DE102005037797A1

DE102005037797A1 - System und Verfahren zur automatischen Kalibrierung einer Projektion, sowie eine Verwendung des Systems

Info

Publication number: DE102005037797A1
Application number: DE102005037797A
Authority: DE
Inventors: Stefan Klose
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: DE102005037797B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen Kalibrierung mindestens einer Projektion, insbesondere ein Head-Up Display, auf eine Projektionsfläche in einem Transportmittel, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens einer Projektionsvorrichtung zur Erzeugung mindestens eines Kalibriermusters auf der Projektionsfläche, mindestens einer Kameravorrichtung zur Aufnahme des mindestens einen Kalibriermusters auf der Projektionsfläche, einer Steuereinheit zur Ansteuerung der mindestens einen Projektionsvorrichtung und/oder der mindestens einen Kameravorrichtung, einem Mittel zur automatischen Kalibrierung der Projektion, mindestens einem von der Steuereinheit ansteuerbaren Positioniermittel für die mindestens eine Kameravorrichtung, wobei die Steuereinheit in Abhängigkeit von den von der mindestens einen Kameravorrichtung erfassten Signalen des mindestens einen Kalibriermusters das Mittel zur automatischen Einstellung der Kalibrierung so ansteuert, dass eine vorbestimmte Zielfunktion, insbesondere die Verzerrungsfreiheit, der Projektion erfüllt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Kalibrierung einer Projektion gemäß Anspruch 1, eine Verwendung des Systems nach Anspruch 17 und ein Verfahren zur automatischen Kalibrierung einer Projektion nach Anspruch 18.

Bei der Bedienung von Transportmitteln, wie z.B. Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen, müssen immer mehr Informationen in immer kürzerer Zeit verarbeitet werden. Ein Mittel, dem Bediener des Transportmittels die notwendigen Informationen zeitnah anzubieten ist ein so genanntes Head-Up Display, d.h. die Projektion von Informationen auf eine Fläche (z.B. Windschutzscheibe) im Sichtbereich des Bedieners. Solche Systeme sind z.B. bei Flugzeugen oder Kraftfahrzeugen bekannt.

Da die Projektionsflächen, wie z.B. eine Windschutzscheibe, meist dreidimensional komplex geformt sind, würde eine einfache Projektion ein verzerrtes Bild ergeben.

Grundsätzlich ist es bekannt, die Verzerrung durch Linsen- oder Spiegelsysteme oder durch eine Vorverzerrung der Projektion zu verhindern. Als Maßstab dient dabei ein Raytracing, dass einmal für eine Standardscheibe durchgeführt wird. Wenn Abweichungen bei einer realen Scheibe von den mittels Raytracing ermittelten Daten vorliegen, so liegt dies an fertigungsbedingten Abweichungen oder Einbaufehlern.

Diese Lösungen sind aufwändig, insbesondere lassen sich diese Lösungen im Rahmen einer Massenherstellung von Fahrzeugen nicht gut automatisieren. Auch ist es schwierig, solche Systeme nachträglich in einer Werkstatt zu verwenden.

Ferner ist bekannt, einen LCD-Monitor an der Scheibe zur Darstellung der Informationen anzuordnen. Dabei besteht der Nachteil, dass sich die Augen des Bedieners ständig auf unterschiedliche Entfernungen einstellen müssen, was zu einer schnellen Ermüdung führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Kalibrierung einer Projektion zu schaffen, das insbesondere automatisierbar bei der Fertigung des Transportmittels oder einer Nachrüstung verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße System zur automatischen Kalibrierung mindestens einer Projektion, insbesondere für ein Head-Up Display, auf eine Projektionsfläche in einem Transportmittel, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, weist eine Reihe von Mitteln auf, mit denen die Aufgabe gelöst wird.

Mindestens eine Projektionsvorrichtung dient zur Erzeugung mindestens eines Kalibriermusters auf der Projektionsfläche, wobei mindestens eine Kameravorrichtung der Aufnahme des mindestens einen Kalibriermusters auf der Projektionsfläche dient.

Ferner ist eine Steuereinheit zur Ansteuerung der mindestens einen der Projektionsvorrichtung und/oder der mindestens einen Kameravorrichtung und ein Mittel zur automatischen Kalibrierung der Projektion vorgesehen.

Wesentlich ist mindestens ein von der Steuereinheit ansteuerbares Positioniermittel für die mindestens eine Kameravorrichtung, wobei die Steuereinheit in Abhängigkeit von den von der mindestens einen Kameravorrichtung erfassten Signalen des mindestens einen Kalibriermusters das Mittel zur automatische Einstellung der Kalibrierung so ansteuert, dass eine vorbestimmte Zielfunktion, insbesondere die Verzerrungsfreiheit der Projektion erfüllt wird.

Damit ist es möglich, Kalibriermuster auf einer Projektionsfläche automatisch aufzunehmen und weiterzuverarbeiten. Das Positioniermittel erlaubt dabei die automatische Einstellung selbst bei komplexen Gegebenheiten innerhalb des Transportmittels.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Positioniermittel ein Robotermittel aufweist, mit dem die mindestens eine Kameravorrichtung translatorisch und/oder rotatorisch relativ zur Projektionsfläche bewegbar ist.

Wenn nicht nur für einen bestimmten Punkt eine Kalibrierung vorgenommen werden soll, ist es vorteilhaft, wenn mittels des Positioniermittels automatisch mindestens eine Head-Box eines Bedieners des Transportmittels ansteuerbar ist. Werden z.B. zwei Head-Boxes für ein Kraftfahrzeug verwendet, so können Fahrer und Beifahrerpositionen untersucht werden.

Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn mittels der mindestens einen Kameravorrichtung mindestens eine Augen- und/oder mindestens eine Kopfposition eines Bedieners des Transportmittels ansteuerbar sind, wobei jeweils automatisch eine verzerrungsfreie Projektion ermittelt wird und die jeweils zur verzerrungsfreien Projektion gehörigen Parameter für eine Head-Up Projektion in einem dem Transportmittel zugeordneten Speicher gespeichert werden. Zwischen den gespeicherten Positionen können dann schnell Interpolationen durchgeführt werden, um z.B. für eine Vielzahl von Kopfpositionen die richtigen Entzerrungsparameter zu bestimmen.

