CN108765356A - 一种防眩晕的模拟驾驶系统、方法及其驾驶舱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防眩晕的模拟驾驶系统、方法及其驾驶舱，属于防眩晕技术领域。它解决了现有模拟驾驶设备无法解决眩晕的问题。本防眩晕的模拟驾驶舱包括车体、图形工作站、前屏幕，前屏幕设置于车体的前方，前屏幕与图形工作站连接，图形工作站具有显卡，显卡中存储有防眩晕的模拟驾驶系统。本发明具有防眩晕等优点。

Description

一种防眩晕的模拟驾驶系统、方法及其驾驶舱

技术领域

本发明属于防眩晕技术领域，特别涉及一种防眩晕的模拟驾驶系统、方法及其驾驶舱。

背景技术

模拟驾驶，让体验者在一个虚拟的驾驶环境中，使其感受接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验。驾驶模拟效果逼真、节能、安全、经济，不受时间、气候、场地的限制，驾驶训练具有效率高、培训周期短等优势，在新车型开发和驾驶培训方面应用十分广泛。

使用模拟驾驶设备一段时间后往往存在眩晕情况，出现眩晕主要是有两个原因：1、身体的运动和视野中所观测到的运动不匹配，在模拟驾驶器上视觉是高速运动的，但是身体并没有感受到运动，此时便会导致眩晕；2、视频抖动、帧延迟造成的头部运动和视觉观测到的头部运动不匹配。而且当前市面上的模拟驾驶设备存在视野小、高延迟、计算力不足、追踪能力差等缺点，导致驾驶人员普遍会出现的眩晕情况。针对这一问题，技术人员对硬件进行了优化，但是也无法彻底解决眩晕的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，本发明的第一个目的是提供一种防眩晕效果好的模拟驾驶系统，本发明的第二个目的是提供一种用于模拟驾驶系统中的防眩晕的模拟方法，本发明的第三个目的是提供一种防眩晕效果好的模拟驾驶舱。

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种防眩晕的模拟驾驶系统，其特征在于，包括视频帧生成单元、单帧算法库差分比较单元、防抖匹配优化单元、视频输出单元，所述的视频帧生成单元用于创建模型仿真视频帧信息、并将模型仿真视频帧信息传发送至单帧算法库差分比较单元，所述的模型仿真视频帧信息包括多个关键帧以及每两关键帧之间的多个运动帧，所述的关键帧设为I，所述的运动帧设为P，所述的单帧算法库差分比较单元用于接收模型仿真视频帧信息中的运动帧并进行矫正对比，当运动帧的对比系数不满足预定值时，所述的单帧算法库差分比较单元将该运动帧发送至防抖匹配优化单元，所述的防抖匹配优化单元用于接收运动帧、消除抖动并发回至视频帧生成单元，当运动帧的对比系数满足预定值时，所述的单帧算法库差分比较单元将该运动帧发送至视频输出单元，所述的视频输出单元用于接收模型仿真视频帧信息并显示。

本发明的工作原理：软件视频帧生成单元基于poly VR模块来创建模型仿真视频帧，视频帧生成单元通过算法进行帧画面运算，一帧图象的尺度空间L(x,y,σ)，定义为I(x,y)与一个可变尺度的高斯函数G(x,y,σ)卷积运算，继而对失样模糊处理：

r为原始模糊半径，rf为最终模糊半径，rf＝r*k，图形工作站会根据传感器传入的档位、离合、油门、刹车等参数和地势数据计算速度v，角速度ω，模糊系数k＝a*v+b*ω。其中的a，b的取值根据模拟驾驶中选择车的类型自行定义。模型仿真视频帧信息包括多个关键帧I，连续的两个关键帧之间间隔多个运动帧P，即可形成清晰视频画面，每帧数据在单帧算法库差分比较单元中与单帧算法库进行矫正对比，对比系数为T，当T≥预定值时，需进行矫正，当T﹤预定值时，即可发送至输出单元显示。预定值通常设为0.02。关键帧I不需要考虑运动矢量，运动帧P是以关键帧I为参考帧，在关键帧I中找出运动帧P中的预测值和运动矢量，取预测值与差值相加以得到完整的运动帧P。防抖匹配优化单元进行矫正操作时，首先进行特征匹配，视频序列中图像I_n和I_n-1对应象素坐标X_n和X_n-1满足：X_n＝A_nX_n-1+T_n(式1)，A_n反映了水平和垂直尺度以及选择因子，T_n体现平移参数。如果取第一帧为基准帧，在相邻帧之间级连使用上述变换，得

