DE102015217795A1 - Method for operating an input device, input device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Eingabevorrichtung (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die einen berührungsempfindlichen Bildschirm (2) und eine Sensoreinrichtung (3) zum Erfassen von berührungslosen Freihandgesten, mit wenigstens zwei Infrarotstrahlern (8) zum Anstrahlen einer Hand eines Benutzers in einem vorgebbaren Erfassungsraum, in welchem auch der Bildschirm (2) liegt, und mit wenigstens einem Sensor (7) zum Erfassen von an der Hand reflektierter Strahlung der Infrarotstrahler, aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (3) zur Bestimmung der Reflektanz der Hand kalibriert wird, wenn die Hand den Bildschirm (2) an zumindest einer Berührungsstelle (B) berührt. Es ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung (3) vorab zumindest einmal mit einer den Bildschirm (2) an der Berührungsstelle (B) berührenden Referenzhand kalibriert wird, dass anschließend die Reflektanz der Hand mit einer Referenzreflektanz der Referenzhand an der Berührungsstelle (B) zum Bilden eines Korrekturwertes (K) verglichen wird, und dass eine Freihandgeste der Hand in Abhängigkeit des Korrekturwertes (K) erfasst wird.The invention relates to a method for operating an input device (1), in particular a motor vehicle, comprising a touch - sensitive screen (2) and a sensor device (3) for detecting hands - free hands gestures, comprising at least two infrared radiators (8) for illuminating a hand of a user a predeterminable detection space, in which also the screen (2) is located, and having at least one sensor (7) for detecting hand-reflected radiation of the infrared radiator, wherein the sensor device (3) is calibrated to determine the reflectance of the hand, when the hand touches the screen (2) at at least one point of contact (B). It is provided that the sensor device (3) is calibrated in advance at least once with a reference hand touching the screen (2) at the contact point (B), that subsequently the reflectance of the hand with a reference reflectance of the reference hand at the contact point (B) is formed a correction value (K) is compared, and that a freehand gesture of the hand is detected as a function of the correction value (K).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Eingabevorrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die einen berührungsempfindlichen Bildschirm und eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von berührungslosen Freihandgesten, mit wenigstens zwei Infrarotstrahlern zum Ausstrahlen einer Hand eines Benutzers in einem vorgebbaren Erfassungsraum, in welchem auch der Bildschirm liegt, und mit wenigstens einem Sensor zum Erfassen von an der Hand reflektierter Strahlung der Infrarotstrahler aufweist, wobei die Sensoreinrichtung zur Bestimmung der Reflektanz der Hand kalibriert wird, wenn die Hand den Bildschirm an zumindest einer Berührungsstelle berührt.The invention relates to a method for operating an input device, in particular a motor vehicle, comprising a touch-sensitive screen and a sensor device for detecting non-contact freehand gestures, with at least two infrared radiators for emitting a hand of a user in a predetermined detection space in which the screen is located, and comprising at least one sensor for detecting hand-reflected radiation of the infrared radiator, wherein the sensor device is calibrated to determine the reflectance of the hand when the hand touches the screen at at least one point of contact.

Ferner betrifft die Erfindung die oben beschriebene Eingabevorrichtung.Furthermore, the invention relates to the input device described above.

Stand der TechnikState of the art

Eingabevorrichtungen, die das Erfassen von Freihandgesten, also das Erfassen von Gesten, die keinen Sensor berühren, ermöglichen, finden immer häufiger Anwendung, insbesondere im Kraftfahrzeugbau. Eine kostengünstige Realisierungsmöglichkeit einer derartigen Eingabevorrichtung basiert auf der Auswertung von reflektiertem Infrarotlicht, das von mindestens zwei Infrarotstrahlern ausgestrahlt und von der Hand eines Benutzers reflektiert wird. Diese reflektierte Strahlung wird von einem Sensor erfasst und in Abhängigkeit der erfassten reflektierten Strahlung die Position oder eine Positionsänderung der Hand des Bedieners in einem vorgebbaren Erfassungsraum ausgewertet, um eine Freiraumgeste zu erkennen. Der Erfassungsraum wird dabei im Wesentlichen durch den Sensor selbst bestimmt. Darüber hinaus kann der Erfassungsraum auch dadurch begrenzt werden, dass reflektierte Infrarotstrahlung, die einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet, bei der Auswertung von Freihandgesten ignoriert wird. Dadurch soll vermieden werden, dass unbeabsichtigte Gesten, die in der Nähe des Sensors ausgeführt werden, als Freihandgesten erfasst und ausgewertet werden.Input devices which enable the detection of free-hand gestures, that is to say the detection of gestures that do not touch a sensor, are finding increasing application, in particular in motor vehicle construction. A cost-effective implementation of such an input device is based on the evaluation of reflected infrared light, which is emitted by at least two infrared radiators and reflected by the hand of a user. This reflected radiation is detected by a sensor and evaluated in dependence of the detected reflected radiation, the position or a change in position of the hand of the operator in a predetermined detection space to detect a free space gesture. The detection space is essentially determined by the sensor itself. In addition, the detection space can also be limited by the fact that reflected infrared radiation that does not exceed a predetermined limit is ignored in the evaluation of freehand gestures. This is to avoid that unintentional gestures that are carried out in the vicinity of the sensor are detected and evaluated as freehand gestures.