Mit Vorteil weist die mindestens eine Kameravorrichtung mindestens zwei, insbesondere acht Aufnahmemittel für die gleichzeitige Aufnahme von Ecken einer Head-Box und/oder zwei Aufnahmemittel für die gleichzeitige Aufnahme einer Fahrer- und Beifahrerposition auf. Unter einem Aufnahmemittel ist hier z.B. ein Objektiv zu verstehen, so dass die Kameravorrichtung z.B. acht Objektive aufweist, die koordiniert bewegt werden und deren Aufnahmedaten koordiniert ausgewertet werden. Wichtig ist, dass alle Aufnahmemittel die Kalibriermuster aufnehmen können, d.h. insbesondere dürfen sich die Aufnahmemittel nicht gegenseitig die Sicht versperren.

Vorteilhaft ist es, wenn der Strahlengang der mindestens einen Projektionsvorrichtung und/oder der mindestens einen Kameravorrichtung mindestens teilweise außerhalb einer Position für einen Bediener angeordnet ist.

Für eine Weiterverarbeitung der Daten ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit die vom Mittel zur automatischen Einstellung der Kalibrierung ermittelten Parameter für eine verzerrungsfreie Projektion, insbesondere ein Head-Up Display, automatisch in einen Datensatz speichert.

Vorteilhafterweise sind vom Mittel zur automatischen Kalibrierung folgende Schritte ausführbar:

a) Erzeugung von Kalibrierungsmustern, insbesondere Streifenmustern auf der Projektionsfläche durch die mindestens eine Projektionsvorrichtung,
b) Aufnahme und Bildfilterung der Streifenmuster durch die mindestens eine Kameravorrichtung,
c) automatische Ermittlung der größtmöglichen geraden Projektion für das Head-Up Display durch das Mittel zur automatischen Kalibrierung,
d) automatische Berechnung der Entzerrungsdaten, insbesondere der Warp-Felder, in Abhängigkeit vom Streifenmuster und der größtmöglichen geraden Projektion,
e) automatische Erzeugung eines inversen Projektionsbildes (z.B. Erzeugung einer verzerrungsfreien Projektion eines Head-Up Displays) in Abhängigkeit von den Entzerrungsdaten.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Projektionsvorrichtung ein Linsensystem, ein Spiegelsystem, einen TFT-Monitor, einen LCD-Monitor, einen Laser-Projektor, einen DLP-Projektor und/oder einen LCD-Projektor aufweist.

Vorteilhaft ist es, wenn die Projektion auf ein Kalibriertarget erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es wenn, das Kalibriertarget durch das Positioniermittel ansteuerbar ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Kalibriertarget einen Rahmen auf, der einen sehr großen Helligkeitskontrast zur Fläche des Kalibriertargets aufweist.

Damit ist es möglich, mit einer Projektion von Mustern auf das Kalibriertarget und den Rahmen eine automatische Erkennung des Rahmens durchzuführen. Der Rahmen wird so für die Kameravorrichtung erkennbar.

Zur Vermeidung von Doppelreflexionen bei den Kalibriermustern ist es vorteilhaft, wenn die Projektionsfläche auf einer Verbundglasscheibe liegt, wobei in der Verbundglasscheibe mindestens ein Polarisationsfilter zur Unterdruckung von Mehrfachreflexionen angeordnet ist und die Projektionsvorrichtung eine entsprechend polarisierte Projektion vornimmt. Die Polarisation kann z.B. linear, zirkulär oder elliptisch ausgebildet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Kalibriermuster lineare Strukturen auf, die regelmäßig zueinander angeordnet sind. Grundsätzlich kann der Abstand beliebig gewählt werden. Die Abstände können somit grundsätzlich von 1 bis w-1, bzw. von 1 bis h-1 gehen. Wird der Streifenabstand kleiner, dauert die Aufnahmeprozedur länger. Wählt man einen Abstand 1, können logischerweise nicht alle Streifen gleichzeitig aufgenommen werden, da man ein weißes Bild aufnehmen würde, in dem keine Streifen mehr separiert werden können. Aus diesem Grund wird eine Aufteilung gewählt. Beim Abstand 1 würden 20 Aufnahmen pro Muster gemacht werden mit den Streifen an den Positionen 0, 20, 40, 60, ...; Aufnahme 2 mit den Streifen an Position 1, 21, 41, 61, ...; Aufnahme 3 mit den Streifen an Position 2, 22, 42, 62, .... Die gefilterten Teilbilder werden wieder zu einem Gesamtmuster zusammengesetzt, was in einer Software implementierbar ist.

Vorteilhaft ist es, wenn der Abstand zwischen 5 und 40, insbesondere 20 Pixeln beträgt. Dieser Bereich ist vorteilhaft, da die Abstände nicht zu klein sind, was den Aufwand erhöhen würde. Gleichzeitig sind die Abstände auch nicht so groß, dass die Kontur der Projektionsfläche ungenau erfasst wird.

Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn das Kalibriermuster Symbole, insbesondere Kreise aufweist. Die Symbole bilden dann mindestens teilweise das Kalibriermuster.

Die Aufgabe wird auch durch eine Verwendung des Systems gelöst, wenn die automatische Kalibrierung einer Head-Up Projektion in einer Serienfertigung eines Kraftfahrzeugs oder in einer Werkstatt für Kraftfahrzeuge erfolgt.

Ferner wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;

2 eine schematische Darstellung von Streifenmustern für die Erfassung einer Geometrie einer Projektionsfläche;

3 eine schematische Darstellung einer größtmöglichen geraden Projektion;

4 eine schematische Darstellung der Entzerrung;

5 eine schematische Darstellung der entzerrten Projektion;

6 eine schematische Darstellung einer Head-Box;

7A, B eine schematische Darstellung des Effektes einer perspektivischen Verzerrung;

8 eine schematische Darstellung eines Kalibriertargets;

9A, B eine schematische Darstellung der Kamerainvarianz des Kalibriertargets;

10 eine schematische Darstellung einer Projektion mit einem schwenkbaren Projektor;

11 eine schematische Darstellung eines alternativen Kalibriermusters;

12 eine schematische Darstellung einer Unterdrückung von Reflexionen;

13 eine schematische Darstellung einer Fertigungssituation vor der automatischen Kalibrierung;

14 eine schematische Darstellung einer Fertigungssituation während der automatischen Kalibrierung.

