DE10237952A1

DE10237952A1 - Device for observing the environment, especially binoculars, includes computing unit for generating virtual object images

Info

Publication number: DE10237952A1
Application number: DE2002137952
Authority: DE
Inventors: Didier Dipl.-Ing. Stricker
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: DE10237952B4

Abstract

A device for observing the environment has an imaging/display device (1) for displaying a section of the environment for an observer, a device (3) for detecting an instantaneous orientation of an optical axis (2) of the imaging device (1) in a position fixed reference coordinates system, a computer unit for generating one or more specifiable virtual object images in real-time, a superposing device for superposing the image of the section of the environment with the one or more virtual object images, so that the user sees an image of the section of the environment superposed with the virtual objects. An Independent claim is included for the application of the device.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Betrachtung der Umgebung, insbesondere ein Fernglas, mit einer Abbildungseinrichtung zur Abbildung eines Ausschnittes der Umgebung für einen Benutzer sowie unterschiedliche Verwendungen des Gerätes.The present invention relates to a device for Viewing the surroundings, especially binoculars, with an imaging device to illustrate a section of the environment for a user as well as different ones Uses of the device.

Das Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung liegt auf dem touristischen Sektor, dem Bildungs- sowie dem Unterhaltungssektor, auf denen das Gerät eingesetzt werden kann, um dem Benutzer Zusatzinformation zu von ihm gerade betrachteten Ausschnitten aus der Umgebung bereitzustellen.The main field of application of the present Invention lies in the tourist sector, the education as well the entertainment sector in which the device can be used to the user additional information on the sections he is currently viewing to provide from the environment.

An vielen öffentlichen und touristischen Orten sind derzeit fest installierte Ferngläser aufgestellt, mit denen der Benutzer, ggf. nach Einwurf eines entsprechenden Entgeltes, vergrößerte Ausschnitte aus der Umgebung betrachten kann. Diese zur Zeit existierenden Geräte beinhalten nur optische Komponenten, mit denen eine optische Abbildung des vom Benutzer gewählten Ausschnittes aus der Umgebung erzeugt wird. Zusätzliche Informationen über Einzelheiten der vom Benutzer gerade betrachteten Abschnitte sind dabei entweder nicht verfügbar oder müssen einer am Gehäuse des Gerätes angebrachten Beschriftung entnommen werden, die bspw. den Namen und die Richtung von in der Umgebung befindlichen Bauwerken oder natürlichen Objekten angibt. Die verfügbaren Informationen sind jedoch sehr begrenzt.At many public and tourist Locally installed binoculars are currently installed with which the user, if applicable after having received a corresponding fee, enlarged sections from the surroundings. These currently include devices only optical components with which an optical image of the chosen by the user Excerpt from the environment is generated. Additional information about details the sections currently viewed by the user are either not available or have to one on the case of the device attached label can be taken, for example the name and the direction of nearby structures or natural Objects. The available However, information is very limited.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Gerät zur Betrachtung der Umgebung anzugeben, das dem Benutzer eine erheblich erweiterte Informationsvielfalt zur gerade betrachteten Umgebung bieten kann als die bisher verfügbaren Geräte.Based on this state of the art the object of the present invention is to provide a device for viewing the environment to indicate that the user a significantly expanded variety of information to the environment being viewed than the devices available so far.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Gerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gerätes sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen. Die Patentansprüche 15 bis 19 geben bevorzugte Verwendungen des Gerätes an.The object is achieved with the device according to claim 1. Advantageous embodiments of the device are the subject of the subclaims or can be found in the following description and the exemplary embodiments. The claims 15 to 19 indicate preferred uses of the device.

