DE102015205167A1

DE102015205167A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015205167A1
Application number: DE102015205167.6A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Fiess; Simone Hoeckh; Annette Frederiksen; Jan Weingarten
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-09-29
Also published as: CN105988220B; CN105988220A

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren (1500) zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts (102) für ein Fahrzeug (100), wobei das Verfahren (1500) einen Schritt (1502) des Einstellens aufweist. Dabei wird ein Versatz (700) zwischen einem rechten Bild (402) und einem linken Bild (404) des Sichtfeldanzeigegeräts (102) unter Verwendung eines Konvergenzwinkels (702) zwischen einer rechten Sehachse (502) des rechten Auges (704) und einer linken Sehachse (502) des linken Auges (708) eines Betrachters (108) des Sichtfeldanzeigegeräts (102) eingestellt. Die Bilder (402, 404) werden versatzlos eingestellt, wenn sich die Sehachsen (502) in einer Projektionsebene (504) der Bilder (402, 404) kreuzen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug, auf ein entsprechendes Steuergerät sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.
Die WO 1998/035260 A1 beschreibt holografische Bildschirme, die mittels eines Laserprojektors beschrieben werden können und in die Windschutzscheibe integriert werden können.
Die Veröffentlichung „Exploring Design Parameters for a 3D Head-Up Display; Broy; Höckh; Frederksen et al; Pervasive Displays 2014“ zeigt ein stereoskopisches Head-Up Display.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Bei einem Sichtfeldanzeigegerät mit ein und demselben Bild für das rechte und linke Auge eines Betrachters ergibt sich ein Parallaxenfehler, wenn das Bild zusammen mit einem oder mehreren, in einer anderen Entfernung angeordneten, Objekten betrachtet wird. Dieses Doppelbild wird vom Gehirn des Betrachters ausgefiltert, indem eines der Augen bevorzugt zum Sehen verwendet wird. Dabei ist zum Ausfiltern eine nicht unerhebliche Anstrengung des Gehirns erforderlich.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden ein rechtes Bild für das rechte Auge und ein linkes Bild für das linke Auge des Betrachters bereitgestellt, um den Parallaxenfehler zu beseitigen. Dabei entsteht ein virtuelles Bild, das näherungsweise frei im Raum angeordnet werden kann. Eine räumliche Position des Bilds kann dabei abhängig von einer Betrachtungsentfernung des Betrachters eingestellt werden. Insbesondere kann ein Konvergenzwinkel zwischen Sehachsen der Augen ausgewertet werden.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
Einstellen eines Versatzes zwischen einem rechten Bild und einem linken Bild des Sichtfeldanzeigegeräts unter Verwendung eines Konvergenzwinkels zwischen einer rechten Sehachse des rechten Auges und einer linken Sehachse des linken Auges eines Betrachters des Sichtfeldanzeigegeräts, wobei die Bilder versatzlos eingestellt werden, wenn sich die Sehachsen in einer Projektionsebene der Bilder kreuzen.
Unter einem autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegerät kann ein Head-up Display beziehungsweise eine Windschutzscheiben- oder Frontscheibenanzeige verstanden werden. Dabei ist das Sichtfeldanzeigegerät dazu ausgebildet, zwei Bilder in einer Projektionsebene darzustellen, von denen ein rechtes Bild nur für das rechte Auge des Betrachters sichtbar ist. Ein linkes Bild ist nur für das linke Auge des Betrachters sichtbar. Das rechte Bild ist nur in einem rechten Betrachtungsbereich sichtbar. Das linke Bild ist nur in einem linken Betrachtungsbereich sichtbar. Beispielsweise kann ein holografisches Element des Sichtfeldanzeigegeräts eine gerichtete Abstrahlcharakteristik aufweisen. Ein Versatz kann eine Wegstrecke sein, um die einander zugeordnete Bildpunkte des rechten und linken Bilds zueinander in der Projektionsebene versetzt sind.
Dabei können die einander zugeordneten Bildpunkte einander entsprechende Pixel des linken und rechten Bildes sein, die mit dem genannten Versatz auf der Projektionsebene projiziert wurden. Der Versatz bezeichnet somit eine Wegstrecke, um die das rechte Bild gegenüber dem linken Bild verschoben dargestellt ist. Unter einer versatzlosen Darstellung des rechten und linken Bildes kann eine Darstellung verstanden werden, in der sich das rechte und linke Bild (insbesondere vollständig) überlappen und somit die entsprechenden Bildpunkte des rechten Bildes auf den zugehörigen Bildpunkten des linken Bildes abgebildet werden. Der Betrachter kann ein Fahrer des Fahrzeugs sein.
Das Verfahren kann einen Schritt des Bestimmens einer Position der Bilder in der Projektionsebene aufweisen. Das Bestimmen kann unter Verwendung der Sehachsen und Augenpositionen des Betrachters erfolgen. Im Schritt des Einstellens kann ferner die bestimmte Position eingestellt werden. Die Bilder können gemeinsam in der Projektionsebene verschoben werden, ohne den Versatz zu ändern. Dadurch können Kopfbewegungen des Betrachters kompensiert werden.
Das Verfahren kann einen Schritt des Einlesens von Augeninformationen von einer Augenerfassungseinrichtung des Fahrzeugs aufweisen. Die Augenerfassungseinrichtung ist dazu ausgebildet, die Augen des Betrachters zu erfassen. Die Augenpositionen werden in einem rechten und linken Augenpositionswert abgebildet. Die Sehachsen werden in einem rechten und linken Blickrichtungswert abgebildet. Der Konvergenzwinkel kann aus den Blickrichtungswerten und den Augenpositionswerten ermittelt werden. Dadurch können die Augeninformationen in Echtzeit verarbeitet werden. Der Versatz kann so schnell eingestellt werden.
Der Versatz kann innerhalb eines betrachterabhängigen Komfortbereichs eingestellt werden. Innerhalb des Komfortbereichs kann der Betrachter mit einer geringen Anstrengung beide Bilder zu einem räumlichen Seherlebnis kombinieren. Dadurch kann eine geringe Belastung für den Betrachter erreicht werden.
Das Verfahren kann einen Schritt des Anpassens des Komfortbereichs aufweisen. Dabei kann Komfortbereich ansprechend auf eine Eingabe des Benutzers angepasst werden. Der Komfortbereich kann abhängig von einem Belastungszustand des Betrachters eingestellt werden. Wenn der Betrachter angestrengt ist, kann der Komfortbereich verkleinert werden. Der Betrachter kann einen Sollwert für den Komfortbereich über eine Benutzerschnittstelle eingeben und/oder verändern.
Der Komfortbereich kann abhängig von einer Anzahl an darzustellenden Tiefenebenen angepasst werden. Der Komfortbereich kann verkleinert werden, wenn eine Anzahl der Tiefenebenen vergrößert wird. Objekte können in unterschiedlichen Entfernungen dargestellt werden. Einem Objekt ist dabei eine Tiefenebene zugeordnet. Mehrere dargestellte Tiefenebenen können anstrengender zu betrachten sein, als wenige dargestellte Tiefenebenen. Deshalb kann die Komfortzone, innerhalb derer die Objekte dargestellt werden, verkleinert werden.
Der Komfortbereich kann benutzerabhängig verändert werden. Der Komfortbereich kann verkleinert werden, wenn der Betrachter ermüdet. Dadurch kann eine Belastung des Betrachters verringert werden. Der Betrachter kann sich so erholen.
