本發(fā)明公開了一種基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能汽車人機交互系統(tǒng)的設計裝置和設計方法，它屬于計算機、人工智能、現(xiàn)代傳感及自動控制等技術(shù)領域，該裝置包括：基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能駕駛?cè)藱C交互模塊，基于增強現(xiàn)實技術(shù)的車載導航人機交互模塊，基于增強現(xiàn)實技術(shù)的車用輔助功能人機交互模塊；該設計方法是利用增強現(xiàn)實技術(shù)，將行人、路況、前方車輛、路徑導航、汽車儀表盤等信息，經(jīng)過計算處理，顯示在具有增強現(xiàn)實技術(shù)功能的車輛擋風玻璃上，從而應用到車輛的駕駛系統(tǒng)、導航系統(tǒng)以及車用輔助功能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

增強現(xiàn)實技術(shù)，即AR（Augmented Reality）技術(shù)，它是一種將真實世界信息和虛擬世界信息集成的技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息（視覺信息，聲音，味道，觸覺等），通過電腦等科學技術(shù)，模擬仿真后再疊加，真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。通過將虛擬的信息應用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現(xiàn)實的感官體驗。

人機交互（Human-Computer Interaction，簡稱HCI），是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的交互關系的學問。系統(tǒng)可以是各種各樣的機器，也可以是計算機化的系統(tǒng)和軟件。人與計算機之間使用某種對話語言，以一定的交互方式，為完成確定任務的人與計算機之間的信息交換過程。人機交互界面通常是指用戶可見的部分。用戶通過人機交互界面與系統(tǒng)交流，并進行操作。

汽車人機交互系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了人與車之間的“對話”功能。駕駛者可通過該系統(tǒng)，快速掌握車輛狀態(tài)信息（車速、里程、當前位置、車輛保養(yǎng)信息、路況信息等），可以進行定速巡航設置、藍牙免提設置、空調(diào)及音響的設置。

激光雷達，激光雷達是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)。它的工作原理是：向目標發(fā)射探測信號（激光束），然后將接收到的從目標反射回來的信號（目標回波）與發(fā)射信號進行比較，作適當處理后,就可獲得目標的有關信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。與普通微波雷達相比，激光雷達由于使用的是激光束，工作頻率較微波高了許多，因此具有普通微波雷達所不具備的分辨率高、抗有源干擾能力強，低空探測性能好等特點。車載雷達采用激光雷達，利用激光雷達低空探測性能好的特點，就可以進行“零高度”工作，對汽車周圍尤其是駕駛者的盲區(qū)，有很好的探測效果。

目前關于汽車駕駛模塊，市場上采用的是后裝車載抬頭顯示器。其實，這種抬頭顯示技術(shù)最早出現(xiàn)在飛機上，利用光學反射的原理，將重要的飛行相關資訊投射在一片玻璃上面。這片玻璃位于座艙前端，高度大致與飛行員的眼睛成水平，投射的文字和影像調(diào)整在焦距無限遠的距離上面，飛行員透過抬頭顯示器往前方看的時候，能夠輕易的將外界的景象與顯示的資料融合在一起。

汽車上引入抬頭顯示器，其主要作用是使駕駛員不用低頭就可以看到相關信息，將更多的精力放到觀察路面情況上，與此同時其也可以減少駕駛員觀察遠處道路情況與近距離查看導航、車輛信息視線頻繁轉(zhuǎn)換引發(fā)的視覺疲勞。而對于那些經(jīng)常使用手機導航軟件的車主來說，一款功能齊全品質(zhì)可靠的抬頭顯示器，可以更為直觀的顯示導航信息。

目前，市場上的抬頭顯示器，缺陷也比較明顯。它僅僅能起到車載行車電腦的輔助顯示器功能。在顯示器上面顯示諸如車距、油耗、導航等信息，談不上對與實際駕駛員肉眼看到內(nèi)容的增強。而隨著信號處理技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車傳感器已經(jīng)能夠完全識別車道分割線，以及路上其他車輛等路況信息。因此，將整塊擋風玻璃作為顯示器，就可以用最直觀、最清晰的方法向駕駛員提供路線規(guī)劃與路況信息。

目前關于車載導航模塊，市場上比較多的是傳統(tǒng)手寫導航和聲控導航。導航的工作原理是：導航內(nèi)置的GPS（Global Positioning System）全球定位系統(tǒng)，天線接收到來自環(huán)繞地球的24顆GPS衛(wèi)星中的至少3顆所傳遞的數(shù)據(jù)信息，由此測定汽車當前所處的位置。導航主機通過GPS衛(wèi)星信號確定的位置坐標與電子地圖數(shù)據(jù)相匹配，便可確定汽車在電子地圖中的準確位置。在此基礎上，將會實現(xiàn)行車導航、路線推薦、信息查詢等多種功能。駕駛者只須通過觀看顯示器上的畫面和收聽語音提示，便可知道行車路線。

對于目前市面上的導航來說，他的缺陷也很明顯，如：語音識別軟件識別率不高、當汽車行駛到地下車庫因接收不到GPS信號而無法使用、不能正確識別汽車行駛位置是在路面還是高架、不能提前預知車道變更信息等等，從而導致駕駛者偏離正確行駛路徑。另外，駕駛者在行車的同時，需要將視線在路面信息與導航儀上頻繁切換，增加了駕駛者的視覺疲勞，這樣也勢必提高了行車的危險性。