(式2)

中，上标r为r次级连。因此，第n帧图像和基准帧之间的全局变换可以通过联系起来。假设消除抖动后的第n帧图像和基准帧之间全局变换的参数为采用上述类似的级连方式，第n帧图像的位置满足(式3)。联合(式2)和(式3)，消去参数X1，得其中因此，为了补偿硬件设备的随机抖动，第n帧图像I_n按照下式进行变换就可以得到稳定的图像序列：利用以上算法，将不稳定图像序列转成稳定的图像序列，有效的缓解了抖动造成的眩晕问题。从而将连续视频输送至视频输出单元进行显示。

在上述的防眩晕的模拟驾驶系统中，所述的连续两关键帧I之间设有65帧运动帧P。

本发明的第二个目的可通过下列技术方案实现：一种防眩晕的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：软件视频帧生成单元基于poly VR模块来创建模型仿真视频帧，视频帧生成单元通过算法进行帧画面运算，一帧图象的尺度空间L(x,y,σ)，定义为I(x,y)与一个可变尺度的高斯函数G(x,y,σ)卷积运算，继而对失样模糊处理：r为原始模糊半径，rf为最终模糊半径，rf＝r*k，图形工作站会根据传感器传入的档位、离合、油门、刹车等参数和地势数据计算速度v，角速度ω，模糊系数k＝a*v+b*ω，其中的a，b的取值根据模拟驾驶中选择车的类型自行定义。

步骤B：模型仿真视频帧信息中包括多个关键帧I，连续的两个关键帧之间间隔多个运动帧P，单帧算法库差分比较单元选取每帧运动帧P与单帧算法库进行矫正对比，对比系数为T，当T≥预定值时，执行步骤C，当T﹤预定值时，执行步骤D。

步骤C：防抖匹配优化单元进行矫正操作，首先进行特征匹配，视频序列中图像I_n和I_n-1对应象素坐标X_n和X_n-1满足：X_n＝A_nX_n-1+T_n(式1)， A_n反映了水平和垂直尺度以及选择因子，T_n体现平移参数。如果取第一帧为基准帧，在相邻帧之间级连使用上述变换，得(式2)

中，上标r为r次级连。因此，第n帧图像和基准帧之间的全局变换可以通过联系起来。假设消除抖动后的第n帧图像和基准帧之间全局变换的参数为采用上述类似的级连方式，第n帧图像的位置满足(式3)。联合(式2)和(式3)，消去参数X1，得其中因此，为了补偿硬件设备的随机抖动，第n帧图像I_n按照下式进行变换就可以得到稳定的图像序列：

步骤D：视频输出单元进行显示。

本发明的工作原理：关键帧I不需要考虑运动矢量，运动帧P是以关键帧I为参考帧，在关键帧I中找出运动帧P中的预测值和运动矢量，取预测值与差值相加以得到完整的运动帧P。本方法中预定值通常设为0.02。利用以上计算方法，将不稳定图像序列转成稳定的图像序列，有效的缓解了抖动造成的眩晕问题。

本发明的第三个目的可通过下列技术方案实现：一种防眩晕的模拟驾驶舱，其特征在于，包括车体、图形工作站、前屏幕，所述的前屏幕设置于车体的前方，所述的前屏幕与图形工作站连接，所述图形工作站具有显卡，所述的显卡中存储有上述的一种防眩晕的模拟驾驶系统。

