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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Beleuchtung von in einer Steuerplattform oder in einem Cockpit einer Maschine oder eines Fahrzeugs angeordneten Anzeige- und/oder Bedienelementen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren zur Anwendung in einem Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs.
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Allgemein kommen in Cockpits, Steuerkanzeln, Steuerbrücken, Fahrgastzellen usw. von Fahrzeugen aller Art mit fortschreitender Technik und Computerisierung vermehrt Anzeige- und/oder Bedienelemente zur Anwendung, um die einzelnen technischen Komponenten und Steuersysteme überwachen, einsehen und bedienen zu können.
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Beispielsweise gibt es in einem Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs mittlerweile unzählige Anzeige – und/oder Bedienelemente, die sich von der allgemeinen Instrumententafel hinter dem Lenkrad (Tachometer usw.) über davon seitlich im oberen oder mittleren Bereich der Mittelkonsole befindliche Bildschirme für Navigations- und sonstige Bordsysteme bis zu Bedienelementen hierfür und weitere Bedienelemente im Bereich der Mittelkonsole (Klimaanlage, Radio, Nebelscheinwerfer, ABS, ESP, Telefon usw.) oder sogar im Bereich der Gangschaltung zwischen den Vordersitzen erstrecken. Im Vergleich zu älteren Fahrzeugmodellen ist das Armaturenbrett moderner Fahrzeuge mit wesentlich mehr Bedienelementen ausgestattet. Oftmals befinden sich in der Fahrerseitentür auch noch mehrere Elemente integriert, wie beispielsweise für die Fensterheber oder die Seitenspiegelsteuerung.
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All diese Anzeige- und Bedienelemente sind während einer Nachtfahrt beleuchtet, wobei insbesondere die Bildschirme der Navigationssysteme großflächig Licht abstrahlen. Auch neigen manche Fahrer dazu, die Beleuchtung der Anzeige- bzw. Bedieninstrumente auf die maximal mögliche Beleuchtungsstärke einzustellen.
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Jedes Licht, das peripher auf den Fahrer einwirkt, kann jedoch unter Umständen seine Aufmerksamkeit auf das Fahrgeschehen bei Nacht beeinflussen und insbesondere bei älteren Menschen und Menschen mit ausgeprägter Nachtsehschwäche die Möglichkeit einer schnellen Fokussierung auf Hindernisse beinträchtigen.
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Zwar hat bereits ein Hersteller von Kraftfahrzeugen versucht, die aus dem Flugzeugbau bekannte „Cockpit”-Schaltung beim Automobil einzusetzen, bei welcher der Fahrer über einen separaten Schalter die Beleuchtung von nicht zwangsläufig für das aktuelle Fahrgeschehen benötigte Anzeige- und Bedienelemente ausschaltet, jedoch muss der Fahrer diese auch wieder aktivieren, wenn er eines dieser Anzeige- und Bedienelemente bedienen will.
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Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 10 2006 003 174 A1 , der
DE 199 55 934 A1 , der
DE 10 2008 037 977 A1 oder der
EP 590 550 A2 , sind jeweils Vorrichtungen und Verfahren zur Steuerung der Beleuchtung von Anzeigeelementen in einem Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs in Anhängigkeit der auf diese gerichteten Bewegung einer Hand bekannt.
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Ausgehend davon macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein weiteres System zu schaffen, mit welchem die Beleuchtung von Anzeige- und/oder Bedienelementen in einer Steuerplattform oder in einem Cockpit eines Fahrzeugs gesteuert werden kann, so dass unnötiges Streulicht oder peripher auf den Benutzer einwirkendes Licht eliminiert wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und mit einem Verfahren nach Anspruch 12.