Eine Ermüdung des Betrachters kann unter Verwendung der Augeninformationen erkannt werden. Insbesondere eine Lidschlussfrequenz und alternativ oder ergänzend eine Lidschlussdauer kann ausgewertet werden. Durch die Augeninformationen kann zuverlässig erkannt werden, ob der Benutzer müde ist. Wenn der Benutzer sich erholt, kann der Komfortbereich erneut vergrößert werden.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Sichtfeldanzeigegerät;
2 eine Darstellung einer auf ein vorausfahrendes Fahrzeug fokussierten Verkehrsszene aus Fahrersicht;
3 eine Darstellung einer auf eine Sichtfeldanzeige fokussierten Verkehrsszene aus Fahrersicht;
4 eine Darstellung eines Sichtfeldanzeigegeräts mit einem Steuergerät zum Betreiben des Sichtfeldanzeigegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Darstellung eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts mit Combiner gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine Darstellung einer autostereoskopischen Windschutzscheibenanzeige gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Bildversatz und einem Konvergenzwinkel bei einer autostereoskopischen Sichtfeldanzeige gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Bildversatz und einer virtuellen Bilddistanz bei einer autostereoskopischen Sichtfeldanzeige gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Sichtfeldanzeigegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine Darstellung einer Verkehrsszene aus Fahrersicht bei einem Sichtfeldanzeigegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 eine Darstellung einer Komfortzone in einem Zusammenhang zwischen einer virtuellen Bilddistanz und einer Projektionsentfernung bei einem Sichtfeldanzeigegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 eine Darstellung einer verkleinerten Komfortzone in einem Zusammenhang zwischen einer virtuellen Bilddistanz und einer Projektionsentfernung bei einem Sichtfeldanzeigegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
14 eine Darstellung einer Funktionsweise eines Verfahrens zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Sichtfeldanzeigegerät 102. Das Sichtfeldanzeigegerät 102 ist als Frontscheibenanzeige 102 ausgeführt. Dabei wird ein reales Bild 104 einer anzuzeigenden Information im Bereich der Windschutzscheibe 106 des Fahrzeugs 100 erzeugt. Das Bild 104 wird im Sichtfeld eines Betrachters 108, hier des Fahrers 108 des Fahrzeugs 100 erzeugt.
Bei einer Windschutzscheibenanzeige 102 oder einer separat im Fahrzeug integrierten, mit der Fahrszene überlagerten transparenten Anzeige 102 erscheint das dargestellte Bild 104 auf der Anzeige 102 als reelles Bild 102 im Bereich der Windschutzscheibe 106 oder der separaten Glas- oder Kunststoffscheibe und nicht wie bei einem HUD in größerer Entfernung (größer 1,8 m) als virtuelles Bild. Dadurch ist im Vergleich zum HUD beim Ablesen der Bildinhalte auf der Windschutzscheibenanzeige 102 ein stärkeres Umfokussieren (Akkommodation) und Drehen (Konvergenz) der Augen des Fahrers 108 von der Fahrszene zu der Windschutzscheibenanzeige 102 erforderlich. Wenn der Fahrer 108 die Fahrszene betrachtet, sind die jeweiligen optischen Achsen seiner Augen nahezu parallel, weswegen in der Nähe (unter zehn Metern) liegende Objekte doppelt wahrgenommen werden. Besteht das in der Nähe liegende Objekt nun aus einem, auf einer transparenten Anzeige 102 dargestellten Bildinhalt 104, erscheint dieses doppelt und kann störend wirken.
2 zeigt eine Darstellung einer auf ein vorausfahrendes Fahrzeug 200 fokussierten Verkehrsszene 202 aus Fahrersicht. Die Verkehrsszene 202 ist aus Sicht des Fahrers in 1 dargestellt. Der Fahrer blickt durch die Windschutzscheibe 106 nach vorne auf die Verkehrsszene 202. Dabei sind das rechte Auge und das linke Auge des Fahrers auf das vorausfahrende Fahrzeug 200 fokussiert. Sowohl das rechte Auge als auch das linke Auge erfassen jedoch das Bild 104 in der Windschutzscheibe 106. Dadurch erscheint das Bild 104 als rechtes Scheinbild 204 und linkes Scheinbild 206 doppelt.
3 zeigt eine Darstellung einer auf eine Sichtfeldanzeige 102 fokussierten Verkehrsszene 202 aus Fahrersicht. Die Verkehrsszene 202 entspricht der Verkehrsszene in 2. Im Gegensatz dazu sind das rechte Auge und das linke Auge hier auf das Bild 104 fokussiert. Sowohl das rechte Auge als auch das linke Auge erfassen jedoch das vorausfahrende Fahrzeug 200. Dadurch erscheint das vorausfahrende Fahrzeug 200 doppelt.
In 1 ist eine Windschutzscheibenanzeige 102 dargestellt mit beispielhaftem Bildinhalt 104, in diesem Fall einer digitalen Geschwindigkeitsanzeige 104. Betrachtet der Fahrer 108 die Fahrszene, d. h. Distanzen im Bereich von ca. 10 m bis 500 m, erscheint dieser Bildinhalt 104 doppelt, wie es in 2 dargestellt ist. Betrachtet er hingegen den Bildinhalt 104 der Windschutzscheibenanzeige 102, erscheint die dahinterliegende Fahrszene 200 doppelt, wie in 3. Dieser Effekt führt bei Windschutzscheibenanzeigen 102 zu häufigem Hin- und Herschalten der Augen zwischen Fern- und Nahsicht, was auf Dauer ermüdend wirkt.
Wird ein Bildinhalt 104 auf einer Windschutzscheibenanzeige 102 dargestellt, erscheint dieser typischerweise doppelt, wenn der Fahrer 108 Objekte 200 der Fahrszene 202 betrachtet. In diesem Fall das vorausfahrende Fahrzeug 200. Das Erkennen der Bildinhalte 104 der Windschutzscheibenanzeige 102 im peripheren Sichtfeld wird dadurch erschwert. Betrachtet er hingegen den (monoskopisch dargestellten) Bildinhalt auf der Windschutzscheibe 106, sieht er die Fahrszene 202 doppelt.
Bei einer transparenten Anzeige 102, die nah am primären Sichtfeld platziert ist, entsteht aufgrund der geringen Bilddistanz das Problem, dass der Fahrer 108, wenn er beispielsweise aufs vorausfahrende Fahrzeug 200, also an der Anzeige 102 vorbeischaut, die Bildinhalte 104 der transparenten Anzeige 102 zweimal sieht. Wegen der Konvergenz sind die Bilder 104 lateral zueinander versetzt. Dies stört sehr, wenn die Bildinhalte 104 auf der transparenten Anzeige 102 nah am Fahrgeschehen 202 sind und ermöglicht auch kein vernünftiges Ablesen im peripheren Sichtfeld — sozusagen ohne direkt draufzuschauen — da die Bildinhalte 104 eben doppelt erscheinen.
4 zeigt eine Darstellung eines Sichtfeldanzeigegeräts 102 mit einem Steuergerät 400 zum Betreiben des Sichtfeldanzeigegeräts 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 ist das Sichtfeldanzeigegerät 102 in einem Fahrzeug 100 verbaut. Im Gegensatz dazu ist das Sichtfeldanzeigegerät 102 hier als autostereoskopisches Head-up Display 102 ausgebildet. Das Head-up Display 102 projiziert ein rechtes Bild 402 für das rechte Auge des Betrachters 108 und ein linkes Bild 404 für das linke Auge des Betrachters 108. Die projizierten Bilder 402, 404 werden auf einem Bildgeber 406 des Head-up Displays 102 erzeugt und über eine Optik 408 in die Windschutzscheibe 106 eingespiegelt. Von der Windschutzscheibe 106 werden die Bilder 402, 404 in einem Betrachtungsbereich 410 umgelenkt, in dem sich die Augen des Betrachters 108 befinden. Die Bilder 402, 404 werden von dem Steuergerät 400 aufbereitet, um einen Bildinhalt 412 für den Betrachter 108 räumlich in einer vorbestimmten Entfernung erscheinen zu lassen. Dazu wird der Betrachter durch eine Erfassungseinrichtung 414 erfasst und insbesondere eine Position und Blickrichtung der Augen ermittelt. Basierend auf den Positionen und Blickrichtungen beziehungsweise Blickachsen der Augen wird ein Versatz zwischen dem rechten Bild 402 und dem linken Bild 404 bestimmt, um den räumlichen Effekt zu erzielen.
