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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für
ein Fahrzeug mit einem Bedienelement, das eine Bedienfläche
aufweist, und einer Erfassungseinrichtung, mit der ein Ort eines
Fingers eines Benutzers auf der Bedienfläche erfassbar
ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeugkomponente durch Erfassen
eines Fingers auf einer Bedienfläche einer Bedieneinrichtung
und Steuern der Fahrzeugkomponente in Abhängigkeit von
dem erfassten Finger.
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Aus
der Druckschrift
DE
10 2005 056 458 A1 ist bekannt, in einer Anzeige eines
Fahrzeugs ein Videobild einer Hand eines Benutzers, die sich am
Ort eines zentralen Bedienelements befindet, mit einer Bedienanzeige
zu überlagern. Dadurch wird visuell eine direkte Bedienung ähnlich
einer Touchscreenbedienung durch den Benutzer zugelassen. Die tatsächliche
Bedienung wird jedoch abgesetzt auf einem Touchpad durchgeführt.
Die den Touchpad bedienende Hand wird mittels einer digitalen Videokamera
erfasst und anschließend wird in einem erfassten Videobild
die Hand von einem Hintergrund getrennt und auf die Bedienanzeige überlagert.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bedienvorrichtung
der genannten Art für mehr Funktionen nutzen zu können.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch eine Bedienvorrichtung nach
Anspruch 1 oder 5 sowie ein Verfahren nach Anspruch 4 oder 8. Erfindungsgemäße
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird demnach bereitgestellt eine Bedienvorrichtung
für ein Fahrzeug mit einem Bedienelement, das eine Bedienfläche
aufweist, und einer Erfassungseinrichtung, mit der ein Ort eines
Fingers eines Nutzers auf der Bedienfläche erfassbar ist,
wobei mit der Erfassungseinrichtung auch ein Druck erfassbar ist,
mit dem der Finger auf die Bedienfläche drückt,
und von der Erfassungseinrichtung der erfasste Ort und der erfasste
Druck bereitstellbar und ein dem erfassten Ort und dem erfassten
Druck entsprechendes Bild auf einer von der Bedieneinheit und der
Erfassungseinrichtung getrennten Anzeigeeinheit anzeigbar ist.
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Alternativ
ist vorgesehen eine Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug
mit einem Bedienelement, das eine Bedienfläche aufweist,
einer Erfassungseinrichtung, mit der ein erster Finger eines Nutzers
auf der Bedienfläche erfassbar ist, wobei mit der Erfassungseinrichtung
auch ein zweiter Finger und/oder eine Bewegung eines der Finger
oder beider Finger erfassbar ist und von der Erfassungseinrichtung
ein Signal von den erfassten Fingern und/oder der erfassten Bewegung
bereitstellbar und ein dem Signal und/oder der Bewegung entsprechendes
Bild auf einer von der Bedieneinheit und der Erfassungseinrichtung
getrennten Anzeigeeinheit anzeigbar ist.
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Ferner
ist vorgesehen ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeugkomponente
durch Erfassen eines Orts eines Fingers eines Nutzers auf einer Bedienfläche
eines Bedienelements und Steuern der Fahrzeugkomponente in Abhängigkeit
von der Position des erfassten Orts des Fingers, sowie Erfassen eines
Drucks, mit dem der Finger auf die Bedienfläche drückt,
und Steuern der Fahrzeugkomponente auch in Abhängigkeit
von dem erfassten Druck.
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Außerdem
ist vorgesehen ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeugkomponente
durch Erfassen eines ersten Fingers eines Nutzers auf einer Bedienfläche
einer Bedieneinrichtung und Steuern der Fahrzeugkomponente in Abhängigkeit
von dem erfassten Finger, sowie Erfassen eines zweiten Fingers und/oder
einer Bewegung eines der Finger oder beider Finger, Anzeigen eines
den erfassten Fingern und/oder der erfassten Bewegung entsprechenden Bilds
und Steuern der Fahrzeugkomponente auch in Abhängigkeit
von den erfassten Fingern und/oder der erfassten Bewegung.
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In
vorteilhafter Weise ist es durch die Erfassung des Drucks, die der
Finger auf die Bedienfläche ausübt, möglich,
ein mehrstufiges Auslösen eines Signals zu realisieren.
Durch die Erkennung eines weiteren Fingers und/oder einer Bewegung
eines der Finger oder beider Finger ist es möglich, Gesten
der Finger zu erfassen. Somit können intuitiv leicht Steuerwünsche
mit den Fingern in die Bedienvorrichtung eingegeben werden.
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Vorzugsweise
besitzt die Erfassungseinrichtung für die Druckerfassung
ein komprimierbares Streumedium, so dass eine Lichtstreuung darin durch
Druck auf das Streumedium veränderbar und die Veränderung
optisch erfassbar ist. Dabei ist es beispielsweise günstig,
wenn das Streumedium ein offenporiges Schaummaterial aufweist.
