车载抬头显示系统的研究

发布时间：2017-05-02 15:00

  本文关键词：车载抬头显示系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,道路交通技术和汽车安全技术已经成为研究的热点,尤其是基于汽车辅助驾驶技术的研究更是引起了全世界的关注。车载视觉辅助驾驶系统是一种基于增加道路交通安全的技术手段,旨在增大驾驶员的视觉范围,消除驾驶视野盲区,缩短视觉干扰时间。本文所研究的抬头显示器系统HUD是一种车载视觉辅助系统,驾驶员通过该系统即可在平视范围内观察到叠加在路况上的重要行车信息的虚像,消除了因低头而产生的视觉盲区,增加了行车安全。本文针对车载抬头显示系统展开研究,主要工作有以下几个方面:第一,介绍了车载抬头显示系统的图像源—DLP微型投影机的光学设计方案,投影机采用RTIR的结构形式,照明部分采用复眼透镜进行匀光和光斑尺寸的调整,投影成像镜头为三片式远心光路设计。成像效果表明,此投影成像系统的像质均匀性好、对比度高、分辨率优,满足作为车载抬头显示系统图像源的使用要求。第二,进行了车载抬头显示系统的光学设计,利用ZEMAX多重结构设计功能模拟了人眼在EYEBOX内不同位置处的观察情形,结合设计指标要求和像差与性能分析图对不同结构组态的光路系统进行了成像质量分析,结果表明,系统很好得平衡了像差,光学系统设计合理,设计结果满足车辆人机工程学的要求,驾驶员可以获得较好的视觉效果。第三,提出了基于柱面变形投影镜头的后装车载抬头显示系统的结构,分析了在引入柱面变形投影镜头前后抬头显示系统尺寸的变化,分析结果证明柱面变形投影镜头可有效减小抬头显示装置的厚度。设计了应用于抬头显示系统的柱面变形投影镜头,经此镜头投影后,图像的垂直方向相对于水平方向被压缩。依据各个光学特性曲线图和像差曲线图,分析了该变形投影镜头的成像质量,分析结果表明,该设计合理地平衡了像差,镜头设计满足成像质量要求。
【关键词】：抬头显示系统 光学设计 DLP微型投影 柱面变形投影镜头
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 选题背景与研究意义8-9
• 1.2 车载抬头显示系统的发展现状9-10
• 1.3 投影显示技术10-14
• 1.3.1 投影显示技术概述10-11
• 1.3.2 微投用图像显示芯片介绍11-14
• 1.4 论文研究内容14-15
• 第二章 车载抬头显示系统及光学系统设计原理15-33
• 2.1 车载抬头显示系统的技术原理15
• 2.2 车载抬头显示系统的主要类型15-19
• 2.2.1 直接反射式（Entry HUD）15-16
• 2.2.2 挡风玻璃集成式（Windows-Shield HUD）16-18
• 2.2.3 间接集成式（Combiner HUD）18-19
• 2.3 车载抬头显示系统的光学特性19-25
• 2.3.1 投影虚像与驾驶员之间的距离19
• 2.3.2 图像感知与观察俯角的关系19-21
• 2.3.3 视场角21-22
• 2.3.4 投影虚像的显示亮度与对比度22-23
• 2.3.5 EYEBOX眼动范围23-24
• 2.3.6 车载抬头显示系统的图像源24-25
• 2.4 光学设计原理与分析25-32
• 2.4.1 光学系统的像差25
• 2.4.2 像差校正与平衡方法25-27
• 2.4.3 光学系统的优化步骤27-29
• 2.4.4 系统设计的像质评价29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 车载抬头显示系统的设计33-59
• 3.1 DLP投影光学引擎的设计33-36
• 3.1.1 照明部分的设计33-35
• 3.1.2 投影成像部分的设计35-36
• 3.2 抬头显示系统的光学设计36-55
• 3.2.1 离轴虚像显示方式36-38
• 3.2.2 EYEBOX的多重结构设计38-41
• 3.2.3 抬头显示器光学系统的设计结果与分析41-55
• 3.3 抬头显示系统的结构设计方案55-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第四章 后装车载抬头显示系统的研究59-70
• 4.1 后装车载抬头显示系统存在的问题59-60
• 4.2 柱面变形投影镜头的引入60-61
• 4.3 柱面透镜的成像原理与光学特性分析61-62
• 4.4 柱面变形投影镜头的设计62-69
• 4.4.1 柱面变形投影镜头的光学结构62-64
• 4.4.2 柱面变形投影镜头的光学参数64-65
• 4.4.3 镜头成像质量分析65-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 参考文献72-75
• 附录1 攻读硕士学位期间申请的专利75-76
• 致谢76

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