本发明的工作原理：驾驶人员坐于车体内部，前屏幕用于播放车体前部的道路与环境，且播放到前屏幕的视频经过防抖处理，驾驶人员能够直接观看前屏幕。

在上述的防眩晕的模拟驾驶舱中，还包括后屏幕，所述的后屏模设置于车体的后方，所述的后屏幕与图形工作站连接，所述的车体还包括左后视镜、右后视镜和后视镜，所述的左倒车镜、右倒车镜和后视镜均用于观测后屏幕。

后屏幕用于播放车体后部的道路与环境，且播放到后屏幕的视频也经过防抖处理，驾驶人员能够直接观看前屏幕，且通过左后视镜、右后视镜和后视镜观查后屏幕，驾驶人员也能够回头观看后屏幕。本发明模拟真车的机械结构，并在车体的前后方都设有屏幕，并且屏幕上输出的视频均经过防抖处理，驾驶人员能够在驾驶舱中体验较为真实的驾驶体验，且观测到视频经过消除抖动后，不会使驾驶人员出现眩晕的情况。

在上述的防眩晕的模拟驾驶舱中，还包括音箱。

在上述的防眩晕的模拟驾驶舱中，所述车体的长度为3600～5400毫米，所述车体的宽度为1280～1920毫米，所述车体的高度为1200～1800毫米。

在上述的防眩晕的模拟驾驶舱中，所述前屏幕与后屏幕的分辨率不低于1920*1080/60HZ。

在上述的防眩晕的模拟驾驶舱中，所述前屏幕、后屏幕与车体的距离均不大于50厘米。

在上述的防眩晕的模拟驾驶舱中，所述显卡的分辨率不低于1920*1080。

在上述的防眩晕的模拟驾驶舱中，还包括超短焦投影仪，所述的超短焦投影仪用于将视频投影至前屏幕和后屏幕上。

与现有技术相比，本发明中的两个发明目的均具有防眩晕的优点。

附图说明

图1是本防眩晕效果好的模拟驾驶系统的系统原理示意图。

图2是本防眩晕效果好的模拟方法的步骤示意图。

图3是本防眩晕效果好的模拟驾驶舱的结构示意图。

图中，1、视频帧生成单元；2、单帧算法库差分比较单元；3、防抖匹配优化单元；4、视频输出单元；5、车体；6、图形工作站；7、前屏幕；8、后屏幕；9、显卡；10、左后视镜；11、右后视镜；12、后视镜。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，发明提供的第一个发明目的，为一种防眩晕的模拟驾驶系统，包括视频帧生成单元1、单帧算法库差分比较单元2、防抖匹配优化单元3、视频输出单元4，视频帧生成单元1用于创建模型仿真视频帧信息、并将模型仿真视频帧信息传发送至单帧算法库差分比较单元2，模型仿真视频帧信息包括多个关键帧以及每两关键帧之间的多个运动帧，关键帧设为I，运动帧设为P，单帧算法库差分比较单元2用于接收模型仿真视频帧信息中的运动帧并进行矫正对比，当运动帧的对比系数不满足预定值时，所述的单帧算法库差分比较单元2将该运动帧发送至防抖匹配优化单元3，防抖匹配优化单元3用于接收运动帧、消除抖动并发回至视频帧生成单元1，当运动帧的对比系数满足预定值时，单帧算法库差分比较单元2将该运动帧发送至视频输出单元4，视频输出单元4用于接收模型仿真视频帧信息并显示。作为优选，连续两关键帧I之间设有65帧运动帧P。本发明在连续的两关键帧I之间生成65帧用于过度的运动帧P，能够生成连贯的视频数据，当运动帧不满足预设的对比值时，能够重新进行防抖处理直至达到要求，保证输出的视频清楚，起到防眩晕的作用。

如图2所示，发明的提供的第二个发明，为一种防眩晕的模拟方法，包括以下步骤：

步骤A：软件视频帧生成单元基于poly VR模块来创建模型仿真视频帧，视频帧生成单元通过算法进行帧画面运算，一帧图象的尺度空间L(x,y,σ)，定义为I(x,y)与一个可变尺度的高斯函数G(x,y,σ)卷积运算，继而对失样模糊处理：r为原始模糊半径，rf为最终模糊半径，rf＝r*k，图形工作站会根据传感器传入的档位、离合、油门、刹车等参数和地势数据计算速度v，角速度ω，模糊系数k＝a*v+b*ω，其中的a，b的取值根据模拟驾驶中选择车的类型自行定义；