Es wird vorliegend ein autostereoskopisches Head-Up Display 102 (HUD) mit adaptivem Anzeigebereich vorgestellt, der die momentane Komfortzone des Fahrers 108 bezüglich der Tiefendarstellung berücksichtigt.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird auf ein spezielles Einsatzszenario des autostereoskopischen Head-Up-Displays 102 (HUD) eingegangen. Als ein wichtiger Aspekt kann in diesem Zusammenhang angeführt werden, dass sich die (virtuellen) Projektionsdistanzen bei einem LCD-Bildschirm und bei einem autostereoskopischen HUD deutlich voneinander unterscheiden. Dabei kann ein HUD 102 als Durchsichtanzeige (auch see-through Display genannt) oder Blickfeldanzeige bezeichnet werden. Diese Anzeige-(einheit) 412 wird entsprechend des Müdigkeitszustandes des Benutzers eingestellt. Dabei wird mittels Eye-Tracking 414 des Benutzers die Blickrichtung und Innenrotation der Augen des Benutzers erfasst sowie die zeitliche Entwicklung der Seheinstellung und deren Dauer ermittelt und herangezogen, um zu bewerten, ob Probleme des Fahrers 108 mit der Darstellung von Symbolen auf der Anzeigeeinheit 412 vorliegen oder mutmaßlich vorliegen.
Ein Head-up Display 102 (HUD) dient der Anzeige von fahrrelevanten Informationen 412 (z. B. Geschwindigkeitsanzeige, Navigationsinformationen, Warnhinweise u.v.m.) im Blickfeld 410 des Fahrers 108. Das virtuelle Bild 412, in dem die Informationen dargestellt werden, wird mit der realen Umgebung überlagert.
Grundsätzlich besteht ein HUD 102 aus einer Lichtquelle, einer Bildgebereinheit 406 und einer abbildenden Optik 408. Das das System verlassende Licht fällt auf die Windschutzscheibe 106 oder einer hinter ihr angebrachten Combiner-Scheibe, wird von ihr teilweise reflektiert und gelangt in das Auge 410 des Fahrers 108, der das virtuelle Bild 412 in einem durch die Optik 408 definierten Abstand und einer ebenfalls von dieser bestimmten Vergrößerung vor sich wahrnimmt.
Als Lichtquelle können z. B. LEDs oder Laserdioden zum Einsatz kommen, die den Bildinhalt bereitstellende LCDs 406 hinterleuchten. Alternativ können verschiedene Projektoren benutzt werden. Dabei können zukünftig vermehrt auf DMD-, LCoS- oder Lasertechnologie basierende miniaturisierte Projektoren verwendet werden. Angestrebt wird außerdem, eine kontaktanaloge Darstellung zu realisieren. Diese nimmt in biokularer Ausführung, bei der beide Augen dasselbe Bild sehen, ein sehr großes Bauraumvolumen ein. Die binokulare Variante, bei der die beiden Augen einzelne, leicht unterschiedliche Bilder 402, 404 sehen, verspricht neben der zusätzlichen Funktionalität der stereoskopischen Tiefenwahrnehmung („3-D-Effekt") große Vorteile hinsichtlich der Robustheit, des Bauraums und der Kosten.
Mithilfe eines autostereoskopischen HUDs 102 (asHUDs) können fahrrelevante Informationen 412 in 3D dargestellt werden, ohne dass der Fahrer 108 ein zusätzliches Hilfsmittel wie eine Shutter- oder Polarisationsbrille benötigt. Damit der Fahrer 108 auch bei Kopfbewegung jederzeit ein einwandfreies Bild 412 sieht, erfordert ein asHUD 102 ein Head-Tracking-System 414, das in der Lage ist, die Kopf- und Augenposition 410 des Fahrers 108 zu analysieren, und eine entsprechende Nachführung. In 4 ist eine Systemübersicht eines prinzipiellen Aufbaus eines asHUD-Systems 102 gezeigt.
5 zeigt eine Darstellung eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts 102 mit Combiner 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Sichtfeldanzeigegerät 102 ist wie in den 1 bis 4 in einem Fahrzeug verbaut. Der Bildgeber 406 wird von einer Lichtquelle beleuchtet. Auf dem Bildgeber 406 werden das rechte Bild und das linke Bild erzeugt. Der Combiner 500 spiegelt eine Reflexion des Bildgebers 406 in Richtung der Augen des Betrachters 108. Der Combiner 500 ist hier an einem unteren Rand der Windschutzscheibe 106 angeordnet. Der Combiner 500 ist damit unterhalb von Sehachsen 502 der Augen des Betrachters 108, wenn er in die Ferne sieht. Mit anderen Worten ist der Combiner 500 in einem peripheren Sichtfeld des Betrachters 108 angeordnet. Für den Betrachter 108 entsteht ein virtuelles Bild 504 in einer Projektionsebene 504 im Bereich der Windschutzscheibe 106.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem über eine gerichtet abstrahlende holografische Projektionsscheibe 406, welche im Armaturenbrett versenkt wurde, über eine ebene Glasscheibe 500 (oder Combiner-Scheibe) abgebildet wird. Ein solches Ausführungsbeispiel weist den Vorteil auf, dass das System 102 unabhängig von der Windschutzscheibe 106 einsetzbar ist und das Bild als virtuelles Bild 504 etwas hinter der Windschutzscheibe 106 wahrgenommen wird, was aufgrund der vergrößerten Bilddistanz vom Benutzer als angenehm empfunden wird.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Bild direkt auf eine separate Combiner-Scheibe projiziert, die dann z. B. über eine Fotopolymerschicht mit holografischer Streufunktion verfügt. Hierbei entfällt der Vorteil der im Vergleich zur Windschutzscheibenanzeige erweiterten Bilddistanz, dafür ist das System platzsparender und weniger komplex, da es aus weniger Komponenten besteht.
Auch ist eine Variante von der in 5 dargestellten "Einspiegelungsanzeige 102" denkbar, bei der das Bild nicht über eine separate Scheibe, sondern direkt über die Windschutzscheibe 106 eingespiegelt wird. Ein solches Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, das keine zusätzlichen Komponenten im Armaturenbrett verbaut werden brauchen und somit keine gegebenenfalls störenden Kanten des separaten Combiners 500 sichtbar sind. Bei geringer Windschutzscheibenkrümmung entsteht auch bei einem solchen Ausführungsbeispiel ein vom Benutzer als akzeptabel bewertetes Bild.
Die stereoskopische Anzeige 102 kann auch als Combiner-Anzeige 102 realisiert werden, wie es in dieser Figur dargestellt ist. Eine stereoskopische Anzeige 102, welcher auch in dieser Ausprägung eine holografische Projektionsanzeige 406 zugrunde liegt lässt sich ebenfalls durch eine solche Combiner-Anzeige 102 realisieren. In diesem Fall ist die holografische Projektionsanzeige 406 nicht transparent und wird über einen ebenen Combiner 500 abgebildet. Das Bild der stereoskopischen Anzeige 406 erscheint als virtuelles Bild 504. Dies hat den Vorteil eines etwas größeren Bildabstands zu den Fahreraugen als bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Darstellung einer autostereoskopischen Windschutzscheibenanzeige 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Windschutzscheibenanzeige 102 kann auch als Sichtfeldanzeige 102 bezeichnet werden. Im Gegensatz zu der Sichtfeldanzeige in 5 werden hier das rechte Bild und das linke Bild in einem Projektionsbereich 600 beziehungsweise der Projektionsebene erzeugt, der in die Frontscheibe 106 integriert ist. Zwei Projektoren 602 projizieren dazu jeweils eines der Bilder von unten in den Projektionsbereich 600. Im Projektionsbereich 600 ist eine holografische Folie 604 in oder an der Frontscheibe 106 angeordnet. Die Folie 604 bildet einen rechten Betrachtungsbereich 606 für das rechte Auge und einen linken Betrachtungsbereich 608 für das linke Auge des Betrachters 108 ab. Im rechten Betrachtungsbereich 606 ist das rechte Bild sichtbar, im linken Betrachtungsbereich 608 ist das linke Bild sichtbar. Durch seitliche Bewegungen der Projektoren 602 können die Betrachtungsbereiche 606, 608 seitlich mit dem Betrachter 108 mitbewegt werden.
