本發(fā)明涉及hud背光顯示，更具體地說，本發(fā)明涉及一種hud背光顯示系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在復(fù)雜動(dòng)態(tài)光照場景中，車載抬頭顯示(hud)系統(tǒng)需實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)背光亮度以平衡顯示清晰度與視覺舒適性。此類場景下，環(huán)境光呈現(xiàn)高度非均勻性與突變性；夜間城市道路中，路燈、車燈及廣告屏等光源形成高頻閃爍與局部高亮區(qū)域。傳統(tǒng)hud系統(tǒng)依賴單點(diǎn)光傳感器或靜態(tài)閾值調(diào)節(jié)策略，僅能響應(yīng)全局光強(qiáng)均值變化，無法捕捉駕駛員視線范圍內(nèi)的局部光強(qiáng)梯度分布(如陽光直射擋風(fēng)玻璃特定區(qū)域或?qū)ο蜍囕v遠(yuǎn)光燈干擾)，導(dǎo)致背光亮度與環(huán)境光動(dòng)態(tài)失配——顯示內(nèi)容過暗時(shí)信息可讀性降低，過亮?xí)r則引發(fā)眩光，嚴(yán)重威脅駕駛安全。

2、現(xiàn)有技術(shù)面臨以下核心問題：1)僅依據(jù)單一環(huán)境光傳感器數(shù)據(jù)無法感知駕駛員視線區(qū)域內(nèi)光強(qiáng)分布差異；2)動(dòng)態(tài)預(yù)測與調(diào)節(jié)滯后：基于固定頻率的光強(qiáng)預(yù)測模型在非穩(wěn)態(tài)場景(光強(qiáng)變化率＞10％/s)下更新不足，無法及時(shí)響應(yīng)突發(fā)光強(qiáng)梯度變化；同時(shí)，亮度調(diào)節(jié)依賴線性補(bǔ)償算法，未融合時(shí)空注意力機(jī)制，對多尺度光影模式(如車燈光斑、隧道漸變光)的適應(yīng)性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種hud背光顯示系統(tǒng)及方法，通過搭建循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的預(yù)測模型，融合歷史駕駛場景數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)車輛狀態(tài)及前方環(huán)境光變化，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)預(yù)測和注視區(qū)域優(yōu)化，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種hud背光顯示系統(tǒng)，包括：

3、環(huán)境顯示光采集模塊，擋風(fēng)玻璃周邊集成多個(gè)微型光傳感器，微型光傳感器覆蓋駕駛員視線范圍內(nèi)的關(guān)鍵區(qū)域，輸出實(shí)時(shí)的環(huán)境顯示光分布圖；

4、光強(qiáng)變化趨勢預(yù)測模塊，搭建由循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的光強(qiáng)預(yù)測模型，光強(qiáng)預(yù)測模型基于歷史駕駛場景數(shù)據(jù)預(yù)訓(xùn)練，輸入實(shí)時(shí)的環(huán)境顯示光分布圖、當(dāng)前車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)和前方車輛的環(huán)境光強(qiáng)變化趨勢，輸出預(yù)測光強(qiáng)分布；

5、亮度預(yù)調(diào)節(jié)模塊，根據(jù)預(yù)測光強(qiáng)分布生成對應(yīng)的背光預(yù)調(diào)節(jié)參數(shù)；從環(huán)境顯示光分布圖中提取注視區(qū)域的當(dāng)前光強(qiáng)值，結(jié)合下一預(yù)測步長的預(yù)測光強(qiáng)分布，計(jì)算注視區(qū)域在下一預(yù)測步長的目標(biāo)背光亮度；根據(jù)背光預(yù)調(diào)節(jié)參數(shù)，對背光顯示系統(tǒng)進(jìn)行全局預(yù)調(diào)整；

6、視線區(qū)域優(yōu)化模塊，通過集成眼動(dòng)追蹤設(shè)備獲取眼動(dòng)追蹤數(shù)據(jù)，根據(jù)眼動(dòng)追蹤數(shù)據(jù)，確定駕駛員當(dāng)前注視區(qū)域，實(shí)時(shí)監(jiān)測駕駛員的注視點(diǎn)坐標(biāo)；采用mini-led陣列將顯示區(qū)域劃分為若干區(qū)間，支持各區(qū)間亮度獨(dú)立調(diào)節(jié)；配備快速響應(yīng)控制器，處理區(qū)間背光調(diào)整指令，當(dāng)前注視區(qū)域的亮度優(yōu)先級最高。

7、優(yōu)選的，所述光強(qiáng)預(yù)測模型的搭建過程包括：

8、數(shù)據(jù)預(yù)處理與頻域分解：輸入環(huán)境顯示光分布圖、車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)及天氣信息，通過頻域分解與增強(qiáng)及時(shí)空對齊，輸出頻域增強(qiáng)后的光強(qiáng)特征圖；

