WO2023030594A1 - Head-up-display mit reduzierter verdeckung - Google Patents

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WO2023030594A1
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Nils Palm
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Continental Automotive Technologies GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a method, a computer program with instructions and a device for reducing occlusions by a virtual image of a head-up display of a means of transportation.
  • the invention also relates to a head-up display for a means of transportation, in which such a method or such a device is used.
  • a head-up display also referred to as a HUD, is understood to mean a display system in which the viewer can maintain his line of sight, since the content to be displayed is displayed in his field of vision. While such systems were originally used mainly in the aviation sector due to their complexity and costs, they are now also being installed in large series in the automotive sector.
  • Head-up displays generally consist of an image generator, an optics unit and a mirror unit.
  • the image generator creates the image.
  • the optics unit directs the image to the mirror unit.
  • the image generator is also often referred to as the imaging unit or PGU (Picture Generating Unit).
  • the mirror unit is a partially reflective, translucent disc. The viewer sees the content displayed by the image generator as a virtual image and at the same time the real world behind the pane. In the automotive sector, the windshield is often used as a mirror unit, and its curved shape must be taken into account in the display. Due to the interaction of the optics unit and the mirror unit, the virtual image is an enlarged representation of the image generated by the image generator.
  • a liquid crystal display (LCD: Liquid Crystal Display) with backlighting for the imaging unit is currently usually used for head-up displays used.
  • Displays based on OLED technology OLED: Organic Light Emitting Diode; organic light-emitting diode
  • DMD Digital Micromirror Device; digital micromirror component
  • DE 102015 215 180 A1 describes a head-up display for a vehicle.
  • the head-up display includes a display device for emitting light with an image generation unit, and an image control unit for driving the image generation unit.
  • a reduced brightness is set in areas of the display device depending on the viewing direction of a user. This enables a reduction in the energy consumption during image generation. However, it does not prevent the user from being dazzled when the ambient brightness is low if the areas of the display device whose brightness is not reduced are set too bright.
  • a general approach to solving this problem is to avoid larger, full-surface bright areas on the LCD display and to build up the virtual image from thin lines instead of using filled areas.
  • the virtual image can be broken down into small rectangles, so-called tiles, which are each checked for their transparency.
  • the transparency serves as a measure for the covering area of the tile.
  • the transparency may only be a quarter of the maximum permissible concealment area. This takes into account that the bright area could be divided into four tiles in the worst case.
  • a method for reducing occlusions by a virtual image of a head-up display of a means of transportation comprises the steps:
  • a computer program comprises instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the following steps for reducing occlusion by a virtual image of a head-up display of a means of transport:
  • the term computer is to be understood broadly. In particular, it also includes control devices, controllers, embedded systems and other processor-based data processing devices.
  • the computer program can be provided for electronic retrieval, for example, or it can be stored on a computer-readable storage medium.
  • a device for reducing occlusions by a virtual image of a head-up display of a means of transport has:
  • dividing module for dividing an image to be displayed into a plurality of sub-areas, the sub-areas being trapezoidal and varying in size over the area of the image to be displayed;
  • a warning module for outputting a warning signal when the certain concealment area exceeds a permissible size for at least one of the partial areas.
  • the image to be displayed is broken down into trapezoidal tiles whose size varies within the image.
  • the dividing axes do not run horizontally and vertically through the field of view. Instead, the subdivision corresponds to the visual axes and thus to the proportions of the perceived image.
  • a transparency of the partial areas is considered as a measure for the concealment area.
  • Transparency is a measure that is easy to determine for how large the percentage of the covered area is within the respective partial area.
  • a check is made as to whether the concealed area determined for two or more adjacent partial areas exceeds a permissible size.
  • the bright area that leads to masking is distributed over four sub-areas.
  • the permissible size of the concealed area within a sub-area is selected in such a way that this situation is taken into account.
  • an examination of neighboring sub-areas shows that the permissible size of the concealed area has not been exceeded there and that the concealment is tolerable overall, there is no need to issue a warning signal.
  • the partial areas have a decreasing size from an edge area of the image to be displayed to the horizon and/or to a vanishing point.
  • an inclination of the means of transportation is determined in order to determine the horizon.
  • Determining the vanishing point determines a viewing direction of a viewer.
  • the position of the horizon can easily be determined from the inclination of the means of transport, which can be detected, for example, by means of gyroscope sensors.
  • the vanishing point can in turn be easily determined from the viewing direction of the viewer, in particular the vertical viewing direction.
  • the viewing direction of the observer can be recorded with an interior camera, for example.
  • At least one measure for reducing the concealment is carried out.
  • at least one pixel that causes the occlusion can be shifted.
  • the image element can be made up of thin lines or simply displayed as an outline.
  • display of picture elements in the area of the horizon or in the area of the vanishing point is suppressed.
  • the horizon itself or the vanishing point is completely omitted from the display of picture elements.
  • the end of a traffic jam for example, can appear very small and can be easily covered.
  • a method according to the invention or a device according to the invention is preferably used in a head-up display for a means of transportation, eg a head-up display for a motor vehicle.
  • a head-up display is characterized by increased safety for the driver, since the covering of relevant objects in the driver's field of vision is reduced or completely avoided.
