSS定位裝置1：功能是衛星定位，實時獲取當前車輛的地理位置，並將結果輸入導航路線數據處理器4。

車載攝像機2採集車輛前方的圖像，車道識別處理器3根據車輛前方的圖像的車道分界線來識別出當前道路的總車道數量以及車輛處於的具體車道。車載攝像機2採用設有廣角鏡頭的車載攝像機2，且該車載攝像機2設於車輛前擋風玻璃16的頂邊中心處，獲取車輛前方更大範圍視角的內容，提高車道識別的準確度。

導航路線數據處理器4連接有離線地圖數據存儲器11，用來處理行駛路徑、路況等數據，導航路線數據處理器4根據車輛的地理位置獲取當前車輛所在的道路，並結合當前道路的總車道數量以及車輛處於的具體車道獲取車輛在當前道路上的車道導航路線。

導航指示圖像處理器5根據車輛在當前道路上的車道導航路線獲取車道導航路線圖像，用來顯示導航指示信息，比如導向箭頭、車道路徑、出口標識提醒等等信息，其中導航指示圖像處理器5還可以連接一觸控顯示屏，該在觸控顯示屏上顯示車道路徑圖像信息，為駕駛員提供更加詳細的車道路徑指示，及時提醒駕駛員進行相應變道動作，有效地防止出現駕駛員錯過高速出口等情況。

AR-HUD顯示器6將車道導航路線圖像投影到車輛前擋風玻璃16上。AR-HUD顯示器6可以使得駕駛員保持正常的開車姿勢即可以獲取導航相關的信息，安全性高。AR-HUD顯示器6相對於普通HUD更近一步，有增強現實的顯示效果，可以將圖像與駕駛員實際看到的景象相「融合」在一起。這樣顯示出來的車道路徑、標識可以直接「覆蓋」在道路實景中，大大增強了駕駛員的駕駛體驗，另在觸控顯示屏上顯示導航路徑、路面仿真導航效果圖像。例如：AR-HUD顯示器6將綠色的導向箭頭投射在道路實景的上部，AR-HUD顯示器6將車道路徑以綠色、帶邊界的圖像投射在道路實景的下部，覆蓋」在道路實景中的導向箭頭和車道路徑上下相平行，同時出口等標識提醒圖像也實時「覆蓋」在道路實景中，AR-HUD顯示器6選取車道導航路線圖像中最少的、關鍵的信息進行投射，既防止大多的投射信息影響駕駛員觀察實際道路，又實現了高精度車道導航的目的。

該系統還包括環境光檢測傳感器10，環境光檢測傳感器10連接導航指示圖像處理器5，環境光檢測傳感器10實時監測AR-HUD顯示器6需要投射的光線環境，圖像處理器根據檢測的光線環境對車道導航路線圖像進行圖像色彩飽和度、亮度等的調節，從而實時保證AR-HUD顯示器6投射圖像的清晰度。

如圖2所示，該系統還包括顯示器安裝架12、微型攝像頭13、角度調節控制器和角度調節組件，角度調節組件包括轉軸14和角度調節電機，顯示器安裝架12設於車輛前擋風玻璃16前方的車頂15處，轉軸14沿車寬方向設置在顯示器安裝架12上，AR-HUD顯示器6的頂部通過轉軸14與顯示器安裝架12轉動連接，角度調節電機連接轉軸14，微型攝像頭13設於顯示器安裝架12上，並對準駕駛座，角度調節控制器分別連接微型攝像頭13和角度調節電機。微型攝像頭13採集駕駛座上駕駛員圖像，角度調節控制器識別駕駛員圖像上人臉位置，並基於人臉位置控制角度調節電機轉動轉軸14，進而實現根據駕駛員實際駕駛位置來自適應調節AR-HUD顯示器6的安裝角度的目的，使得駕駛員可以更加清晰地觀察到AR-HUD顯示器6上的導航信息。

該系統還包括無線藍牙耳麥7，以及與無線藍牙耳麥7無線連接的語音識別處理器8和導航路線語音提示器9，語音識別處理器8和導航路線語音提示器9分別連接導航路線數據處理器4，語音識別處理器8可實現駕駛員語音內的控制命令，並轉發給導航路線數據處理器4，而導航路線語音提示器9可實現更加人性化的語言提示，例如「2公裡後請行駛到右側第二車道」，語音識別處理器8和導航路線語音提示器9與無線藍牙耳麥7相配合，大大提高了駕駛員使用的便捷性。

車道識別處理器3和導航路線數據處理器4採用MCU處理器或ARM處理器，保證數據快速、準確地處理。導航指示圖像處理器5採用適用於大量圖像處理的GPU處理器。導航指示圖像處理器5與AR-HUD顯示器6無線連接，減少車內布線，安裝更加便捷。

系統工作流程：

本系統首先根據GNSS定位裝置1獲取當前車輛的位置信息。由於衛星導航精度的影響，GNSS定位裝置1的輸出只能得到當前車輛所在道路。尤其是當車輛行駛至高架、橋梁等掩體下，衛星定位精度會大大降低。

為了定位到當前車輛所在車道，本系統加入車道識別處理器3。該車道識別處理器3使用高解析度的廣角攝像頭來識別當前道路的車道信息，可以識別出車道數量以及當前行駛的車道。

獲取車道信息後，導航路線數據處理器4會結合離線地圖數據存儲器11中的高精度地圖信息，將導航信息經導航指示圖像處理器5輸出到AR-HUD顯示器6。AR-HUD顯示器6顯示內部主要包括：

·車道級的導向箭頭，用來引導駕駛員開到正確車道上面。

·車道輔助駕駛信息，用來標識出當前車道的軌跡形狀、出入口等信息。