Das vorliegende Gerät zur Betrachtung der Umgebung weist eine Abbildungseinrichtung zur Abbildung eines Ausschnittes der Umgebung für einen Benutzer auf. Mit der Abbildungseinrichtung ist eine Einrichtung zur Erfassung einer momentanen Orientierung der optischen Achse gekoppelt, die die momentane Orientierung in einem ortsfesten Bezugskoordinatensystem erfasst und beispielsweise ein oder mehrere Orientierungssensoren oder einfache Potentiometer an einer Drehmechanik der Abbildungseinrichtung aufweisen kann. Die optische Achse stellt hierbei die zentrale optische Achse der Abbildungseinrichtung dar, die der momentanen Blickrichtung des Benutzers bei der Benutzung des Gerätes entspricht. Das Gerät umfasst weiterhin eine Rechen einheit zur Generierung ein oder mehrerer vorgebbarer virtueller Objektbilder in Echtzeit, die in Bezug zum momentan abgebildeten Ausschnitt der Umgebung stehen, in Abhängigkeit von der mit der Einrichtung zur Erfassung der Orientierung erfassten momentanen Orientierung der optischen Achse sowie eine Überlagerungseinrichtung zur Überlagerung der Abbildung des Ausschnittes der Umgebung mit den ein oder mehreren virtuellen Objektbildern, so dass der Benutzer ein mit den virtuellen Objekten überlagertes Bild des Ausschnittes der Umgebung sieht, wenn er das Gerät benutzt. Die zur Generierung der virtuellen Objektbilder erforderlichen Daten der Objekte sind in der Recheneinheit abgespeichert.The present device for consideration the environment has an imaging device for imaging a Section of the environment for a user. With the imaging device is a device for detecting a current orientation of the optical axis coupled, the current orientation in a fixed reference coordinate system detected and, for example, one or more orientation sensors or simple potentiometers on a rotary mechanism of the imaging device can have. The optical axis is the central optical axis Axis of the imaging device represents that of the current viewing direction of the user when using the device. The device includes furthermore a computing unit for generating one or more specifiable virtual object images in real time, in relation to the currently displayed Excerpt of the surroundings are available, depending on the one with the facility to record the orientation recorded current orientation the optical axis and an overlay device to overlay the Illustration of the detail of the environment with the one or more virtual object images so that the user one with the virtual Objects superimposed Picture of the detail of the environment looks when he uses the device. The data required to generate the virtual object images Objects are stored in the computing unit.

Die Abbildungseinrichtung weist dabei vorzugsweise die Funktion eines herkömmlichen Fernglases auf, so dass das Gerät insgesamt in gleicher Weise wie die in der Beschreibungseinleitung zum Stand der Technik beschriebenen fest installierten Ferngläser benutzt werden kann.The imaging device points preferably the function of a conventional binocular, so that the device overall in the same way as that in the introduction used fixed binoculars described in the prior art can be.

Die Abbildungseinrichtung ist vorzugsweise über eine Drehmechanik mit einem Gestell verbunden, die eine Änderung der Orientierung der optischen Achse relativ zum Gestell ermöglicht, wie dies von den bekannten fest installierten Ferngläsern des Standes der Technik bekannt ist. Die Einrichtung zur Erfassung der Orientierung weist dabei vorzugsweise mehrere Potentiometer auf, über die Drehung oder Stellung der Drehmechanik erfasst und daraus die momentane Orientierung der Abbildungseinrichtung und somit der optischen Achse bestimmt werden können. Die Orientierung der Abbil dungseinrichtung ist damit zu jeder Zeit bekannt. Für die Funktion des Gerätes muss neben der Orientierung auch dessen Position bekannt sein. Vorzugsweise ist das Gerät daher ortsfest installiert, so dass die Position fest ist und nur einmalig beim Aufbau des Gerätes vermessen werden muss. Die Orientierungsdaten werden in Echtzeit an eine kleine Recheneinheit übermittelt, in der auch die Positionsdaten abgelegt sind.The imaging device is preferably via a Twist mechanism connected to a frame making a change enables the orientation of the optical axis relative to the frame, like this from the well-known fixed binoculars of the stand is known in the art. The device for registering the orientation preferably has several potentiometers via which Rotation or position of the rotating mechanism is recorded and from it the current one Orientation of the imaging device and thus the optical axis can be determined. The orientation of the imaging device is thus at all times known. For the function of the device In addition to the orientation, its position must also be known. Preferably is the device therefore installed stationary so that the position is fixed and only once when building the device must be measured. The orientation data are in real time transmitted to a small computing unit, in which the position data is also stored.

Auch die Installation von zusätzlichen Positionssensoren am Gerät ist selbstverständlich dann denkbar, wenn das Gerät lediglich in einem örtlich begrenzten Umfeld eingesetzt wird. Bei gesonderten Positionssensoren werden auch die Positionsdaten in Echtzeit an die Recheneinheit übermittelt.Also installing additional ones Position sensors on the device is self-evident then conceivable if the device only in one local limited environment is used. With separate position sensors the position data are also transmitted to the computing unit in real time.