In 1 ist in schematischer Weise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur automatischen Kalibrierung eines Head-Up Display 100 in einem Kraftfahrzeug 200 in der Serienfertigung dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt eine konkav geformte Projektionsfläche 2 auf einer Windschutzscheibe vor. Eine Projektionsvorrichtung 1 projiziert grundsätzlich das Head-Up Display 100 auf diese Projektionsfläche 2.
Wie im Folgenden dargestellt, wird für die automatische Kalibrierung ein Kalibriermuster 7A, 7B auf die Projektionsfläche 1 gestrahlt. Mittels des Kalibriermusters 7A, 7B soll gerade eine verzerrungsfreie Darstellung des Head-Up Displays 100 erreicht werden.
Grundsätzlich kann das Head-Up Display 100 unterschiedliche Größen haben, die vom jeweiligen Einsatzzweck abhängig sind. Auch können Head-Up Displays 100 für einen Fahrer sich von denen eines Beifahrers unterscheiden. Der Fahrer erhält Informationen beispielsweise über die Fahrdaten, der Beifahrer über den Navigationszustand. Auch ist die Position der Projektionsvorrichtung 1 grundsätzlich variabel. Fahrer und Beifahrer werden im Übrigen als Bediener aufgefasst. Grundsätzlich ist ein Bediener jeder, der in dem Transportmittel 200 Gebrauch von Informationen macht, die auf einer Projektionsfläche 2 dargestellt wird, d.h. der Bediener muss nicht aktiv in das Fahrgeschehen eingreifen.
Durch die komplexe Form der Projektionsfläche 2 und bedingt durch die optischen Eigenschaften der Projektionsvorrichtung 1 wäre eine „normale" Projektion auf die Projektionsfläche 2 verzerrt, so dass ein Bediener des hier nicht dargestellten Kraftfahrzeugs kein verwertbares Bild im Head-Up Display 100 erkennen könnte.
Das Head-Up Display 100 muss grundsätzlich für jedes Fahrzeug abgestimmt eingestellt werden, da Fertigungsungenauigkeiten beim Einbau der Scheibe und/oder der Projektionsvorrichtung ansonsten zu einem nicht korrekten Bild führen würden. Auch Ungenauigkeiten der Scheibe selbst können zu Verzerrungen führen.
Im hier relevanten Einsatz bei der Serienfertigung eines Kraftfahrzeugs 200 werden in der Fertigungsstraße in einer später noch beschriebenen Weise von der Projektionsvorrichtung 1 spezielle Kalibriermuster 7A, 7B auf die Projektionsfläche 2 gestrahlt. In 12 und 13 werden Fertigungssituationen vor und während der Kalibrierung, wobei ein noch später beschriebenes Kalibriertarget 20 hinzukommt, dargestellt.
Zunächst wird im Zusammenhang mit den 1 bis 5 eine automatisierte kamerabasierte Kalibrierung für einen festen Betrachterpunkt beschrieben. Dazu wird eine Kameravorrichtung 3 automatisch in die Position der Augen des Bedieners gefahren.
An einem Positioniermittel 5, hier einem Roboterarm an der Fertigungsstraße, ist die Kameravorrichtung 3 angeordnet, die automatisch in das Innere des Kraftfahrzeugs gebracht wird. Das Positioniermittel 5 kann die Kameravorrichtung 3 translatorisch und/oder rotatorisch im Raum frei bewegen, was in 1 durch Pfeile angedeutet ist.
Die Kameravorrichtung 3 nimmt die auf die Projektionsfläche 2 projizierten Kalibriermuster 7A, 7B auf und überträgt die Daten an eine Steuereinheit 4, die z.B. in der Fertigungsstraße für die Kraftfahrzeuge angeordnet ist.
Grundsätzlich kann man auch eine Kameravorrichtung 3 mit mehreren Aufnahmemitteln (z.B. Objektiven) verwenden. Werden z.B. acht Aufnahmemittel gleichzeitig verwendet, könnten die Ecken einer so genannten Head-Box (siehe 6) auf einmal aufgenommen werden. Dabei muss sichergestellt werden, dass sich die Aufnahmemittel nicht gegenseitig die Sicht nehmen.
Durch eine solche Ausführungsform würden Bewegungen des Positioniermittels 5 eingespart werden. Die automatische Kalibrierung wäre schneller. Auch ist es möglich in einem Kraftfahrzeug zwei Kameravorrichtungen 3 mit jeweils einem Aufnahmemittel für Fahrer und Beifahrer gleichzeitig zu verwenden.
Auch wenn die Verwendung des Systems hier im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug 200 erläutert wird, so kann das System gemäß der Erfindung auch für Head-Up Displays 100 in Flugzeugen oder anderen Transportmitteln verwendet werden. Grundsätzlich kann das hier beschriebene System aber auch für eine Nachrüstung in einer Werkstatt verwendet werden.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Autokalibrierung näher beschreiben. Die Autokalibrierung wird mit folgenden Schritten durchgeführt:

a) Erzeugung von Streifenmustern als Kalibriermuster 7A, 7B auf der Projektionsfläche 2 durch die mindestens eine Projektionsvorrichtung 1,
b) Aufnahme, Bildfilterung und Segmentierung der Streifenmuster, durch die mindestens eine Kameravorrichtung 3 (z.B. durch einen Rechner, der Teil der Kameravorrichtung 3 ist),
c) automatische Ermittlung der möglichen geraden Projektion 9 bezüglich der mindestens einen Kameravorrichtung 3 für das Head-Up Display 100 durch das Mittel zur automatischen Kalibrierung 6,
d) automatische Berechnung der Entzerrungsdaten, insbesondere der Warp-Felder, in Abhängigkeit vom Streifenmuster und der größtmöglichen geraden Projektion 9 bezüglich der Kameravorrichtung 3,
e) automatische Erzeugung eines inversen Projektionsbildes in Abhängigkeit von den Entzerrungsdaten.

Im Folgenden werden diese Teilschritte der Autokalibrierung mit Bezug auf die 2 bis 5 erläutert. Alle oder Teile der folgenden Schritte werden dabei von einem Rechner gesteuert, der als Steuereinheit 4 das Mittel zur Kalibrierung 6 aufweist. Der Datenaustausch zwischen den Einheiten ist durch gestrichelte Linien dargestellt.
Um eine erfolgreiche Geometrieentzerrung mittels Imagewarping (d.h. Erzeugung eines inversen Projektionsbildes) durchführen zu können, muss zuerst die zugrunde liegende Geometrie der Projektionsfläche 2, im obigen Beispiel eine konkave Windschutzscheibe, erfasst werden. Dies geschieht durch die Aufnahme von projizierten vertikalen und horizontalen Streifenmustern 7A, 7B durch die Kameravorrichtung 3. Dies ist schematisch in 2 dargestellt. Die Projektionsvorrichtung 2 wirft dazu hintereinander Streifenmuster 7A, 7B auf die Projektionsfläche 2, deren Projektion dort schief aussieht. Die Streifen im Streifenmuster 7A, 7B haben einen konstanten Abstand zueinander, der je nach Komplexität der zu entzerrenden Geometrie zu wählen ist.
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ein Streifenabstand von 20 Pixeln gewählt. Bei einem Abstand von 20 Pixeln besteht ein sehr guter Kompromiss zwischen der Performance und der Qualität der Abbildung. Andere Streifenabstände (z.B. 10 Pixel) und Anordnungen sind möglich.
Die projizierten Streifenmuster 7A, 7B werden von der Kameravorrichtung 3 aufgenommen. Zusätzlich wird noch ein Bild aufgenommen, bei dem die Projektionsvorrichtung 1 auf Schwarz geschaltet ist, um den teilweise störenden Hintergrund bzw. Rauschen entfernen zu können. Dieses Hintergrundbild wird vor der weiteren Bildfilterung von allen aufgenommen Bildern subtrahiert.
Bei einer Verwendung einer Linsenkamera zeigen die aufgenommenen Bilder der Streifenmuster typische radiale Verzerrungen, die vor der Weiterverarbeitung entfernt werden müssen. Bei verzerrungsfreier Aufnahme kann dieser Schritt entfallen.
Die eigentliche Filterung der aufgenommenen Daten der Streifenmuster 7A, 7B wird mit Standardbildverarbeitungsfilteroperationen durchgeführt. Nach der Bildsubtraktion von zu filterndem Bild und Hintergrundbild wird das Ergebnisbild in Graustufen umgewandelt, so dass jeder der drei Farbkanäle denselben Farbwert hat. Anschließend wird dieses Bild in Abhängigkeit eines Schwellwertes in ein Schwarz/Weiß-Bild umgewandelt, wobei die Streifen weiß sind und der Hintergrund schwarz.
Um Löcher in den Streifen zu entfernen, wird eine Dilatation und Erosion durchgeführt. Anschließend müssen die aufgenommenen Linien noch derart gefiltert werden, dass sie nur noch einen Pixel breit sind. Dies geschieht mit Hilfe eines vertikalen bzw. horizontalen Versatzfilters. Dieser Versatzfilter wird in zwei Richtungen ausgeführt (links und rechts bzw. oben und unten). Der Mittelwert der Ergebnisse dieser beiden Filteroperationen liefert den Mittelpunkt des Streifens. Die gefilterten Streifen werden nun durch ihre Mittelpunkte repräsentiert.
Sämtliche Filteroperationen wurden mittels an sich bekannter Pixelshader hardwareunterstützt in einem Rechenmittel der Kameravorrichtung 3 umgesetzt.
Um eine verzerrungsfreie Wahrnehmung zu gewährleisten, muss die größtmögliche gerade Projektion 9 für das Head-Up Display 100 bestimmt werden. Die größtmögliche gerade Projektion 9 wird dabei in Bezug auf die Kameravorrichtung 3 bestimmt.
Die Größe des Head-Up Displays 100 ergibt sich aus der notwendigen Größe der Anzeige, damit der Bediener die Informationen gut erkennen kann.
Dazu wird zuerst aus den gefilterten Streifenmustern 7A, 7B ein Gitternetz 8 erzeugt. Mit Hilfe eines Optimierungsalgorithmus wird innerhalb dieses Netzes, welches in unserem Fall aus zwei Teilgitternetzen besteht, die größtmögliche gerade Projektion 9 bezüglich der Kameravorrichtung 3 ermittelt. Die projizierten Gitter sowie die Zielprojektionsfläche sind in 3 dargestellt. Aus diesen Daten können im Anschluss die Parameter für das Imagewarping, d.h. die Erstellung eines inversen Projektionsbildes bestimmt werden.
Grundsätzlich kann ein Bediener die automatisch bestimmte größte Projektionsfläche manuell einstellen, wobei die Einstellung an die Grenzen der verzerrten Projektion gebunden ist. Die Einstellung kann in Größe und Position erfolgen.
In 3 ist in schematischer Weise dargestellt, wie aus einem Kamerabild 10 des gefilterten, verzerrten Gitternetzes 8 der Bereich der größtmöglichen geraden Projektion 9 bezüglich der Kameravorrichtung 3 ermittelt wird.
In 4. ist schematisch dargestellt, wie ein Koordinatensystem im verzerrten Gitternetz 8 auf die größtmögliche gerade Projektion 9 bezüglich der Kameravorrichtung 3 abgebildet wird. Ein Punkt (2, 1), hier durch einen kleinen Kreis symbolisiert, entspricht bei einem Gitterabstand von 20 Pixeln zwischen den Gitterlinien der Position (40, 20) im projizierten Originalbild.
Liegt z.B. der linke untere Rand der entzerrten Projektionsfläche auf dem Schnittpunkt (1, 1), so liegt der Pixel mit den Koordinaten (0, 0) der Originalprojektion an der Position (20, 20), wenn der Streifenabstand 20 Pixel beträgt. Analog wird mit allen anderen Schnittpunkten verfahren, so dass eine Transformation für den vollständigen Bereich durchgeführt werden kann.
In 4 ist eine vollständige Transformation des verzerrten Gitternetzes 8 in eine gerade Projektion 9 dargestellt. Alternativ und zusätzlich kann auch nur ein Teilbereich oder mehrere Teilbereiche (Patch) transformiert werden, was den Rechenaufwand minimiert.
So kann mit Hilfe des zuvor berechneten Gitters das Bild in Warpingpatches 14 zerlegt werden. Diese Warpingpatches bestehen aus einem Dest-Patch (Destination: der Bildbereich, an den ein Bildteil gewarpt werden soll) und einem Src-Patch (Source: der Bildbereich, der in den Dest-Patch gewarpt wird).
Die Eckpunkt-Berechnung der Dest-Patches ist trivial. Aufgrund des vorgegebenen Abstands der horizontalen und vertikalen Linien ist somit auch die Position sämtlicher Gitterpunkte im Ziel bekannt.
Die Src-Patches werden in Abhängigkeit des Projektionsrechteckes und der Position der Dest-Patches linear berechnet. Es wird die Berechnung für die linke untere Ecke eines Src-Patches in Abhängigkeit der linken unteren Ecke eines Dest-Patches aufgezeigt: patch.x1 = (pLB.X – projectionRect.left)/(projectionRect.right – projectionRect.left); patch.y1 = (pLB.Y – projectionRect.bottom)/(projectionRect.top – projectionRect.bottom).
Das Src-Patch wird mittels eines Warping-Verfahrens inklusive integrierter perspektivischer Korrektur in das Dest-Patch transformiert.
Wird der Abstand der horizontalen und vertikalen Linien relativ klein gewählt, ist auch der Ausgleich von Krümmungen realisierbar. Mit den bei den Versuchen gewählten Linienabständen von zwanzig Pixeln war es bereits möglich, Krümmungen der Projektionsfläche 1 auszugleichen.
Um eine effektive Verarbeitung zu gewährleisten, wird die Autokalibrierung nur einmal durchgeführt. Aus diesem Grund werden die für die Geometrieentzerrung und Multiprojektorkalibrierung berechneten Daten in Warp-Feldern gespeichert, welche z.B. vom X-Rooms<TM>-System (K. Isakovic, T. Dudziak, K. Köchy. X-Rooms. A PC-based immersive visualization environment, Web 3D Conference, Tempe, Arizona, 2002) verwendet werden können. Die Entzerrung mittels der Warp-Felder wurde wiederum hardwareunterstützt umgesetzt, so dass eine Entzerrung in Echtzeit möglich ist.
In 5 ist dann dargestellt, wie mittels der Warpdaten ein inverses Projektionsbild 11 erzeugt wird, das für den Bediener des Transportmittels gegenüber dem schematisch dargestellten Gitternetz 8 gerade erscheint. Das inverse Projektionsbild 11 entspricht dann dem Head-Up Display 100 in einer für den Bediener lesbaren Form. Die Warpdaten können dabei in Echtzeit, z.B. per Pixelshader oder Texturkoordinate, angewandt werden.
Zuvor war die Kalibrierung im Zusammenhang mit einer festen, vorbestimmten Position beschrieben worden.
Da der Kopf des Bedieners aber nicht an einem starren Punkt relativ zur Projektionsfläche 2 angeordnet ist, ist es sinnvoll, die Projektion in Abhängigkeit von Kopf- und/oder Augenposition zu verändern. Grundsätzlich wird dabei nach dem im Zusammenhang mit 1 bis 5 beschriebenen Verfahren vorgegangen. Nur wird die Datenberechnung entsprechend für verschiedene Punkte durchgeführt, in die die Kameravorrichtung 3 automatisch durch das Positioniermittel 5 bewegt wird.
In 6 ist ein Kopf 12 dargestellt, der in einer Head-Box 13 angeordnet ist. Die Berechnung der verzerrungsfreien Projektion 11 wird nun für die Punkte P₁ bis P₈ durchgeführt. Die entsprechenden Datensätze, d.h. die Projektionsdaten für die Projektionsvorrichtung 1 für das Head-up Display 100 werden dann für das jeweilige Fahrzeug in einem Bordcomputer gespeichert. In analoger Weise können auch verschiedene Höhenpositionen der Augen von Bedienern unterschiedlicher Größe berücksichtigt werden.
Wird während der Fahrt ein Eye- und/oder Headtracking (kamera- oder trackerbasiert) für den Bediener vorgenommen, so können die abgespeicherten Datensätze für die Projektionsvorrichtung für das Head-up Display 100 jeweils der ermittelten Kopf- oder Augenposition automatisch angepasst werden. Aus den z.B. acht gespeicherten Positionen gemäß 6 kann dann die optimale Projektion des Head-Up Displays 100 durch Interpolation ermittelt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Bediener innerhalb der Head-Box 13 eine Position wählt, die dann einmal, d.h. ohne fortlaufende Optimierung und Interpolation, eingestellt bleibt. Eine manuelle Einstellung kann vom Bediener vorgenommen werden. Auch ist es möglich, dass eine automatische Einstellung mittels einer Kameraüberwachung oder eines Trackers erfolgt. Ferner ist es möglich, dass die Einstellung automatisch über die Abfrage von Spiegel- und/oder Sitzpositionen erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform des Systems für die Kalibrierung wird nicht allein mit einer Projektion auf eine Projektionsfläche 2 gearbeitet. Vielmehr wird ein zusätzlicher Projektionsrahmen vorgegeben, in den die Projektion erfolgen soll.
Zur Erläuterung wird in 7A modellhaft in perspektivischer Darstellung eine Wand 30 mit einer Reihe von Bildern 31 wiedergegeben. Aus der Wahrnehmungspsychologie ist bekannt, dass der Betrachter es in einer solchen Situation als normal empfindet, wenn die Bilder 31 sich für ihn verzerrt darstellen; die Bilder 31 werden mit zunehmender Entfernung kleiner, die Rahmen der Bilder sind keine Rechtecke mehr.
Es würde dem Betrachter unnatürlich erscheinen, wenn z.B. die Position eines Bildes 31' relativ zur Wand 30 so verändert werden würde, damit er es verzerrungsfrei betrachten kann. Die Situation ist in 7B dargestellt.
Somit spielt für den Betrachter nicht nur die Bildposition eine Rolle, sondern auch die Umgebung der Bilder. Die Wand 30 bietet dem Betrachter Referenzlinien. Wenn die Bilder 31 parallel zu diesen Referenzlinien hängen, wird dies als korrekt empfunden.
Genau hier setzt die weitere Ausführungsform des Systems ein, da hierbei die Kalibrierung relativ zu einem vorgegebenen Projektionsrahmen erfolgt. Dieser Rahmen kann die Windschutzscheibe, die Motorhaube oder ein anderes körperliches Kalibriertarget 20, wie z.B. eine flache Tafel sein. Das Kalibriertarget 20 stellt somit einen Rahmen zur Verfügung, der dem Betrachter als Referenz dient. Die Kalibriermuster, hier Streifenmuster, werden in diesen Rahmen projiziert, wobei diese nur innerhalb des Kalibriertargets 20 sichtbar sind.
Auf dem Kalibriertarget 20 ist ein Rahmen 23 angeordnet, z.B. aufgedruckt. Der Rahmen 23 weist einen sehr großen Kontrast relativ zur Fläche des Kalibriertargets 20 auf. Im vorliegenden Fall ist das Kalibriertarget 20 schwarz, der Rahmen 23 hingegen weiß. Bei anderen Anwendungen können auch umgekehrte Verhältnisse herrschen (z.B. bei einer Projektion auf eine Wand mit einem üblichen Projektor).
In diesem Ausführungsbeispiel werden helle Kalibriermuster 8 auf das Kalibriertarget 20 projiziert, wobei die hellen Linien des Kalibriermusters 8 im Bereich des Rahmens 23 so wenig Konstrast aufweisen, dass die Kameravorrichtung 3 dies nicht mehr auflösen kann (in 8 durch gestrichelte Linien angedeutet). Über den Rand hinaus werden die Linien wieder sichtbar.
Das Mittel zur automatischen Kalibrierung 6 kann anhand dieses fehlenden Kontrastes ermitteln, welche Form und welche Ausdehnung der Rahmen 23 auf dem Kalibriertarget 20 aufweist. Die über den Rahmen 23 hinausgehenden Teile des Kalibriermusters 8 werden durch das Mittel zur automatischen Kalibrierung 6 nicht berücksichtigt, da die Linienlängen zu kurz sind und/oder außerhalb des Rahmens 23 liegen.
Das Kalibriertarget 20 wird während der Kalibrierung derart positioniert, so dass die projizierten Kalibriermuster 8 (z.B. Streifenmuster) über den Rand des Targets reichen (Overshooting) (siehe 8).
Für eine eindeutige Zuordnung der einzelnen Streifen des Kalibriermusters 8 wird vor der ersten Projektion und Auswertung jeweils ein vertikaler und ein horizontaler Streifen an einer definierten Position projiziert (z.B. mittig). Relativ zu diesen Streifen werden dann die Streifen des Kalibriermusters 8 nummeriert. Würde dies nicht ausgeführt werden, könnte das Finden der ersten zu nummerierenden Streifen problematisch sein, da á priori nicht klar ist, welcher Streifen im Kalibriermuster 8 zu erkennen ist.
Das Kalibriermuster 8 muss in der virtuellen Bildebene 21 positioniert sein wie das Kalibriertarget 20, da es ansonsten nicht positionsinvariant bezüglich der Kamera ist (siehe 9A, 9B).
In 9A sind zwei Positionen C1, C2 einer Kameravorrichtung 3 dargestellt, die auf ein Objekt 22 in der Bildebene 21 gerichtet sind. Auf Grund der relativen Position der bei der ersten Position C1 befindlichen Kameravorrichtung, des Kalibriertargets 20 und des Objektes, ist das Objekt 22 aus diesem Blickwinkel von der ersten Position C1 nicht auf dem Kalibriertarget 20 sichtbar. Von der zweiten Position C2 hingegen ist das Objekt 22 auf dem Kalibriertarget 20 sichtbar. In einer solchen Darstellung ist das Verfahren nicht kamerainvariant, da die Abbildung davon abhängt, ob mit der Kameravorrichtung 3 an der ersten Position C1 oder der zweiten Position C2 Aufnahmen gemacht werden.
In 9B wird hingegen eine kamerainvariante Situation dargestellt, da die Kalibriertargetvorrichtung 20 direkt in der Bildebene 21 angeordnet ist. Damit spielt es keine Rolle, ob das Objekt von der Position C1 oder der zweiten Position C2 aus aufgenommen wird; diese Positionierung ist kamerainvariant.
Bei einer hellen Kalibrierumgebung muss das Target dunkel sein und der Rand hell.
Die Kalibrierung erfolgt nun – im Gegensatz zu zuvor beschriebenen Ausführungsformen – nicht zur Kameravorrichtung 3, sondern zum automatisch erkannten Rand des Kalibriertargets 20. Das Bild wird sozusagen in die Targetposition „gepresst". Aus diesem Grund muss bei diesem Aufbau weniger auf die Position der Kameravorrichtung geachtet werden, d.h. die gewünschte Projektionsfläche kann – im Gegensatz zu den zuvor erwähnten Ausprägungen schräg zum Kamerabildrand sein, da unabhängig von Kameraposition, Kippung und Neigung bezüglich des Kalibriertargets 20 kalibriert wird. Nach der Kalibrierung ist das projizierte Bild bezüglich des Rahmens korrekt ausgerechnet, so dass es – analog zum Gemäldegalerie Beispiel – auch für einen sich bewegenden Fahrer „richtig" aussieht.
Mit Hilfe des Kalibriertargets 20 kann somit die Größe und Form der Projektion gesteuert werden.
In einigen Fällen kann es vorkommen, dass aufgrund von Platzproblemen die Projektionsvorrichtung 1, ein Multiprojektorsystem aufweist, um eine entsprechende Projektionsgröße bzw. eine gewisse Pixel-Auflösung zu erreichen. Dabei ist zu beachten, dass die Projektionen exakt in einer Bildebene liegen. Andernfalls würde das kalibrierte Bild nur für die Kameraposition korrekt ausgerichtet sein.
Bei fehlerhaft aufgestellten Projektoren, würden für den Bediener Fehler in der Projektion bei Kopfbewegungen auftreten. Die Kalibrierung für Multiprojektorsysteme funktioniert ähnlich der bereits beschriebenen Kalibrierung – mit und ohne Kalibriertarget – und wird in der DE 102 51 217 beschrieben. Die Einstellung der Projektionen auf eine Bildebene kann unter Zuhilfenahme mehrerer Kameras automatisiert werden.
Aufgrund der Aufstellung der Projektionsvorrichtung 1 treten im projizierten Bild Helligkeitsunterschiede bzw. Farbunterschiede auf. Diese können kamerabasiert korrigiert werden. Die Helligkeitskorrektur kann aber auch theoretisch aufgrund des Abstandes der Projektionsvorrichtung 1 zur Projektionsfläche 2 und dem Projektionsvektor bestimmt werden. Die Korrekturdaten können wiederum in Echtzeit (PixelShader o.ä.) auf das Bild angewendet werden.
In den bisherigen Ausführungsbeispielen wird davon ausgegangen, dass als Kalibriermuster 7 ein Streifenmuster verwendet wird (siehe 2).
In 11C ist eine Alternative dargestellt, die grundsätzlich von Streifenmustern 4 ausgeht (11A), dann aber ein Muster aus kleinen Kreisen 8' erzeugt (11C), das die analoge Wirkung hat wie ein Gitternetz. Die Kreise 8' sind als Vollkreise ausgebildet.
Die kleinen Kreise 8' sind an den Schnittpunkten der Streifenmuster 4 angeordnet, die in 11B dargestellt sind.
Somit reicht es aus, ein Muster mit kleinen Kreisen 8' zu projizieren, bei dem die Mittelpunkte der Kreise 8' den Schnittpunkten im Gitternetz entsprechen.
Damit die Kreise bei der Bildverarbeitung durch die Kameravorrichtung 3 zu segmentieren sind, sind die Durchmesser der kleinen Kreise 8' dicker als 1 Pixel. Der Mittelpunkt der Kreise 8' ist auch in einer perspektivischen Darstellung immer dessen Schwerpunkt, der durch eine Mittelung über alle Kreis-Pixel berechnet werden kann.
Anstelle der Kreise 8' können natürlich auch andere Symbole verwendet werden.
Zusätzlich zu den beschriebenen Maßnahmen bei der Kalibrierung kann bei allen Ausführungsformen noch eine besondere Unterdrückung von Mehrfachreflexionen vorgenommen werden.
Bei der Projektion auf eine Verbundscheibe 41, 42, 43 als Projektionsfläche 1 tritt das Problem der Mehrfachreflexion auf. Das projizierte Bild wird von einer ersten Scheibe 41 der Verbundscheibe reflektiert, aber auch zur zweiten Scheibe 42 der Verbundscheibe durchgelassen. Beide Scheiben sind durch eine Zwischenschicht 43 miteinander verbunden.
Aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes von Scheibe 41, 42 und Zwischenschicht 42 ist das reflektierte Bild für den Bediener doppelt zu sehen. Dieser Effekt kann auf verschiedenste Art und Weise unterbunden werden.
Zum einen kann ein Polarisationsfilter zwischen den Scheiben angeordnet werden (siehe 12). Eine Projektionsvorrichtung 1 (TFT, Projektor, o.ä.) sendet polarisiertes Licht aus. Das Licht wird von der ersten Scheibe 41 zum Bediener reflektiert. Die Zwischenschicht 43 weist einen Polarisationsfilter auf, der das polarisierte Licht so gut wie nicht durchlässt. Aus diesem Grund erfolgt keine bzw. eine verschwindend kleine Spiegelung an der zweiten Scheibe 42 (siehe 12).
Alternativ, oder auch zusätzlich, ist es auch möglich, die zweite Scheibe zu entspiegeln. Durch eine Entspiegelung der zweiten Scheibe kann die Reflektion verringert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung noch an zwei Beispielen erläutert.
Beispiel 1
Eine schwenkbare Projektionsvorrichtung 1 (z.B. TFT, Projektor, mit Spiegel o.ä.) projiziert ein Bild an verschiedene Stellen der Projektionsfläche 2 (siehe 10). Der Schwenkgrad der Projektionsvorrichtung 1 ist vom Bediener – je nach Vorliebe – per Knopfdruck einstellbar. Werksseitig werden für bestimmte Positionen innerhalb des Schwenkbereiches Entzerrungsdaten bestimmt, welche in einem Bordcomputer, der das Head-Up Display 100 ansteuert, gespeichert sind. Je nach gewähltem Datensatz für die Projektion, werden unterschiedliche Entzerrungsdaten abgerufen und zur Entzerrung der Projektion verwendet. Die Projektion kann anschließend noch – wie bereits erwähnt – nachgeregelt werden, wobei in Abhängigkeit der neu eingestellten Bildposition alternative Entzerrungsdaten im Bordcomputer bestimmt werden müssen. Zur Bestimmung der Entzerrungsdaten werden weiterhin die werksseitig aufgenommenen Daten benutzt, da sich nicht die „echte" Position der Projektion ändert, sondern lediglich die Position des kalibrierten Bildes nachgeregelt wird.
Als Ergebnis erhält man für sämtliche voreingestellte Projektionen – und innerhalb dieser Preset-Projektionen verschobenen Projektionen – für den Fahrer korrekte Bilder. Das Beispiel lässt sich des Weiteren mit den bereits erwähnten Kalibrierarten durchführen.
Beispiel 2
Die Kalibrierung für verschiedene Punkte in einer Head Box waren bereits beschrieben worden.
Ist im Transportmittel eine Trackingeinheit (z.B. magnetischer Tracker, Kameras) integriert, kann die bestmögliche Projektion für einen bestimmten Bediener automatisch eingestellt werden. Das System bestimmt über das Tracking automatisch oder per Knopfdruck die Kopfposition des Fahrers. Liegt diese Kopfposition innerhalb der werkstattseitig kalibrierten Head Box, können die zuvor bestimmten Kalibrierdaten derart interpoliert werden, so dass verschiedene Bediener eine optimale Sicht auf das Head Display 100 haben. Die Bedienerdaten – welche zuvor in einer Werkstatt bestimmt wurden – könnten auch über den Daumenabdruck oder andere biometrische Merkmale abgerufen werden, so dass eine automatische Einstellung bei einem Wechsel des Bedieners erfolgt. Die Bedienerdaten können neben der bevorzugten Projektionsart auch noch Sitzposition, Spiegelpositionen, bevorzugter Radiosender u.ä. beinhalten.
In 13 und 14 wird die Verwendung des Systems in einer Serienfertigung eines Kraftfahrzeugs 200 beschrieben.
Das Kraftfahrzeug 200 ist mit einem Bordcomputer 201 ausgestattet, der eine Projektionsvorrichtung 1 im Inneren des Kraftfahrzeugs 200 ansteuert. Die Projektionsvorrichtung 1 wirft ein Head-Up Display 100 auf eine Projektionsfläche 2, hier der Windschutzscheibe.
In 13 ist eine Ausführungsform einer automatischen Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Einsatz dargestellt.
Eine Kameravorrichtung 3 ist mit einem Positioniermittel 5 (z.B. einem Roboter) gekoppelt und kann, wie durch den Doppelpfeil dargestellt, in das Innere des Kraftfahrzeugs 200 und auch wieder heraus gefahren werden. Die Kameravorrichtung 3 ist auch mit einem Kalibriertarget 20 gekoppelt, so dass beide zusammen in Einsatz kommen. Grundsätzlich können Ausführungsformen auch ohne Kalibriertarget 20 ausgebildet sein.
Ferner weist die Kameravorrichtung 3 einen hier nicht dargestellten Rechner auf, mit dem automatisch eine Bildbearbeitung durchgeführt werden kann. Alternativ oder auch zusätzlich kann diese Bearbeitung der Steuereinheit 4 ausgeführt werden.
Die gesamte Einheit wird, wie im Zusammenhang mit 1 dargestellt, von einer Steuereinheit 4 mit einem Mittel zur automatischen Kalibrierung 6 gesteuert.
In 14 ist dargestellt, dass das Positioniermittel 5 das Kalibriertarget 20 und die Kameravorrichtung 3 in das Innere des Kraftfahrzeugs 200 gebracht hat. Die Kameravorrichtung 3 kann nun das vom Projektionsmittel 1 auf die Projektionsfläche 2 projizierte Head-Up Display 100 aufnehmen und in der oben beschriebenen Weise automatisch kalibrieren. Die ermittelten Datensätze der Kalibrierung werden dann automatisch im Bordcomputer 201 gespeichert, so dass jedes Kraftfahrzeug 200 automatisch und individuell kalibriert ist.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen System und Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