9、基于多尺度卷積融合和時(shí)空注意力機(jī)制進(jìn)行多尺度時(shí)空特征提取，輸入頻域增強(qiáng)后的光強(qiáng)特征圖，輸出多尺度時(shí)空聯(lián)合特征向量，包含局部紋理、全局分布及長距離漸變特征；

10、輸入多尺度時(shí)空聯(lián)合特征向量和歷史光強(qiáng)預(yù)測誤差，輸出預(yù)測光強(qiáng)分布圖、動(dòng)態(tài)優(yōu)化的lstm參數(shù)；

11、訓(xùn)練過程中實(shí)時(shí)計(jì)算損失函數(shù)值，當(dāng)損失值連續(xù)多個(gè)訓(xùn)練周期無明顯下降或達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)，判定模型收斂；保存訓(xùn)練后的模型參數(shù)，生成訓(xùn)練好的光強(qiáng)預(yù)測模型并部署在hud背光顯示系統(tǒng)中。

12、優(yōu)選的，所述多尺度卷積融合包括：

13、并行卷積分支：通過1x1、3x3、5x5卷積核并行提取三組輸出，分別是局部高頻紋理、中距離光強(qiáng)分布、全局光強(qiáng)分布模式；

14、特征圖拼接：將三組輸出沿通道維度拼接，形成多尺度融合特征圖；

15、所述時(shí)空注意力機(jī)制包括：通過多頭自注意力對實(shí)態(tài)re和虛態(tài)im分別計(jì)算時(shí)空注意力權(quán)重，輸出注意力權(quán)重矩陣；將車輛加速度作為門控信號(hào)，調(diào)節(jié)注意力權(quán)重在時(shí)間維度的分配比例。

16、優(yōu)選的，目標(biāo)背光亮度為：第一目標(biāo)背光亮度、第二目標(biāo)背光亮度、第三目標(biāo)背光亮度中的任一種；第一目標(biāo)背光亮度基于初步目標(biāo)亮度和眩光閾值約束得到；第二目標(biāo)背光亮度基于對比度強(qiáng)制修正得到，確保顯示內(nèi)容可見性優(yōu)先；第三目標(biāo)背光亮度基于多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)平衡得到。

17、優(yōu)選的，所述第一目標(biāo)背光亮度的獲取方式為：

18、輸入當(dāng)前注視區(qū)域平均環(huán)境光強(qiáng)ea、hud反射率rhud、預(yù)測光強(qiáng)變化量δlpred，通過如下公式獲取初步目標(biāo)背光亮度lprel，

19、

20、其中，ks為安全系數(shù)，根據(jù)車速動(dòng)態(tài)調(diào)整；

21、眩光閾值約束，輸入初步目標(biāo)背光亮度lprel及眩光閾值lx，通過如下模型得到第一目標(biāo)背光亮度altarget：altarget＝min(lprel,lx)。

22、優(yōu)選的，所述第二目標(biāo)背光亮度的獲取方式為：

23、輸入初步目標(biāo)背光亮度altarget、背景亮度(非注視區(qū)域平均光強(qiáng))和對比度閾值；

24、驗(yàn)證初步目標(biāo)背光亮度是否符合對比度標(biāo)準(zhǔn)：若初步目標(biāo)背光亮度與背景亮度的比值小于預(yù)設(shè)值，觸發(fā)強(qiáng)制修正；

25、直接修正目標(biāo)背光亮度為背景亮度的3倍，輸出第二目標(biāo)背光亮度bltarget；

26、若修正目標(biāo)背光亮度大于眩光閾值，則分優(yōu)先級處理：

27、注視區(qū)域：暫時(shí)允許目標(biāo)背光亮度突破眩光閾值，但啟動(dòng)漸變衰減；

28、非注視區(qū)域：強(qiáng)制維持目標(biāo)背光亮度小于二分之一眩光閾值，分散高亮度區(qū)域?qū)︸{駛員的干擾。

29、優(yōu)選的，多目標(biāo)調(diào)節(jié)優(yōu)化模塊，基于物理硬件映射將顯示區(qū)域劃分為若干區(qū)間；輸入第二目標(biāo)背光亮度、多目標(biāo)適應(yīng)度函數(shù)，以多目標(biāo)適應(yīng)度函數(shù)為約束，輸出第三目標(biāo)背光亮度，第三目標(biāo)背光亮度為各區(qū)間亮度集合。

30、優(yōu)選的，多目標(biāo)調(diào)節(jié)優(yōu)化模塊的運(yùn)行過程包括下列步驟：

31、基于物理硬件映射將顯示區(qū)域劃分為若干區(qū)間，用i表示區(qū)間索引，n表示總區(qū)間數(shù)；基于時(shí)間順序，設(shè)置時(shí)間步索引t，t表示時(shí)間窗口長度；

