CN114901506A - 用于通过抬头显示器显示系统来显示对象的方法以及抬头显示器显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过抬头显示器显示系统(1)来显示对象的方法。所述方法包括生成对象(30)的图像数据以用于抬头显示器显示系统(1)的显示。所述方法还包括确定交通工具的空间定向(R1)。所述方法还包括根据交通工具的空间定向(R1)通过缩放对象(30)的尺寸来处理对象(30)的图像数据。所述方法还包括将缩放后的对象(50)的图像投影在交通工具的驾驶员的视野(26)中。此外，公开了相应的抬头显示器显示系统(1)。此外，公开了计算机程序产品和具有抬头显示器显示系统(1)的交通工具(100)。

Description

用于通过抬头显示器显示系统来显示对象的方法以及抬头显 示器显示系统

本发明涉及一种用于通过抬头显示器显示系统来显示对象的方法以及相应的抬头显示器显示系统。此外，本发明还涉及一种计算机程序产品以及具有抬头显示器显示系统的交通工具。

抬头显示器显示系统或者说抬头显示器能够实现将虚拟对象、例如箭头、标记或者甚至诸如文字指示或距离标志的导航信息投影在驾驶员的视野中，从而使投影的图像与现实相叠。这一过程也被称为增强现实(augmented reality)或者德文作erweiterte

驾驶员不必偏转其视线并且由此能够在不分散注意力的情况下获取额外信息。

然而由于驾驶员的视点、也称为Point of View非常低，在使用传统的抬头显示器显示系统的情况下会使虚拟的图像内容扭曲。例如当驾驶员观察图像显示中的箭头时，借助抬头显示器显示系统不能充分识别出显示交通工具行驶方向的箭头。

在专利文献DE 10 102011 082609 A1中描述了一种用于为驾驶员标记关键点的方法。在此，所述方法包括确定关键点在交通工具的前景中的位置的步骤。此外，所述方法还包括根据距离选择关键点的标记的图示位置。此外，所述方法还包括生成显示信号，以在图示位置上显示标记。而且在文献DE 102014200 407 A1中还基于距离公开了一种用于运行视野显示设备的方法。在此，在使用导航信息的情况下基于距离生成图像。

在此，本发明所要解决的技术问题在于，借助抬头显示器显示系统提供应图示的对象，以向驾驶员显示，所述对象能被更好地识别或者说具有更小的扭曲并且由此改进为驾驶员的图像显示。

在本发明的一种优选的设计方式中，提供了一种通过抬头显示器显示系统显示对象的方法，所述方法包括以下步骤：a)生成对象的图像数据，以用于抬头显示器显示系统的显示；b)确定交通工具的空间定向(或称为指向)；c)根据所述交通工具的空间定向通过对象的尺寸(Ausdehung或称为面积、范围)的缩放来处理对象的图像数据；d)将缩放后的对象的图像投影在交通工具的驾驶员的视野中。

对象的缩放通常是指对象的尺寸或者说大小的改变。这可以包括放大或缩小。空间定向通常应理解为交通工具在特定方向上的当前定向。交通工具的定向可以确定为交通工具的行驶方向。交通工具的定向在此可以基本上与交通工具驾驶员的目视方向或者说其视野一致。该定向也可以通过交通工具的纵轴线和前侧定义。在此，抬头显示器显示系统是驾驶员能够维持其头部姿势或视线方向的显示系统，因为信息被投影在其视野中。缩放后的对象的图像在驾驶员视野中的投影通常通过所谓的合成仪、例如前风挡玻璃实现。在此，在前风挡玻璃的与驾驶员背离的侧面上为驾驶员生成虚拟图像。抬头显示器显示系统可以是传统的抬头显示器显示系统或者优选是接触虚拟的抬头显示器显示系统。例如可以优选为驾驶员实现对象的接触虚拟的显示。在此，对象被插入其视线范围内，从而使驾驶员得到该对象成为真实环境的一部分并且进而还出现在正确位置上的印象。由此可以例如通过接触虚拟的展示示出导航箭头，从而使该箭头就像躺在交通道路上一样。对象可以是虚拟对象。对象可以是导航信息，例如箭头、线条或者甚至是由字符串组成的驾驶信息。优选地，基于全球定位数据实现交通工具的定向的确定。在此，可以相应地提供传感装置、例如GPS传感器等。此外，还可以提供导航系统，所述导航系统为处理器单元提供传感器数据。所述对象的尺寸应理解为对象的大小。对象的尺寸也可以被描述为面状尺寸。对象可以在数字地图中生成为环境，其中，本发明并不局限于此。例如对象也可以是符号或者说图标，而无需在数字地图的环境中生成所述对象。