Die Recheneinheit generiert in Abhängigkeit von den jeweils aktuellen Orientierungs- und ggf. Positionsdaten vorgebbare virtuelle Objektbilder, die der jeweiligen Orientierung der optischen Achse des Gerätes bzw. der Abbildungseinrichtung zugeordnet sind. Diese Zuordnung sowie die Daten der als Bild zu generierenden Objekte sind in einem Speicher der Recheneinheit abgelegt. Je nach Anwendungszweck und Umgebung, in der das Gerät eingesetzt wird, können unterschiedliche Objektdaten in das Gerät eingegeben werden. Die in Echtzeit generierten virtuellen Objektbilder werden schließlich durch die Überlagerungseinrichtung der von der Abbildungseinrichtung erzeugten optischen Abbildung des Ausschnitts der Umgebung überlagert, so dass der Benutzer einen mit den virtuellen Objekten überlagerten Ausschnitt aus der Umgebung bei der Benutzung des Gerätes sieht. Sämtliche Schritte der Erfassung der Orientierung, der Generierung der virtuellen Objektbilder sowie der Überlagerung dieser Bilder werden in Echtzeit durchgeführt, so dass der Benutzer die virtuellen Objekte entsprechend der Ansicht der realen Szene sieht, die er gerade betrachtet.Depending on the current orientation and possibly position data, the computing unit generates predeterminable virtual object images that correspond to the respective orientation of the optical axis of the Ge advises or are assigned to the imaging device. This assignment and the data of the objects to be generated as an image are stored in a memory of the computing unit. Depending on the application and the environment in which the device is used, different object data can be entered into the device. The virtual object images generated in real time are finally overlaid by the overlay device on the optical image of the section of the surroundings generated by the imaging device, so that the user sees a section of the surroundings overlaid with the virtual objects when using the device. All steps of acquiring the orientation, generating the virtual object images and superimposing these images are carried out in real time, so that the user sees the virtual objects in accordance with the view of the real scene that he is currently viewing.

Mit dem vorliegenden Gerät, das in der bevorzugten Ausführungsform eine Weiterentwicklung eines traditionellen, fest installierten Fernglases darstellt, lassen sich natürliche Ansichten der Umgebung mit zusätzlichen, multimedialen Informationen erweitern. Neben zusätzlichem visuellen Informationstext als virtuelle Objektbilder können vor allem auch dreidimensionale virtuelle Objekte in den Abbildungsstrahlengang eingeblendet werden, so dass sie für den Betrachter in der realen Szene erscheinen. Durch die feste Position des Gerätes bzw. die Erfassung der Position mittels Positionssensoren sowie die Erfassung der momentanen vom Benutzer gewählten Orientierung der optischen Achse können die visuellen Informationen passend zu der aktuellen Ansicht generiert werden. Die Einblendung virtueller Informationen in der realen Szene stellt eine neue, bisher nicht vorhandene Funktionalität eines Fernglases dar. Damit sind zahlreiche neue Anwendungen u. a. im Bereich der Unterhaltung oder des Tourismus möglich. Haupteinsatzgebiete des vorliegenden Gerätes sind daher öffentliche und touristische Orte, wie z. B. historische Gebiete, Ausstellungen, Museen und Aussichtspunkte. Mit dem Gerät lassen sich Zusatzinformationen über die gerade betrachteten Ausschnitte der Umgebung visuell und in Bezug zu der realen Szene präsentieren. Die Informationen können lagerichtig und in Echtzeit in die reale Szene eingeblendet werden. Bei einer Veränderung der Orientierung der optischen Achse ändert sich auch die Lage und Perspektive überlagerter virtueller dreidimensionaler Objekte im durch den Benutzer sichtbaren Bild. Neben der Funktion des Gerätes als Fernglas ist selbstverständlich auch eine Ausgestaltung realisierbar, bei der die Betrachtung der Umgebung ohne eine zusätzliche Ausschnittsvergrößerung ermöglicht wird.With the present device, which in the preferred embodiment a further development of a traditional, permanently installed Binoculars represent natural views of the area with additional, expand multimedia information. In addition to additional visual information text as virtual object images especially three-dimensional virtual objects in the imaging beam path be faded in so that they can be viewed in the real world Scene appear. Due to the fixed position of the device or the detection of the position by means of position sensors and the detection the current one selected by the user Orientation of the optical axis can change the visual information generated to match the current view. The overlay virtual information in the real scene represents a new, previously nonexistent functionality binoculars. Numerous new applications are therefore possible. a. possible in the area of entertainment or tourism. Main applications of the present device are therefore public and tourist places such as B. historical areas, exhibitions, Museums and viewpoints. With the device, additional information about the Excerpts of the surroundings just viewed visually and in relation present to the real scene. The information can be displayed in the correct position and in real time in the real scene. When there is a change The orientation of the optical axis also changes the position and Perspective superimposed virtual three-dimensional objects visible to the user Image. In addition to the function of the device as a pair of binoculars goes without saying an embodiment can also be implemented in which the consideration of the Environment without an additional Enlargement is made possible.