Weil derartige Eingabevorrichtungen nur die Amplitude der reflektierten Strahlung und deren Veränderung über die Zeit auswerten, ist es nicht möglich, einen absoluten Wert für eine Entfernung der Hand zu dem Sensor zu berechnen, weil die reflektierte Strahlung nicht nur von dem Abstand der Hand zum Sensor, sondern auch von der Reflektanz beziehungsweise von dem Reflektierungsgrad der Hand selbst abhängig ist. Es ist daher bekannt, eine derartige Sensoreinrichtung zum Erfassen von berührungslosen Freihandgesten zu kalibrieren. Dazu wird beispielsweise die Reflektanz der Hand zu einem Zeitpunkt gemessen, zu welchem die Hand außerdem den Bildschirm an einer Berührungsstelle berührt, sodass anhand der Berührung des Bildschirms die Position der Hand im Raum bezogen auf den Sensor in Abhängigkeit von den Koordinaten der Berührungsstelle auf dem Bildschirm eindeutig festgelegt und dabei die Reflektanz der Hand bestimmt und bei der Auswertung von Freihandgesten berücksichtigt werden kann.Because such input devices only evaluate the amplitude of the reflected radiation and its change over time, it is not possible to calculate an absolute value for hand removal to the sensor, because the reflected radiation is not limited only to the distance of the hand to the sensor, but also depends on the reflectance or the degree of reflection of the hand itself. It is therefore known to calibrate such a sensor device for detecting contactless freehand gestures. For this purpose, for example, the reflectance of the hand is measured at a time at which the hand also touches the screen at a touch location, so that based on the touch of the screen, the position of the hand in space relative to the sensor depending on the coordinates of the point of contact on the screen clearly defined and thereby the reflectance of the hand can be determined and taken into account in the evaluation of freehand gestures.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass das Bestimmen der Reflektanz der Hand verbessert und die Erfassung von Freihandgesten fahrerindividuell beziehungsweise Benutzerindividuell optimiert wird. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung vorab zumindest einmal mit einer den Bildschirm an der Berührungsstelle berührenden Referenzhand kalibriert wird, dass anschließend die Reflektanz der Hand mit einer Referenzreflektanz der Referenzhand an der Berührungsstelle zum Bilden eines Korrekturwertes verglichen wird, und dass eine Freihandgeste der Hand in Abhängigkeit des Korrekturwertes, insbesondere Korrekturfaktor, bestimmt wird. Es ist also vorgesehen, dass die Kalibrierung zunächst mit einer Referenzhand durchgeführt wird, die eine Referenzreflektanz aufweist. Die Referenzreflektanz ist nachvollziehbar, gegebenenfalls berechnet und somit bei der Ersteinrichtung der Eingabevorrichtung stets gleich. An derselben Berührungsstelle, an welcher die Referenzreflektanz erfasst wird, wird wenigstens einmal zu einem späteren Zeitpunkt die Reflektanz der Hand des aktuellen Benutzers ermittelt und mit der Referenzreflektanz verglichen. Dadurch wird erreicht, dass der Reflektionsunterschied von der Hand zu der Referenzhand ermittelt und bei der weiteren Auswertung von Freihandgesten berücksichtigt wird, sodass je nach Hauttyp oder aktueller Hautfarbe des Benutzers stets eine sichere und eindeutige Bedienung der Eingabevorrichtung durch berührungslose Freihandgesten gewährleistet ist. Die Berührungsstelle wird dabei durch den berührungsempfindlichen Bildschirm ermittelt, der insbesondere Koordinaten der Berührungsstelle auf dem Bildschirm feststellt, sodass die Koordinaten zusammen mit der erfassten Reflektanz beziehungsweise Referenzreflektanz gespeichert werden. Somit kann es sich bei der Berührungsstelle grundsätzlich um eine beliebige Position auf dem Bildschirm handeln.The method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the determination of the reflectance of the hand improves and the detection of free-hand gestures is optimized for each driver or user individually. According to the invention, the sensor device is calibrated in advance at least once with a reference hand touching the screen at the contact point, and then the reflectance of the hand is compared with a reference reflectance of the reference hand at the point of contact to form a correction value, and a free hand gesture of the hand depending on the correction value, in particular correction factor, is determined. It is thus provided that the calibration is first carried out with a reference hand having a reference reflectance. The reference reflectance is traceable, possibly calculated and thus always the same at the initial setup of the input device. At the same contact point at which the reference reflectance is detected, the reflectance of the hand of the current user is determined at least once at a later point in time and compared with the reference reflectance. This ensures that the reflection difference is determined by the hand to the reference hand and taken into account in the further evaluation of freehand gestures, so depending on the skin type or current skin color of the user always safe and unambiguous operation of the input device is ensured by non-contact freehand gestures. The contact point is determined by the touch-sensitive screen, which detects in particular coordinates of the touch point on the screen, so that the coordinates are stored together with the detected reflectance or reference reflectance. Thus, the point of contact can basically be any position on the screen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Referenzhand eine mit einem reflektierenden Handschuh versehene Hand verwendet wird. Der reflektierende Handschuh weist eine Standard- beziehungsweise die Referenzreflektanz auf und ist insofern nachvollziehbar bei der Produktion zur Kalibrierung einsetzbar. So kann beispielsweise am Bandende oder bei Inbetriebnahme der Eingabevorrichtung mittels des reflektierenden Handschuhs die Ersteinrichtung der Eingabevorrichtung durchgeführt werden. Alternativ zu dem Verwenden eines reflektierenden Handschuhs kann auch eine künstliche Hand verwendet werden, welche die Referenzreflektanz aufweist. Der Handschuh oder die künstliche Hand weisen dazu eine die Referenzreflektanz gewährleistende Farbe oder Oberfläche auf. According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that a hand provided with a reflective glove is used as reference hand. The reflective glove has a standard or reference reflectance and can therefore be used comprehensibly in production for calibration. For example, at the end of the tape or at Commissioning the input device by means of the reflective glove, the initial setup of the input device are performed. As an alternative to using a reflective glove, an artificial hand having the reference reflectance may also be used. The glove or the artificial hand to have a reference reflectance ensuring color or surface.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung an mehreren Berührungsstellen kalibriert wird. Dadurch wird berücksichtigt, dass die reflektierten Infrarotstrahlen mit zunehmender Entfernung zum Sensor in ihrer Intensität abnehmen. Durch das Erfassen der Referenzreflektanz und der Reflektanz der Hand an mehreren Berührungsstellen, die durch den berührungsempfindlichen Bildschirm eindeutig festgestellt werden können, wird somit das Reflektierverhalten der Hand insbesondere im Erfassungsraum im Bereich des Bildschirms optimal erfasst und zur Bestimmung beziehungsweise Erfassung von Freihandgesten berücksichtigt. According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the sensor device is calibrated at several points of contact. This takes into account that the reflected infrared rays decrease in intensity with increasing distance to the sensor. By detecting the reference reflectance and the reflectance of the hand at several points of contact, which can be clearly determined by the touch-sensitive screen, the Reflektierverhalten the hand is thus optimally recorded in particular in the detection space in the area of the screen and taken into account for the determination or detection of freehand gestures.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die Berührungsstellen durch von dem Bildschirm angezeigten Markierungen vorgegeben werden. Dadurch wird dem Benutzer beispielsweise angezeigt, an welchen Stellen er den Bildschirm zur Kalibrierung der Eingabevorrichtung berühren soll. Dadurch kann gewährleistet werden, dass vorteilhafte Berührungsstellen zur Kalibrierung der Eingabevorrichtung verwendet werden. Insbesondere werden als Markierungen Eingabeelemente durch den Bildschirm angezeigt, die durch Berührung des Bildschirms von dem Benutzer verwendet werden können. Dadurch erhält der Benutzer bei der Kalibrierung beispielsweise eine Rückmeldung durch die Eingabevorrichtung, ob der Kalibriervorgang an der gerade ausgewählten Berührungsstelle erfolgreich durchgeführt werden konnte.According to an advantageous development of the invention, it is additionally provided that the points of contact are predetermined by markings displayed by the screen. As a result, the user is shown, for example, where he should touch the screen for calibration of the input device. This can ensure that advantageous points of contact are used for calibrating the input device. In particular, input elements are displayed as marks through the screen, which can be used by touching the screen by the user. As a result, the user receives during calibration, for example, a response by the input device, if the calibration process could be successfully performed at the just selected point of contact.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass für jede Berührungsstelle ein Korrekturwert bestimmt wird. Somit werden mehrere Korrekturwerte oder Korrekturfaktoren bestimmt, die gegebenenfalls voneinander unterschiedlich sind. Dadurch wird das Erfassen von Freihandgesten weiter optimiert. Insbesondere wird die Abstimmung der Hand des Benutzers im Bezug zur Referenzhand verbessert.Furthermore, it is preferably provided that a correction value is determined for each contact point. Thus, a plurality of correction values or correction factors are determined, which may be different from each other. This further optimizes the capture of freehand gestures. In particular, the tuning of the user's hand with respect to the reference hand is improved.