32、基于用戶注視占比為區(qū)間設(shè)置權(quán)重系數(shù)，記為wt，i；

33、獲取hud背光顯示系統(tǒng)的清晰度指數(shù)r1、能耗指數(shù)r2和舒適性指數(shù)r3；

34、

35、其中，itar,i為第i區(qū)間的目標(biāo)背光亮度(由光強(qiáng)預(yù)測模型輸出預(yù)測光強(qiáng)分布得到)、ireal,i為實(shí)際調(diào)節(jié)后的亮度、imax為允許最大亮度，imin為允許最小亮度；

36、

37、其中，kh為硬件功耗系數(shù)通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定；

38、

39、其中，ugb表示統(tǒng)一眩光指數(shù)，λp為平滑系數(shù)，li為區(qū)間亮度，φi為立體角，lb為背景亮度，pi為位置因子；

40、通過如下模型得到多目標(biāo)優(yōu)化修正的多目標(biāo)適應(yīng)度函數(shù)lr：

41、lr＝w1·r1+w2·r2+w3·r3

42、其中，w1、w2、w3分別表示各項(xiàng)權(quán)重系數(shù)，且w1+w2+w3＝1；

43、基于actor網(wǎng)絡(luò)用于生成第三目標(biāo)背光亮度對應(yīng)的亮度調(diào)節(jié)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)背光亮度調(diào)節(jié)，控制亮度調(diào)節(jié)量服從高斯分布。

44、優(yōu)選的，多目標(biāo)適應(yīng)度函數(shù)驅(qū)動(dòng)actor網(wǎng)絡(luò)和優(yōu)化critic網(wǎng)絡(luò)，所述critic網(wǎng)絡(luò)通過狀態(tài)價(jià)值函數(shù)v(st)評估實(shí)施亮度調(diào)節(jié)動(dòng)作下的長期綜合收益；結(jié)合即時(shí)獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)rt與未來潛在收益(如長期舒適性)，量化從當(dāng)前狀態(tài)出發(fā)的整體策略價(jià)值；

45、rt＝lr＝w1·r1+w2·r2+w3·r3

46、critic網(wǎng)絡(luò)的功能為：輸入當(dāng)前狀態(tài)st，輸出狀態(tài)價(jià)值v(st)；狀態(tài)價(jià)值函數(shù)滿足如下公式：

47、

48、其中，e(·)表示期望運(yùn)算函數(shù)，反映了在狀態(tài)s下，執(zhí)行亮度調(diào)節(jié)動(dòng)作后，所有可能未來路徑的加權(quán)平均結(jié)果；k是從當(dāng)前時(shí)間步t開始的未來時(shí)間步索引；γ表示折扣因子，控制未來獎(jiǎng)勵(lì)的衰減程度，取值范圍是0至1；

49、critic網(wǎng)絡(luò)的評估結(jié)果反饋至actor網(wǎng)絡(luò)，指導(dǎo)其參數(shù)調(diào)整；通過調(diào)整亮度調(diào)節(jié)動(dòng)作δii，最大化v(st)，使得長期累積獎(jiǎng)勵(lì)最優(yōu)。

50、優(yōu)選的，環(huán)境顯示光采集模塊后，光強(qiáng)變化趨勢預(yù)測模塊前，包括環(huán)境顯示光預(yù)處理模塊，各傳感器實(shí)時(shí)采集環(huán)境光強(qiáng)數(shù)據(jù)，形成離散的時(shí)間序列數(shù)據(jù)集；使用空間插值算法，將離散的時(shí)間序列數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為擋風(fēng)玻璃上的連續(xù)的光強(qiáng)分布圖；對光強(qiáng)分布圖進(jìn)行平滑處理(例如高斯濾波)，濾除噪聲，生成平滑的環(huán)境顯示光分布圖。

51、優(yōu)選的，環(huán)境顯示光預(yù)處理模塊中包括異常剔除單元，基于動(dòng)態(tài)鄰域距離閾值法對光敏傳感器采集的離散的時(shí)間序列數(shù)據(jù)集進(jìn)行清洗；通過計(jì)算每個(gè)光強(qiáng)數(shù)據(jù)點(diǎn)與其相鄰點(diǎn)的距離均值與標(biāo)準(zhǔn)差，動(dòng)態(tài)剔除異常值(如突發(fā)的閃光干擾)，提升數(shù)據(jù)可靠性；

52、通過擋風(fēng)玻璃周邊集成的多個(gè)微型光傳感器(光敏二極管陣列)采集駕駛員視線范圍內(nèi)的離散的時(shí)間序列數(shù)據(jù)集，形成時(shí)間序列的光強(qiáng)矩陣；