  • FIG. 1 schematically shows a head-up display according to the prior art for a motor vehicle
  • Fig. 2 shows a division of an image to be displayed into rectangular patches
  • FIG. 4 schematically shows a method for reducing occlusions by a virtual image of a head-up display of a means of transportation
  • FIG. 5 schematically shows a first embodiment of a device for reducing occlusions by a virtual image of a head-up display of a means of transportation
  • FIG. 6 schematically shows a second embodiment of a device for reducing occlusions by a virtual image of a head-up display of a means of transportation.
  • the head-up display has a display device 1 with an imaging unit 10 and an optical unit 14 .
  • a beam of rays SB1 emanates from a display element 11 and is reflected by a folding mirror 21 onto a curved mirror 22 which reflects it in the direction of a mirror unit 2 .
  • the mirror unit 2 is shown here as a windshield 20 of the motor vehicle. From there, the bundle of rays SB2 arrives in the direction of an eye of an observer 3.
  • the viewer 3 sees a virtual image VB, which is located outside the motor vehicle above the hood or even in front of the motor vehicle.
  • the virtual image VB is an enlarged representation of the image displayed by the display element 11 due to the interaction of the optics unit 14 and the mirror unit 2 .
  • a speed limit, the current vehicle speed and navigation instructions are shown here symbolically.
  • the eye of the viewer 3 is within an eye box 4 indicated by a rectangle, all elements of the virtual image VB are visible to the viewer 3 . If the eye of the viewer 3 is outside of the eyebox 4, then the virtual image VB is only partially visible to the viewer 3 or not at all. The larger the Eyebox 4 is, the less restricted the viewer is when choosing his seating position.
  • the curvature of the curved mirror 22 matches the curvature of the windshield 20 and ensures that the image distortion is stable across the entire eyebox 4.
  • the curved mirror 22 is rotatably supported by a bearing 221 .
  • the rotation of the curved mirror 22 made possible by this enables the eyebox 4 to be moved and thus the position of the eyebox 4 to be adjusted to the position of the viewer 3.
  • the folding mirror 21 serves to ensure that the path covered by the beam of rays SB1 between the display element 11 and the curved mirror 22 is long, and at the same time the optics unit 14 is still compact.
  • the imaging unit 10 and the optics unit 14 are separated from the environment by a housing 15 with a transparent cover plate 23 .
  • the optical elements of the optical unit 14 are thus protected, for example, against dust located in the interior of the vehicle.
  • An optical film or a polarizer 24 can also be located on the cover plate 23 .
  • the display element 11 is typically polarized and the mirror unit 2 acts as an analyzer.
  • the purpose of the polarizer 24 is therefore to influence the polarization in order to achieve uniform visibility of the useful light.
  • a covering arrangement 25 arranged on the covering pane 23 serves to reliably absorb the light reflected via the boundary surface of the covering pane 23, so that the viewer is not dazzled.
  • the light from another interfering light source 5 can also reach the display element 11 .
  • the polarizer 24 can also be used to reduce incident sunlight SL.
  • FIG. 2 shows a subdivision of an image to be displayed into rectangular sub-areas K.
  • the resulting virtual image VB and the sub-areas K are shown from the perspective of the driver of a means of transportation 50.
  • the sub-areas K are rectangles of uniform size. It can be clearly seen that the partial areas K in the area of the vanishing point FP or the horizon H cover a larger perceived area of the environment than partial areas K at the edge of the image. For example, the partial area extends K at the vanishing point over the entire width of the street, while the sub-areas K at the bottom only cover a fraction of the street.
  • FIG. 3 shows a subdivision of an image to be displayed into trapezoidal partial areas K of different sizes.
  • the resultant virtual image VB and the sub-areas K as seen by the driver of a means of transportation 50 are again shown.
  • the sub-areas K decrease in size from the edge of the image to the vanishing point FP. Because the perceived size of an object varies with the distance of the object, the patches K are small in those areas of the image that overlap distant objects. On the sides of the image, the perceived objects are closer, so the partial areas K can also be larger.
  • the area of the vanishing point FP is completely left out of the display of picture elements, which is indicated by the central rectangle.
  • FIG. 4 schematically shows a method for reducing occlusions by a virtual image of a head-up display of a means of transportation.
  • a horizon and/or a vanishing point are determined S1.
  • an inclination of the means of transportation can be determined beforehand.
  • a viewing direction of an observer can be determined in order to determine S1 the vanishing point.
  • an image to be displayed is divided into a plurality of patches S2.
  • the partial areas are trapezoidal and their size varies over the area of the image to be displayed.
  • the partial areas preferably have a decreasing size from an edge area of the image to be displayed to the horizon and/or to a vanishing point.
  • Coverage areas are determined S3 for the individual partial areas. In this case, for example, a transparency of the sub-areas can be considered as a measure for the concealed area. Finally, it is checked S4 whether the concealed area determined exceeds a permissible size for at least one of the partial areas. If this is the case, a warning signal is issued S5. Before issuing a warning signal can it can optionally be checked whether the coverage area determined for two or more adjacent partial areas exceeds a permissible size. Finally, in response to the warning signal, at least one measure for reducing the concealment is carried out S6. A display of picture elements in the area of the horizon or in the area of the vanishing point is preferably suppressed.
  • FIG. 5 shows a simplified schematic representation of a first embodiment of a device 30 for reducing occlusions by a virtual image of a head-up display of a means of transportation.
  • the device 30 has an input 31 via which an image B to be displayed is received.
  • Information N, BR can also be received via the input 31, from which an evaluation module 32 can determine a horizon and/or a vanishing point.
  • an evaluation module 32 can determine a horizon and/or a vanishing point.
  • an inclination N of the means of transportation can be evaluated.
  • a viewing direction BR of an observer can be evaluated.
  • a dividing module 33 is configured to divide the image B to be displayed into a plurality of patches.
  • the partial areas are trapezoidal and their size varies over the area of the image B to be displayed.
  • the partial areas preferably have a decreasing size from an edge area of the image B to the horizon and/or to a vanishing point.
  • a processing module 34 is set up to determine concealment areas for the individual partial areas. In this case, the processing module 34 can, for example, consider a transparency of the sub-areas as a measure of the concealed area.
  • the processing module 34 is also set up to check whether the concealed area determined for at least one of the partial areas exceeds a permissible size.
  • a warning module 35 is set up to output a warning signal W if this is the case.
  • the processing module 34 can optionally check whether the concealed area determined for two or more adjacent partial areas exceeds a permissible size.
  • the warning signal W can be output via an output 38 of the device 30, for example in order to trigger at least one measure for reducing the concealment.
  • a display of picture elements in the area of the horizon or in the area of the vanishing point is preferably suppressed.
  • the evaluation module 32, the subdivision module 33, the processing module 34 and the warning module 35 can be controlled by a control module 36. If necessary, settings of the evaluation module 32, the subdivision module 33, the processing module 34, the warning module 35 or the control module 36 can be changed via a user interface 39. If required, the data occurring in the device 30 can be stored in a memory 37 of the device 30, for example for later evaluation or for use by the components of the device 30.
  • the evaluation module 32, the subdivision module 33, the processing module 34, the warning module 35 and the control module 36 can be implemented as dedicated hardware, for example as integrated circuits. Of course, they can also be partially or fully combined or implemented as software running on a suitable processor, such as a GPU or a CPU.
  • the input 31 and the output 38 can be implemented as separate interfaces or as a combined interface.
  • FIG. 6 shows a simplified schematic representation of a second embodiment of a device 40 for reducing occlusions by a virtual image of a head-up display of a means of transportation.
  • the device 40 has a processor 42 and a memory 41 .
  • the device 40 is a controller or an embedded system. Instructions are stored in the memory 41 which, when executed by the processor 42, cause the device 40 to carry out the steps according to one of the methods described.
  • the instructions stored in the memory 41 thus embody a program which can be executed by the processor 42 and implements the method according to the invention.
  • the Device 40 has an input 43 for receiving information. Data generated by the processor 42 is provided via an output 44 .
  • the input 43 and the output 44 can be combined to form a bidirectional interface.
  • Processor 42 may include one or more processing units, such as microprocessors, digital signal processors, or combinations thereof.
  • the memories 37, 41 of the devices described can have both volatile and non-volatile memory areas and can include a wide variety of memory devices and storage media, for example hard disks, optical storage media or semiconductor memories.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels. Die Erfindung betrifft zudem ein Head-Up-Display für ein Fortbewegungsmittel, in dem eine solches Verfahren oder eine solche Vorrichtung eingesetzt wird. In einem ersten Schritt wird ein Horizont und/oder ein Fluchtpunkt bestimmt (S1). Anschließend wird ein anzuzeigendes Bild in eine Mehrzahl von Teilflächen unterteilt (S2). Die Teilflächen sind dabei trapezförmig und ihre Größe variiert über die Fläche des anzuzeigenden Bildes. Für die einzelnen Teilflächen werden Verdeckungsflächen bestimmt (S3) und es wird überprüft (S4), ob für zumindest eine der Teilflächen die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet. Wenn dies der Fall ist, wird ein Warnsignal ausgegeben (S5). Im Ansprechen auf das Warnsignal wird schließlich zumindest eine Maßnahme zum Reduzieren der Verdeckung durchgeführt (S6).

Description

Beschreibung
Head-Up-Display mit reduzierter Verdeckung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels. Die Erfindung betrifft zudem ein Head-Up-Display für ein Fortbewegungsmittel, in dem ein solches Verfahren oder eine solche Vorrichtung eingesetzt wird.
Unter einem Head-Up-Display, auch als HUD bezeichnet, wird ein Anzeigesystem verstanden, bei dem der Betrachter seine Blickrichtung beibehalten kann, da die darzustellenden Inhalte in sein Sichtfeld eingeblendet werden. Während derartige Systeme aufgrund ihrer Komplexität und Kosten ursprünglich vorwiegend im Bereich der Luftfahrt Verwendung fanden, werden sie inzwischen auch im Automobilbereich in Großserie verbaut.
Head-Up-Displays bestehen im Allgemeinen aus einem Bildgenerator, einer Optikeinheit und einer Spiegeleinheit. Der Bildgenerator erzeugt das Bild. Die Optikeinheit leitet das Bild auf die Spiegeleinheit. Der Bildgenerator wird oft auch als bildgebende Einheit oder PGU (Picture Generating Unit) bezeichnet. Die Spiegeleinheit ist eine teilweise spiegelnde, lichtdurchlässige Scheibe. Der Betrachter sieht also die vom Bildgenerator dargestellten Inhalte als virtuelles Bild und gleichzeitig die reale Welt hinter der Scheibe. Als Spiegeleinheit dient im Automobilbereich oftmals die Windschutzscheibe, deren gekrümmte Form bei der Darstellung berücksichtigt werden muss. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit und Spiegeleinheit ist das virtuelle Bild eine vergrößerte Darstellung des vom Bildgenerator erzeugten Bildes.
