CN103303224A - 车载设备手势控制系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明为车载设备手势控制系统及其使用方法，本系统的车载平台部分的中心处理器CPU与车载设备的电子控制单元经CAN连接，该CPU连接投影仪，本系统手势识别部分的数字信号处理器DSP连接2台相同的并行排列的红外线摄像头，CPU与DSP连接。DSP连接红外增益器。使用方法为CPU经CAN获取各车载设备的操控信息产生操控图，投影于前挡风玻璃，手指在镜头前移动，操控图的相关区域变色/形显示选项，手指空中点击确定。DSP根据摄像头捕捉的手指位置和运动信号，确定要操控的设备。CPU据此操控信号控制相应的设备状态，或调取信息。驾驶员操控汽车电子设备无需转移视线到操控面板，无需记忆不同的手势，操控方便简单安全；兼容各种汽车的CAN，便于安装使用。

Description

车载设备手势控制系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种汽车设备电子控制系统，特别是一种车载设备手势控制系统及其使用方法。

背景技术

随着汽车技术的快速发展，各种新的设备在汽车上得到应用，例如汽车电子稳定程序（ESP）、电子感应制动控制系统（SBC）、电子制动力分配（EBD）、辅助制动系统（BAS）、安全气囊(SRS)、汽车雷达防碰撞系统、包括电控自动变速器（EAT）和无级变速器（CVT）的汽车电子控制变速系统、电控自动空调（A/C）、巡航控制系统(CCS)、电子控制悬架(ECS)、电控动力转向系统(EPS)、中央门锁与防盗报警系统、车载网络技术等，还有其他电子控制装置，如汽车电子仪表、汽车导航系统、汽车音响系统、汽车行驶记录仪和轮胎压力监测系统等均采用电子控制。

为了控制汽车上的众多设备设计了汽车环境中的控制单元局域网CAN(英文为Controller Area Network,常用缩写CAN表示)，以在各个车载设备的电子控制装置（ECU）之间交换信息，形成了汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中均嵌入CAN。

各类设备的电子控制单元，大多集中在驾驶室内，中央操作面板和方向盘周围分布着各种控制按钮。在汽车具备选用更多设备的同时，驾驶员的操作就更为复杂。在需要高度集中精神观察前方路面进行驾驶的情况下，分神去查找所需要要的操作按键，操作时还需要用手或脚触动进行控制，无疑造成高速行驶的车辆的极大安全隐患。

为了便于驾驶员操控各种设备，出现了集中各类控制按键的触摸屏，使用触摸屏虽然控制集中方便，但驾驶员的视线仍不可避免地离开前方路况。

为此近年来出现了不少用手势操控车内设备的方案，如专利号为ZL200310102916.X的中国发明专利“手势开关装置”、申请号为201210312798.4的中国发明专利申请“一种支持盲操作的汽车虚拟中控台手势操控方法及装置”、申请号为201220433136.8的中国发明专利“利用手势识别技术控制汽车电器的装置”、申请号为201210197697.7的中国发明专利申请“一种车载Android平台多点手势控制方法”、申请号为201120302339.9的中国发明专利“利用手势操作的电子设备及车载设备”等。这些方案是设置一定的摄像区域，以不同手形或移动方向为识别手势，控制相应的车载设备。手势操控可以让驾驶员在维持其面向前方的驾驶姿势的状态下，伸展手臂、借助手势将操作信息输入给控制对象。缺点是驾驶员需要记忆操作不同设备的手势的各种形状移动方式，手势不标准会出现误操作。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种车载设备手势控制系统，包括车载平台部分和手势识别部分，车载平台部分的中心处理器连接投影仪，在前挡风玻璃投影产生车载设备的操控图，手势识别部分的2台摄像头与数字信号处理器相连接，数字信号处理器与车载平台部分的中心处理器相连接。

本发明另一目的是提供上述车载设备手势控制系统的使用方法，通过摄像头得到手指对应的操控图上的位置和指向，车载平台部分根据此信号将操作信息传送给相应的设备。

本发明提供的车载设备手势控制系统，包括车载平台部分，车载平台部分的中心处理器与车载设备的电子控制单元局域网（CAN）经网络总线连接，车载设备的电子控制单元局域网连接有各车门锁、各车窗天窗、左右后视镜、收音机、数字音频播放、倒车雷达影像、电子导航仪、座椅高度、座椅加热及空调等各类设备中任意几种的电子控制单元。车载平台部分的中心处理器连接投影仪，汽车前挡风玻璃为投影玻璃，投影仪在前挡风玻璃投影车载设备的操控图，本系统还包括手势识别部分，手势识别部分包括数字信号处理器和2台相同的摄像头，2台摄像头输出的信号接入数字信号处理器。车载平台部分的中心处理器经I2C总线（两线式串行总线Inter－IntegratedCircuit）或者无线通讯与手势识别部分的数字信号处理器连接。所述摄像头为红外线摄像头，2台摄像头并行排列、镜头朝向相同。2台摄像头镜头中心点的距离为40mm～100mm。