步骤B：模型仿真视频帧信息中包括多个关键帧I，连续的两个关键帧之间间隔多个运动帧P，单帧算法库差分比较单元选取每帧运动帧P与单帧算法库进行矫正对比，对比系数为T，当T≥预定值时，执行步骤C，当T﹤预定值时，执行步骤D；

步骤C：防抖匹配优化单元进行矫正操作，首先进行特征匹配，视频序列中图像I_n和I_n-1对应象素坐标X_n和X_n-1满足：X_n＝A_nX_n-1+T_n(式1)， A_n反映了水平和垂直尺度以及选择因子，T_n体现平移参数。如果取第一帧为基准帧，在相邻帧之间级连使用上述变换，得(式2)

中，上标r为r次级连。因此，第n帧图像和基准帧之间的全局变换可以通过联系起来。假设消除抖动后的第n帧图像和基准帧之间全局变换的参数为采用上述类似的级连方式，第n帧图像的位置满足(式3)。联合(式2)和(式3)，消去参数X1，得其中因此，为了补偿硬件设备的随机抖动，第n帧图像I_n按照下式进行变换就可以得到稳定的图像序列：

步骤D：视频输出单元进行显示。

本计算方法对相邻的关键帧I之间的运动帧P进行对比计算，并消除抖动，形成连贯的视频数据，使得驾驶人员在观看显示有本视频数据的视频输出单元时，不会发生眩晕的症状。

如图3所述，发明提供的第二个目的，为一种防眩晕的模拟驾驶舱，包括车体5、图形工作站6、前屏幕7，前屏幕7设置于车体5的前方，前屏幕7与图形工作站6连接，图形工作站6具有显卡9，显卡9中存储有上述的一种防眩晕的模拟驾驶系统。

进一步细说，还包括后屏幕8，后屏模设置于车体5的后方，后屏幕8与图形工作站6连接，车体5还包括左后视镜10、右后视镜11和后视镜12，左后视镜10、右后视镜11和后视镜12均用于观测后屏幕8。

本防眩晕的模拟驾驶舱中，还包括音箱。本设置能够进一步提升驾驶舱的模拟效果。

作为优选，车体5的长度为3600～5400毫米，车体5的宽度为1280～1920毫米，车体5的高度为1200～1800毫米。

作为优选，前屏幕7与后屏幕8的分辨率不低于1920*1080/60HZ，前屏幕7、后屏幕8与车体5的距离均不大于50厘米，在上述的防眩晕的模拟驾驶舱中，所述显卡9的分辨率不低于1920*1080。本设置能够使得前屏幕7和后屏幕8的显示更加清晰，进一步提升防眩晕效果。

本防眩晕的模拟驾驶舱中，还包括超短焦投影仪，超短焦投影仪用于将视频投影至前屏幕7和后屏幕8上。本设置使得前屏幕7与后屏幕8上视频的显示更加清晰。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了视频帧生成单元1、单帧算法库差分比较单元2、防抖匹配优化单元3、视频输出单元4、车体5、图形工作站6、前屏幕7、后屏幕8、显卡9、左后视镜10、右后视镜11、后视镜12等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种防眩晕的模拟驾驶系统，其特征在于，包括视频帧生成单元(1)、单帧算法库差分比较单元(2)、防抖匹配优化单元(3)、视频输出单元(4)；

-所述的视频帧生成单元(1)用于创建模型仿真视频帧信息、并将模型仿真视频帧信息传发送至单帧算法库差分比较单元(2)，所述的模型仿真视频帧信息包括多个关键帧以及每两关键帧之间的多个运动帧，所述的关键帧设为I，所述的运动帧设为P，所述的单帧算法库差分比较单元(2)用于接收模型仿真视频帧信息中的运动帧并进行矫正对比；