Die Abbildungseinrichtung kann eine optoelektronische Einrichtung in Form einer Videokamera sein, die die Szene bzw. den Ausschnitt aus der betrachteten Umgebung aufnimmt. Das erhaltene Videobild wird mit dem generierten virtuellen Objektbild überlagert und anschließend an einem Display angezeigt, das der Benutzer bei der Benutzung des Gerätes betrachtet. Der Benutzer nimmt die Umgebung daher über das mit den virtuellen Objekten angereicherte Videobild wahr.The imaging device can be a optoelectronic device in the form of a video camera, the records the scene or section of the environment under consideration. The video image obtained is overlaid with the generated virtual object image and subsequently shown on a display that the user is using when using the equipment considered. The user therefore takes the environment over that true video image enriched with the virtual objects.

In einer weiteren Ausgestaltung wird keine zusätzliche Kamera benötigt. Der Ausschnitt aus der Umgebung wird dabei direkt über eine rein optische Abbildungseinrichtung wahrgenommen. Diese optische Abbildungseinrichtung kann die Optik eines Fernglases oder auch – falls keine Vergrößerung des Ausschnittes erforderlich ist – eine einfache Blendenöffnung sein. Die virtuellen Objektbilder können dabei über ein Spiegelsystem oder ein durchsichtiges Display in das Blickfeld des Betrachters eingeblendet werden.In a further embodiment no additional Camera needed. The section from the environment is directly over a perceived purely optical imaging device. This optical Imaging device can be the optics of binoculars or - if no enlargement of the section is required - one simple aperture opening his. The virtual object images can be via a mirror system or a transparent display can be shown in the viewer's field of vision.

In der bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Gerätes ist die Recheneinheit zur Generierung von Objektbildern dreidimensionaler virtueller Objekte, insbesondere von historischen Objekten wie bspw.In the preferred embodiment of the present device the computing unit for generating object images is three-dimensional virtual objects, especially historical objects such as

Bauwerken ausgebildet, die aktuell nicht mehr oder nur noch teilweise in der betrachteten Umgebung vorhanden sind. Die generierten virtuellen Objekte werden dabei lagerichtig und maßstabsgetreu an der Stelle in den vom Betrachter ausgewählten Ausschnitt aus der Umgebung eingeblendet, an dem sie ursprünglich standen. Dies ermöglicht eine neue und sehr informative Möglichkeit, den Benutzern historische Orte nahe zu bringen.Structures that are currently trained no longer or only partially in the environment under consideration available. The generated virtual objects are included correct and true to scale at the point in the section of the surroundings selected by the viewer faded in on which they originally stood. this makes possible a new and very informative way to bring historical places to the users.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The present invention is described below of embodiments in conjunction with the drawings without restricting the general inventive concept again briefly explained. Here show:

1 ein Beispiel für den äußeren Aufbau eines Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung in Gestalt eines Fernglases; 1 an example of the outer structure of a device according to the present invention in the form of binoculars;

2 ein Blockdiagramm der wesentlichen Bestandteile des vorliegenden Gerätes sowie einzelner Ausgestaltungen der Abbildungs- und Überlagerungseinrichtung; 2 a block diagram of the essential components of the present device and individual configurations of the imaging and overlay device;

3 ein Beispiel für die Zusammensetzung eines überlagerten Bildes; und 3 an example of the composition of a superimposed image; and

4 zwei Beispiele für überlagerte Bilder, wie sie mit dem vorliegenden Gerät erzeugt werden können. 4 two examples of superimposed images as they can be created with the present device.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to Execute the invention