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Die Erfindung ist hierbei ausdrücklich nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt, sondern kann in jeder Schnittstelle Mensch-Maschine zur Steuerung einer solchen Maschine zum Einsatz kommen, insbesondere auch in Flugzeugcockpits, Schiffsbrücken, Steuerplattformen von Maschinen, wie Kränen usw. Im Folgenden soll der Einfachheit halber jedoch verstärkt auf ein Cockpit bzw. auf einen Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs Bezug genommen werden.
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Hinsichtlich der Vorrichtung besteht der Kern der Erfindung demzufolge darin, dass zumindest ein Mittel vorgesehen ist, mit Hilfe von welchem eine auf zumindest ein Anzeige- und/oder Bedienelement des Cockpits gerichtete Bewegung eines Körperteils eines Benutzers detektiert werden kann, wobei darüber hinaus eine Steuereinheit zur Erkennung und Auswertung dieser detektierten Bewegung vorgesehen ist. Gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit hierbei so ausgestaltet und konfiguriert, dass die Beleuchtung des Anzeige- und/oder Bedienelements (oder einer funktional zusammenhängenden Gruppe von Anzeige- und/oder Bedienelementen), auf welche die detektierte Bewegung gerichtet ist, in Abhängigkeit der Augenbewegung und/oder der Kopfbewegung eines Benutzers aktivierbar ist.
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Die Steuereinheit kann darüber hinaus auch ausgestaltet sein, um die Dauer der Beleuchtung in Abhängigkeit der Dauer der gerichteten Bewegung zu steuern.
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Folglich kann das Mittel ausgebildet und angeordnet sein, eine auf ein Anzeige- und/oder Bedienelement gerichtete Augenbewegung des Benutzers zu erfassen und zu erkennen.
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Ebenso ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass dieses Mittel ausgebildet sein kann, eine auf ein Anzeige- und/oder Bedienelement gerichtete Kopfbewegung des Benutzers zu detektieren. Des Weiteren kann das Mittel zusätzlich ausgestaltet sein, eine auf ein Anzeige- und/oder Bedienelement gerichtete Bewegung einer Gliedmaße des Benutzers, bspw. die gezielte Bewegung eines Arms zu einem Bedienelement, zu detektieren.
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Die Steuereinheit ist gemäß der Erfindung so konzipiert, dass sich die vorhergehend geschilderten Bewegungsarten unterscheiden lassen, und entweder jeweils für sich als solche oder als eine Kombination dieser Bewegungsarten erkannt werden.
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Idealerweise lassen sich diese Bewegungen des Benutzers bzw. Fahrers durch zumindest eine, in dem Cockpit an geeigneter Stelle angebrachte Infrarotkamera detektieren, da diese den Benutzer im sichtbaren Wellenlängenbereich nicht beeinflusst und daher von diesem unerkannt bleibt.
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Idealerweise werden jedoch hierfür zumindest zwei Detektionsmittel vorgesehen, welche zueinander so angeordnet sind, dass es der Steuereinheit ermöglicht wird, die Bewegungen des Benutzers in dreidimensionaler Hinsicht eindeutig den im dem Cockpit befindlichen Anzeige- und/oder Bedienelementen zuzuordnen.
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Die Steuereinheit, die mit zumindest einer Speichereinheit versehen ist, ist gemäß der Erfindung darüber hinaus so ausgestaltet, dass die zu detektierenden Bewegungen in Abhängigkeit von einzelnen Benutzern unterschieden werden können. Das Gesamtsystem ist vorzugsweise als lernendes System ausgebildet und in der Lage, nach einer bestimmten Zeit einzelne Benutzer in ihren Bewegungsprofilen, d. h. der individuellen Art der Augenbewegung, der Kopfbewegung und/oder der Bewegung eines Armes, eindeutig zu unterscheiden. Die einmal abgespeicherten Profile erkennt das System durch den individuellen Zugang eines Benutzers zum durch diesen zu steuernden System, beispielsweise über den Schlüssel, oder die abgespeicherte Position des Fahrersitzes.