在现有技术中出现的技术问题在于，由于驾驶员在通过抬头显示器观察时的较低位置，对象被扭曲地(或者说失真地)展示。本发明由此解决该技术问题，即，相应地应图示的对象在显示在抬头显示器显示系统中之前改变其大小或空间尺寸，换言之被缩放。由此，缩放后的对象在抬头显示器显示系统中被用作展示的基础。由此可以消除因驾驶员的较低视点、也被称作Point of View所导致的对象的扭曲展示。

本发明的另外的优选设计方案由在说明书中提到的其余特征得出。

在一种优选的实施方式中，对所述对象的数据的处理包括拉伸对象在交通工具的定向方向上的尺寸。由此可以有效避免从驾驶员的视角在抬头显示器显示系统中的扭曲展示。因驾驶员的较低视点所引发的扭曲通过所述拉伸被补偿，并且由此在使用抬头显示器显示系统时被真实且可识别地展示。这尤其良好地适用于显示在交通工具前或者说沿交通工具定向的方向指向的对象。

所述方法还优选地包括：确定对象的空间定向，并且还根据已确定的交通工具的定向和已确定的对象的定向通过缩放对象的尺寸处理对象的数据。由此还可以在缩放时考虑对象的定向。那么，例如沿弯道展示的对象为了被更好地或者说更真实地识别而在使用抬头显示器显示系统时被缩放。

在一种优选的实施方式中，基于对象的位置和沿行驶方向紧接着的对象的位置实现对象的空间定向的确定。由此，当对象的几何形状不具有自身明确规定的定向时，也可以确定所述定向。这例如对于对称的对象而言是有利的。在此，该原理对于沿路线提供大量对象的对象示踪是特别有利的。备选地，可以使用对象的固有定向，例如箭头方向。

优选地，所述方法还包括：确定交通工具的定向与对象的定向之间的角度，并且根据已确定的角度缩放对象的尺寸。所述定向之间的角度描述了对象相对于交通工具的定向的偏差的大小程度。由此，针对每个定向可以统一地使用特定的缩放作为基础。

在一种优选的实施方式中，所述方法还包括：根据已确定的角度的三角测量函数来缩放对象的空间尺寸。由此可以例如利用余弦和正弦函数成比例地缩放纵向和横向分量。可以适当地选择相应的缩放前缀符号。

优选地，基于全球定位数据实现交通工具的定向的确定。在此，可以相应地提供传感装置、例如GPS传感器等。此外，还可以提供导航系统，所述导航系统为处理器单元提供传感器数据。

本发明的另一方面涉及一种用于交通工具的抬头显示器显示系统。该系统包括用于生成对象的图像数据以用于抬头显示器显示系统的显示的装置。此外，该抬头显示器显示系统还包括用于确定交通工具的空间定向的装置。所述系统包括处理器单元，其配置用于根据已确定的交通工具的空间定向通过缩放对象的尺寸来处理对象的图像数据。此外，所述抬头显示器显示系统还包括投影装置，其配置用于将缩放后的对象的图像投影在交通工具的驾驶员的视野中。

抬头显示器显示系统的优点在此应从上述类似的方法步骤中获取，并且为简洁起见在此援引此部分。

在一种优选的实施方式中，处理器单元配置用于，通过拉伸对象在交通工具的定向的方向上的尺寸来处理所述对象的数据。

优选地，所述处理器单元配置用于，确定对象的空间定向，并且还根据交通工具的定向和对象的定向通过缩放对象的尺寸来处理对象的数据。

在一种优选的实施方式中，处理器单元配置用于，基于对象的位置和沿行驶方向紧接着的对象的位置实现对象的空间定向的确定。

优选地，所述处理器单元配置用于，确定交通工具的定向与对象的定向之间的角度，并且根据所述角度实施对象的尺寸的缩放。

在一种优选的实施方式中，处理器单元配置用于，根据所述角度的三角测量函数实施所述对象的空间尺寸的缩放。

此外，还公开了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包含指令，在由计算机执行程序时所述指令促使按照之前描述实施方法步骤。