1 zeigt ein Beispiel für eine Ausgestaltung des vorliegenden Gerätes in Form eines herkömmlichen, ortsfest installierten Fernglases. Ein derartiges Fernglas kann bspw. an einem Aussichtspunkt oder an einer Stelle eines historischen Geländes ortsfest montiert werden. In der Figur ist stark schematisiert ein derartiges Fernglas zu erkennen, das ein Gehäuse 17 auf einem als Standfuß ausgebildeten Gestell 18 aufweist. In dem Gehäuse 17 ist eine Abbildungsoptik 1 untergebracht, mit Hilfe derer ein Benutzer, der durch das Okular 1a des Gehäuses 17 schaut, einen Ausschnitt aus der Umgebung sehen kann. Durch eine Veränderung der Orientierung des Gehäuses 17 und somit der optischen Achse 2 der Abbildungsoptik 1 können unterschiedliche Ausschnitte aus der Umgebung betrachtet werden. Die Veränderung der Orientierung wird über eine Drehmechanik 19 ermöglicht, die den Standfuß mit dem Gehäuse 17 verbindet. Am oberen Teil des Gehäuses 17 ist ferner eine Betätigungsvorrichtung 13 angedeutet, mit der der Benutzer die beim vorliegenden Gerät erzeugten virtuellen Objektbilder aus der Abbildung aus- bzw. in die Abbildung einblenden kann. 1 shows an example of an embodiment of the present device in the form of a conventional, fixed binoculars. Such binoculars can be fixed, for example, at a viewpoint or at a location on a historical site. In the figure is strong schematically to recognize such binoculars, the housing 17 on a stand designed as a stand 18 having. In the case 17 is an imaging optics 1 housed with the help of a user looking through the eyepiece 1a of the housing 17 looks, can see a section of the surroundings. By changing the orientation of the housing 17 and thus the optical axis 2 the imaging optics 1 different sections of the surroundings can be viewed. The change in orientation is made using a rotating mechanism 19 which allows the pedestal with the housing 17 combines. At the top of the case 17 is also an actuator 13 indicated with which the user can hide or show the virtual object images generated in the present device from the illustration.

Im Inneren des Gehäuses 17 sind eine Recheneinheit 4, eine Überlagerungseinrichtung 5 und eine Einrichtung 3 zur Erfassung der Drehstellung der Drehmechanik 19 und somit der Orientierung der optischen Achse 2 untergebracht, die in der 1 nicht erkennbar sind. 2 zeigt anhand eines Blockschaltbildes den prinzipiellen Aufbau des Gerätes der 1. Die Einrichtung 3 zur Erfassung der Orientierung liefert der Recheneinheit 4 in Echtzeit die erforderlichen Daten, die der momentanen durch den Benutzer eingestellten Ansicht der Umgebung entsprechen. Aus diesen Orientierungsdaten generiert die Recheneinheit 4 die entsprechenden virtuellen Objektbilder und gibt diese an die Überlagerungseinrichtung 5 weiter.Inside the case 17 are a computing unit 4 , an overlay device 5 and a facility 3 to record the rotary position of the rotary mechanism 19 and thus the orientation of the optical axis 2 housed in the 1 are not recognizable. 2 uses a block diagram to show the basic structure of the device 1 , The facility 3 the computing unit supplies the orientation 4 the required data in real time, which corresponds to the current view of the surroundings set by the user. The computing unit generates from this orientation data 4 the corresponding virtual object images and gives them to the overlay device 5 further.

Im rechten Teil der 2 sind Beispiele für Ausgestaltungen der Abbildungseinrichtung 1 sowie der Überlagerungseinrichtung 5 dargestellt. Im oberen Teil besteht die Abbildungseinrichtung 1 aus einer Kamera 6, deren elektronisches Bild in der Überlagerungseinrichtung 5 mit dem Bild der virtuellen Objekte überlagert und an einem Monitor 7 dargestellt wird. Darunter ist eine Ausgestaltung des Gerätes zu erkennen, bei dem die Abbildungseinrichtung 1 einer Fernglasoptik 8 entspricht. Im Abbildungsstrahlengang dieser Abbildungsoptik 1 ist ein transparentes Display 9 vorgesehen, das von einer Steuereinrichtung 10 zur Anzeige und somit Überlagerung der virtuellen Objektbilder und der optischen Abbildung ausgebildet ist. Darunter ist ein weiteres Beispiel mit einer Fernglasoptik 8 als optische Abbildungseinrichtung 1 zu erkennen, bei dem die virtuellen Objektbilder über ein Spiegelsystem 11 in den Abbildungsstrahlengang eingeblendet werden.In the right part of the 2 are examples of configurations of the imaging device 1 and the overlay device 5 shown. The imaging device is located in the upper part 1 from a camera 6 whose electronic image is in the overlay device 5 overlaid with the image of the virtual objects and on a monitor 7 is pictured. Below this, one can see an embodiment of the device in which the imaging device 1 binocular optics 8th equivalent. In the imaging beam path of this imaging optics 1 is a transparent display 9 provided by a control device 10 is designed to display and thus superimpose the virtual object images and the optical image. Below is another example with binocular optics 8th as an optical imaging device 1 to recognize, in which the virtual object images via a mirror system 11 can be faded into the imaging beam path.