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Auch unter Zuhilfenahme der einzelnen Bewegungsprofile ist die systemimplementierte Steuereinheit idealerweise ausgestaltet, einzelne Anzeige- und/oder Bedienelementen exakt einzelnen oder kombinierten Bewegungen von Körperteilen (Augen, Kopf und/oder Arm/Hand) der Benutzer zuzuordnen. Dies wird auf einfache Art und Weise dadurch unterstützt, dass die Vorrichtung mit der Steuereinheit ausgestaltet ist, die Bewegungen von Körperteilen des Benutzers in Abhängigkeit der Position des Benutzers relativ zu den Anzeige- und/oder Bedienelementen zu erfassen.
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Wird beispielsweise von einem Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs als Cockpit ausgegangen, stellt sich die Implementierung des erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung der Beleuchtung wie folgt dar:
Ausgehend vom Fahrer befindet sich in modernen Fahrzeugen unmittelbar hinter dem Lenkrad die bekannte Instrumententafel mit Geschwindigkeits-, Drehzahl- und weiteren relevanten Systemanzeigen. Im Bereich rechts und links davon sind in der Regel mehrere Bedienelemente angebracht. Im Bereich der Mittelkonsole, entweder auf Höhe der Instrumententafel oder darunter befindet sich der Bildschirm für den Bordcomputer und des Navigationssystem. Noch weiter darunter befinden sich weitere Anzeige- und Bedienelement für Klimaanlage, Radio usw.. Weitere Bedienelemente sind in der Fahrertür und im Bereich der Gangschaltung zwischen den beiden Vordersitzen angeordnet.
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Selbstredend müssen diese Elemente, mit Ausnahme des Tachometers, nicht ständig während einer Nachtfahrt beleuchtet sein, sondern nur, wenn der Fahrer von den Anzeigeelementen Informationen kurzfristig ablesen will oder Bedienelemente betätigen muss.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierbei dadurch im Fahrzeug implementiert sein, dass eine Infrarotkamera oberhalb der Windschutzscheibe gegenüber dem Gesicht des Fahrers angeordnet ist. In einer unterschiedlichen Höhe bzw. Ebene dazu ist eine zweite Infrarotkamera im Bereich der Mittelkonsole angeordnet, wodurch der Fahrer und insbesondere das Gesicht des Fahrers aus unterschiedlichen Perspektiven beobachtet werden kann.
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Ein Fahrer speichert seine Sitzposition im Fahrzeug ab, so dass auch die Steuereinheit dann in der Lage ist, zu erkennen, um welchen Fahrer es sich handelt. Nach mehrfacher Benutzung hat das bordseitige System ein Bewegungsprofil dieses Fahrers erstellt und abgespeichert, welches typische Armbewegungen, Kopfbewegungen und Augenbewegung bei Bedienung bzw. Betrachtung von beleuchteten Instrumenten, auch hinsichtlich deren Dauer, umfasst. Dieses Bewegungsprofil wird dann entsprechend aktiviert.
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Betrachtet der Fahrer nun für eine gewisse definierte Zeitspanne, die in der Regel sehr kurz ist, über eine gezielte Augenbewegung beispielsweise den Bildschirm des Navigationssystems, wird dieser entsprechend beleuchtet, damit der Fahrer die Information ablesen kann. Wendet er seine Augen wieder ab, erlischt die Beleuchtung. Das System kann hierbei in einer Weiterbildung so ausgestaltet sein, dass über die der Fokussierung auf ein Anzeige- und/oder Bedienelement entsprechenden Pupillenweitenöffnung eine eindeutige Zuordnung möglich ist.
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Will der Fahrer beispielsweise das im Mittelkonsolenbereich befindliche Drehrad für den Bordcomputer bedienen, erkennt die Vorrichtung eine einzelne auf dieses Bedienelement gerichtete Bewegung des Arms oder eine kombinierte Bewegung des Arms und des Kopfes mit entsprechend darauf gerichteter Augenbewegung und aktivierte die Beleuchtung des Drehrads und gegebenenfalls von dieses umgebenden Bedienelementen, sowie zusätzlich auch gleich den diesem Drehrad zugeordneten Bildschirm.
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Es wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung den Einfluss von umgebendem Licht, welches aus der Beleuchtung von peripheren Instrumenten resultiert, eliminiert, wenn diese nur bei einem akuten Bedarf beleuchtet werden. Ein Fahrer kann sich daher besser auf das Geschehen auf der Straße konzentrieren, wodurch die Sicherheit wesentlich erhöht wird. Darüber hinaus wird der Fahrkomfort erhöht, da im Fahrgastinnenraum die Lichtquellen reduziert werden.
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Ebenfalls wird deutlich, dass eine derartige Vorrichtung auch in einem Cockpit für ein Flugzeug einsetzbar ist, wo die Anzahl an Anzeige- und/oder Bedienelementen weitaus größer ist.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Verfahren zur selektiven Steuerung der Beleuchtung von Anzeige- und/oder Bedienelementen in Abhängigkeit der Art und Dauer der auf diese gerichteten Augen- und/oder Kopfbewegung eines Benutzers.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispielen. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen
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1 schematisch die Implementierung der Vorrichtung in einem Cockpits eines Kraftfahrzeugs; und
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2 schematisch ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der 1 ist schematisch ein Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs gezeigt.
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In diesem befindet sich unmittelbar hinter dem Lenkrad die Instrumententafel 1 mit dem Tachometer und weiteren für das aktuelle Fahrgeschehen wichtigen Instrumenten. Im Bereich der Mittelkonsole auf ungefähr der gleichen Höhe wie die Instrumententafel 1 ist ein Bildschirm 2 für den Bordcomputer und das Navigationssystem angeordnet. Darunter befindet sich eine Gruppe 3 von mehreren Bedienelementen und Anzeigeelementen, bspw. für das Radio, Klimaanlage, Abstandssensorenaktivierung usw..
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Weiter unten im Bereich der Mittelkonsole, entweder vor oder hinter dem Gangschalthebel ist eine weitere Gruppe 4 von Bedienelementen angeordnet, bspw. für die Steuerung des Navigationssystems und des Bordcomputers.
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Eine weitere Gruppe 5 von Bedienelemente befindet sich im Bereich der Fahrertür, beispielsweise für die elektrischen Fensterheber. Eine weitere Gruppe kann sich auf der linken Seite des Lenkrads befinden.
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Alle Anzeige- und Bedienelemente der Gruppen 3, 4 und 5 sind mit einer entsprechenden Hintergrundbeleuchtung ausgestattet, deren Beleuchtungsstärke in der Regel von dem Benutzer individuell einstellbar ist. Darüber hinaus hat der Bildschirm 2 eine entsprechende Beleuchtung, die in den Fahrgastinnenraum meist großflächig und daher intensiv abstrahlt.
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Im Bereich der Kopfhöhe eines Benutzers über der Windschutzscheibe ist eine Infrarotkamera 6 derart angeordnet, dass diese auf den gegenüber sitzenden Fahrer gerichtet ist, um dessen Gesicht und insbesondere dessen Augen zu erfassen und dadurch eine Augenbewegung zu erkennen. Vorzugsweise kann hierfür als Infrarotkamera die bereits in einem Fahrzeug integrierte Kamera eines Einschlafwarnsystems zur Erkennung des Sekundenschlafs verwendet werden.
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Eine weitere Infrarotkamera 7 ist im Bereich der Mittelkonsole angeordnet und auf den Fahrer gerichtet, so dass neben einer eventuellen Erkennung der Kopf- und der Augenbewegung auch die Bewegung des rechten Arms des Fahrers erkannt werden kann.