此外还公开了一种交通工具，其包括根据上述实施方式的抬头显示器显示系统。所述交通工具在此优选是轿车，其中，本发明并不局限于此。

本发明的在本申请中提到的各种实施方式如果未单独地另作说明则能够有利地相互结合。

以下根据附图通过实施例对本发明进行阐述。在附图中：

图1示出本发明的实施方式的抬头显示器显示系统；

图2示出根据现有技术的导航坐标图；

图3示出借助根据现有技术的抬头显示器显示系统的视野图；

图4示出根据本发明的实施方式的导航坐标图；

图5示出借助根据本发明的实施方式的抬头显示器显示系统的视野图；并且

图6示出通过根据本发明的实施方式的抬头显示器显示系统来显示对象的方法的示意图。

图1示出本发明的实施方式的抬头显示器显示系统1。以下结合图2至图5阐释所述抬头显示器显示系统1。在图2至图4中分别描述了根据现有技术和根据本发明的实施方式的导航坐标图70。在图3至图5中分别描述了借助根据现有技术和根据本发明的实施方式的抬头显示器显示系统1得到的视野图80。此外，还援引在图6中示意性示出的相应的方法步骤。

图1示出按照本发明的实施方式的用于交通工具100的抬头显示器显示系统1。此外，由此还示出了具有这种抬头显示器行驶系统1的交通工具100。

该抬头显示器显示系统1包括一装置，所述装置用于生成对象30的图像数据，以用于抬头显示器显示系统1的显示。例如所述装置可以是导航系统45，从而基于导航系统45提供一个对象30或多个对象30。由此，所述对象30可以相对于数字地图生成。所述对象30在此例如可以沿导航系统45的特定路线生成。然而本发明并不局限于此。待图示的对象30也可以例如是符号或图标。

在此在图2中给出示例，其中示出导航坐标图70。在此，沿计算出的路线以特定的间距、例如数米示出相应的坐标点75。在所述坐标点75上可以生成例如对象30。该图示可以为了确定位置而基于传感装置、例如GPS传感器等或借助电子地图以图形方式提供。这也适用于根据图4的导航坐标图70，以下将对其详细阐述。在此示例性描述的对象30可以例如由导航系统45或也由以下所述的处理器单元10生成。

在该具体情况下，对象30描述为箭头，所述对象示出在此示例性确定的路线的局部方向。然而对象30在本发明的范畴内并不局限于箭头或导航指示。事实上，对象30也可以是行驶标志、标记、符号或图标、数字数值、模拟显示或由字符串组成的驾驶信息。生成一个或多个对象30的图像数据以用于抬头显示器显示系统1的显示也相当于在图6中示出的示意性方法的步骤a)。

此外，还提供了用于通过抬头显示器显示系统1确定交通工具100的空间定向R1的装置。例如，用于确定空间定向R1的相应数据同样也可以被导航系统45获得。交通工具100的定向R1可以参照作为基础的坐标系完成。交通工具的定向R1也可以在以下所述的处理器单元10中完成，例如在获得导航系统45的相应的交通工具数据之后完成。此外，还可以提供相应的传感装置40，所述传感装置通过交通工具100的位置和/或定向R1确定数据，并且将数据传输给导航系统45和/或以下所述的处理器单元10。交通工具100的空间定向R1的确定在此相当于图1所示的示意性方法的步骤b)。交通工具100的定向R1在此可以基本上与交通工具的驾驶员36的目视方向一致。所述定向R1可以通过交通工具100的纵轴线或者说行驶方向和/或交通工具100的前侧确定。

此外，抬头显示器显示系统1还包括处理器单元10。处理器单元10配置用于根据已确定的交通工具的空间定向R1通过缩放对象30的尺寸来实施对象30的图像数据的处理。这例如在图4中详细示出。与现有技术的图2相比，对象30根据交通工具100的定向R1被缩放。在此，缩放意味着改变大小或空间尺寸。图4在此示出，在导航坐标图70中由原始的对象缩放后得到的对象50与图2中原始的对象30在其尺寸方面不同。例如，处于交通工具100附近或之前的缩放后的对象50沿交通工具100的定向R1的方向被拉伸，其中，在弯道点55之后或弯道点上同样可以实现缩放，这将在以下详细阐述。

根据交通工具100的空间定向R1通过缩放对象30来处理对象30的图像数据在此相当于图6示意性示出的方法的步骤c)。

此外，抬头显示器显示系统1还包括投影装置20。所述投影装置20配置用于将缩放后的对象50的图像投影在交通工具的驾驶员的视野26中。为此，图1示意性示出的布局示意性地描述了原理，其中，其他细节援引已知的现有技术。投影装置20在此可以包括具有反射元件的光学装置，所述光学装置将图像源的缩放后的对象50的待图示的图像、例如显示器投影到驾驶员视野中期望的位置处。在此，带有缩放后的对象50的图像在(例如合成仪的)前风挡玻璃上反射至驾驶员，其中，对于驾驶员或驾驶员的目视36来说能在前风挡玻璃24的显示区域22中识别到缩放后的对象50。在此，缩放后的对象50的虚拟图形在交通工具100前的投影平面32中生成，见图1中的连接路径34。投影平面32在此位于交通工具100自身之前，并且由此为驾驶员形成缩放后的对象50躺在交通工具100之前该位置上的印象。投影平面32在此可以在发动机罩上位于前风挡玻璃24之前附近处，或者在优选接触模拟地图示情况下位于交通道路38上或者说位于真实位置处。由此，投影在驾驶员视野中的缩放后的对象50与真实的现实相叠。有关抬头显示器投影的相关技术和其他细节在此从现有技术中得到。

缩放后的对象50的图像在交通工具100的驾驶员的视野中的投影在此相当于图6示意性示出的方法的步骤d)。

在图5中示出借助根据本发明的实施方式的抬头显示器显示系统1得到的驾驶员的视野图80的示例。在此描述了与图3中相同图像按照现有技术的视野图80不同的视野图。在图5中实现借助根据本发明缩放后的对象50的图示。在图3中实现借助(无缩放和进而按照现有技术的)对象30的图示。为建立图3所示的图像，用于投影装置20的输入数据在此是图2所示的导航坐标图70连同对象30和相对应的路线。为建立图5所示的图像、用于投影装置20的输入数据在此是图4所示的导航坐标图70连同缩放后的对象50和相对应的路线。

有利地，对象50、在此例如用于路线示踪的箭头通过缩放而无扭曲地并且进而作为箭头可被明确识别，如图5清楚所示。这是缩放对象30的结果。这尤其可以优选通过拉伸对象30在交通工具的定向R1方向上的尺寸实现，如根据处于交通工具紧前方的缩放后的对象50所示出的。由此，在真正投影之前借助处理器单元10通过对象30的缩放使驾驶员获得明显更好的图示。相反，在图3中对象30则扭曲，并且在此可能几乎不能被理解为箭头。据此，对象30的成功缩放实现了通过缩放后对象50的明显更好的图示。由此，驾驶员位置较低和由此导致扭曲的问题得到解决或消除。

以下描述在图4范围内另一种有利的设计方式。处理器单元10还配置用于，确定对象30的空间定向R2。对象30的定向R2可以例如由此确定，即，对象30本身具有特定的定向R2。在此情况下，对象30的箭头方向例如可以确定定向R2。优选地，处理器单元配置用于，基于对象30的位置和沿行驶方向紧接着的对象30的位置确定对象30的空间定向R2。由此可以通过紧接着的对象30确定局部定向。通过这种确定，也可以确定不具有自身定向或不具有明显的自身定向的对象30的定向。由此，可以准确地确定沿弯道点33的多个对象30的相应的定向R2，见图4示例性所示。

由此，对象30的图像数据可以根据交通工具的定向R1和对象30的定向R2由处理器单元10通过缩放对象30的尺寸实现。这在图4中示例性示出。对象30原本在图2中是尺寸相同的箭头，而区别仅在于各自的定向。如图4所示，然而对象30可以与交通工具的定向R1以及对象30的定向R2相关。

例如，在缩放52之后，弯道点55之前或之后以及在弯道点55的过渡部位的区域中的对象50相互不同并且与原始的对象30不同。缩放后的对象50由此与对象50的定向R2相关，见图4。由此，沿着弯道、在弯道之前和之后的对象都能在抬头显示器显示系统1中有利地真实地且少扭曲地显示，如与图3相比在图5中初步示出的。

尤其可以基于在交通工具的定向R1与相应对象30的定向R2之间构成的、围成的角度Θ考虑一个所述对象30或多个所述对象30的定向R2。那么可以根据该角度Θ实现对象30的尺寸的缩放，由此能够考虑参照交通工具100的定向R1的每个对象30的连续的相对定向R2。在与交通工具的定向R平行的直线路线的范围内，该角度在此例如Θ＝0°，在弯道点55的起始处例如Θ＝90°。在弯道中可以借助这两个值之间的角度Θ进行插值。由此借助角度Θ缩放的对象50(该对象处于弯道中)可以无扭曲地在抬头显示器显示系统1中显示给驾驶员。对象30的尺寸的缩放可以有利地根据特定角度Θ的三角测量函数完成。在该实施例中，可以借助余弦函数相对于交通工具100的定向R1确定定向R2的纵向投影并相应地设置缩放倍数。借助正弦函数可以参照交通工具100的定向R1确定定向R2的横向分量并缩放。

如图4所示，对象30的缩放或者说拉伸可以导致缩放后的对象50的相叠。能有利解决此问题的方式在于，通过处理器单元10将单个的缩放后的对象50剔除。由此可减少对象50的数量，并避免相叠，由此改善了在抬头显示器显示系统1中所显示的信息的可识别性。

附图标记清单

1 抬头显示器显示系统

10 处理器单元

20 投影装置

22 显示区域

24 前风挡玻璃

26 视野

28 虚拟图像

30 对象

32 投影平面

34 连接路径

36 目视

38 交通道路

40 传感装置

45 导航系统

R1 交通工具的定向

R2 对象的定向

50 缩放后的对象

52 缩放

55 弯道点

Θ 交通工具/对象定向之间的角度

70 导航坐标图

75 坐标点

80 借助抬头显示器显示系统的视野图

100 交通工具

Claims (14)

1.一种用于通过抬头显示器显示系统进行显示对象的方法，所述方法包括步骤：

a)生成对象(30)的图像数据，以用于抬头显示器显示系统的显示；

b)确定交通工具的空间定向(R1)；

c)根据所述交通工具的空间定向(R1)通过对象(30)的尺寸的缩放来处理对象(30)的图像数据；

d)将缩放后的对象(50)的图像投影在交通工具的驾驶员的视野(26)中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述对象(30)的数据的处理包括拉伸对象(30)在交通工具的定向(R1)的方向上的尺寸。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，所述方法还包括步骤：确定对象(30)的空间定向(R2)，并且还根据已确定的交通工具的定向(R1)和已确定的对象(30)的定向(R2)通过缩放对象的尺寸处理对象(30)的数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，基于对象(30)的位置和沿行驶方向紧接着的对象(30)的位置实现对象(30)的空间定向(R2)的确定。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的方法，所述方法还包括：确定交通工具的定向(R1)与对象(30)的定向(R2)之间的角度(Θ)，并且根据已确定的角度(Θ)缩放对象(30)的尺寸。

6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括：根据已确定的角度(Θ)的三角测量函数来缩放对象(30)的空间尺寸。

7.一种用于交通工具的抬头显示器显示系统(1)，其包括：

-用于生成对象(30)的图像数据以用于抬头显示器显示系统(1)的显示的装置；

-用于确定交通工具的空间定向(R1)的装置；

-处理器单元(10)，其配置用于根据已确定的交通工具的空间定向(R1)通过缩放对象(30)的尺寸来缩放对象(30)的图像数据；

-投影装置(20)，其配置用于将缩放后的对象(30)的图像投影在交通工具的驾驶员的视野(26)中。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，处理器单元(10)配置用于，通过拉伸对象(30)在交通工具的定向(R1)的方向上的尺寸来处理所述对象(30)的数据。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的系统，其中，所述处理器单元(10)配置用于，确定对象(30)的空间定向(R2)，并且还根据交通工具的定向(R1)和对象(30)的定向(R2)通过缩放对象(30)的尺寸来处理对象(30)的数据。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理器单元(10)配置用于，基于对象(30)的位置和沿行驶方向紧接着的对象(30)的位置来确定对象(30)的空间定向(R2)。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的系统，其中，所述处理器单元(10)配置用于，确定交通工具的定向(R1)与对象(30)的定向(R2)之间的角度(Θ)，并且根据已确定的角度(Θ)实施对象(30)的尺寸的缩放。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述处理器单元(10)配置用于，根据角度(Θ)的三角测量函数实施对象(30)的尺寸的缩放。

13.一种计算机程序产品，其包括指令，在通过计算机执行所述指令时，该指令促使计算机实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

14.一种交通工具(100)，其包括根据权利要求7至12中任一项所述的抬头显示器显示系统(1)。

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