Über eine optional vorgesehene akustische Wiedergabevorrichtung 12 können in Abhängigkeit von der jeweiligen Orientierung der optischen Achse 2 weitere akustische Informationen, insbesondere Erläuterungen zum gerade betrachteten Ausschnitt wiedergegeben werden.Via an optionally provided acoustic reproduction device 12 can depend on the respective orientation of the optical axis 2 further acoustic information, in particular explanations of the section currently being viewed, are reproduced.

3 zeigt in Teilabbildung a ein Beispiel für die 14 eines Ausschnittes aus der Umgebung, die vom Benutzer gewählt wurde. Diese 14 entspricht im vorliegenden Beispiel der realen Ansicht eines historischen Geländes, in dem in der Mitte Reste eines Tempels zu erkennen sind. Die Recheneinheit 4, der durch die Einrichtung 3 zur Erfassung der Orientierung die momentan durch den Benutzer gewählte Orientierung der optischen Achse 2 übermittelt wird, generiert in diesem Beispiel ein Bild eines virtuellen Tempels, der dem historischen Bauwerk entspricht, das an der Stelle der Ruinen einst gestanden hat. Das virtuelle Objektbild 15, das in der 3 zu erkennen ist, wird hierbei positions- und lagerichtig sowie im richtigen Maßstab und in der korrekten Perspektive generiert, da sowohl die Betrachtungsposition als auch die momentane Betrachtungsrichtung bekannt sind. Die Überlagerungseinrichtung 5 überlagert schließlich die beiden Bilder 14 und 15, so dass ein überlagertes Bild 16 entsteht, das der Benutzer beim Blick durch das Okular 1a des Gerätes sieht. Durch die Überlagerung wird der Eindruck erzeugt, dass das virtuelle Gebäude, der Tempel, in der Szene tatsächlich vorhanden ist (3c). 3 shows an example of the 14 a section of the environment chosen by the user. This 14 corresponds to the real view of a historical site in the present example, in which remains of a temple can be seen in the middle. The computing unit 4 by setting up 3 the orientation of the optical axis currently selected by the user for detecting the orientation 2 transmitted, in this example generates an image of a virtual temple that corresponds to the historical building that once stood on the site of the ruins. The virtual object picture 15 that in the 3 can be recognized, is generated in the correct position and position as well as on the correct scale and in the correct perspective, since both the viewing position and the current viewing direction are known. The overlay device 5 Finally overlays the two images 14 and 15, so that an overlaid image 16 is created, which the user when looking through the eyepiece 1a of the device. The overlay creates the impression that the virtual building, the temple, actually exists in the scene ( 3c ).

Ein derartiges als Fernglas ausgebildetes Gerät kann bspw. an verschiedenen Blickpunkten eines historischen Geländes aufgebaut werden. Der Besucher kann dann über das Gerät virtuelle Gebäude oder sogar Animationen mit virtuellen Akteuren, die das damalige Leben oder ein besonderes Ereignis nachspielen, in Echtzeit betrachten. Mit dem Gerät kann somit das Wissen über Kulturerbe in einer sehr attraktiven Form vermittelt werden.Such a device designed as binoculars can, for example. built at different points of view of a historical site become. The visitor can then go over the device virtual buildings or even animations with virtual actors that the former Play life or a special event in real time. With the device can thus knowledge about Cultural heritage can be conveyed in a very attractive form.

In 4 werden zwei weitere Beispiel von mit dem vorliegenden Gerät überlagerten Bildern 16 gezeigt, bei denen dem Benutzer zusätzliche Informationen in Textform eingeblendet werden. 4a zeigt hierbei ein Beispiel, bei dem ein komplexes Objekt wie ein Motor durch Einblendung von einfachen Pfeilen und dreidimensionalen Texterläuterungen nahe gebracht werden kann. Bei einer Änderung der Betrachtungsrichtung durch den Benutzer ändern sich hierbei auch die entsprechenden Einblendungen, falls neue Details erkennbar werden oder bisher erkennbare Details verschwinden.In 4 are two more examples of images overlaid with this device 16 shown, in which additional information is shown to the user in text form. 4a shows an example in which a complex object such as a motor can be brought up close by showing simple arrows and three-dimensional text explanations. If the user changes the viewing direction, the corresponding overlays also change if new details become recognizable or previously recognizable details disappear.