-当运动帧的对比系数不满足预定值时，所述的单帧算法库差分比较单元(2)将该运动帧发送至防抖匹配优化单元(3)；

-所述的防抖匹配优化单元(3)用于接收运动帧、消除抖动并发回至视频帧生成单元(1)；

-当运动帧的对比系数满足预定值时，所述的单帧算法库差分比较单元(2)将该运动帧发送至视频输出单元(4)；

-所述的视频输出单元(4)用于接收模型仿真视频帧信息并显示。

2.根据权利要求1所述的一种防眩晕的模拟驾驶系统，其特征在于，所述的连续两关键帧I之间设有65帧运动帧P。

3.一种防眩晕的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：软件视频帧生成单元基于poly VR模块来创建模型仿真视频帧，视频帧生成单元通过算法进行帧画面运算，一帧图象的尺度空间L(x,y,σ)，定义为I(x,y)与一个可变尺度的高斯函数G(x,y,σ)卷积运算，继而对失样模糊处理：r为原始模糊半径，rf为最终模糊半径，rf＝r*k，图形工作站会根据传感器传入的档位、离合、油门、刹车等参数和地势数据计算速度v，角速度ω，模糊系数k＝a*v+b*ω，其中的a，b的取值根据模拟驾驶中选择车的类型自行定义。

步骤B：模型仿真视频帧信息中包括多个关键帧I，连续的两个关键帧之间间隔多个运动帧P，单帧算法库差分比较单元选取每帧运动帧P与单帧算法库进行矫正对比，对比系数为T，当T≥预定值时，执行步骤C，当T﹤预定值时，执行步骤D。

步骤C：防抖匹配优化单元进行矫正操作，首先进行特征匹配，视频序列中图像I_n和I_n-1对应象素坐标X_n和X_n-1满足：X_n＝A_nX_n-1+T_n(式1)， A_n反映了水平和垂直尺度以及选择因子，T_n体现平移参数。如果取第一帧为基准帧，在相邻帧之间级连使用上述变换，得

中，上标r为r次级连。因此，第n帧图像和基准帧之间的全局变换可以通过联系起来。假设消除抖动后的第n帧图像和基准帧之间全局变换的参数为采用上述类似的级连方式，第n帧图像的位置满足

联合(式2)和(式3)，消去参数X1，得其中因此，为了补偿硬件设备的随机抖动，第n帧图像I_n按照下式进行变换就可以得到稳定的图像序列：

步骤D：视频输出单元进行显示。

4.一种防眩晕的模拟驾驶舱，其特征在于，包括车体(5)、图形工作站(6)、前屏幕(7)，所述的前屏幕(7)设置于车体(5)的前方，所述的前屏幕(7)与图形工作站(6)连接，所述图形工作站(6)具有显卡(9)，所述的显卡(9)中存储有如权利要求1或2中所述的一种防眩晕的模拟驾驶系统。

5.根据权利要求4所述的一种防眩晕的模拟驾驶舱，其特征在于，还包括后屏幕(8)，所述的后屏模设置于车体(5)的后方，所述的后屏幕(8)与图形工作站(6)连接，所述的车体(5)还包括左后视镜(12)、右后视镜(12)和后视镜(12)，所述的左倒车镜、右倒车镜和后视镜(12)均用于观测后屏幕(8)。

6.根据权利要求4或5所述的一种防眩晕的模拟驾驶舱，其特征在于，还包括音箱。

7.根据权利要求4或5所述的一种防眩晕的模拟驾驶舱，其特征在于，所述车体(5)的长度为3600～5400毫米，所述车体(5)的宽度为1280～1920毫米，所述车体(5)的高度为1200～1800毫米。

8.根据权利要求4或5所述的一种防眩晕的模拟驾驶舱，其特征在于，所述前屏幕(7)与后屏幕(8)的分辨率不低于1920*1080/60HZ。

9.根据权利要求4或5所述的一种防眩晕的模拟驾驶舱，其特征在于，所述前屏幕(7)、后屏幕(8)与车体(5)的距离均不大于50厘米。

10.根据权利要求4或5所述的一种防眩晕的模拟驾驶舱，其特征在于，所述显卡(9)的分辨率不低于1920*1080。