Besonders bevorzugt wird der jeweilige Korrekturwert aus dem Verhältnis von der Reflektanz zu der Referenzreflektanz an der jeweiligen Berührungsstelle bestimmt. Hierdurch ergibt sich ein einfach zu ermittelnder Korrekturfaktor, der für das weitere Verfahren verwendet werden kann.Particularly preferably, the respective correction value is determined from the ratio of the reflectance to the reference reflectance at the respective contact point. This results in an easily determinable correction factor that can be used for the further process.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Reflektanz an zumindest einer Berührungsstelle mehrfach erfasst und aus den dabei erfassten Werten ein Reflektanz-Mittelwert bestimmt und dem Vergleich mit der Referenzreflektanz zugrunde gelegt wird. Durch das Bilden eines Mittelwerts, durch eine mehrmalige Kalibrierung wird das Verfahren weiter optimiert. Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass aus den erfassten Reflektanzwerten, die an unterschiedlichen Berührungsstellen erfasst wurden, ein Reflektanzmittelwert bestimmt wird, um das Verfahren zu vereinfachen und insbesondere einen Rechenaufwand zu reduzieren. Der so gebildete Mittelwert steht dann als Reflektanzmittelwert dem Vergleich mit der Referenzreflektanz zur Verfügung, um einen oder mehrere Korrekturwerte zu bilden.Furthermore, it is preferably provided that the reflectance is detected several times at at least one point of contact, and a reflectance average is determined from the values detected thereby and based on the comparison with the reference reflectance. By forming an average, by repeated calibration, the method is further optimized. Alternatively, it is preferably provided that from the detected reflectance values which were detected at different points of contact, a reflectance average value is determined in order to simplify the method and in particular to reduce a computation outlay. The mean value thus formed is then available as a reflectance average for comparison with the reference reflectance to form one or more correction values.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Standardabweichung für jeden Reflektanz-Mittelwert bestimmt und bei der Erfassung einer Freihandbewegung berücksichtigt wird. Durch das Berücksichtigen der Standardabweichung kann das Erfassen von Freihandgesten weiter optimiert werden.Furthermore, it is preferably provided that a standard deviation is determined for each reflectance mean value and taken into account in the detection of a free-hand movement. By considering the standard deviation, capturing freehand gestures can be further optimized.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass nur Freihandgesten mit einer Hand erfasst werden, deren durch den Korrekturwert korrigierte Reflektanz einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Dadurch wird insbesondere der Erfassungsraum begrenzt, innerhalb dessen eine Freihandgeste als solche durch die Eingabevorrichtung erkannt wird. Der Raum wird dabei in Abhängigkeit von der Entfernung der Hand zum Sensor begrenzt.Furthermore, it is preferably provided that only free-hand gestures are detected with one hand whose corrected by the correction value reflectance exceeds a predetermined limit. As a result, in particular the detection space is limited, within which a free-hand gesture is recognized as such by the input device. The space is limited depending on the distance of the hand to the sensor.