4b zeigt ein Beispiel, wie unter Einsatz des vorliegenden Gerätes Annotationen in einer Panoramaansicht eingeblendet werden können. Dieses Gerät kann damit Touristen über die Sehenswürdigkeiten einer Stadt informieren und die Funktion eines Stadtführers übernehmen. 4b shows an example of how annotations can be shown in a panorama view using the present device. This device can thus inform tourists about the sights of a city and act as a city guide.

11: Abbildungseinrichtungimaging device
1a1a: Okulareyepiece
22: optische Achseoptical axis
33: Einrichtung zur Erfassung der OrientierungFacility to record the orientation
44: Recheneinheitcomputer unit
55: ÜberlagerungseinrichtungSuperposition device
66: Kameracamera
77: Monitormonitor
88th: Abbildungsoptik eines Fernglasesimaging optics of binoculars
99: transparentes Displaytransparent display
1010: Steuereinheitcontrol unit
1111: Spiegelsystemmirror system
1212: akustische Wiedergabeeinrichtungacoustic Reproduction device
1313: Betätigungseinrichtungactuator
1414: Abbildung eines Ausschnittes aus der UmgebungIllustration a section of the surroundings
1515: virtuelles Objektbildvirtual object image
1616: überlagertes Bildlayered image
1717: Gehäusecasing
1818: Gestellframe
1919: Drehmechaniktwist mechanism

Claims

Gerät zur Betrachtung der Umgebung, mit – einer Abbildungseinrichtung (1) zur Abbildung eines Ausschnittes (14) der Umgebung für einen Benutzer, – einer Einrichtung (3) zur Erfassung einer momentanen Orientierung einer optischen Achse (2) der Abbildungseinrichtung (1) in einem ortsfesten Bezugskoordinatensystem, – einer Recheneinheit (4) zur Generierung ein oder mehrerer vorgebbarer virtueller Objektbilder (15) in Echtzeit, die in Bezug zum momentan abgebildeten Ausschnitt (14) der Umgebung stehen, in Abhängigkeit von der mit der Einrichtung (3) zur Erfassung der Orientierung erfassten momentanen Orientierung der optischen Achse (2), und – einer Überlagerungseinrichtung (5) zur Überlagerung der Abbildung des Ausschnittes (14) der Umgebung mit den ein oder mehreren virtuellen Objektbildern (15), so dass der Benutzer ein mit den virtuellen Objekten überlagertes Bild (16) des Ausschnittes (14) der Umgebung sieht.Device for viewing the surroundings, with - an imaging device ( 1 ) to illustrate a section ( 14 ) the environment for a user, - a facility ( 3 ) to record a current orientation of an optical axis ( 2 ) of the imaging device ( 1 ) in a fixed reference coordinate system, - a computing unit ( 4 ) to generate one or more predefinable virtual object images ( 15 ) in real time, which in relation to the currently displayed section ( 14 ) of the environment, depending on the one with the facility ( 3 ) for the detection of the orientation of the momentary orientation of the optical axis ( 2 ), and - an overlay device ( 5 ) to overlay the image of the detail ( 14 ) the environment with the one or more virtual object images ( 15 ) so that the user has an image (16) of the detail (16) superimposed on the virtual objects 14 ) sees the surroundings.

Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinrichtung (1) die Funktion eines Fernglases aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the imaging device ( 1 ) has the function of binoculars.

Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinrichtung (1) über ein Gestell (18) ortsfest installiert ist, so dass durch den Benutzer nur die Orientierung der optischen Achse (2) veränderbar ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the imaging device ( 1 ) over a frame ( 18 ) is installed in a fixed position so that the user can only orientate the optical axis ( 2 ) is changeable.

Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinrichtung (1) über eine Drehmechanik (19) mit einem Gestell (18) verbunden ist, die eine Änderung der Orientierung der optischen Achse (2) relativ zum Gestell (18) ermöglicht.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the imaging device ( 1 ) via a rotating mechanism ( 19 ) with a frame ( 18 ), which is a change in the orientation of the optical axis ( 2 ) relative to the frame ( 18 ) enables.

Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (3) zur Erfassung der momentanen Orientierung der optischen Achse (2) mehrere Potentiometer an der Drehmechanik (19) aufweist, die die Drehungen der Drehmechanik (19) zur Bestimmung der momentanen Orientierung erfassen.Device according to claim 4, characterized in that the device ( 3 ) to record the current orientation of the optical axis ( 2 ) several potentiometers on the rotary mechanism ( 19 ) that rotates the rotating mechanism ( 19 ) to determine the current orientation.

Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) zur Generierung virtueller Bilder dreidimensionaler Objekte ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the computing unit ( 4 ) is designed to generate virtual images of three-dimensional objects.

Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) zur Generierung von Textinformation als virtuelle Objektbilder ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the computing unit ( 4 ) is designed to generate text information as virtual object images.

Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinrichtung (1) eine Kamera (6) ist, deren Bild von der Überlagerungseinrichtung (5) mit den virtuellen Objektbildern (15) überlagert und anschließend an einem Display (7) dargestellt wird.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the imaging device ( 1 ) a camera ( 6 ), whose image is from the overlay device ( 5 ) with the virtual object pictures ( 15 ) overlaid and then on a display ( 7 ) is pictured.

Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinrichtung (1) eine Abbildungsoptik (8) eines Fernglases oder eine einfache Blendenöffnung ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the imaging device ( 1 ) imaging optics ( 8th ) of binoculars or a simple aperture.

Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinrichtung (5) ein transparentes Display (9) auf der optischen Achse (2) sowie eine Steuereinheit (10) zur Ansteuerung des Displays (9) zur Darstellung der virtuellen Objektbilder (15) umfasst.Apparatus according to claim 9, characterized in that the superimposition device ( 5 ) a transparent display ( 9 ) on the optical axis ( 2 ) and a control unit ( 10 ) to control the display ( 9 ) to display the virtual object images ( 15 ) includes.

Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungseinrichtung (5) ein Spiegelsystem (11) umfasst, über das die virtuellen Objektbilder (15) auf der optischen Achse (2) eingeblendet werden.Apparatus according to claim 9, characterized in that the superimposition device ( 5 ) a mirror system ( 11 ) via which the virtual object images ( 15 ) on the optical axis ( 2 ) can be displayed.

Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine akustische Wiedergabeeinrichtung (12) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Orientierung der optischen Achse (2) vorgebbare akustische Information ausgibt, die in Bezug zu dem gerade abgebildeten Ausschnitt (14) der Umgebung steht.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that an acoustic reproduction device ( 12 ) is provided, which is a function of the orientation of the optical axis ( 2 ) specifies acoustic information that can be specified in relation to the section just shown ( 14 ) the environment.

Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigungseinrichtung (13) zum Ein- und Ausblenden der virtuellen Objektbilder (15) aus der Abbildung des Ausschnittes (14) der Umgebung am Gerät vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that an actuating device ( 13 ) for showing and hiding the virtual object images ( 15 ) from the illustration of the detail ( 14 ) the environment on the device is intended.

Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) zur Generierung von Bildern historischer Objekte, insbesondere historischer Bauwerke, als virtuelle Objektbilder (15) ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the computing unit ( 4 ) to generate images of historical objects, especially historical buildings, as virtual object images ( 15 ) is trained.

Verwendung des Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 14, um einem Benutzer Zusatzinformation zu Einzelheiten in dem von ihm gerade betrachteten Ausschnitt der Umgebung einzublenden.Use of the device according to one of the claims 1 to 14 to provide additional information to a user for details in fade in the section of the surroundings he is looking at.

Verwendung des Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 14, um einem Benutzer historische Ansichten von aktuell nicht mehr oder nur noch teilweise existenten Objekten in dem von ihm gerade betrachteten Ausschnitt der Umgebung einzublenden.Use of the device according to one of the claims 1 to 14 to give a user historical views of currently not more or only partially existing objects in that of him fade in the section of the surroundings just viewed.

Verwendung des Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als ortsfest installiertes Betrachtungs gerät, insbesondere Fernglas, für den touristischen Sektor.Use of the device according to one of the claims 1 to 14 as a stationary viewing device, in particular Binoculars, for the tourist sector.

Verwendung des Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als ortsfest installiertes Betrachtungsgerät für den Informations- und Bildungssektor.Use of the device according to one of the claims 1 to 14 as a stationary viewing device for the information and education sector.

Verwendung des Gerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als ortsfest installiertes Betrachtungsgerät für den Unterhaltungssektor.Use of the device according to one of the claims 1 to 14 as a stationary viewing device for the entertainment sector.