Mit anderen Worten wird eine stereoskopische Windschutzscheibenanzeige 102 mit dynamischer Konvergenzanpassung vorgestellt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der transparenten Anzeige 102 ist die in 6 dargestellte Windschutzscheibenanzeige 102. Hierbei wird eine Fotopolymerfolie 604, welche eine holografische Streufunktion realisiert in oder auf die Windschutzscheibe 106 laminiert. Durch geeignete Kombination mit zwei separaten Bildprojektoren 602 können wie dargestellt autostereoskopische Bildinhalte generiert werden.
Gezeigt ist ein Ausführungsbeispiel einer autostereoskopischen Windschutzscheibenanzeige 102. Der gestrichelte Bereich 600 stellt die nutzbare Anzeigenfläche 600 dar, die von zwei Projektoren 602 beleuchtet wird. Die holografisch realisierte transparente Anzeige 600 beugt das von dem ersten Projektor 602 dargestellte Bild in die erste Eyebox 606, das von dem zweiten Projektor 602 dargestellte Bild in die zweite Eyebox 608. Durch laterale Bewegungen der Projektoren 602 kann die laterale Position der Eyeboxen 606, 608 verändert werden, um laterale Kopfbewegungen zu verfolgen.
7 zeigt eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Bildversatz 700 und einem Konvergenzwinkel 702 bei einer autostereoskopischen Sichtfeldanzeige 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei ist die Sichtfeldanzeige 102 in einem Fahrzeug 100 verbaut und ein Fahrer des Fahrzeugs 100 sieht durch die Sichtfeldanzeige 102 auf ein vorausfahrendes Fahrzeug 200. Da das rechte Auge 704 des Fahrers um einen Augenabstand 706 von dem linken Auge 708 entfernt ist, weisen die Sehachsen 502 der Augen 704, 708 zueinander den Konvergenzwinkel 702 auf, wenn beide Augen 704, 708 auf denselben Punkt 710 gerichtet sind. Wenn das rechte Bild 402 und das linke Bild 404 räumlich an dem Punkt 710 erscheinen sollen, ist der Bildversatz 700 zwischen dem rechten Bild 402 und dem linken Bild 404 abhängig von einem Betrachtungsabstand 712 zwischen den Augen 704, 708 und den Bildern 402, 404, einer Distanz 714 zwischen den Augen 704, 706 und dem betrachteten Punkt 710 sowie dem Augenabstand 706.
Der Konvergenzwinkel 702 Theta sei der Winkel 702 zwischen den optischen Achsen 502 des linken 708 und des rechten 704 Auges, s sei der Abstand 712 von den Fahreraugen 704, 708 zur Windschutzscheibe 106 und d sei die Disparität 700, d. h. der Versatz 700 der stereoskopisch auf der Windschutzscheibe 106 dargestellten Bilder 402, 404, der dargestellt wird, um ein Objekt 710 in Distanz 714 z erscheinen zu lassen.
8 zeigt eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Bildversatz 700 und einer virtuellen Bilddistanz 714 bei einer autostereoskopischen Sichtfeldanzeige 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Sichtfeldanzeige 102 entspricht dabei im Wesentlichen einer der Sichtfeldanzeigen in den 4 bis 6. Die Bilder 402, 404 sind in der gleichen Projektionsebene 504 angeordnet. Dargestellt ist an zwei Beispielen, wie bei identischem Versatz 700, identischem Betrachtungsabstand 712, jedoch jeweils mit unterschiedlichen Vorzeichen, verschiedene virtuelle Bilddistanzen 714 resultieren.
Im ersten Beispiel ist das rechte Bild 402 rechts neben dem linken Bild angeordnet. Das rechte Auge 704 betrachtet das rechte Bild 402. Das linke Auge 708 betrachtet das linke Bild 404. Dadurch entsteht für den Betrachter der Eindruck, das virtuelle Bild 412 sei weiter entfernt, als die Bilder 402, 404 tatsächlich sind.
Im zweiten Beispiel ist das rechte Bild 402 links neben dem linken Bild angeordnet. Das rechte Auge 704 betrachtet dabei weiterhin das rechte Bild 402. Das linke Auge 708 betrachtet weiterhin das linke Bild 404. Dadurch entsteht für den Betrachter der Eindruck, das virtuelle Bild 412 sei zwischen dem Betrachter und den Bildern 402, 404 angeordnet.
Mit anderen Worten ist in 8 das Prinzip des stereoskopischen 3-D-Sehens mit Angabe der Größen virtuelle Leinwanddistanz 712 (VSD) und virtuelle Bilddistanz 714 (VID) für die gekreuzte (rechts) und ungekreuzte (links) Sehsituation dargestellt.
Die Abbildungsoptik legt die virtuelle Leinwanddistanz 712 (VSD) des Systems 102 fest. Durch einen horizontalen Versatz 700 d der beiden Einzelbilder 402, 404 auf dem Display bzw. auf der virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD lässt sich der Abstand 714 (virtuelle Bilddistanz VID), in dem der Fahrer das Bild 412 sieht, wählen. Die Parameter virtuelle Leinwanddistanz 712 VSD und virtuelle Bilddistanz 714 VID sind in 8 für die gekreuzte und die ungekreuzte Sehsituation dargestellt. Die virtuelle Bilddistanz 714 VID ist über
bestimmt, wobei a für den interpupillaren Augenabstand 706 des Fahrers steht. Das Vorzeichen im Nenner bestimmt, ob das Bild 412 vor oder hinter der virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD liegt. Das System 102 ist in der Lage, sich an den Augenabstand 706 anzupassen, damit der Fahrer die Bildinformation 412 in der gewünschten Entfernung 714 wahrnehmen kann.
Da der Augenabstand 706 des Fahrers eine unverzichtbare Information ist, die das System 102 benötigt, um die Bilddarstellung 412 so zu realisieren, dass sie für den jeweiligen Fahrer in der beabsichtigten Entfernung 714 erscheint, ist das System 102 von vornherein in der Lage, den Augenabstand 706 des Fahrers zu messen und die Darstellung 402, 404 entsprechend anzupassen. Zu berücksichtigen ist beispielsweise auch die Größe des Fahrers in Bezug auf den Look-Down-Angle. Die für das Head-Tracking benutzte Kamera wird also auch dazu benutzt, diese Informationen zu ermitteln und die Bilddarstellung 402, 404 wird auf den Fahrer individuell angepasst. Zusätzlich kann der Fahrer persönliche Präferenzen hinsichtlich Helligkeit, Farbe, Kontrast oder Komfortzone abspeichern.
9 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Sichtfeldanzeigegerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Sichtfeldanzeigegerät 102 entspricht im Wesentlichen einem Bildanzeigegerät, wie es in den 5 und 6 dargestellt ist. Das Sichtfeldanzeigegerät 102 ist hier also eine Windschutzscheibenanzeige 102 beziehungsweise eine Frontscheibenanzeige 102. Dem Fahrer 108 wird ein rechtes Bild 402 für das rechte Auge 704 und ein linkes Bild 404 für das linke Auge 708 in die Windschutzscheibe 106 beziehungsweise Frontscheibe 106 eingeblendet. Die Bilder 402, 404 weisen einen Versatz 700 zueinander auf, da der Fahrer 108 die Fahrszene vor seinem Fahrzeug 100 betrachtet und sich deshalb die Sehachsen der Augen 704, 708 hinter einer Projektionsebene der Bilder 402, 404 kreuzen. Die Bilder 402, 404 werden perspektivisch verzerrt eingeblendet, um aus der Perspektive des Fahrers 108 unverzerrte Bilder zu erhalten.