数字信号处理器经串行外设接口（SPISerial Peripheral Interface）和2台摄像头的输出端连接。

所述摄像头刷新频率大于或等于每秒40帧。

为增强投影效果，汽车前挡风玻璃贴有反光膜。

所述数字信号处理器连接红外增益器。红外增益器与摄像头的红外线发射灯连接，红外线发射灯发出的红外线照射在镜头前的手指上，摄像头采集手指反射的红外线信号，数字信号处理器根据摄像头采集的手指红外线信号强度，调节脉宽调制（PWM）占空比，控制红外增益器，从而控制红外线发射灯发射的红外线强弱，控制摄像头采集信号的强弱。

车载平台部分的中心处理器还接有屏幕，同步显示投影仪的产生的操控图，便于调节使用。

本车载设备手势控制系统的手势识别部分安装于控制盒内，控制盒上有2个摄像头的镜头孔和红外线发射灯的出射孔。控制盒安置于驾驶座旁，驾驶员的手指在控制盒的摄像头镜头孔上方操控。车载平台部分安装于前挡风玻璃下方。

本发明车载设备手势控制系统的使用方法如下：

车载平台部分的中心处理器从车载设备的电子控制单元局域网获取各车载设备的操控信息产生操控图，送入投影仪将操控图投影在前挡风玻璃上。

驾驶员手指在摄像头的镜头前方移动，随手指的移动、汽车前挡风玻璃投影的操控图的相关控制区域依次变色和/或变形显示当前的选项，当变色区域为所需操控设备时、手指空中点击即确定此选项。2台摄像头监控摄像头前手指的位置和运动，数字信号处理器接收到2台摄像头的信号，采用三角测量法，根据2台摄像头同一时间的空间坐标计算出手指的运动轨迹，由手指对应的操控图上的具体位置和指向，确定驾驶员需要操控的设备，将相关操控信号传送到车载平台部分的中心处理器，中心处理器按此操控信号控制相应的设备改变运行状态，或者从相应的设备调取信息在前挡风玻璃上显示。

常规行车时车载平台系统接收来自CAN汽车电子控制单元局域网的各车载设备的信息，操控图缺省显示的项目内容为主要行车状态信息以及各车载设备的控制选择按键。

驾驶员不用低头，只要抬起一只手，移动手指，即可选定汽车前挡风玻璃投影的操控图的相关控制区域。

手势识别部分的摄像头捕捉到手指位置和指向，确定其要操控的装置或查找的有关信息，并将此信息传送到车载平台,控制调节相应的设备的运行状态,或者调取相关信息在前挡风玻璃上显示。例如驾驶员选择操控图上的收音机，中心处理器即可打开车载收音机，并显示出收音机的调频图像，以便驾驶员选台；当驾驶员选择操控图上的油量、车内外温度，信号处理器将操控指令传送到中心处理器，中心处理器即可通过电子控制单元局域网操控相关设备，调取当前油量表和车内外温度计信息显示在操控图上。

与现有技术相比，本发明车载设备手势控制系统及其使用方法的有益效果是：1、驾驶员无需转移视线观看、碰触车载设备的操作面板，手势操控更方便、安全，既不影响行车安全，又使驾驶员舒适地体验车上各种设备的方便和乐趣；2、投影的操控图上各设备的控制区域明显，驾驶者不用记忆各种不同的手势，全新的隔空操作交互方式，操控方便简单；3、兼容现有汽车的控制局域网络，便于在各种汽车上安装调试使用。

附图说明

图1是本车载设备手势控制系统实施例整体结构示意图；

图2是本车载设备手势控制系统实施例使用状态示意图。

具体实施方式

车载设备手势控制系统实施例

本车载设备手势控制系统实施例如图1所示，包括车载平台部分和手势识别部分，车载平台部分的中心处理器与车载设备的电子控制单元局域网CAN经网络总线连接，本例CAN连接了车门锁、车窗、天窗、左右后视镜、收音机、数字音频播放、倒车雷达影像、电子导航仪、座椅高度、座椅加热及空调的电子控制单元。车载平台部分的中心处理器连接投影仪和触摸屏，汽车前挡风玻璃为投影玻璃，投影仪在前挡风玻璃投影车载设备的操控图。手势识别部分包括数字信号处理器DSP和2台相同的摄像头A和摄像头B。本例数字信号处理器接有红外增益器，数字信号处理器DSP调节脉宽调制占空比控制红外增益器。摄像头A和摄像头B视频信号输出端经串行外设接口接入数字信号处理器。