Die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.The input device according to the invention with the features of claim 10 is characterized by a specially prepared control unit, which performs the inventive method when used as intended. Further advantages and preferred features emerge in particular from the previously described and from the claims.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigenIn the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show this

1 eine Eingabevorrichtung eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Draufsicht, 1 an input device of a motor vehicle in a simplified plan view,

2 Referenzreflektanzwerte, 2 Referenzreflektanzwerte,

3 Reflektanzwerte der Hand eines Benutzers und 3 Reflectance values of a user's hand and

4 Korrekturfaktoren. 4 Correction factors.

1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Eingabevorrichtung 1 für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, die einen berührungsempfindlichen Bildschirm 2 sowie eine Sensoreinrichtung 3 zum berührungslosen Erfassen von Freihandgesten aufweist. Der berührungsempfindliche Bildschirm 2 ist beispielsweise als digitale Anzeige, insbesondere als Touchscreen ausgebildet, der beispielsweise in ein Armaturenbrett 4 des Kraftfahrzeugs eingelassen angeordnet ist. Der Bildschirm 2 weist einerseits eine Anzeige zum Darstellen von Informationen und andererseits Mittel zum Erfassen der Berührungsstelle einer Hand eines Benutzers an dem Bildschirm auf. Durch das Berühren des Bildschirms 2 kann in der Ebene des Bildschirms 2 eindeutig die Position der Berührungsstelle in einem 2D-Koordinatensystem erfasst werden. Hierzu können bekannte Verfahren und Vorrichtungen eingesetzt werden. 1 shows in a simplified representation of an input device 1 for a vehicle, in particular a motor vehicle, which has a touch-sensitive screen 2 and a sensor device 3 for the contactless detection of freehand gestures. The touch-sensitive screen 2 is for example designed as a digital display, in particular as a touchscreen, for example, in a dashboard 4 is arranged embedded in the motor vehicle. The screen 2 On the one hand has a display for displaying information and on the other hand means for detecting the point of contact of a user's hand on the screen. By touching the screen 2 can be in the plane of the screen 2 clearly the position of the point of contact in a 2D coordinate system are detected. For this purpose, known methods and devices can be used.

Die Sensoreinrichtung 3 weist zwei Sensorgruppen 5 und 6 auf, die gleich ausgebildet sind. Jede der Sensorgruppen 5, 6 weist einen Infrarotsensor 7 sowie jeweils zwei beabstandet zu dem jeweiligen Sensor 7 angeordnete Infrarotstrahler 8 auf. Die beiden Sensorgruppen 5 und 6 sind dabei jeweils einer in der Darstellung vertikal ausgerichteten Seitenkante des Bildschirms 2 zugeordnet und aufeinander zuweisend ausgerichtet. Dadurch strahlen die Infrarotstrahler 8 beide in Richtung des Bildschirms 2. Führt ein Benutzer seine Hand in Richtung des Bildschirms 2 beziehungsweise in einen Bereich zwischen den Sensorgruppen 5 und 6, so werden die von den Infrarotstrahlern 8 ausgestrahlten Infrarotstrahlen an der Hand reflektiert und diese Reflektion wird von dem jeweiligen Infrarotsensor 7 erfasst und ausgewertet, um die Position der Hand, insbesondere eines Fingers der Hand, in dem zwischen den Sensorgruppen 5 und 6 liegenden Erfassungsraum der Sensoreinrichtung 3 zu bestimmen. Dabei wird die Amplitude der reflektierten Infrarotstrahlung sowie deren Veränderung überwacht, um die Position beziehungsweise eine Positionsänderung der Hand zu erfassen.The sensor device 3 has two sensor groups 5 and 6 on, which are the same education. Each of the sensor groups 5 . 6 has an infrared sensor 7 and two each spaced from the respective sensor 7 arranged infrared radiator 8th on. The two sensor groups 5 and 6 are each one in the representation vertically oriented side edge of the screen 2 assigned and aligned facing each other. As a result, the infrared radiators radiate 8th both towards the screen 2 , A user guides his hand towards the screen 2 or in an area between the sensor groups 5 and 6 so are the ones from the infrared heaters 8th emitted infrared rays reflected by the hand and this reflection is from the respective infrared sensor 7 recorded and evaluated to the position of the hand, especially a finger of the hand in which between the sensor groups 5 and 6 lying detection space of the sensor device 3 to determine. In this case, the amplitude of the reflected infrared radiation and its change is monitored to detect the position or a change in position of the hand.

Um eine absolute Position der Hand in dem Erfassungsraum zwischen den Sensorgruppen 5, 6 bestimmen zu können, ist die Reflektanz beziehungsweise der Reflektierungsgrad der Hand von hoher Bedeutung. Erst in Kenntnis des Reflektierungsgrads kann anhand der reflektierten Infrarotstrahlung ermittelt werden, wo sich die Hand in dem Erfassungsraum absolut befindet. Die Sensorgruppen 5, 6 und der berührungsempfindliche Bildschirm 2 sind dabei mit einem Steuergerät 9 verbunden, welches Eingaben eines Benutzers, die durch eine Berührung des Bildschirms 2 oder durch eine Freihandgeste, die durch die Sensorgruppen 5, 6 erfasst wird, auswertet und durchführt, wie beispielsweise das Einschalten eines Navigationssystems, das Verändern einer Lautstärke eines Unterhaltungssystems oder dergleichen.To an absolute position of the hand in the detection space between the sensor groups 5 . 6 To be able to determine the reflectance or degree of reflection of the hand is of great importance. Only with knowledge of the degree of reflection can be determined based on the reflected infrared radiation, where the hand is absolutely in the detection space. The sensor groups 5 . 6 and the touch-sensitive screen 2 are with a control unit 9 connected to what a user inputs by touching the screen 2 or by a freehand gesture through the sensor groups 5 . 6 is detected, evaluated and performed, such as turning on a navigation system, changing a volume of an entertainment system or the like.

Um die Reflektanz der Hand eines Benutzers zu berücksichtigen und eine Freiraumgeste in dem Erfassungsraum sicher zu erfassen, ist vorliegend vorgesehen, dass die Eingabevorrichtung 1 wie im Folgenden beschrieben kalibriert wird. Zuerst erfolgt eine Kalibrierung mit einer Referenzhand, die eine Referenzreflektanz aufweist. Dazu kann die Hand beispielsweise mit einem Handschuh, insbesondere mit einem weißen Handschuh, oder eine künstliche Hand mit einer weißen Oberfläche vorgesehen werden. Dabei muss die jeweilige Oberfläche nicht unbedingt weiß sein, alternativ kann jegliche Farbe oder Beschaffenheit der Oberfläche verwendet werden, sofern sie einheitlich die Hand bedeckt. Insbesondere wird eine Referenzhand mit einer möglichst hohen Referenzreflektanz verwendet, um ein optimales Kalibrierungsergebnis zu erzielen. In order to take into account the reflectance of a user's hand and to securely detect a free space gesture in the detection space, it is provided herein that the input device 1 as described below. First, a calibration is made with a reference hand having a reference reflectance. For this purpose, the hand can be provided for example with a glove, in particular with a white glove, or an artificial hand with a white surface. In this case, the respective surface does not necessarily have to be white; alternatively, any color or texture of the surface can be used as long as it uniformly covers the hand. In particular, a reference hand with the highest possible reference reflectance is used in order to achieve an optimal calibration result.

Zur Kalibrierung wird die Referenzhand derart der Eingabevorrichtung 1 zugeführt, dass die Referenzhand den berührungsempfindlichen Bildschirm 2 an zumindest einer Berührungsstelle B berührt. Die Koordinaten der Berührungsstelle B, also die X-Position und die Y-Position der Berührungsstelle B auf dem Bildschirm 2, werden durch den berührungsempfindlichen Bildschirm 2 direkt erfasst und gespeichert. Bevorzugt werden mehrere Berührungsstellen B auf dem Bildschirm vorgesehen, an welchen die Referenzhand den Bildschirm 2 zur Kalibrierung nacheinander berühren soll. Zur Kalibrierung zeigt der Bildschirm 2 dazu insbesondere Markierungen an den zu berührenden Berührungsstellen B an, sodass der Benutzer durch den Kalibrierungsprozess hindurchgeführt wird und die von der Eingabevorrichtung 1 vorgegebenen Berührungsstellen berührt. Dadurch kann ein optimales Ergebnis der Kalibrierung erreicht werden. Ob der Benutzer die vorgegebene Berührungsstelle B tatsächlich berührt, wird auf einfache Art und Weise durch den berührungsanfälligen Bildschirm 2 festgestellt. Berührt der Benutzer mit der Referenzhand den Bildschirm 2 nicht an einer der vorgesehenen Berührungsstelle, so wird die erfasste Position insbesondere nicht gespeichert und nicht zur Kalibrierung ausgewertet.For calibration, the reference hand becomes the input device 1 fed to the reference hand the touch-sensitive screen 2 touched on at least one contact point B. The coordinates of the contact point B, ie the X position and the Y position of the contact point B on the screen 2 , be through the touch-sensitive screen 2 recorded and saved directly. Preferably, several points of contact B are provided on the screen to which the reference hand the screen 2 to touch for calibration successively. For calibration the screen shows 2 in particular marks on the touch points B to be touched, so that the user is passed through the calibration process and that of the input device 1 touched predetermined contact points. This allows an optimal calibration result to be achieved. Whether the user actually touches the predetermined touch point B becomes easy by the touch-sensitive screen 2 detected. The user touches the screen with the reference hand 2 not at one of the intended contact point, so the detected position is not stored in particular and not evaluated for calibration.

Sobald der Benutzer mit der Referenzhand eine der Berührungsstellen B berührt, wird die von den Sensorgruppen 5, 6 jeweils das von der Hand reflektierte Infrarotlicht gemessen und zusammen mit der Position der Berührungsstelle B gespeichert. 2 zeigt hierzu in einer Tabelle beispielhaft die durch die Sensorgruppe 5 gespeicherten Reflektionswerte in Prozent, die bei der Berührung unterschiedlicher Berührungsstellen B mit den in der Tabelle angezeigten 2D-Koordinaten (x-pos und y-pos) auf dem Bildschirm 2 erfasst wurden. Entsprechend wird auch mit den von der Sensorgruppe 6 erfassten Werten vorgegangen. Die Tabelle zeigt bereits, dass sich die erfasste Reflektanz der Referenzhand, also die Referenzreflektanz, mit der jeweils berührten Berührungsstelle B verändert, obwohl die Reflektanz der Referenzhand sich nicht verändert.As soon as the user touches one of the contact points B with the reference hand, that of the sensor groups 5 . 6 each measured by the hand-reflected infrared light and stored together with the position of the contact point B. 2 shows in a table by way of example by the sensor group 5 percent of reflections stored when touching different points of contact B with the 2D coordinates (x-pos and y-pos) displayed in the table on the screen 2 were recorded. The same applies to those of the sensor group 6 the values recorded. The table already shows that the detected reflectance of the reference hand, ie the reference reflectance, changes with the contact point B touched in each case, although the reflectance of the reference hand does not change.

Bei Inbetriebnahme der Eingabevorrichtung 1 durch einen (End-)Benutzer führt dieser die Kalibrierung erneut durch, diesmal jedoch mit seiner eigenen Hand, ohne einen Referenzhandschuh oder dergleichen. At startup of the input device 1 by an (end) user, he performs the calibration again, this time with his own hand, without a reference glove or the like.

3 zeigt dazu das Ergebnis der Kalibrierung für die Sensorgruppe 5 anhand einer weiteren Tabelle, die die reflektierte Infrarotstrahlung an den unterschiedlichen Positionen beziehungsweise Berührungsstellen B auf dem Bildschirm 2 wiedergibt. Es ist zu erkennen, dass die Reflektionswerte des Benutzers von denen der Referenzhand abweichen, was beispielsweise durch die Hautfarbe des Benutzers bedingt ist. 3 shows the result of the calibration for the sensor group 5 based on a further table, the reflected infrared radiation at the different positions or points of contact B on the screen 2 reproduces. It can be seen that the reflection values of the user deviate from those of the reference hand, which is caused, for example, by the skin color of the user.

Gemäß dem vorteilhaften Verfahren werden nun durch das Steuergerät 9 Korrekturwerte K, insbesondere Korrekturfaktoren für die einzelnen Berührungspositionen berechnet, wie in 4 gezeigt. Die Korrekturfaktoren ergeben sich dabei aus dem Verhältnis der erfassten Referenzreflektanz zu der erfassten Reflektanz der Hand des Benutzers. Diese Korrekturfaktoren werden dann bei der Erfassung und Bestimmung von Freihandgesten in den Erfassungsraum der Sensoreinrichtung 1 berücksichtigt, um eine Freihandgeste des Benutzers eindeutig zu erkennen. According to the advantageous method are now by the control unit 9 Correction values K, in particular correction factors calculated for the individual contact positions, as in 4 shown. The correction factors result from the ratio of the detected reference reflectance to the detected reflectance of the user's hand. These correction factors then become in the detection space of the sensor device during the detection and determination of free-hand gestures 1 taken into account in order to clearly recognize a free-hand gesture of the user.

Durch diese vorteilhafte Kalibrierung wird mit geringem Rechenaufwand erreicht, dass die Eingabevorrichtung 1 an den Benutzer individuell anpassbar ist und sichere Ergebnisse bei der Auswertung von Freihandgesten gewährleistet. Insbesondere kann durch dieses Verfahren sicher gewährleistet werden, dass gewollte Freihandgesten von ungewollten Freihandgesten unterschieden werden können. So ist beispielsweise vorgesehen, dass nur Freihandgesten erfasst werden, wenn die aktuell erfasste Reflektanz der die Eingabevorrichtung 1 bedienenden Hand unter Berücksichtigung der Korrekturwerte einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Wird der Grenzwert nicht überschritten, wird davon ausgegangen, dass sich die Hand des Benutzers außerhalb des gewünschten Erfassungsraums der Sensoreinrichtung 3 befindet.By this advantageous calibration is achieved with little computational effort that the input device 1 is customizable to the user and ensures safe results in the evaluation of freehand gestures. In particular, this method can be used to ensure that intentional freehand gestures can be distinguished from unwanted freehand gestures. For example, it is provided that only freehand gestures are detected when the currently detected reflectance of the input device 1 operating hand, taking into account the correction values exceeds a predetermined limit. If the limit is not exceeded, it is assumed that the user's hand is outside the desired detection area of the sensor device 3 located.

Bevorzugt werden die beiden Kalibrierungsschritte, also die Kalibrierung mit einer Referenzhand und die Kalibrierung mit der Hand des Benutzers, mehrfach durchgeführt und Mittelwerte für die Korrekturfaktoren bestimmt. Besonders bevorzugt wird ein Mittelwert der Korrekturfaktoren eines Kalibrierungsvorgangs bestimmt. Vorliegend ergibt sich aus den Korrekturfaktoren von 4 beispielsweise der Mittelwert Mk = 1,31. Vorteilhafterweise wird in Abhängigkeit davon außerdem eine Standardabweichung Sk der berechneten Korrekturfaktoren bestimmt, die sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zu Sk = 0,15593575 ergibt. Wenn die Standardabweichung der Messung eine vorgebbare Schwelle beziehungsweise einen vorgebbaren Grenzwert erreicht, wird der der Berührungsstelle zugeordnete Mittelwert Mk als Korrekturfaktor eingeführt, der die Reflektanz der Hand des aktuellen Benutzers auf die Referenzreflektanz der Referenzhand zurückführt.The two calibration steps, that is to say the calibration with a reference hand and the calibration with the hand of the user, are preferably carried out several times and mean values for the correction factors are determined. Particularly preferably, an average value of the correction factors of a calibration process is determined. In the present case results from the correction factors of 4 for example, the mean M k = 1.31. Advantageously, a standard deviation S k of the calculated correction factors, which in the present exemplary embodiment results in S k = 0.15593575, is also determined in dependence thereon. If the standard deviation of the measurement reaches a predefinable threshold or a predefined limit value, the mean value M k assigned to the contact point is introduced as a correction factor which returns the reflectance of the hand of the current user to the reference reflectance of the reference hand.

Durch das vorteilhafte Verfahren wird erreicht, dass die Reflektanz der bedienenden Hand und damit auch die Entfernung der Hand zu den Sensorgruppen 5, 6 beziehungsweise die absolute Position im dreidimensionalen Erfassungsraum der Eingabevorrichtung 1 bestimmbar ist. Damit ist es möglich, genauer als bisher das Messvolumen beziehungsweise den Erfassungsraum einzugrenzen und damit gewollte von ungewollten Freihandgesten zu unterscheiden. Die Gestenerkennung wird dadurch robuster und zuverlässiger. Vorteilhafterweise erfolgt die Kalibrierung im laufenden Betrieb, ohne dass der Benutzer dies registriert. Der Benutzer wird gemäß dieser Variante nicht aktiv durch einen Kalibrierungsprozess hindurchgeführt und dazu angeleitet, bestimmte Berührungsstellen zu berühren. Vielmehr werden die vom Benutzer ohnehin berührten Berührungsstellen wie zuvor beschrieben ausgewertet, um die Kalibrierung Schritt für Schritt bei der Bedienung der Eingabevorrichtung 1 durchzuführen.By the advantageous method is achieved that the reflectance of the serving hand and thus the removal of the hand to the sensor groups 5 . 6 or the absolute position in the three-dimensional detection space of the input device 1 is determinable. This makes it possible to delimit the measurement volume or the detection space more accurately than before, and to distinguish intentional from unwanted freehand gestures. Gesture recognition becomes more robust and reliable. Advantageously, the calibration takes place during operation without the user registering this. According to this variant, the user is not actively guided through a calibration process and is instructed to touch certain points of contact. Rather, the touch points already touched by the user are evaluated as described above in order to perform the calibration step by step in the operation of the input device 1 perform.

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer Eingabevorrichtung (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die einen berührungsempfindlichen Bildschirm (2) und eine Sensoreinrichtung (3) zum Erfassen von berührungslosen Freihandgesten, mit wenigstens zwei Infrarotstrahlern (8) zum Anstrahlen einer Hand eines Benutzers in einem vorgebbaren Erfassungsraum, in welchem auch der Bildschirm (2) liegt, und mit wenigstens einem Sensor (7) zum Erfassen von an der Hand reflektierter Strahlung der Infrarotstrahler, aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (3) zur Bestimmung der Reflektanz der Hand kalibriert wird, wenn die Hand den Bildschirm (2) an zumindest einer Berührungsstelle (B) berührt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) vorab zumindest einmal mit einer den Bildschirm (2) an der Berührungsstelle (B) berührenden Referenzhand kalibriert wird, dass anschließend die Reflektanz der Hand mit einer Referenzreflektanz der Referenzhand an der Berührungsstelle (B) zum Bilden eines Korrekturwertes (K) verglichen wird, und dass eine Freihandgeste der Hand in Abhängigkeit des Korrekturwertes (K) erfasst wird.Method for operating an input device ( 1 ), in particular a motor vehicle, having a touch-sensitive screen ( 2 ) and a sensor device ( 3 ) for detecting non-contact freehand gestures, with at least two infrared radiators ( 8th ) for illuminating a hand of a user in a predeterminable detection space, in which also the screen ( 2 ), and with at least one sensor ( 7 ) for detecting hand-reflected radiation of the infrared radiators, wherein the sensor device ( 3 ) is calibrated to determine the reflectance of the hand when the hand touches the screen ( 2 ) touched on at least one contact point (B), characterized in that the sensor device ( 3 ) in advance at least once with a screen ( 2 calibrating the reference hand touching the contact point (B), then comparing the reflectance of the hand with a reference reflectance of the reference hand at the point of contact (B) to form a correction value (K), and that a freehand gesture of the hand depending on the correction value ( K) is detected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzhand eine mit einem reflektierenden Handschuh versehene Hand verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that a hand provided with a reflective glove is used as the reference hand. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (3) an mehreren Berührungsstellen (B) kalibriert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device ( 3 ) is calibrated at several points of contact (B). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsstellen (B) durch von dem Bildschirm (2) angezeigten Markierungen, insbesondere Eingabeelementen, vorgegeben werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the contact points (B) through from the screen ( 2 ), in particular input elements. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Berührungsstelle (B) ein Korrekturwert (K) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a correction value (K) is determined for each contact point (B). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Korrekturwert (K) aus dem Verhältnis von der Reflektanz zu der Referenzreflektanz an der jeweiligen Berührungsstelle (B) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the respective correction value (K) is determined from the ratio of the reflectance to the reference reflectance at the respective contact point (B). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektanz an zumindest einer Berührungsstelle (B) mehrfach erfasst und aus den dabei erfassten Werten ein Reflektanz-Mittelwert bestimmt und dem Vergleich mit der Referenzreflektanz zugrunde gelegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reflectance is detected several times at at least one point of contact (B) and a reflectance average is determined from the values detected thereby and based on the comparison with the reference reflectance. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Standardabweichung für den Reflektanz-Mittelwert bestimmt und bei der Erfassung einer Freihandbewegung berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a standard deviation for the reflectance mean value is determined and taken into account in the detection of a free-hand movement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur Freihandgesten mit einer Hand erfasst werden, deren durch den Korrekturwert (K) korrigierte Reflektanz einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that only freehand gestures are detected with one hand, whose corrected by the correction value (K) reflectance exceeds a predetermined limit. Eingabevorrichtung (1) für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm (2) und mit einer Sensoreinrichtung (3) zum Erfassen von berührungslosen Freihandgesten, die wenigstens zwei Infrarotstrahler (8) zum Anstrahlen einer Hand eines Benutzers in einem vorgebbaren Erfassungsraum, in welchem auch der Bildschirm (2) liegt, sowie wenigstens einen Sensor (7) zum Erfassen von an der Hand reflektierter Strahlung der Infrarotstrahler (8) aufweist, und mit einem Steuergerät (9), das bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt.Input device ( 1 ) for a vehicle, in particular motor vehicle, with a touch-sensitive screen ( 2 ) and with a sensor device ( 3 ) for detecting non-contact freehand gestures comprising at least two infrared radiators ( 8th ) for illuminating a hand of a user in a predeterminable detection space, in which also the screen ( 2 ) and at least one sensor ( 7 ) for detecting hand-reflected radiation of the infrared radiators ( 8th ), and with a control unit ( 9 ), which carries out the method according to one of claims 1 to 9 when used as intended.
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DE102020111940A1 (en) 2020-05-04 2021-11-04 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for calibrating an input device, input device and arrangement for carrying out such a method

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