1: Projektionsvorrichtung
2: Projektonsfläche
3: Kameravorrichtung
4: Steuereinheit
5: Positioniermittel
6: Mittel zur automatischen Kalibrierung
7: Streifenmuster
8: Gitternetz
8': Symbole an Schnittpunkten eines Gitternetzes
9: größtmögliche gerade Projektion
10: Kamerabild
11: inverses Projektionsbild
12: Kopf
13: Head-box
14: Warpingpatch
20: Kalibriertarget
21: virtuelle Bildebene
22: Objekt
23: Rahmen
C1: erste Position für Kamera
C2: zweite Position für Kamera
30: Wand
31: Bild
40: Scheibe
41: erste Scheibe
42: zweite Scheibe
43: Zwischenschicht
100: Head-Up Display
200: Kraftfahrzeug
201: Bordcomputer des Kraftfahrzeugs

Claims

System zur automatischen Kalibrierung mindestens einer Projektion, insbesondere für ein Head-Up Display (100), auf eine Projektionsfläche (2) in einem Transportmittel (200), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit a) mit mindestens einer Projektionsvorrichtung (1) zur Erzeugung mindestens eines Kalibriermusters (7A, 7B, 8) auf der Projektionsfläche (2), b) mindestens einer Kameravorrichtung (3) zur Aufnahme des mindestens einen Kalibriermusters (7A, 7B, 8) auf der Projektionsfläche (2), c) einer Steuereinheit (4) zur Ansteuerung der mindestens einen Projektionsvorrichtung (2) und/oder der mindestens einen Kameravorrichtung (3), d) einem Mittel zur automatischen Kalibrierung (6) der Projektion, e) mindestens einem von der Steuereinheit (4) ansteuerbaren Positioniermittel (5) für die mindestens eine Kameravorrichtung (3), wobei f) die Steuereinheit (4) in Abhängigkeit von den von der mindestens einen Kameravorrichtung (3) erfassten Signalen des mindestens einen Kalibriermusters (7A, 7B, 8) das Mittel zur automatischen Einstellung der Kalibrierung (6) so ansteuert, dass eine vorbestimmte Zielfunktion, insbesondere die Verzerrungsfreiheit der Projektion erfüllt wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniermittel (5) ein Robotermittel aufweist, mit dem die mindestens eine Kameravorrichtung (3) translatorisch und/oder rotatorisch relativ zur Projektionsfläche (2) bewegbar ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Positioniermittels (5) automatisch mindestens eine Head-Box (13) eines Bedieners des Transportmittels (200) ansteuerbar ist.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der mindestens einen Kameravorrichtung (3) mindestens eine Augen- und/oder mindestens eine Kopfposition eines Bedieners des Transportmittels (200) ansteuerbar sind, wobei jeweils automatisch eine verzerrungsfreie Projektion (11) ermittelt wird und die jeweils zur verzerrungsfreien Projektion (11) gehörigen Parameter für ein Head-Up Display (100) in einem dem Transportmittel (200) zugeordneten Speicher (201) gespeichert werden.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kameravorrichtung (3) mindestens zwei, insbesondere acht Aufnahmemittel, zur gleichzeitigen Aufnahme der Ecken einer Head-Box und/oder zwei Aufnahmemittel für die gleichzeitige Aufnahme einer Fahrer- und Beifahrerposition aufweist.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlengang der mindestens einen Projektionsvorrichtung (1) und/oder der mindestens einen Kameravorrichtung (3) mindestens teilweise außerhalb einer Position für einen Bediener angeordnet ist.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) die vom Mittel zur automatischen Einstellung der Kalibrierung (6) ermittelten Parameter für eine verzerrungsfreie Projektion (11), insbesondere ein Head-Up Display (100), automatisch in einen Datensatz speichert.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Mittel zur automatischen Kalibrierung (6) folgende Schritte ausführbar sind: a) Erzeugung von Kalibrierungsmustern, insbesondere Streifenmustern (7, 8) auf der Projektionsfläche (2) durch die mindestens eine Projektionsvorrichtung (1), b) Aufnahme und Bildfilterung der Streifenmuster durch die mindestens eine Kameravorrichtung (3), c) automatische Ermittlung der größtmöglichen geraden Projektion (9) für das Head-Up Display durch das Mittel zur automatischen Kalibrierung (6), d) automatische Berechnung der Entzerrungsdaten, insbesondere der Warp-Felder, in Abhängigkeit vom Streifenmuster (7, 8) und der größtmöglichen geraden Projektion (9) bezüglich der mindestens einen Kameravorrichtung (3), e) automatische Erzeugung eines inversen Projektionsbildes (11, 100) in Abhängigkeit von den Entzerrungsdaten.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Projektionsvorrichtung (1) ein Linsensystem, ein Spiegelsystem, einen TFT-Monitor, einen LCD-Monitor, einen Laser-Projektor, einen DLP-Projektor und/oder einen LCD-Projektor aufweist.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion auf ein Kalibriertarget (20) erfolgt.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriertarget (20) durch das Positioniermittel (5) ansteuerbar ist.
System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriertarget (20) einen Rahmen (23) aufweist, der einen sehr großen Helligkeitskontrast zur Fläche des Kalibriertargets aufweist.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche (2) auf einer Verbundglasscheibe (41, 42, 43) liegt, wobei die Verbundglasscheibe mindestens einen Polarisationsfilter (43) zur Unterdrückung von Mehrfachreflexionen aufweist und die Projektionsvorrichtung (1) eine entsprechend polarisierte Projektion vornimmt.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriermuster (7, 8) lineare Strukturen aufweist, die regelmäßig zueinander angeordnet sind.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, das die linearen Strukturen (7) im Abstand zwischen 5 und 40, insbesondere 20 Pixeln angeordnet sind.
System nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibriermuster (8) Symbole, insbesondere Kreise (8') aufweist.
Verwendung des Systems nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Kalibrierung einer Head-Up Projektion (100) in einer Serienfertigung eines Kraftfahrzeugs (200) oder in einer Werkstatt für Kraftfahrzeuge erfolgt.
Verfahren zur automatischen Kalibrierung einer Projektion, insbesondere einer Head-Up Projektion (100) in einem Transportmittel (200), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei dem a) mit mindestens einer Projektionsvorrichtung (1) mindestens ein Kalibriermuster (7A, 7B, 8) erzeugt wird, b) mit mindestens einer Kameravorrichtung (3) das mindestens eine Kalibriermuster (7A, 7B) auf der Projektionsfläche (2) aufgenommen wird, c) mit einer Steuereinheit (4) die mindestens eine Projektionsvorrichtung (2) und/oder die mindestens eine Kameravorrichtung (3) angesteuert wird, d) ein Mittel eine automatische Kalibrierung (6) der Projektion, insbesondere des Head-Up Displays (100), vornimmt, und e) mindestens ein von der Steuereinheit (4) ansteuerbares Positioniermittel (5) die mindestens eine Kameravorrichtung (3) in Abhängigkeit von den von der mindestens einen Kameravorrichtung (3) erfassten Signalen des Kalibriermusters (7A, 7B, 8) das Mittel zur automatischen Einstellung der Kalibrierung (6) so ansteuert, dass eine vorbestimmte Zielfunktion, insbesondere die Verzerrungsfreiheit der Projektion, insbesondere des Head-Up Displays (100) erfüllt wird.