Die transparente Anzeigevorrichtung 102 kann mittels Volumenhologrammen realisiert werden. Das Fahrzeug 100 weist ein System zur Fahrerbeobachtung auf, das die Blickrichtung des Fahrers 108 erfassen kann.
Um Doppelbilder zu vermeiden, wird die Verwendung einer stereoskopischen Windschutzscheibenanzeige 102 oder einer separat verbauten stereoskopischen transparenten Anzeige 102 in Verbindung mit einem System zur dynamischen Disparitätsanpassung basierend auf einem in Echtzeit ermittelten Konvergenzwinkel der Augen 704, 706 des Fahrers 108 vorgestellt.
Dies erfordert ein System zur Blickrichtungserfassung, welches mindestens die beiden Fälle "Fahrer 108 betrachtet die Fahrszene" und "Fahrer 108 betrachtet den Bildinhalt 402, 404 der transparenten Anzeige 102" zuverlässig und in Echtzeit unterscheiden kann. Betrachtet der Fahrer 108 die Fahrszene, wird die Disparität 700 zwischen den jeweilig fürs linke 708 und rechte 704 Auge auf der Windschutzscheibenanzeige 102 dargestellten Bildinhalten 402, 404 derart eingestellt, dass Doppelbilder minimiert werden. Dies entspricht einer stereoskopischen Verschiebung der Bildinhalte 402, 404 in die Betrachtungsebene des Fahrers 108. Wendet der Fahrer 108 hingegen seinen Blick auf die Bildinhalte 402 der Windschutzscheibenanzeige 102, werden diese nicht stereoskopisch dargestellt, sodass der Fahrer 108 diese Anzeige wie jede andere Fahrzeuganzeige auch wie gewohnt ablesen kann.
Eine zusätzliche Augenpositionsverfolgung ist erforderlich, um auch bei lateralen Kopfbewegungen des Fahrers 108 den autostereoskopischen Effekt aufrechtzuerhalten zu können.
Es wird ein Ablesen von auf einer Windschutzscheibe 106 stereoskopisch dargestellten Bildinhalten 402, 404 ohne Doppelbild ermöglicht. Das Ablesen kann ohne die beim Ablesen herkömmlicher Fahrzeuganzeigen (z. B. Kombiinstrument) erforderliche Konvergenzanpassung der Augen 704, 708 erfolgen. Dadurch entstehen ein Zeit- und Komfortgewinn beim Ablesen der Bildinhalte 402, 404, wodurch letztlich die Fahrsicherheit verbessert werden kann. Bei entsprechender Größenanpassung der Bildinhalte 402, 404 der Windschutzscheibenanzeige 102 können diese auch im peripheren Sichtfeld wahrgenommen und gelesen werden, sozusagen ohne direkt hinzuschauen. Die Größe der dargestellten Inhalte 402, 404 kann dann entsprechend der geringeren Augenauflösung im peripheren Sichtfeld angepasst werden.
In 9 ist eine autostereoskopische Windschutzscheibenanzeige 102 dargestellt, die den gleichen Bildinhalt 402, 404 wie in 1, jedoch stereoskopisch darstellt. Das linke 708 und rechte 704 Auge des Fahrers 108 sieht dabei jeweils eines der beiden zueinander versetzt dargestellten Objekte 402, 404. Durch die autostereoskopische Darstellung entsteht kein Doppelbild, wenn der Fahrer 108 die Fahrszene betrachtet.
10 zeigt eine Darstellung einer Verkehrsszene 202 aus Fahrersicht bei einem Sichtfeldanzeigegerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Verkehrsszene 202 entspricht im Wesentlichen der Verkehrsszene in den 2 und 3. Hier ist dargestellt, wie der Fahrer in 9, obwohl er mit dem rechten Auge das rechte Bild und mit dem linken Auge das linke Bild erfasst, ein gemeinsames unverzerrtes virtuelles Bild 412 sieht, das zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug 200 und seinem Fahrzeug 100 zu schweben scheint.
Wird der Bildinhalt 402, 404 auf der Windschutzscheibenanzeige 102 stereoskopisch dargestellt, erscheint der Bildinhalt 402, 404 nicht doppelt, wenn der Fahrer Objekte 200 der Fahrszene 202 betrachtet – in diesem Fall das vorausfahrende Fahrzeug 200. Somit können bei dieser Darstellungsart Bildinhalte 402, 404 im peripheren Sichtfeld abgelesen werden und erscheinen nicht störend.
Eine Lösung für diese Problematik ist die Darstellung von autostereoskopischen Bildinhalten 402, 404, die, falls der Fahrer 108 nicht auf die transparente Anzeige 102 schaut, derart dargestellt werden, dass sie zumindest im peripheren Sichtfeld abgelesen werden können. Wenn er direkt auf diese Bildinhalte bzw. die Anzeige sieht, wird die autostereoskopische Darstellung abgeschaltet, da sie aufgrund der geringen Bilddistanz nicht angenehm für das Auge wäre.
Die 11 und 12 zeigen Darstellungen von Komfortzonen 1200 im Zusammenhang zwischen einer virtuellen Bilddistanz 714 und einer Projektionsentfernung 712 beziehungsweise dem Betrachtungsabstand 712 bei einem Sichtfeldanzeigegerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei ist in 11 die Komfortzone 1200 für ein einzeln dargestelltes virtuelles Bild wiedergegeben. In 12 ist die Komfortzone 1200 für mehrere virtuelle Bilder dargestellt, wobei die virtuellen Bilder in unterschiedlichen Entfernungen 714 dargestellt sind. Innerhalb der Komfortzone 1200 wird von 75% der Betrachter das Betrachten von Bildinhalten als angenehm empfunden. Die Komfortzone 1200 beginnt bei einem Minimalabstand 1202 und endet bei einem Maximalabstand 1204 vom Betrachter. In der eingangs genannten Veröffentlichung „Exploring Design Parameters for a 3D Head-Up Display“ wurden Studien beschrieben, in denen die hier nur exemplarisch beschriebenen Grenzen der Komfortzone näher untersucht wurden.
Die Komfortzone 1200 wächst dabei mit steigendem Betrachtungsabstand 712. Bei gleichzeitig dargestellten Bildern in mehreren Entfernungen ist die Komfortzone 1200 kleiner, als bei einem einzelnen Bild. Zusätzlich verschiebt sich der Minimalabstand 1202 bei mehreren betrachteten Bildern gegenüber dem einzelnen Bild zu größeren Bilddistanzen 714, während sich der Maximalabstand 1204 verkleinert.
In 11 ist die Komfortzone 1200 in Abhängigkeit der virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD und der virtuellen Bilddistanz 714 VID für die Darstellung eines virtuellen 3-D-Objektes dargestellt. Die Komfortzone 1200 repräsentiert 75% der Probanden. Im Bereich benachbart zu der Komfortzone 1200 befinden sich noch 50% der Probanden innerhalb ihrer Komfortzone.
In 12 ist die Komfortzone 1200 in Abhängigkeit der virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD und der virtuellen Bilddistanz 714 VID für die Darstellung von drei virtuellen 3-D-Objekten (vorne, mitte, hinten) dargestellt. Der mittlere Bereich 1200 stellt die Komfortzone von 75% der Probanden dar. In den angrenzenden Bereichen befinden sich noch 50% der Probanden innerhalb ihrer Komfortzone.
Speziell wird in der eingangs genannten Veröffentlichung „Exploring Design Parameters for a 3D Head-Up Display“ eine Komfortzone 1200 anhand von Beispielwerten für den Zusammenhang aus virtueller Bilddistanz VID 714 und virtueller Leinwanddistanz VSD 712 für die HUD-Anwendung beschrieben. Weiterhin werden die vordere 1202 und hintere Grenze 1204 der Komfortzone 1200 näher erläutert. Dabei werden auch Systeme mit mehreren (virtuellen) Projektionsdistanzen 714 thematisiert.
Abgesehen von der in 8 beschriebenen Formel wiedergegebenen Beziehung ist die 3-D-Wahrnehmung jedes einzelnen Menschen individuell verschieden. So besitzt auch jeder Mensch einen individuellen Bereich, in dem sich die virtuelle Bilddistanz 714 VID bei einer bestimmten virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD bewegen darf, in der für ihn ein angenehmes 3-D-Sehen möglich ist. Dieser Bereich kann als Komfortzone 1200 bezeichnet werden. Die Komfortzone 1200 wird maßgeblich von Kriterien des Akkommodations-Konvergenz-Konflikts beschränkt. Wird die Komfortzone 1200 überschritten, so kann der Fahrer Missempfindungen und Unwohlsein (z. B. Augenschmerzen, Kopfschmerzen) spüren. Unter Umständen ist die gewünschte 3-D-Wahrnehmung nicht mehr möglich.
Jede Art körperlichen Missempfindens, ebenso wie der Verlust der Wahrnehmung der mittels des asHUDs dargestellten fahrrelevanten Informationen kann im Straßenverkehr ein Risiko darstellen und sowohl die Sicherheit des Fahrers als auch aller anderen Verkehrsteilnehmer gefährden.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird ein autostereoskopisches HUD mit einem adaptiven Anzeigebereich 1200 vorgestellt. Dabei wird dieser Anzeigebereich nicht nur auf den jeweiligen Fahrer, sondern auch auf dessen aktuelle körperliche und/oder psychische Situation angepasst. Hierdurch wird vermieden, dass die 3-D-Darstellung außerhalb der (momentanen) Komfortzone 1200 des Fahrers liegt, womit eine für den Fahrer angenehme Wahrnehmung garantiert wird und Augenschmerzen, Kopfweh oder Unwohlsein vermieden werden, was zu einer Erhöhung von Fahrsicherheit und Spaßfaktor führt.
Das asHUD nutzt die Daten des Head-Trackings und weitere von der Head-Tracking-Kamera erfasste Informationen, um die Größe des Anzeigebereichs 1200 und die Anzahl der Tiefenebenen, in der Bildinhalte angezeigt werden, adaptiv an die momentane Komfortzone 1200 des Fahrers anzupassen. Dadurch resultiert ein reduzierter negativer Einfluss der 3-D-Darstellung, der Symptome wie Kopfweh, Augenschmerzen, Unwohlsein verursachen kann. Weiterhin resultiert eine Reduktion der Gefahr, dass sich die Bildinformationen nicht fusionieren lassen. Auf kann eine verlängerte Nutzungsdauer erfolgen, da z. B. bei Ermüdung die Komfortzone 1200 eingeschränkt wird, wogegen ohne eine adaptive Anpassung der Fahrer das System ausschalten müsste, da die Wahrnehmung in der Darstellung für ihn unangenehm wird.
Weiterhin ergibt sich eine geringere Ermüdung des Fahrers, da die Anzeige so auf ihn angepasst wird, dass es für ihn am wenigsten anstrengend ist. Der Anzeigebereich 1200 kann individuell für gekreuzte und ungekreuzte Sehsituation unterschiedlich eingestellt werden, d. h. vordere 1202 und hintere 1204 Grenze des Anzeigebereichs 1200 können separat verändert werden. Fahrer mit besonders großer Komfortzone 1200 können diese auch nutzen. Das System kann sich auf verschiedene Fahrer/Situationen einstellen. Es ergibt sich eine Erhöhung des Erlebnisfaktors, eine Erhöhung der Sicherheit und eine Erhöhung des Komforts.
Die Komfortzone 1200 ist stark von der gewählten virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD abhängig. Je virtueller Leinwanddistanz 712 VSD ergibt sich ein bestimmter Bereich 1200 der virtuellen Bilddistanz 714 VID, in welchem Informationen dargestellt werden können, sodass sie für den Fahrer angenehm wahrnehmbar sind. Dieser Bereich 1200 in Abhängigkeit der virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in den 12 und 13 qualitativ dargestellt. In „Exploring Design Parameters for a 3D Head-Up Display; Broy; Höckh; Frederksen et al, Pervasive Displays 2014“ sind genauere Werte dargestellt. Die Komfortzone 1200 repräsentiert den als angenehm empfundenen Bereich von 75% der Probanden. Daher sollte je nach der im asHUD verwendeten virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD auch ein entsprechend angepasster Bereich 1200 innerhalb der unteren 1202 und oberen 1204 Grenze der virtuellen Bilddistanz 714 VID, VlDmin und VlDmax, für die Darstellung der Informationen gewählt werden. Bei Systemen, die mit mehreren virtuellen Leinwanddistanzen 712 VSDs oder gar einer veränderbaren virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD arbeiten, kann ebenfalls beim Wechsel oder bei Veränderung der virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD auf eine entsprechende Anpassung des für die Darstellung genutzten Bereichs 1200 der virtuellen Bilddistanz 714 VID geachtet werden.
Die Komfortzone 1200 ist allerdings nicht nur von der virtuellen Leinwanddistanz 712 VSD abhängig, sondern auch von der Anzahl virtueller Bildebenen mit unterschiedlichen virtuellen Bilddistanzen 714 VIDs, die für die Anzeige genutzt werden. Das hier vorgestellte asHUD weist auch eine Anpassung der Komfortzone 1200 in Abhängigkeit des Bildinhalts, insbesondere der Anzahl verwendeter virtueller Bildebenen auf.
Die und 12 stellen nur die Größenordnungen und den generellen Verlauf der Komfortzone in Abhängigkeit der VSD darstellen. Die konkreten Zahlenwerte sind situationsspezifisch, Details zu den zugrundeliegenden Studien können der oben genannten Veröffentlichung entnommen werden.
Des Weiteren sind diese in den 11 und 12 dargestellten empirisch ermittelten Werte nicht für jeden Fahrer gültig, hier gibt es große individuelle Unterschiede. Außerdem kann sich die Komfortzone 1200 eines Fahrers verändern. Dabei spielen Faktoren wie Ermüdung, Kontrast, Nutzungsdauer, Sehfehler etc. eine große Rolle. Daher wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Systems nicht nur wie oben beschrieben die virtuelle Leinwanddistanz 712 VSD und die Anzahl der virtuellen Ebenen berücksichtigt, sondern auch ein individueller, zeitlich veränderlicher Zustand des Fahrers.
In einem einfachen Ausführungsbeispiel hat der Fahrer die Möglichkeit, dem System eine Rückmeldung zu geben, falls seine Komfortzone 1200 verletzt wird, d. h., falls er die aktuelle Darstellung als unangenehm empfindet. Das Eingabegerät kann dabei z. B. aus einem Drehknopf, aus Bedienelementen, Lenkradtasten, einem Touch-Display oder auch einer Sprach- oder Gestensteuerung bestehen. Dabei kann es sich um eine einfache Eingabe handeln, indem der Fahrer nur die Größe der genutzten Komfortzone 1200 verkleinern oder vergrößern kann, oder aber um eine komplexere Eingabe, die es dem Fahrer ermöglicht, die vordere 1202 und die hintere 1204 Grenze der virtuellen Bilddistanz 714 VID und/oder die maximale Anzahl der Tiefenebenen mittels des Eingabegeräts direkt einzustellen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das System komplexer. Das System erkennt automatisch, wenn die Komfortzone 1200 des Fahrers überschritten wird, und regelt diese automatisch nach.
Die Beobachtung des Fahrers erlaubt es, den Anzeigebereich 714 an die momentane Komfortzone 1200 des Fahrers anzupassen. Dazu werden aus den Kamerabildern des Head-Tracking-Systems Informationen gewonnen.
Allgemeine Ermüdung kann anhand eines veränderten Lenkverhaltens oder aus dem Kamerabild des Gesichts des Fahrers ermittelt werden. Hier werden z. B. Blick, Lidschlussfrequenz, Lidschlussdauer, prozentuales Augenschließen oder Gähnen berücksichtigt. Aus den Informationen des Lenkwinkelsensors und über die Head-Tracking-Kamera kann somit der Ermüdungszustand des Fahrers erfasst werden. Sollte eine Ermüdung vorhanden sein, wird in diesem Fall davon ausgegangen, dass eine vereinfachte Darstellung mit verkleinertem Anzeigebereich 714 und weniger Tiefenebenen angebracht ist.
Die Verkleinerung des Anzeigebereichs kann dabei z. B. in Schritten von 20% hinsichtlich der vorderen Grenze 1202 (VIDmin wird um 20% vergrößert) und in Schritten von 10% hinsichtlich der hinteren Grenze 1204 (VIDmax wird um 10% verkleinert) geregelt werden. Gleichzeitig kann die Anzahl der genutzten Tiefenebenen jeweils um eins abnehmen. Nach jedem Schritt erfolgt eine erneute Auswertung des Fahrerverhaltens und ggf. ein weiterer Schritt. Ist ein Zustand erreicht, bei dem der Fahrer wieder problemlos mit der HUD-Anzeige umgehen kann, so wird er zunächst beibehalten. Sollte die fortlaufende Beobachtung des Fahrers den Schluss zulassen, dass ihm das Ablesen der Anzeige zunehmend leicht fällt, so kann das System seinen Anzeigebereich 1200 in denselben Schritten in die jeweils andere Richtung wieder vergrößern.
Das vorgeschlagene System ist nicht nur in der Lage, mittels Eye-Tracking die Blickrichtung des Fahrers zu ermitteln, sondern auch, aus dem Grad der Innenrotation der beiden Augen auf die Konvergenzebene der Sehachsen des Fahrers zu schließen. Damit ist es möglich, die Dauer der Betrachtung des Bildinhalts und ihre Veränderung über die Zeit zu erkennen. Um den Bildinhalt erfassen zu können, ist es erforderlich, dass sowohl die Blickrichtung als auch die Konvergenzebene der Sehachsen zum dargestellten Objekt passen. Dauert es zunehmend länger, bis der Fahrer diesen konsistenten Betrachtungszustand erreicht, so kann von steigenden Fusionsschwierigkeiten ausgegangen werden. Das System speichert, wie lange der Fahrer braucht, bis Blickrichtung und Konvergenzebene angepasst sind und wie lange er auf ein dargestelltes Objekt blickt. Sollte diese Zeit für den jeweiligen Fahrer untypisch hoch sein oder einen zuvor definierten absoluten Wert überschreiten bzw. mit der Nutzungsdauer deutlich steigen, so reagiert das System wie oben beschrieben mit einer Verkleinerung der Komfortzone 1200 und der Anzahl der genutzten Tiefenebenen.
Sollte der Fahrer weiterhin nicht in der Lage sein, die Bilder zu fusionieren, wird der 3-D-Modus abgeschaltet. Das System arbeitet dann als 2-D-HUD und kann die perspektivische Darstellung nutzen. Nach der nächsten Fahrtunterbrechung oder auf Wunsch des Fahrers wird der 3-D-Modus wieder angeschaltet. Der Fahrer benutzt dazu ggf. das oben beschriebene Eingabegerät.
Das System gleicht die aus der Fahrerbeobachtung gewonnenen Daten mit dem zur jeweiligen Zeit angezeigten Bildinhalt ab. Aus diesem Vergleich geht hervor, welche Information den Fahrer derzeit am meisten interessiert. Diese kann dann beispielsweise in der Mitte des Gesichtsfelds und, sofern sie nicht kontaktanalog angezeigt wird, in der Mitte des Anzeigebereichs platziert werden, wobei jeweils z. B. über eine Minute beobachtet und dann darauf reagiert werden kann.
Zusammenfassend lässt sich anmerken, dass das hier vorgestellte System in der Lage ist, die Tiefenposition 714 der Bildinhalte anzupassen und die verwendeten Tiefenebenen enger zu staffeln sowie ihre Zahl zu verkleinern, wenn die Gesamtheit der oben beschriebenen Informationen diesem System anzeigt, dass sich Bildinhalte momentan außerhalb des für den Fahrer angenehmen Bereichs 1200 befinden. Ziel ist es dabei, dass ausschließlich die individuelle instantane Komfortzone 1200 des Fahrers genutzt wird. Sollte der Fahrer also beispielsweise schon länger unterwegs sein, und es zusätzlich oder alternativ dunkel und der Fahrer müde werden, so seine Komfortzone 1200 kleiner werden. Möglicherweise fällt es dem Fahrer dann zunehmend schwer, die bei kleiner virtueller Bilddistanz 714 VID dargestellten Information zu erkennen. In diesem Fall benötigt er mehr Zeit, um diese Informationen abzulesen. Das System reagiert darauf und vergrößert die kleinste benutzte virtuelle Bilddistanz 1202 VID, bis das System keine Schwierigkeiten des Fahrers bezüglich der Nutzung des asHUDs mit adaptivem Anzeigebereich mehr feststellen kann.
13 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1500 zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 1500 weist einen Schritt 1500 des Einstellens eines Versatzes zwischen einem rechten Bild und einem linken Bild des Sichtfeldanzeigegeräts auf. Dabei wird der Versatz unter Verwendung eines Konvergenzwinkels zwischen einer rechten Sehachse des rechten Auges und einer linken Sehachse des linken Auges eines Betrachters des Sichtfeldanzeigegeräts eingestellt. Die Bilder werden in einem Teilschritt 1502 versatzlos eingestellt, wenn sich die Sehachsen in einer Projektionsebene der Bilder kreuzen.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 1500 einen Schritt 1504 des Bestimmens auf. Der Schritt 1504 weist mehrere Teilschritte 1504 auf. In einem ersten Teilschritt 1504 wird eine Blickrichtung des Betrachters bestimmt. In einem zweiten Teilschritt 1504 wird der Konvergenzwinkel bestimmt. In einem dritten Teilschritt 1504 wird eine Augenposition bestimmt.
Beim Bestimmen der Blickrichtung wird unterschieden, ob der Betrachter in die Ferne schaut, oder ob der Betrachter auf die Sichtfeldanzeige schaut. Beim Bestimmen des Konvergenzwinkels werden die Sehachsen des rechten und linken Auges unter Berücksichtigung eines Augenabstands der Augen ausgewertet. Beim Bestimmen der Augenposition werden der Augenabstand und eine Relativposition der Augen zu dem Sichtfeldanzeigegerät bestimmt. Wenn der Betrachter in die Ferne schaut, wird der Versatz in einem Schritt 1506 des Berechnens unter Verwendung des Konvergenzwinkels berechnet und im Schritt 1502 des Einstellens die Bilder stereoskopisch eingestellt. Wenn der Betrachter auf die Sichtfeldanzeige schaut, werden im Schritt 1502 des Einstellens die Bilder versatzlos beziehungsweise monoskopisch dargestellt.
In einem weiteren Teilschritt 1506 des Berechnens wird ferner eine Position der Bilder auf der Sichtfeldanzeige berechnet, um Kopfbewegungen des Betrachters auszugleichen.
Im Schritt 1502 des Einstellens werden die Bildinhalte ferner für das Sichtfeldanzeigegerät aufbereitet.
Das Ablaufdiagramm zeigt eine beispielhafte Ausprägung des erfindungsgemäßen Anzeigesystems. Ein nicht näher beschriebenes Fahrerbeobachtungssystem erfasst die Blickrichtung, den oben beschriebenen Konvergenzwinkel Theta und die Augenposition des Fahrers. Falls der Fahrer seinen Blick auf die transparente Anzeige gerichtet hat, werden deren Inhalte monoskopisch dargestellt. Falls der Fahrer die Fahrszene beobachtet, werden die Inhalte der transparenten Anzeige gemäß angegebener Formel d ≈ θ·(z – s) durch Anpassung der Disparität in die Fahrszene geschoben, um sonst auftretende Doppelbilder zu eliminieren. Weiterhin wird die Augenposition des Fahrers ermittelt, um die in der Fahrszene stereoskopisch verschobenen Bildinhalte bei lateralen Kopfbewegungen des Fahrers in ihrer Position gemäß des Tiefenhinweises Bewegungsparallaxe entsprechend dynamisch anzupassen.
14 zeigt eine Darstellung einer Funktionsweise eines Verfahrens zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei stellt das Sichtfeldanzeigegerät für einen Betrachter 108 beziehungsweise Fahrer 108 ein rechtes Bild 402 für das rechte Auge und ein linkes Bild 404 für das linke Auge bereit. Der Betrachter 108 wird durch eine Kamera 414 eines Fahrerüberwachungssystems aufgezeichnet. Die Kamera 414 stellt ein Kamerabild 1600 beziehungsweise eine Videoinformation 1600 bereit. Das Kamerabild 1600 wird in einem Steuergerät 400 ausgewertet. Dabei wird in einer ersten Auswerteeinrichtung 1602 das Kamerabild 1600 ausgewertet, um einen Bildinhalt für das Sichtfeldanzeigegerät 102 anzupassen. Dabei werden insbesondere Augenpositionen 1604 und Sehachsen 1606 der Augen ausgewertet und zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt.
In einer zweiten Auswerteeinrichtung 1608 wird das Kamerabild 1600 ausgewertet, um eine Komfortzone 1610 des Betrachters 108 zu erkennen. Dabei wird anhand körperlicher Reaktionen ein Belastungszustand des Betrachters 108 ermittelt. Die Komfortzone 1610 ist abhängig von dem Belastungszustand.
Unter Verwendung der Augenpositionen 1604 und Sehachsen 1606 wird in einer Einrichtung 1612 zum Bestimmen ein Versatz 700 zwischen dem rechten Bild 402 und dem linken Bild 404 bestimmt. In einer Einrichtung 1614 zum Einstellen wird der Versatz 700 zwischen den Bildern eingestellt, indem darzustellende Bildinhalte an eine durch den Versatz bestimmte Position bewegt werden. Dabei wird eine rechte Bildinformation 1616 und eine linke Bildinformation 1618 bereitgestellt.
In einer Einrichtung 1620 zum Anpassen werden die rechte und linke Bildinformation 1616, 1618 unter Verwendung der Komfortzone 1610 angepasst. Falls der Versatz 700 außerhalb der Komfortzone liegt, wird der Versatz begrenzt. Die Einrichtung 1620 stellt eine angepasste rechte Bildinformation 1622 und eine angepasste linke Bildinformation 1624 für das Sichtfeldanzeigegerät 102 bereit.
Somit ergibt sich eine Regelschleife, bei der die Reaktion des Betrachters 108 maßgeblich zum Einstellen der Komfortzone 1610 ist.
Mit anderen Worten zeigt 16 die Eingliederung des hier vorgestellten Ansatzes in die Funktionsweise eines autostereoskopischen Head-Up Displays 102.
Dabei kann das komplexere Ausführungsbeispiel mit dem einfacheren Ausführungsbeispiel kombiniert werden. Das System 400 arbeitet automatisch, aber der Fahrer kann es nicht nur abschalten, sondern auch wie in der einfacheren Ausführungsform manuell an seine Wünsche anpassen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das automatisierte System als lernendes System ausgelegt, sodass es die einzelnen Fahrer und ihre typischen Einstellungen und Ermüdungserscheinungen kennenlernt und abspeichert. Die ideale Anpassung kann somit immer schneller und reibungsloser vonstattengehen.
Es ist eine schematische Darstellung der Funktionsweise des asHUD 102 mit Komfortzonen-Anpassung dargestellt.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 1998/035260 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Exploring Design Parameters for a 3D Head-Up Display; Broy; Höckh; Frederksen et al; Pervasive Displays 2014 [0003]
Exploring Design Parameters for a 3D Head-Up Display; Broy; Höckh; Frederksen et al, Pervasive Displays 2014 [0088]

Claims

Verfahren (1500) zum Betreiben eines autostereoskopischen Sichtfeldanzeigegeräts (102) für ein Fahrzeug (100), wobei das Verfahren (1500) den folgenden Schritt aufweist: Einstellen (1502) eines Versatzes (700) zwischen einem rechten Bild (402) und einem linken Bild (404) des Sichtfeldanzeigegeräts (102) unter Verwendung eines Konvergenzwinkels (702) zwischen einer rechten Sehachse (502) des rechten Auges (704) und einer linken Sehachse (502) des linken Auges (708) eines Betrachters (108) des Sichtfeldanzeigegeräts (102), wobei die Bilder (402, 404) versatzlos eingestellt werden, wenn sich die Sehachsen (502) in einer Projektionsebene (504) der Bilder (402, 404) kreuzen.
Verfahren (1500) gemäß Anspruch 1, mit einem Schritt (506) des Bestimmens einer Position der Bilder (402, 404) in der Projektionsebene (504) unter Verwendung der Sehachsen (502) und Augenpositionen des Betrachters (108), wobei im Schritt des Einstellens (1502) ferner die bestimmte Position eingestellt wird.
Verfahren (1500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Einlesens von Augeninformationen von einer Augenerfassungseinrichtung (414) des Fahrzeugs (100), die dazu ausgebildet ist, die Augen (704, 708) des Betrachters (108) zu erfassen, wobei Augenpositionen in einem rechten und linken Augenpositionswert (1604) der Augeninformationen abgebildet werden und die Sehachsen (502) in einem rechten und linken Blickrichtungswert (1606) der Augeninformationen abgebildet werden, wobei im Schritt (1502) des Einstellens der Konvergenzwinkel (702) aus den Blickrichtungswerten (1606) und den Augenpositionswerten (1604) ermittelt wird.
Verfahren (1500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (1502) des Einstellens der Versatz (700) innerhalb eines betrachterabhängigen Komfortbereichs (1200) eingestellt wird.
Verfahren (1500) gemäß Anspruch 4, mit einem Schritt des Anpassens des Komfortbereichs (1200), wobei der Komfortbereich (1200) ansprechend auf eine Eingabe des Benutzers (108) angepasst wird.
Verfahren (1500) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 5, bei dem im Schritt des Anpassens der Komfortbereich (1200) abhängig von einer Anzahl an darzustellenden Tiefenebenen angepasst wird, wobei der Komfortbereich (1200) verkleinert wird, wenn eine Anzahl der Tiefenebenen vergrößert wird.
Verfahren (1500) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem im Schritt des Anpassens der Komfortbereich (1200) benutzerabhängig verändert wird, wobei der Komfortbereich (1200) verkleinert wird, wenn der Betrachter (108) ermüdet.
Verfahren (1500) gemäß Anspruch 7, bei dem im Schritt des Anpassens eine Ermüdung des Betrachters (108) unter Verwendung der Augeninformationen erkannt wird, wobei insbesondere eine Lidschlussfrequenz und/oder Lidschlussdauer ausgewertet wird.
Steuergerät (400), das ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens (1500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.