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Optional
kann mit der Erfassungseinrichtung auch die Anzahl der Finger auf
der Bedienfläche erfassbar sein. Ebenso kann es günstig
sein, wenn mit der Erfassungseinrichtung eine Bewegung der Finger
absolut oder relativ zueinander erfassbar ist. Weiterhin kann auch
eine Kombination obiger Bedienvorrichtungen von Vorteil sein, wenn
also nicht nur ein zweiter Finger und/oder eine Bewegung eines Fingers
oder beider Finger, sondern auch der Ort und/oder Druck eines Fingers
erfasst wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert, in denen zeigen:
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1 eine
Bedienvorrichtung in einem Fahrzeug;
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2 mehrere
Möglichkeiten von Fingergesten;
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3 einen
Querschnitt durch eine druckempfindliche Bedienfläche und
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4 ein
Schaubild unterschiedlicher Druckbeaufschlagungen.
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Die
nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
dar.
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Gemäß dem
Beispiel von 1 ist eine erfindungsgemäße
Bedienvorrichtung in ein Kraftfahrzeug eingebaut, so dass ein Benutzer 1 das
Kraftfahrzeug bzw. eine Kraftfahrzeugkomponente komfortabel steuern
kann. Die Bedienvorrichtung umfasst hier eine Anzeige 2,
die von dem Benutzer 1 leicht eingesehen werden kann, ohne
den Blick weit von der Fahrbahn abzuwenden. Außerdem besitzt
die Bedienvorrichtung ein Bedienelement 3, das der Fahrer
bzw. der Benutzer 1 leicht mit seinen Fingern 4 erreichen
kann. Eine Kamera 5 erfasst einen oder mehrere der Finger 4 auf
dem Bedienelement 3.
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In
der Anzeige wird ein Videobild der Hand des Benutzers, die sich
am Ort des ZBE (zentrale Bedieneinheit) hier des Bedienelements 3,
befindet, mit einem Bedienscreen überlagert. Dadurch wird
dem Benutzer 1 visuell eine direkte Bedienung (ähnlich
zu der Touchscreenbedienung) ermöglicht. Die tatsächliche
Bedienung findet jedoch abgesetzt statt.
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Damit
die bedienende Hand bzw. die bedienenden Finger in der Anzeige eingeblendet
werden können, werden sie mit der digitalen Videokamera 5 erfasst.
Anschließend wird im Videobild die Hand vom Hintergrund
getrennt und dem Bedienscreen überlagert.
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Das
Bedienelement 3 kann beispielsweise als so genanntes „Touchpad” realisiert
sein. Es handelt sich dabei um eine berührungsempfindliche
Fläche, die beispielsweise anhand der elektrischen Kapazität
die Position eines Fingers auf der Oberfläche des Pads
ermittelt.
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In
einer speziellen Ausführungsform können mit dem
Bedienelement 3 Fingergesten gemäß 2 erkannt
werden. Demnach ist es beispielsweise möglich, dass die
Bedienvorrichtung eine erste Geste 6 erkennt, die darin
besteht, dass der Benutzer 1 zwei Finger auf der Bedienfläche
vertikal, horizontal oder in eine andere Richtung bewegt. Mit der
ersten Geste 6 lässt sich beispielsweise ein Scrollen
auf dem Bildschirm in horizontaler oder vertikaler Richtung erreichen.
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Eine
zweite Fingergeste 7 kann darin bestehen, dass der Benutzer 1 zwei
Fingerspitzen um einen virtuellen Drehpunkt auf der Bedienfläche
dreht. Damit kann beispielsweise ein virtueller Drehregler bedient
werden.
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Eine
dritte Fingergeste 8 kann darin bestehen, dass zwei Finger
auf der Bedienfläche aufeinander zu oder voneinander weg
bewegt werden. Hierdurch kann beispielsweise der Zoomfaktor einer
Bilddarstellung eingestellt werden.
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Eine
vierte Fingergeste 9 kann darin bestehen, dass die Bedienvorrichtung
drei oder mehr Finger einer Hand auf der Bedienfläche erfasst
und beispielsweise deren gemeinsame horizontale Bewegung erfasst.
Damit kann beispielsweise ein virtueller Schieberegler betätigt
werden.
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Wie
die obigen Beispiele zeigen, kann die erfindungsgemäße
Bedienvorrichtung somit eine Gestikerkennung beinhalten, bei der
Fingergesten auf der Bedienoberfläche eines Bedienelements
erfasst werden. Typische Gesten sind, wie in dem Beispiel von 2 erläutert
wurde: Wischen, Schieben, Drehen, Zoomen, etc. Die Gestikerkennung
kann sowohl über die Touchpadinformation als auch auf Basis
des Kamerabilds erfolgen.
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Außerdem
kann die Bedienvorrichtung mit einer Annäherungskennung
zur Aktivierung bzw. Deaktivierung des Kamerasystems bei Annäherung der
Hand an die Bedienfläche ausgestattet sein. Dadurch kann
das Display bzw. die Anzeige 2 als Touch-Bediensystem bzw.
als reines Anzeigesystem benutzt werden. Dabei kann ein kapazitiver
oder optischer Annäherungssensor eingesetzt werden.
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Die
Bedienvorrichtung kann auf einem Optiksystem beruhen, das eine Handsegmentierung
durch IR-Linienmuster ermöglicht. