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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays eines Fahrzeugs mittels mindestens eines auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs projizierten Punkts, sowie ein Kalibriersystem eingerichtet zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
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Der Nutzen für die Darstellung von Inhalten mit kontaktanalogen Augmented Reality (AR) besteht darin, dass mit einem Head-Up Display der AR-Inhalt über eine Windschutzscheibe als optischer Kombinierer direkt in das Sichtfeld des Fahrers projiziert werden kann, so dass sich der Fahrer auf den Verkehr vor ihm konzentrieren kann, ohne von einer Videoeinheit abgelenkt zu werden oder seinen Blick auf ein Display abwenden zu müssen. Da die Windschutzscheibe jedoch normalerweise gebogen ist, hauptsächlich unter Berücksichtigung der Aerodynamik, Akustik und Ästhetik, erfordert das AR-Head-Up Displays-System nach der Installation eine robuste Kalibrierung. Jede Windschutzscheibe weist fertigungsbedingte Abweichungen von einer Zielgeometrie auf. In Kombination mit einem toleranzbehafteten Zusammenbau des gesamten Fahrzeugs ergeben sich dadurch Verzeichnungen und Verschiebungen des virtuellen Bildes, die insbesondere von der Position des Fahrers abhängig sind. Zudem entstehen während des Betriebs durch Alterung und äußere Einflüsse, wie Temperaturänderungen, weitere Abweichungen. Derartige Verzeichnungen und Verschiebungen führen nicht korrigiert zu Augmentierungsfehlern, die mittels bestimmter Bildkorrekturverfahren nur bedingt kompensiert werden können. In Anbetracht dieser Toleranzen gibt es Abweichungen in den optischen Pfaden virtueller Bilder, die dann zu störenden Effekten oder sogar Fehlern bei der Augmentierung realer Objekte führen können.
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Zur Kompensation dieser dynamischen Bildverzerrungsvorgänge an unterstützenden Gesichtspunkten ist eine robuste Kalibrierung erforderlich. Mit einer einmaligen statischen Kalibrierung können Fertigungs- und Montagetoleranzen im System kompensiert werden, nicht jedoch die im Betrieb entstehenden und/oder sich ändernden Abweichung aufgrund von Temperaturänderungen oder Alterung des Systems, die eine Überwachung und/oder Nachkalibrierung der Darstellung des Head-Up Displays erfordern. Zur deckungsgleichen Projektion von virtuellen Inhalten auf die realen Gegenstände vor dem Fahrzeug, benötigt das Augmented Reality Head-Up Display im Fahrzeug eine Kalibrierung, um das projizierte Bild mit der Realität vor dem Fahrzeug in Übereinstimmung bringen zu können. Diese Kalibrierung erfolgt heute an einem aufwändigen Prüfstand, wozu eine „bekannte Realität vor dem Fahrzeug“ in Form eines Kalibrierungstargets notwendig ist mittels einer zum Zweck der Kalibrierung im Auto angeordneten Kamera durchgeführt.
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Bei konventionellen Verfahren erfolgt die Kalibrierung eines Head-Up Displays beispielsweise derart, dass ein einzelner Blickwinkel mittels Berechnung einer Beziehung zwischen dreidimensionalen Zielpunkten in der realen Umgebung und überlappenden virtuellen zweidimensionalen Punkten, welche mittels des virtuellen Bilds in das Sichtfeld des Fahrers projiziert werden, kalibriert wird. Zur Ermittlung der genauen Position der dreidimensionalen Zielpunkte werden in einer Werkstatt dafür angefertigte Muster verwendet, beispielsweise werden diese in Form eines Kalibriermusters auf eine Wand projiziert oder das Kalibriermuster kann als reales Muster auf einem realen Objekt aufgebracht sein.
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Im Stand der Technik wird die Kalibrierung von AR-Head-Up Display für einen Ansichtspunkt erreicht, indem die Beziehung zwischen 3D-Kontrollpunkten (x, y, z) in der realen Welt und überlappenden virtuellen 2D-Punkten (u, v) in der virtuellen Welt berechnet wird. Eine wichtige Voraussetzung ist, die genauen 3D-Positionen dieser Kontrollpunkte in der realen 3D-Welt zu kennen. Zu diesem Zweck wird ein Muster, z.B. ein Schachbrett mit erkennbaren Merkmalen, an einer bekannten Position in das Sichtfeld des Head-Up Displays gebracht. Eine solche Vorbereitungsarbeit ist jedoch nur in einer Werkstatt oder Laborumgebung anwendbar. Da ein solches Target für Kunden normalerweise nicht verfügbar ist, bringt ebenso wie bei einer initialen Kalibrierung im Fahrzeug-Werk auch eine Nachkalibrierung Kosten und Aufwand mit sich. Daher ist ein bequemerer und effizienterer Kalibrierungsansatz erwünscht. Ebenso entstehen dadurch auch bei der Fahrzeugproduktion Kosten und zusätzlicher Aufwand, die ebenfalls reduziert werden können.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2019 004 816 A1 ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Head-Up Displays eines Fahrzeugs bekannt. Bei dem Verfahren wird ein virtuelles Bild in ein Sichtfeld eines Fahrers des Fahrzeugs mittels des Head-Up Displays projiziert, das virtuelle Bild mit einem vor dem Fahrzeug befindlichen Kalibriermuster in Überlappung gebracht, wobei das Kalibriermuster mittels zumindest eines Frontscheinwerfers des Fahrzeugs auf eine vor dem Fahrzeug befindliche Projektionsfläche projiziert wird, und das virtuelle Bild von dem Fahrer manuell in Überlappung mit dem Kalibriermuster gebracht wird.
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Nachteilig aus dem Stand der Technik ist jedoch, dass eine Kalibrierung eines Head-Up Displays bisher sehr aufwendig ist. Zur Kalibrierung muss ein Target oder eine Umgebung mit genügenden Merkmalspunkten vorhanden sein und vorbereitet werden, dies führt zu zusätzlichem Aufwand und Kosten, des Weiteren ist zur Nachkalibrierung ein Werkstattbesuch notwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays eines Fahrzeugs, und ein Kalibriersystem, eingerichtet zum Durchführen eines solchen Verfahrens, bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Kalibrierung eines Head-Up Displays eines Fahrzeugs bereitgestellt wird, welches bevorzugt eine einfache, sichere und/oder schnelle Kalibrierung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays eines Fahrzeugs mittels mindestens eines auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs projizierten Punkts bereitgestellt wird, umfassend die folgenden Schritte:
- a) Erfassen von mindestens einem Referenzpunkt der Windschutzscheibe mittels einer Kamera, wobei eine Position des mindestens einen Referenzpunkts ermittelt wird, wobei die Windschutzscheibe eine bestimmte Struktur und/oder eine bestimmte Oberfläche mit Referenzpunkten aufweist,
- b) Projizieren des mindestens einen Punkts mittels eines Projektors auf die Windschutzscheibe,
- c) Erfassen des mindestens eines projizierten Punkts mittels der Kamera, wobei eine Position des mindestens einen projizierten Punkts ermittelt wird,
- d) Ermitteln einer Abweichung der Position des mindestens einen projizierten Punkts von der Position des mindestens einen Referenzpunkts, und
- e) Steuern des Projektors in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung, wobei der mindestens eine projizierte Punkt mit dem mindestens einen Referenzpunkt in Übereinstimmung gebracht wird, so dass eine Kalibrierung des Head-Up Displays erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Head-Up Display Teil einer Head-Up Unit.
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Vorzugsweise wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Augmented Reality Head-Up Displays mittels angepasster Windschutzscheibe bereitgestellt. Vorzugsweise erfolgt eine Kalibrierung dahingehend, dass die Kamera die Position des mindestens einen Referenzpunkts auf der Windschutzscheibe erfasst und eine Steuerung des Projektors dahingehend durchgeführt, dass der mindestens eine projizierte Punkt ermittelt wird, der mit der geringsten Abweichung auf dem mindestens einen Referenzpunkt der Windschutzscheibe abgebildet wird.
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Vorzugsweise ist die Abweichung ein bestimmter Abstand des mindestens einen projizierten Punkts von mindestens einem zugehörigen Referenzpunkt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der mindestens eine projizierte Punkt mit der geringsten Abweichung zu dem Referenzpunkt ermittelt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach der Kalibrierung des Head-Up Displays der mindestens eine projizierte Punkt auf dem mindestens einen Referenzpunkt der Windschutzscheibe abgebildet. Vorzugsweise wird dem mindestens einen projizierten Punkt ein Referenzpunkt zugeordnet. Vorzugsweise werden zur Überprüfung der Darstellung des Head-Up Displays der mindestens eine Referenzpunkt kurzzeitig aktiviert, wobei diese als virtuelle Bildpunkte auf der Windschutzscheibe dargestellt werden. Vorzugsweise wird der mindestens eine projizierte Punkt mittels einer Kamera erfasst wird, und ermittelt wird, ob der mindestens eine projizierte Punkt auf einem zugeordneten Referenzpunkt liegt.
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Unter einem Fahrzeug wird insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Motorrad, ein Lastkraftwagen, ein Bus, ein Wohnmobil, ein Baufahrzeug, oder ein Nutzfahrzeug verstanden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Punkte auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs projiziert, insbesondere ein Bild.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird im System gespeichert, welcher projizierte Punkt des Projektors auf welchen Referenzpunkten der Windschutzscheibe abgebildet wird.
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Das Verfahren zum Kalibrieren zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays eines Fahrzeugs mittels mindestens eines auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs projizierten Punkts weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise wird eine besonders einfache, schnelle und/oder kostengünstige Kalibrierung eines Head-Up Displays ermöglicht. Vorteilhafterweise wird eine werkstattunabhängige Kalibrierung des Head-Up Displays ermöglicht. Vorteilhafterweise werden gegenüber manuellen Verfahren Kosten und Aufwand zur Kalibrierung des Head-Up Displays reduziert. Vorteilhafterweise kann eine Verzerrung des optischen Wegs vom Projektor bis zur beobachtenden Kamera kompensiert werden. Vorteilhafterweise kann auf physische Kalibriertargets verzichtet werden. Vorteilhafterweise wird die Vorbereitung eines speziellen externen Kalibrierungstargets oder einer speziellen Umgebung nicht mehr benötigt. Vorteilhafterweise ist die Kamera eine Fahrerkamera, wodurch keine zusätzliche Kamera zur Kalibrierung benötigt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kamera eine ohnehin in dem Fahrzeug zur Überwachung der Position des Fahrers und/oder zur Überwachung der Augenposition des Fahrers vorhandene Kamera. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Referenzpunkt dahingehend ausgebildet, dass die Beobachterkamera trotz Unsichtbarkeit für den Fahrer die Referenzpunkte erfassen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kamera in einer Kopfposition des Fahrers angeordnet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine projizierte Punkt mittels eines Projektors des Head-Up Displays projiziert wird, und/oder der mindestens eine projizierte Punkt in ein Sichtfeld des Fahrers projiziert wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Referenzpunkt bestimmte optische Eigenschaften aufweist, bevorzugt eine bestimmte Struktur, ein bestimmtes Muster und/oder ein bestimmtes Merkmal.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Struktur und/oder die Oberfläche der Windschutzscheibe durch mindestens eine zusätzliche Schicht der Windschutzscheibe erhalten wird, bevorzugt durch mindestens eine zusätzliche Schicht auf einer PVB-Schicht zwischen einer ersten äußeren Oberfläche und einer zweiten äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe, und/oder die Struktur und/oder die Oberfläche der Windschutzscheibe eingraviert, gelasert, gedruckt, beschichtet ist oder mittels Beleuchtung aufgebracht wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Referenzpunkt von der Innenseite der Windschutzscheibe nicht für das Auge des Fahrers sichtbar ausgebildet ist, bevorzugt ist der mindestens eine Referenzpunkt durch Lumineszenz, insbesondere Photolumineszenz, in einem für das menschliche Auge nicht sichtbaren Spektralbereich ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Head-Up Display mittels mindestens eines in dem Fahrzeug angeordneten Spiegels von der Kamera erfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Sichtbereich der Kamera mittels eines Spiegels oder eines teiltransparenten Spiegels, eines beweglichen Spiegels, eines Prismas und/oder eines anderen optischen Strahlunlenkungselements ganz oder zumindest teilweise auf das durch das Head-Up Display projizierte Bild gerichtet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kamera im Fahrzeug angeordnet ist, und/oder die Referenzpunkte der Windschutzscheibe bevorzugt mittels mindestens eines im Fahrzeug angeordnet Spiegels von der Kamera erfasst werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach der Kalibrierung zu einer Überwachung und/oder einer Nachkalibrierung eine Abweichung des mindestens einen projizierten Punkts von dem mindestens einen Referenzpunkt ermittelt wird, wobei ab einer bestimmten ermittelten Abweichung eine weitere Kalibrierung durchgeführt wird, wobei die Überwachung und/oder die Nachkalibrierung bevorzugt kontinuierlich durchgeführt wird. Dadurch wird ein nicht mehr richtig projizierter Punkt durch eine Nachkalibrierung richtig positioniert. Bevorzugt wird überprüft, ob der mindestens eine projizierte Punkt auf einem zugeordneten Referenzpunkt liegt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kalibrierung ausschließlich mit in dem Fahrzeug vorhandenen Mitteln erfolgt, bevorzugt ohne externen Kalibrieraufwand.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine 3D-Position eines Objekts vor dem Fahrzeug mittels eines 3D-Sensors zum Augmentieren erfasst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der mindestens eine projizierte Punkt für einen bestimmten Zeitraum auf die Windschutzscheibe projiziert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach der Kalibrierung in der Head-Up Unit gespeichert, auf welchem Referenzpunkt der mindestens eine projizierte Punkt abgebildet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine projizierte Punkt in einer Speichereinheit hinterlegt, bevorzugt in einer Speichereinheit des Kamerasystems.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst, indem ein Kalibriersystem zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays eines Fahrzeugs bereitgestellt wird, eingerichtet zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays eines Fahrzeugs mittels mindestens eines auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs projizierten Punkts, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für das Kalibriersystem insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays eines Fahrzeugs mittels mindestens eines auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs projizierten Punkts erläutert wurden. Das Kalibriersystem weist das Head-Up Display, eine Windschutzscheibe, einen Projektor zum Projizieren mindestens eines Punkts an eine bestimmte Position auf der Windschutzscheibe, und eine Kamera zum Erfassen von mindestens einem Referenzpunkt der Windschutzscheibe und zum Erfassen mindestens eines projizierten Punktes auf der Windschutzscheibe auf, wobei die Kamera in dem Fahrzeug angeordnet ist, und wobei die Windschutzscheibe mindestens eine zusätzliche Schicht mit einer bestimmten Struktur und/oder einer bestimmten Oberfläche mit Referenzpunkten aufweist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kalibriersystem einen 3D-Sensor zum Augmentieren einer 3D-Position eines Objekts vor dem Fahrzeug aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kalibriersystem ein Steuergerät auf. Unter einem Steuergerät wird insbesondere ein Element mit zumindest einer elektronischen Einheit verstanden, insbesondere mit einer Prozessoreinheit und einem Speicher, das dazu ausgebildet ist, eine Position des mindestens einen Referenzpunkts zu ermitteln, eine Position des mindestens einen projizierten Punkts zu ermitteln, eine Abweichung der Position des mindestens einen projizierten Punkts von der Position des mindestens einen Referenzpunkts zu ermitteln, und/oder den Projektor in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung zu steuern.
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Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein zumindest teilweise autonom fahrendes Fahrzeug.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays eines Fahrzeugs in einem Fließdiagramm;
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kalibriersystems zum Kalibrieren eines Head-Up Displays eines Fahrzeugs mittels mindestens eines auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs projizierten Punkts in einer Seitenansicht;
- 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Windschutzscheibe mit einer zusätzlichen Schicht mit Referenzpunkten in einer Frontansicht; und
- 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Windschutzscheibe ohne und mit einer zusätzlichen Schicht mit Referenzpunkten in einer Seitenansicht.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays 1 eines Fahrzeugs in einem Fließdiagramm.
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Das Verfahren zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays 1 eines Fahrzeugs mittels mindestens eines auf eine Windschutzscheibe 3 des Fahrzeugs projizierten Punkts 5, umfasst die folgenden Schritte: a) Erfassen von mindestens einem Referenzpunkt 7 der Windschutzscheibe 3 mittels einer Kamera 9, wobei eine Position des mindestens einen Referenzpunkts 7 ermittelt wird, wobei die Windschutzscheibe 3 eine bestimmte Struktur und/oder eine bestimmte Oberfläche mit Referenzpunkten 7 aufweist, b) Projizieren des mindestens einen Punkts 5 mittels eines Projektors 13 auf die Windschutzscheibe 3, c) Erfassen des mindestens eines projizierten Punkts 5 mittels der Kamera 9, wobei eine Position des mindestens einen projizierten Punkts 5 ermittelt wird, d) Ermitteln einer Abweichung der Position des mindestens einen projizierten Punkts 5 von der Position des mindestens einen Referenzpunkts 7, und e) Steuern des Projektors 13 in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung, wobei der mindestens eine projizierte Punkt 5 mit dem mindestens einen Referenzpunkt 7 in Übereinstimmung gebracht wird, so dass eine Kalibrierung des Head-Up Displays 1 erfolgt.
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Dadurch wird eine besonders einfache, schnelle und/oder kostengünstige Kalibrierung eines Head-Up Displays ermöglicht. Vorteilhafterweise wird eine werkstattunabhängige Kalibrierung des Head-Up Displays ermöglicht. Vorteilhafterweise werden gegenüber manuellen Verfahren Kosten und Aufwand zur Kalibrierung des Head-Up Displays reduziert. Vorteilhafterweise kann auf physische Kalibriertargets verzichtet werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der mindestens eine projizierte Punkt 5 mittels eines Projektors 13 des Head-Up Displays 1 projiziert, und/oder der mindestens eine projizierte Punkt 13 auf das Anzeigefeld 21 des Head-Up Displays 1 des Fahrers projiziert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der mindestens eine Referenzpunkt 7 bestimmte optische Eigenschaften auf, bevorzugt eine bestimmte Struktur, ein bestimmtes Muster und/oder ein bestimmtes Merkmal.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Struktur und/oder die Oberfläche der Windschutzscheibe 3 durch mindestens eine zusätzliche Schicht 11 der Windschutzscheibe 3 erhalten, bevorzugt durch mindestens eine zusätzliche Schicht 11 auf einer PVB-Schicht 15 zwischen einer ersten äußeren Oberfläche 17 und einer zweiten äußeren Oberfläche 19 der Windschutzscheibe 3, und/oder die Struktur und/oder die Oberfläche der Windschutzscheibe 3 eingraviert, gelasert, gedruckt, beschichtet ist oder mittels Beleuchtung aufgebracht wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Referenzpunkt 7 von der Innenseite der Windschutzscheibe 3 nicht für das Auge des Fahrers sichtbar ausgebildet, bevorzugt ist der mindestens eine Referenzpunkt 7 durch Lumineszenz, insbesondere Photolumineszenz, in einem für das menschliche Auge nicht sichtbaren Spektralbereich ausgebildet.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Kamera 9 im Fahrzeug angeordnet, und/oder werden die Referenzpunkte 7 der Windschutzscheibe 3 bevorzugt mittels eines im Fahrzeug angeordnet Spiegels von der Kamera 9 erfasst.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird nach der Kalibrierung zu einer Überwachung und/oder einer Nachkalibrierung eine Abweichung des mindestens einen projizierten Punkts 5 von dem mindestens einen Referenzpunkt 7 ermittelt, wobei ab einer bestimmten ermittelten Abweichung eine weitere Kalibrierung durchgeführt wird, wobei die Überwachung und/oder die Nachkalibrierung bevorzugt kontinuierlich durchgeführt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Kalibrierung ausschließlich mit in dem Fahrzeug vorhandenen Mitteln, bevorzugt ohne externen Kalibrieraufwand.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kalibriersystems 23 zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays 1 eines Fahrzeugs mittels mindestens eines auf eine Windschutzscheibe 3 des Fahrzeugs projizierten Punkts 5 in einer Seitenansicht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Das Kalibriersystem 23 zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays 1 eines Fahrzeugs ist eingerichtet zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren eines Augmented Reality Head-Up Displays 1 eines Fahrzeugs mittels mindestens eines auf eine Windschutzscheibe 3 des Fahrzeugs projizierten Punkts 5. Das Kalibriersystem 23 weist das Head-Up Display 1, eine Windschutzscheibe 3, einen Projektor 13 zum Projizieren mindestens eines Punkts 5 an eine bestimmte Position auf der Windschutzscheibe 3, und eine Kamera 9 zum Erfassen von mindestens einem Referenzpunkt 7 der Windschutzscheibe 3 und zum Erfassen mindestens eines projizierten Punktes 5 auf der Windschutzscheibe 3 auf, wobei die Kamera 9 in dem Fahrzeug angeordnet ist, und wobei die Windschutzscheibe 3 mindestens eine zusätzliche Schicht 11 mit einer bestimmten Struktur und/oder einer bestimmten Oberfläche mit Referenzpunkten 7 aufweist. Das Fahrzeug ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt.
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Das Head-Up Display 1 ist in einem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs angeordnet und umfasst einen Projektor 13, der einen optischen Strahl aussendet, wobei der optische Strahl auf die Windschutzscheibe 3 abgebildet wird. Dabei entsteht aus mehreren projizierten Punkten 5 ein virtuelles Bild, insbesondere in ein Sichtfeld 21 eines Fahrers, welches von dem Fahrer wahrgenommen werden kann. Insbesondere bei der Darstellung von Augmented Reality in einem Head-Up Display 1 wird ein virtuelles Objekt mit der Realität, insbesondere mit einem dreidimensionalen realen Zielpunkt überlagert, so dass der Fahrer den Eindruck hat, dass die virtuellen Objekte in der Umgebung tatsächlich vorhanden sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kalibriersystem 23 einen 3D-Sensor 25 zum Augmentieren einer 3D-Position eines Objekts vor dem Fahrzeug auf. Wenn eine 3D-Position vor dem Fahrzeug augmentiert wird, sieht der Fahrer sehen, dass ein entsprechender Punkt im virtuellen Bild aus dem Projektor 13 aktiviert wird. Eine Kamera 9 beobachtet den Blickpunkt, d.h. die Augen des Fahrers. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfasst ein in oder an dem Fahrzeug angeordneter 3D-Sensor das Kalibriermuster anhand bestimmter Merkmalspunkte, die das Kalibriermuster definieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der optische Strahl mittels mindestens eines Spiegels auf die Windschutzscheibe 3 umgelenkt.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Windschutzscheibe 3 mit einer zusätzlichen Schicht 11 mit Referenzpunkten 7 in einer Frontansicht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Die Windschutzscheibe 3 weist in einem Sichtfeld 21 des Fahrers Referenzpunkte 7 auf. Die Referenzpunkte 7 sind insbesondere mittels einer zusätzlichen Schicht 11 der Windschutzscheibe 3 dort angebracht, können aber auch auf die Struktur und/oder die Oberfläche der Windschutzscheibe eingraviert, gelasert, gedruckt, beschichtet sein oder mittels Beleuchtung aufgebracht werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Windschutzscheibe 3 ohne und mit einer zusätzlichen Schicht 11 mit Referenzpunkten 7 in einer Seitenansicht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Normalerweise gibt es drei Schichten in einer für das Head-Up Display 1 angepassten Windschutzscheibe 3: eine Glas-Außenschicht 17, eine Glas-Innenschicht 19, und eine Schicht aus Polyvinylbutyral (PVB) 15 (5A). Diese PVB-Schicht 15 wird mit einem Keilwinkel geformt, damit kein „Geisterbild“ (Doppelreflexion) während der Darstellung des virtuellen Bildes sichtbar wird. Der Winkel und die Dicke müssen geeignet für das entsprechende Head-Up Display 1 sowie die Form der Windschutzscheibe 3 sein.
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Die Struktur und/oder die Oberfläche der Windschutzscheibe 3 wird geändert. Dazu wird mindestens eine zusätzliche Schicht 11 zur Windschutzscheibe 3 hinzugefügt (5B). Die mindestens eine zusätzliche Schicht 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf einer PVB-Schicht 15 zwischen einer ersten äußeren Oberfläche 17 und einer zweiten äußeren Oberfläche 19 der Windschutzscheibe 3 angeordnet. Die Windschutzscheibe 3 weist die PVB-Schicht 15 auf, die Doppelreflexion reduziert, die zusätzliche Schicht 11 ist in die Scheibe eingebettet, die dadurch Strukturen für die Kalibrierung des Augmented Reality Head-Up Displays 1 enthält. Durch die zusätzliche Schicht 11 wird die Struktur und/oder die Oberfläche der Windschutzscheibe 3 derart geändert, dass besondere optische Eigenschaften an bestimmten Stellen der Windschutzscheibe 3 als Referenzpunkte 7 eingebracht werden.
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Sofern die Referenzpunkte 7 dauerhaft aufgebracht sind, sind diese für den Fahrer unsichtbar, insbesondere aufgrund ihrer Strukturgröße, geringfügig anderer optischer Eigenschaften, von Photolumineszenz oder einer anderen Art von Lumineszenz mit Leuchten der Strukturen in einem für das menschliche Auge unempfindlichen Spektralbereich des Lichts, oder einer externen Beleuchtung mit hinreichend kurzen Pulsen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019004816 A1 [0006]