53、對光強(qiáng)矩陣中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，計(jì)算其與相鄰k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的歐氏距離均值和標(biāo)準(zhǔn)差；設(shè)置動(dòng)態(tài)閾值為歐氏距離均值和3倍標(biāo)準(zhǔn)差的加權(quán)和；(對于正態(tài)分布數(shù)據(jù)，約99.7％的數(shù)據(jù)點(diǎn)落在均值±3倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)，超出此范圍的極值可視為異常值)；

54、若數(shù)據(jù)點(diǎn)的鄰域距離均值超過動(dòng)態(tài)閾值，則判定為異常值并剔除。

55、優(yōu)選的，實(shí)時(shí)光影復(fù)雜性的量化方式為：

56、計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)光強(qiáng)變化的百分比，記為δirate；

57、計(jì)算頻域能量分布：對光強(qiáng)時(shí)序數(shù)據(jù)應(yīng)用短時(shí)傅里葉變換，分解為頻域?qū)崙B(tài)re與虛態(tài)后，計(jì)算高頻能量占比：

58、

59、其中，f表示頻率，fc為截止頻率，用于區(qū)分高頻噪聲與低頻漸變；

60、高頻能量占比ehigh>30％時(shí)，表明存在高頻干擾源，需啟用高頻抑制因子η，降低噪聲權(quán)重；

61、計(jì)算亮度差異方差：

62、

63、亮度差異方差σgradient越高表示空間光強(qiáng)分布高度不均勻，需激活多尺度卷積融合模塊，強(qiáng)化局部特征提?。?/p>

64、動(dòng)態(tài)場景分類：基于光強(qiáng)變化率和高頻能量占比將場景的光影復(fù)雜性劃分為若干等級；在一種可能的實(shí)施例中，用(δirate+1)(ehigh+1)(σgradient+1)的結(jié)果量化光影復(fù)雜性程度。

65、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種hud背光顯示方法，包括下列步驟：

66、步驟一、光場采集：通過擋風(fēng)玻璃周邊集成的多個(gè)微型光傳感器，實(shí)時(shí)采集駕駛員視線范圍內(nèi)的環(huán)境光強(qiáng)數(shù)據(jù)，生成二維環(huán)境顯示光分布圖；

67、步驟二、光強(qiáng)預(yù)測：搭建融合循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的光強(qiáng)預(yù)測模型，輸入環(huán)境顯示光分布圖、車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)及前方車輛光強(qiáng)趨勢，輸出未來0.5秒的預(yù)測光強(qiáng)分布；光強(qiáng)預(yù)測模型通過多尺度卷積提取局部高頻紋理、中距離漸變光和全局光強(qiáng)模式，結(jié)合時(shí)空注意力機(jī)制動(dòng)態(tài)分配權(quán)重，提升對復(fù)雜場景的適應(yīng)性；

68、步驟三、視線區(qū)域優(yōu)化：通過集成眼動(dòng)追蹤設(shè)備獲取眼動(dòng)追蹤數(shù)據(jù)，根據(jù)眼動(dòng)追蹤數(shù)據(jù)，確定駕駛員當(dāng)前注視區(qū)域，實(shí)時(shí)監(jiān)測駕駛員的注視點(diǎn)坐標(biāo)；采用mini-led陣列將顯示區(qū)域劃分為若干區(qū)間，支持各區(qū)間亮度獨(dú)立調(diào)節(jié)；配備快速響應(yīng)控制器，處理區(qū)間背光調(diào)整指令，當(dāng)前注視區(qū)域的亮度優(yōu)先級最高。

69、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

70、(1)本發(fā)明提供的hud背光顯示系統(tǒng)，通過微型光傳感器陣列實(shí)時(shí)監(jiān)測駕駛員視線范圍內(nèi)的光環(huán)境，生成動(dòng)態(tài)光分布圖；基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的預(yù)測模型，融合歷史駕駛場景數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)車輛狀態(tài)及前方環(huán)境光變化，精準(zhǔn)預(yù)測未來光強(qiáng)分布；實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)預(yù)測和注視區(qū)域優(yōu)化，解決hud在復(fù)雜光線(如夜間閃爍燈光)下顯示模糊的問題，提升可見性和舒適性，減少駕駛員分心；通過多目標(biāo)優(yōu)化平衡清晰度、能耗和舒適性，解決單一目標(biāo)優(yōu)化(如僅對比度)在環(huán)境突變下的失效問題，適應(yīng)多樣化駕駛場景。

71、(2)本發(fā)明提供的hud背光顯示系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)測模型生成背光參數(shù)，結(jié)合眼動(dòng)儀追蹤的注視區(qū)域光強(qiáng)值，計(jì)算目標(biāo)亮度并全局預(yù)調(diào)背光系統(tǒng)；采用mini-led分區(qū)控光技術(shù)，通過快速響應(yīng)控制器優(yōu)先優(yōu)化注視區(qū)域亮度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分區(qū)亮度調(diào)節(jié)。