Für Head-Up-Displays wird derzeit üblicherweise eine Flüssigkristallanzeige (LCD: Liquid Crystal Display) mit einer Hinterleuchtung für die bildgebende Einheit genutzt. Auch Anzeigen basierend auf OLED-Technologie (OLED: Organic Light Emitting Diode; organische Leuchtdiode) und DMD-Technologie (Digital Micromirror Device; digitales Mikrospiegel-Bauteil) finden Verwendung.
Vor diesem Hintergrund beschreibt DE 102015 215 180 A1 ein Head-Up-Display für ein Fahrzeug. Das Head-Up-Display umfasst eine Anzeigevorrichtung zum Ausstrahlen von Licht mit einer Bilderzeugungseinheit, sowie eine Bildsteuereinheit zum Ansteuern der Bilderzeugungseinheit. Dabei wird in Abhängigkeit von der Blickrichtung eines Nutzers in Bereichen der Anzeigevorrichtung eine reduzierte Helligkeit eingestellt. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Energieaufwands bei der Bilderzeugung. Es verhindert aber nicht, dass bei niedriger Umgebungshelligkeit eine Blendung des Nutzers erfolgt, wenn die nicht in ihrer Helligkeit reduzierten Bereiche der Anzeigevorrichtung zu hell eingestellt sind.
Bei großen, hellen Head-Up-Displays, die einen großen Bereich des Sichtfelds des Fahrers überdecken, ergibt sich neben dem Problem der Blendung das Problem der Verdeckung. Es muss vermieden werden, dass relevante Objekte, wie z.B. Radfahrer, Fußgänger, Tiere oder ein auf die Straße rollender Fußball, durch einen hellen Bereich im virtuellen Bild des Head-Up-Displays verdeckt und deshalb durch den Fahrer nicht wahrgenommen werden können.
Ein genereller Ansatz zur Lösung dieser Problematik besteht darin, dass größere, vollflächig helle Bereiche auf dem LCD-Display vermieden werden und das virtuelle Bild eher aus dünnen Strichen aufbaut wird, anstatt gefüllte Flächen zu verwenden.
Zur Überwachung, ob helle Bereiche zu einer Verdeckung führen können, kann das virtuelle Bild in kleine Rechtecke zerlegt werden, sogenannte Kacheln, die jeweils auf ihre Transparenz überprüft werden. Die Transparenz dient dabei als Maß für die Verdeckungsfläche der Kachel. Bei der Überprüfung ist zu beachten, dass die Transparenz nur ein Viertel so groß sein darf, wie die maximale zulässige Verdeckungsfläche. Dies berücksichtigt, dass sich der flächig helle Bereich im ungünstigsten Fall auf vier Kachel aufteilen könnte.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Lösungen für die Reduzierung von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch ein Computerprogramm mit Instruktionen mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels die Schritte:
- Unterteilen eines anzuzeigenden Bildes in eine Mehrzahl von Teilflächen, wobei die Teilflächen trapezförmig sind und ihre Größe über die Fläche des anzuzeigenden Bildes variiert;
- Bestimmen von Verdeckungsflächen für die einzelnen Teilflächen; und
- Ausgeben eines Warnsignals, wenn für zumindest eine der Teilflächen die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der folgenden Schritte zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels veranlassen:
- Unterteilen eines anzuzeigenden Bildes in eine Mehrzahl von Teilflächen, wobei die Teilflächen trapezförmig sind und ihre Größe über die Fläche des anzuzeigenden Bildes variiert;
- Bestimmen von Verdeckungsflächen für die einzelnen Teilflächen; und - Ausgeben eines Warnsignals, wenn für zumindest eine der Teilflächen die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet.
Der Begriff Computer ist dabei breit zu verstehen. Insbesondere umfasst er auch Steuergeräte, Controller, eingebettete Systeme und andere prozessorbasierte Datenverarbeitungsvorrichtungen.
Das Computerprogramm kann beispielsweise für einen elektronischen Abruf bereitgestellt werden oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels auf:
- ein Unterteilungsmodul zum Unterteilen eines anzuzeigenden Bildes in eine Mehrzahl von Teilflächen, wobei die Teilflächen trapezförmig sind und ihre Größe über die Fläche des anzuzeigenden Bildes variiert;
- ein Verarbeitungsmodul zum Bestimmen von Verdeckungsflächen für die einzelnen Teilflächen; und
- ein Warnmodul zum Ausgeben eines Warnsignals, wenn für zumindest eine der Teilflächen die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird das anzuzeigende Bild in trapezförmige Kacheln zerlegt, deren Größe innerhalb des Bildes variiert. Je kleiner ein Objekt, das von dem anzuzeigenden Bild überlagert wird, vom Betrachter wahrgenommen wird, desto kleiner sind auch die Kacheln im jeweiligen Bereich. Da die wahrgenommene Größe eines Objekts mit der Entfernung des Objekts variiert, sind die Kacheln in denjenigen Bereichen des Bildes klein, die weit entfernte Objekte überlagern. An den Seiten des Bildes sind die wahrgenommen Objekte näher, daher können auch die Kacheln größer sein. Anders als bei der Unterteilung des anzuzeigenden Bildes in Rechtecke ist die maximale Größe der noch tolerierbaren hellen Fläche in den verschiedenen Bildbereichen unterschiedlich groß. Zudem laufen die unterteilenden Achsen nicht horizontal und vertikal durch das Sichtfeld. Die Unterteilung entspricht stattdessen den Sichtachsen und somit den Größenverhältnissen des wahrgenommenen Bildes.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird beim Bestimmen der Verdeckungsflächen eine Transparenz der Teilflächen als Maß für die Verdeckungsfläche betrachtet. Die Transparenz ist ein einfach zu bestimmendes Maß dafür, wie groß der prozentuale Anteil der verdeckten Fläche innerhalb der jeweiligen Teilfläche ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird vor dem Ausgeben eines Warnsignals überprüft, ob für zwei oder mehr benachbarte Teilflächen die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet. Im ungünstigsten Fall verteilt sich der flächig helle Bereich, der zu einer Verdeckung führt, auf vier Teilflächen. Die zulässige Größe der Verdeckungsfläche innerhalb einer Teilfläche ist so gewählt, dass diese Situation berücksichtigt wird. Sofern eine Überprüfung benachbarter Teilfläche jedoch ergibt, dass dort die zulässige Größe der Verdeckungsfläche nicht überschritten ist und insgesamt eine tolerierbare Verdeckung vorliegt, kann auf die Ausgabe eines Warnsignals verzichtet werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weisen die Teilflächen eine abnehmende Größe von einem Randbereich des anzuzeigenden Bildes zum Horizont und/oder zu einem Fluchtpunkt auf. Die Größen des durch den Betrachter wahrgenommenen Bildes folgen dem Fluchtpunkt, d.h. Objekte werden umso kleiner wahrgenommen, je näher sie sich am Fluchtpunkt oder Horizont befinden. Entsprechend ist auch die Größe der trapezförmigen Teilflächen umso kleiner, je näher sie sich am Fluchtpunkt oder Horizont befinden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird zum Bestimmen des Horizonts eine Neigung des Fortbewegungsmittels bestimmt. Alternativ oder zusätzlich wird zum Bestimmen des Fluchtpunktes eine Blickrichtung eines Betrachters bestimmt. Aus der Neigung des Fortbewegungsmittels, die z.B. mittels Gyroskop-Sensoren erfasst werden kann, lässt sich leicht die die Lage des Horizonts bestimmen. Aus der Blickrichtung des Betrachters, insbesondere der vertikalen Blickrichtung, lässt sich wiederum leicht der Fluchtpunkt bestimmen. Die Blickrichtung des Betrachters kann z.B. mit einer Innenraumkamera erfasst werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird im Ansprechen auf das Warnsignal zumindest eine Maßnahme zum Reduzieren der Verdeckung durchgeführt. Beispielsweise kann zumindest ein Bildelement, das die Verdeckung verursacht, verschoben werden. Durch die Verschiebung des Bildelements in eine Teilfläche, die etwas weiter in Richtung des Bildrandes liegt, kann erreicht werden, dass die resultierende Verdeckungsfläche nicht länger die zulässige Größe überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die von dem Bildelement verdeckte Fläche verringert werden. Dazu kann z.B. das Bildelement aus dünnen Linien aufgebaut werden oder lediglich als Umriss dargestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Anzeige von Bildelementen im Bereich des Horizonts oder im Bereich des Fluchtpunktes unterbunden. Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit ist es vorteilhaft, wenn der Horizont an sich bzw. der Fluchtpunkt gänzlich von der Anzeige von Bildelementen ausgespart wird. Insbesondere bei hoher Geschwindigkeit kann beispielsweise ein Stauende sehr klein erscheinen und leicht verdeckt werden.
Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Head-Up-Display für ein Fortbewegungsmittel verwendet, z.B. einem Head-Up-Display für ein Kraftfahrzeug. Ein solches Head-Up-Display zeichnet sich durch eine erhöhte Sicherheit für den Fahrer aus, da Verdeckungen relevanter Objekte im Sichtbereich des Fahrers reduziert oder vollständig vermieden werden. Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
Figurenübersicht
Fig. 1 zeigt schematisch ein Head-Up-Display gemäß dem Stand der Technik für ein Kraftfahrzeug;
Fig. 2 zeigt eine Unterteilung eines anzuzeigenden Bildes in rechteckige Teilflächen;
Fig. 3 zeigt eine Unterteilung eines anzuzeigenden Bildes in trapezförmige Teilflächen unterschiedlicher Größe;
Fig. 4 zeigt schematisch ein Verfahren zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels;
Fig. 5 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head- Up-Displays eines Fortbewegungsmittels; und
Fig. 6 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels.
Figurenbeschreibung
Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Head-Up-Displays für ein Kraftfahrzeug. Das Head-Up-Display weist eine Anzeigevorrichtung 1 mit einer bildgebenden Einheit 10 und einer Optikeinheit 14 auf. Von einem Anzeigeelement 11 geht ein Strahlenbündel SB1 aus, welches von einem Faltspiegel 21 auf einen gekrümmten Spiegel 22 reflektiert wird, der es in Richtung einer Spiegeleinheit 2 reflektiert. Die Spiegeleinheit 2 ist hier als Windschutzscheibe 20 des Kraftfahrzeugs dargestellt. Von dort gelangt das Strahlenbündel SB2 in Richtung eines Auges eines Betrachters 3.
Der Betrachter 3 sieht ein virtuelles Bild VB, welches sich außerhalb des Kraftfahrzeugs oberhalb der Motorhaube oder sogar vor dem Kraftfahrzeug befindet. Durch das Zusammenwirken von Optikeinheit 14 und Spiegeleinheit 2 ist das virtuelle Bild VB eine vergrößerte Darstellung des vom Anzeigeelement 11 angezeigten Bildes. Hier sind symbolisch eine Geschwindigkeitsbegrenzung, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit sowie Navigationsanweisungen dargestellt. So lange sich das Auge des Betrachters 3 innerhalb einer durch ein Rechteck angedeuteten Eyebox 4 befindet, sind alle Elemente des virtuellen Bildes VB für den Betrachter 3 sichtbar. Befindet sich das Auge des Betrachters 3 außerhalb der Eyebox 4, so ist das virtuelle Bild VB für den Betrachter 3 nur noch teilweise oder gar nicht sichtbar. Je größer die Eyebox 4 ist, desto weniger eingeschränkt ist der Betrachter bei der Wahl seiner Sitzposition. Die Krümmung des gekrümmten Spiegels 22 ist an die Krümmung der Windschutzscheibe 20 angepasst und sorgt dafür, dass die Bildverzeichnung über die gesamte Eyebox 4 stabil ist. Der gekrümmte Spiegel 22 ist mittels einer Lagerung 221 drehbar gelagert. Die dadurch ermöglichte Drehung des gekrümmten Spiegels 22 ermöglicht ein Verschieben der Eyebox 4 und somit eine Anpassung der Position der Eyebox 4 an die Position des Betrachters 3. Der Faltspiegel 21 dient dazu, dass der vom Strahlenbündel SB1 zurückgelegte Weg zwischen Anzeigeelement 11 und gekrümmtem Spiegel 22 lang ist, und gleichzeitig die Optikeinheit 14 dennoch kompakt ausfällt. Die bildgebende Einheit 10 und die Optikeinheit 14 werden durch ein Gehäuse 15 mit einer transparenten Abdeckscheibe 23 gegen die Umgebung abgegrenzt. Die optischen Elemente der Optikeinheit 14 sind somit beispielsweise gegen im Innenraum des Fahrzeugs befindlichen Staub geschützt. Auf der Abdeckscheibe 23 kann sich weiterhin eine optische Folie bzw. ein Polarisator 24 befinden. Das Anzeigeelement 11 ist typischerweise polarisiert und die Spiegeleinheit 2 wirkt wie ein Analysator. Zweck des Polarisators 24 ist es daher, die Polarisation zu beeinflussen, um eine gleichmäßige Sichtbarkeit des Nutzlichts zu erzielen. Eine auf der Abdeckscheibe 23 angeordnete Abdeckanordnung 25 dient dazu, das über die Grenzfläche der Abdeckscheibe 23 reflektierte Licht sicher zu absorbieren, sodass keine Blendung des Betrachters hervorgerufen wird. Außer dem Sonnenlicht SL kann auch das Licht einer anderen Störlichtquelle 5 auf das Anzeigeelement 11 gelangen. In Kombination mit einem Polarisationsfilter kann der Polarisator 24 zusätzlich auch genutzt werden, um einfallendes Sonnenlicht SL zu reduzieren.
Fig. 2 zeigt eine Unterteilung eines anzuzeigenden Bildes in rechteckige Teilflächen K. Dargestellt sind das resultierende virtuelle Bild VB und die Teilflächen K aus Sicht des Fahrers eines Fortbewegungsmittels 50. Bei den Teilflächen K handelt es sich um Rechtecke mit einheitlicher Größe. Gut erkennbar ist, dass die Teilflächen K im Bereich des Fluchtpunktes FP oder des Horizonts H einen größeren wahrgenommenen Bereich der Umgebung abdecken, als Teilflächen K am Rand des Bildes. Beispielsweise erstreckt sich die Teilfläche K am Fluchtpunkt über die gesamte Straßenbreite, während die Teilflächen K am unteren Rand jeweils nur einen Bruchteil der Straße abdecken.
Fig. 3 zeigt eine Unterteilung eines anzuzeigenden Bildes in trapezförmige Teilflächen K unterschiedlicher Größe. Dargestellt sind wiederum das resultierende virtuelle Bild VB und die Teilflächen K aus Sicht des Fahrers eines Fortbewegungsmittels 50. Die Teilflächen K weisen vom Rande des Bildes zum Fluchtpunkt FP eine abnehmende Größe auf. Da die wahrgenommene Größe eines Objekts mit der Entfernung des Objekts variiert, sind die Teilflächen K in denjenigen Bereichen des Bildes klein, die weit entfernte Objekte überlagern. An den Seiten des Bildes sind die wahrgenommen Objekte näher, daher können auch die Teilflächen K größer sein. Zusätzlich ist im dargestellten Beispiel der Bereich des Fluchtpunktes FP gänzlich von der Anzeige von Bildelementen ausgespart, was durch das zentrale Rechteck angedeutet ist.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Verfahren zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels. In einem ersten Schritt werden ein Horizont und/oder ein Fluchtpunkt bestimmt S1 . Zum Bestimmen S1 des Horizonts kann zuvor eine Neigung des Fortbewegungsmittels bestimmt werden. Zum Bestimmen S1 des Fluchtpunktes kann hingegen eine Blickrichtung eines Betrachters bestimmt werden. Anschließend wird ein anzuzeigendes Bild in eine Mehrzahl von Teilflächen unterteilt S2. Die Teilflächen sind dabei trapezförmig und ihre Größe variiert über die Fläche des anzuzeigenden Bildes. Vorzugsweise weisen die Teilflächen eine abnehmende Größe von einem Randbereich des anzuzeigenden Bildes zum Horizont und/oder zu einem Fluchtpunkt auf. Für die einzelnen Teilflächen werden Verdeckungsflächen bestimmt S3. Dabei kann z.B. eine Transparenz der Teilflächen als Maß für die Verdeckungsfläche betrachtet werden. Abschließend wird überprüft S4, ob für zumindest eine der Teilflächen die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet. Wenn dies der Fall ist, wird ein Warnsignal ausgegeben S5. Vor dem Ausgeben eines Warnsignals kann optional überprüft werden, ob für zwei oder mehr benachbarte Teilflächen die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet. Im Ansprechen auf das Warnsignal wird schließlich zumindest eine Maßnahme zum Reduzieren der Verdeckung durchgeführt S6. Vorzugsweise wird dabei eine Anzeige von Bildelementen im Bereich des Horizonts oder im Bereich des Fluchtpunktes unterbunden.
Fig. 5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 30 zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels. Die Vorrichtung 30 hat einen Eingang 31 , über den ein anzuzeigendes Bild B empfangen wird. Über den Eingang 31 können zudem Informationen N, BR empfangen werden, aus denen ein Auswertemodul 32 einen Horizont und/oder einen Fluchtpunkt bestimmen kann. Zum Bestimmen des Horizonts kann z.B. eine Neigung N des Fortbewegungsmittels ausgewertet werden. Zum Bestimmen des Fluchtpunktes kann hingegen eine Blickrichtung BR eines Betrachters ausgewertet werden. Ein Unterteilungsmodul 33 ist eingerichtet, das anzuzeigende Bild B in eine Mehrzahl von Teilflächen zu unterteilen. Die Teilflächen sind dabei trapezförmig und ihre Größe variiert über die Fläche des anzuzeigenden Bildes B. Vorzugsweise weisen die Teilflächen eine abnehmende Größe von einem Randbereich des anzuzeigenden Bildes B zum Horizont und/oder zu einem Fluchtpunkt auf. Ein Verarbeitungsmodul 34 ist eingerichtet, Verdeckungsflächen für die einzelnen Teilflächen zu bestimmen. Dabei kann das Verarbeitungsmodul 34 z.B. eine Transparenz der Teilflächen als Maß für die Verdeckungsfläche betrachten. Das Verarbeitungsmodul 34 ist zudem eingerichtet, zu überprüfen, ob für zumindest eine der Teilflächen die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet. Ein Warnmodul 35 ist eingerichtet, ein Warnsignal W auszugeben, wenn dies der Fall ist. Vor dem Ausgeben eines Warnsignals W kann das Verarbeitungsmodul 34 optional überprüfen, ob für zwei oder mehr benachbarte Teilflächen die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet. Das Warnsignal W kann über einen Ausgang 38 der Vorrichtung 30 ausgegeben werden, z.B. um zumindest eine Maßnahme zum Reduzieren der Verdeckung auszulösen. Vorzugsweise wird dabei eine Anzeige von Bildelementen im Bereich des Horizonts oder im Bereich des Fluchtpunktes unterbunden.
Das Auswertemodul 32, das Unterteilungsmodul 33, das Verarbeitungsmodul 34 und das Warnmodul 35 können von einem Kontrollmodul 36 gesteuert werden. Über eine Benutzerschnittstelle 39 können gegebenenfalls Einstellungen des Auswertemodul 32, des Unterteilungsmoduls 33, des Verarbeitungsmoduls 34, des Warnmoduls 35 oder des Kontrollmoduls 36 geändert werden. Die in der Vorrichtung 30 anfallenden Daten können bei Bedarf in einem Speicher 37 der Vorrichtung 30 abgelegt werden, beispielsweise für eine spätere Auswertung oder für eine Nutzung durch die Komponenten der Vorrichtung 30. Das Auswertemodul 32, das Unterteilungsmodul 33, das Verarbeitungsmodul 34, das Warnmodul 35 sowie das Kontrollmodul 36 können als dedizierte Hardware realisiert sein, beispielsweise als integrierte Schaltungen. Natürlich können sie aber auch teilweise oder vollständig kombiniert oder als Software implementiert werden, die auf einem geeigneten Prozessor läuft, beispielsweise auf einer GPU oder einer CPU. Der Eingang 31 und der Ausgang 38 können als getrennte Schnittstellen oder als eine kombinierte Schnittstelle implementiert sein.
Fig. 6 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung 40 zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels. Die Vorrichtung 40 weist einen Prozessor 42 und einen Speicher 41 auf.
Beispielsweise handelt es sich bei der Vorrichtung 40 um einen Controller oder ein eingebettetes System. Im Speicher 41 sind Instruktionen abgelegt, die die Vorrichtung 40 bei Ausführung durch den Prozessor 42 veranlassen, die Schritte gemäß einem der beschriebenen Verfahren auszuführen. Die im Speicher 41 abgelegten Instruktionen verkörpern somit ein durch den Prozessor 42 ausführbares Programm, welches das erfindungsgemäße Verfahren realisiert. Die Vorrichtung 40 hat einen Eingang 43 zum Empfangen von Informationen. Vom Prozessor 42 generierte Daten werden über einen Ausgang 44 bereitgestellt.
Darüber hinaus können sie im Speicher 41 abgelegt werden. Der Eingang 43 und der Ausgang 44 können zu einer bidirektionalen Schnittstelle zusammengefasst sein.
Der Prozessor 42 kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten umfassen, beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder Kombinationen daraus.
Die Speicher 37, 41 der beschriebenen Vorrichtungen können sowohl volatile als auch nichtvolatile Speicherbereiche aufweisen und unterschiedlichste Speichergeräte und Speichermedien umfassen, beispielsweise Festplatten, optische Speichermedien oder Halbleiterspeicher.
Bezugszeichenliste
1 Anzeigevorrichtung
2 Spiegeleinheit
3 Betrachter
4 Eyebox
5 Störlichtquelle
10 Bildgebende Einheit
11 Anzeigeelement
14 Optikeinheit
15 Gehäuse
20 Windschutzscheibe
21 Faltspiegel
22 Gekrümmter Spiegel
221 Lagerung
23 Abdeckscheibe
24 Optische Folie/Polarisator
25 Abdeckanordnung
30 Vorrichtung
31 Eingang
32 Auswertemodul
33 Unterteilungsmodul
34 Verarbeitungsmodul
35 Warnmodul
36 Kontrollmodul
37 Speicher
38 Ausgang
39 Benutzerschnittstelle 40 Vorrichtung
41 Speicher
42 Prozessor
43 Eingang
44 Ausgang
50 Fortbewegungsmittel
B Anzuzeigendes Bild
BR Blickrichtung
FP Fluchtpunkt
H Horizont
K Teilfläche
N Neigung
SB1 , SB2 Strahlenbündel
SL Sonnenlicht
VB Virtuelles Bild
W Warnsignal
51 Bestimmen eines Horizonts oder eines Fluchtpunktes
52 Unterteilen eines anzuzeigenden Bildes in Teilflächen
53 Bestimmen von Verdeckungsflächen
54 Überprüfen der Verdeckungsflächen
55 Ausgeben eines Warnsignals
56 Durchführen einer Maßnahme zum Reduzieren der Verdeckung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild (VB) eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels (50), mit den Schritten:
- Unterteilen (S2) eines anzuzeigenden Bildes in eine Mehrzahl von Teilflächen (K), wobei die Teilflächen (K) trapezförmig sind und ihre Größe über die Fläche des anzuzeigenden Bildes variiert;
- Bestimmen (S3) von Verdeckungsflächen für die einzelnen Teilflächen (K); und
- Ausgeben (S5) eines Warnsignals (W), wenn für zumindest eine der Teilflächen (K) die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei beim Bestimmen (S3) der Verdeckungsflächen eine Transparenz der Teilflächen (K) als Maß für die Verdeckungsfläche betrachtet wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei vor dem Ausgeben (S5) eines Warnsignals (W) überprüft wird (S4), ob für zwei oder mehr benachbarte Teilflächen (K) die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet.
4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Teilflächen (K) eine abnehmende Größe von einem Randbereich des anzuzeigenden Bildes zum Horizont (H) und/oder zu einem Fluchtpunkt (FP) aufweisen.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei zum Bestimmen (S1 ) des Horizonts (H) eine Neigung (N) des Fortbewegungsmittels (50) bestimmt wird und/oder zum Bestimmen (S1 ) des Fluchtpunktes (FP) eine Blickrichtung (BR) eines Betrachters (3) bestimmt wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Ansprechen auf das Warnsignal (W) zumindest eine Maßnahme zum Reduzieren der Verdeckung durchgeführt wird (S6).
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei eine Anzeige von Bildelementen im Bereich des Horizonts (H) oder im Bereich des Fluchtpunktes (FP) unterbunden wird.
8. Computerprogramm mit Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild (VB) eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels (50) veranlassen.
9. Vorrichtung (30) zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild (VB) eines Head-Up-Displays eines Fortbewegungsmittels (50), mit:
- einem Unterteilungsmodul (33) zum Unterteilen (S2) eines anzuzeigenden Bildes in eine Mehrzahl von Teilflächen (K), wobei die Teilflächen (K) trapezförmig sind und ihre Größe über die Fläche des anzuzeigenden Bildes variiert;
- einem Verarbeitungsmodul (34) zum Bestimmen (S3) von Verdeckungsflächen für die einzelnen Teilflächen (K); und
- einem Warnmodul (35) zum Ausgeben (S5) eines Warnsignals (W), wenn für zumindest eine der Teilflächen (K) die bestimmte Verdeckungsfläche eine zulässige Größe überschreitet.
10. Head-Up-Display für ein Fortbewegungsmittel (50), wobei das Head-Up- Display eine Vorrichtung (30) gemäß Anspruch 9 aufweist oder eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Reduzieren von Verdeckungen durch ein virtuelles Bild (VB) des Head-Up-Displays auszuführen.
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