關于車內(nèi)輔助功能，目前市場上的汽車采用的是內(nèi)嵌式的儀表盤，位置位于汽車方向盤下方。同樣，汽車收音機及影音播放系統(tǒng)也是內(nèi)嵌在汽車儀表盤邊上。對于駕駛者來說，在行車的同時，低頭看儀表盤上的信息或者需要手動打開汽車收音機和影音播放系統(tǒng)，顯然會影響到行車的安全性。而對于行車中坐在汽車后排的乘客來說，根本無法親自打開汽車收音機及影音播放系統(tǒng)，對于車載娛樂設施的操作非常不方便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能汽車人機交互系統(tǒng)，其包括基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能駕駛?cè)藱C交互模塊、基于增強現(xiàn)實技術(shù)的車載導航人機交互模塊，基于增強現(xiàn)實技術(shù)的車用輔助功能人機交互模塊。該系統(tǒng)通過增強駕駛者行車時的視覺體驗，實現(xiàn)車輛的駕駛、導航、輔助功能都能進行人機交互，與現(xiàn)有的汽車在駕駛者行車和乘客使用時，需要駕駛者頻繁轉(zhuǎn)移視線、乘客手動來實現(xiàn)一些功能相比，能夠大幅度挺高行車的安全性，并且方便駕駛者和乘客的使用。

附圖說明

圖1：基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能駕駛?cè)藱C交互模塊（車前部）；

圖2：基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能駕駛?cè)藱C交互模塊（車后部）；

圖3：基于增強現(xiàn)實技術(shù)的車載導航人機交互模塊；

圖4：基于增強現(xiàn)實技術(shù)的車用輔助功能人機交互模塊。

如圖1所示，基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能駕駛?cè)藱C交互模塊（車前部）：首先要將汽車的擋風玻璃更換成具有增強現(xiàn)實功能，并且能顯示增強現(xiàn)實效果的擋風玻璃，以下簡稱“AR前擋風玻璃”。然后，在汽車車頭左右兩個前照燈附近各安裝一個激光雷達。AR前擋風玻璃內(nèi)安裝一個前視攝像頭和一個傳感器。隨后，將上述傳感器傳送來的諸如汽車前方行人、車輛、路況等信息，經(jīng)過計算處理，利用增強現(xiàn)實技術(shù)，顯示并標注在AR前擋風玻璃上。方便駕駛員以水平的視角看到所有路況信息，提早對可能的危險進行預判。若啟動智能駕駛模式，在遇到危險路況時，人機交互模塊還能自動識別路面信息，自動進行減速、剎車等操作，提高駕駛的安全性。如圖2所示，基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能駕駛?cè)藱C交互模塊（車后部）：汽車的后擋風玻璃同樣采用具有增強現(xiàn)實功能，并且能顯示增強現(xiàn)實效果的擋風玻璃，以下簡稱“AR后擋風玻璃”。在車尾兩個尾燈附近安裝兩個激光雷達，車后擋風玻璃上安裝一個后視攝像頭和一個傳感器。利用增強現(xiàn)實技術(shù)，將車后路況信息疊加在后擋風玻璃上，方便駕駛員通過反光鏡，在進行倒車、起步、并道等行為時看到車輛后面的實時情況，提高行車的安全性。

如圖3所示：基于增強現(xiàn)實技術(shù)的車載導航人機交互模塊：整車除了裝有上述雷達、攝像頭和傳感器外，還需要在車內(nèi)頂部安裝一個小型投影及信息收集器，用于車載導航的工作。結(jié)合車載GPS、陀螺儀定位，就能確定汽車當前的位置和方向。然后，收集路況信息，將傳統(tǒng)的復雜路面信息進行簡化。無需顯示全部的導航路況信息，而是分離出最重要的一些導航細節(jié)和畫面，將這些分離出的信息置入三維引擎進行渲染，通過一些算法對需要的駕駛路徑進行裁剪，直至達到需要的程度為止。然后，通過屏幕投影，將整個所需路徑的畫面投射到車輛正前方。利用這種算法結(jié)合實景路況的增強現(xiàn)實技術(shù)，就可實現(xiàn)將導航提示路徑信息顯示在地面上的功能，供駕駛者身臨其境觀看和參考。此外，該車載導航除了顯示行車路徑外，還能收集車道變更的信息，采用增強現(xiàn)實技術(shù)顯示在AR前擋風玻璃上，從而方便駕駛員提早為變道做準備，防止因走錯道而偏離導航目的地。

如圖4所示：基于增強現(xiàn)實技術(shù)的車用輔助功能人機交互模塊：將汽車的前擋風玻璃更換成AR前擋風玻璃。把汽車儀表盤內(nèi)的信息，諸如車速、油耗、指示燈等，利用增強現(xiàn)實技術(shù)疊加在AR前擋風玻璃上，駕駛員可通過擋風玻璃直接看到疊加后的汽車儀表盤信息。此外，還可將傳感器收集到的紅外掃描、智能預測等數(shù)據(jù)實時反饋在AR前擋風玻璃上。另外，汽車的側(cè)窗玻璃也同樣采用AR側(cè)擋風玻璃，車窗內(nèi)頂部增加一塊全景屏幕。通過手勢控制的操作方案，汽車內(nèi)部傳感器便會追蹤用戶手部運動，提供方便的功能操作，如揮動手掌打開收音機、更換曲目或打開車內(nèi)照明等。通過這種方式，除了駕駛員之外的其他乘客也可方便地在原位進行這些操作。這樣，集成在車窗內(nèi)部的全景屏幕、視頻游戲、影音娛樂、AR側(cè)擋風玻璃等，都將有效提升車內(nèi)娛樂系統(tǒng)的應用價值和實用價值。