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Die beiden Infrarotkameras 6 und 7 befinden sich auf unterschiedlichen Ebenen und spannen durch ihre Ausrichtung einen dreidimensionalen Raum, in welchem sich der Fahrer befindet, was in der 1 schematisch mit den gestrichelten Linien dargestellt ist. So können die Bewegungen der Augen, des Kopfes und des Armes des Fahrers eindeutig als eine auf den Bildschirm 2 oder auf eine Gruppe 3, 4 oder 5 gerichtete Bewegung erkannt und diesen Instrumenten zugeordnet werden.
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Alternativ kann eine Infrarotkamera 8 auch im Rückspiegel integriert sein, die auch in der Lage wäre, die Bewegungen des Beifahrers zu beobachten.
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2 zeigt exemplarisch ein Ablaufdiagramm des die Erfindung verwirklichenden Verfahrens.
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Das Verfahren lässt sich in seinen Grundzügen wie folgt zusammenfassen: In einem ersten Schritt 1 erkennt das System, welcher Fahrer das Fahrzeug steuert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass anhand der abgespeicherten Sitzposition der Fahrer zugeordnet werden kann, oder anhand des in einem Schlüssel abgespeicherten Zugangscodes. Das System ordnet dann dem Fahrer das entsprechende Benutzerprofil zu, welches durch mehrfache Benutzung des Fahrzeugs durch den Fahrer vorher in dem lernenden System abgespeichert wurde. Dieses Benutzerprofil beinhaltet beispielsweise das typische Verhalten des Fahrers hinsichtlich seiner Augen-, Kopf- und Armbewegungen, sowie die Art und Weise dieser Bewegungen.
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Ein im System abgelegtes Benutzerprofil ermöglicht es der Steuereinheit, die aktuell erfassten Bewegungen des Fahrers hinsichtlich des darin liegenden Zwecks besser zu beurteilen und entsprechend zuzuordnen.
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In einem zweiten Schritt 2 erfasst das System eine gerichtete Bewegung eines Körperteils (Augen und/oder Kopf) des Fahrers. Hierbei ermöglicht die Verwendung von zumindest zwei Infrarotkameras 6 und 7 bzw. 8 eine dreidimensionale Einordnung der Bewegung innerhalb des Fahrgastinnenraums, so dass die Zuordnung der Richtung der Bewegung auf die in dem Fahrgastinnenraum stationär angeordneten Anzeige- und Bedienelemente 2, 3, 4 und 5 eindeutig möglich ist.
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In Schritt 3 überprüft das System, ob die aktuell detektierte Bewegung eines Körperteils eine vordefinierte Zeitspanne ΔT überschreitet, anhand welcher das System erkennt, dass die erfasste Bewegung nicht zufällig ist, sondern tatsächlich eine absichtliche gerichtete Bewegung dieses Körperteils des Fahrers auf ein entsprechendes Anzeige- und/oder Bedienelement darstellt.
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Unterschreitet die Dauer der Bewegung die vordefinierte Zeitspanne ΔT, so wird die Beleuchtung des anvisierten Anzeige- oder Bedienelements nicht aktiviert.
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Überschreitet die Dauer die vorgegebene zeitliche Mindestdauer ΔT, evaluiert das System in einem Schritt 5, ob es sich nur um eine Augenbewegung, eventuell kombiniert mit einer leichten seitlichen und/oder nach vorne gerichteten Kopfbewegung, handelt, und aktiviert entsprechend nur das anvisierte Anzeigeelement, beispielsweise den Bildschirm 2 (Schritt 6).
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Erkennt das System in einem weiteren Schritt 7, dass zusammen mit der Augenbewegung und/oder Kopfbewegung eine zusätzliche Armbewegung des Fahrers auftritt, weil dieser ein Bedienelement betätigen möchte, aktiviert das System aus der Kombination der detektierten Augen-/Kopfbewegung und Armbewegung die Beleuchtung des entsprechenden Bedienelements in Schritt 8, beispielsweise eines Schalterelements für die Klimaanlage in Gruppe 3.