如图2所示，2台摄像头并行排列、镜头朝向上方，便于手指操作。2台摄像头镜头中心点的距离为50mm。

本例车载平台部分的中心处理器连接无线通讯模块，手势识别部分的数字信号处理器DSP连接DSP无线模块，车载平台部分和手势识别部分经无线通讯连接。

本例摄像头刷新频率为每秒40帧。

本例车载设备手势控制系统的手势识别部分安装于控制盒内，本例的控制盒为长方体盒，控制盒上壳板有2个摄像头的镜头孔和红外线发射灯的出射孔。控制盒安置于方向盘下方、变速操纵杆旁，驾驶员的手指在控制盒的摄像头镜头孔上方操控。本例车载平台部分安装于前挡风玻璃下方、发动机盖上。

本例汽车前挡风玻璃贴有反光膜。

车载设备手势控制系统的使用方法实施例

本例采用上述车载设备手势控制系统实施例。

车载平台部分的中心处理器从车载设备的电子控制单元局域网获取各车载设备的操控信息产生操控图，送入投影仪将操控图投影在前挡风玻璃上。如图2所示，驾驶员的手指在摄像头的镜头前方移动，随手指的移动、汽车前挡风玻璃投影的操控图的相关控制区域依次变色并放大显示当前的选项，当变色放大区域为所需操控设备时、手指空中点击即确定此选项。

2台摄像头监控手指的位置和运动，数字信号处理器接收到2台摄像头的信号，采用三角测量法，根据2台摄像头同一时间的空间坐标计算出手指的运动轨迹，由手指对应的操控图上的具体位置和指向，确定驾驶员需要操控的设备，将相关操控信号传送到车载平台部分的中心处理器，中心处理器按此操控信号控制相应的设备改变运行状态，或者从相应的设备调取信息在前挡风玻璃上显示。

常规行车时，即驾驶员未发出手势指令时，车载平台系统接收来自CAN汽车电子控制单元局域网的各车载设备的信息，操控图缺省显示项目内容为时速、油量、车内外温度、导航信息以及各车载设备的控制选择按键。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.车载设备手势控制系统，包括车载平台部分，车载平台部分的中心处理器与车载设备的电子控制单元局域网经网络总线连接，车载设备的电子控制单元局域网连接有各车门锁、各车窗天窗、左右后视镜、收音机、数字音频播放、倒车雷达影像、电子导航仪、座椅高度、座椅加热及空调等各类设备中任意几种的电子控制单元；其特征在于：

所述车载平台部分的中心处理器连接投影仪，汽车前挡风玻璃为投影玻璃，投影仪在前挡风玻璃投影车载设备的操控图，本系统还包括手势识别部分，手势识别部分包括数字信号处理器和2台相同的摄像头，2台摄像头输出的视频信号接入数字信号处理器；车载平台部分的中心处理器经I2C总线或者无线通讯与手势识别部分的数字信号处理器连接，所述摄像头为红外线摄像头，2台摄像头并行排列、镜头朝向相同。

2.根据权利要求1所述的车载设备手势控制系统，其特征在于：

所述2台摄像头镜头中心点的距离为40mm～100mm。

3.根据权利要求1所述的车载设备手势控制系统，其特征在于：

所述数字信号处理器经串行外设接口和2台摄像头的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的车载设备手势控制系统，其特征在于：

所述摄像头刷新频率大于或等于每秒40帧。

5.根据权利要求1所述的车载设备手势控制系统，其特征在于：

所述汽车前挡风玻璃贴有反光膜。

6.根据权利要求1所述的车载设备手势控制系统，其特征在于：

所述数字信号处理器连接红外增益器。

7.根据权利要求1所述的车载设备手势控制系统，其特征在于：

所述车载平台部分的中心处理器还接有屏幕。

8.根据权利要求6所述的车载设备手势控制系统，其特征在于：

所述车载设备手势控制系统的手势识别部分安装于控制盒内，控制盒上有2个摄像头的镜头孔和红外线发射灯的出射孔，控制盒安置于驾驶座旁；车载平台部分安装在前挡风玻璃下方。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的车载设备手势控制系统的使用方法，其特征在于：

车载平台部分的中心处理器从车载设备的电子控制单元局域网获取各车载设备的操控信息产生操控图，送入投影仪将操控图投影在前挡风玻璃上；

驾驶员手指在摄像头前方移动，随手指的移动、汽车前挡风玻璃投影的操控图的相关控制区域依次变色和/或变形显示当前的选项，当变色区域为所需操控设备时、手指空中点击即确定此选项；

2台摄像头监控在摄像头前手指的位置和运动，数字信号处理器接收到2台摄像头的信号，采用三角测量法，根据2台摄像头同一时间的空间坐标计算出手指的运动轨迹，由手指对应的操控图上的具体位置和指向，确定驾驶员需要操控的设备，将相关操控信号传送到车载平台部分的中心处理器，中心处理器按此操控信号控制相应的设备改变运行状态，或者从相应的设备调取信息在前挡风玻璃上显示。

10.根据权利要求9所述的车载设备手势控制系统的使用方法，其特征在于：

常规行车时车载平台系统接收来自CAN汽车电子控制单元局域网的各车载设备的信息，操控图缺省显示的项目内容为主要行车状态信息以及各车载设备的控制选择按键。

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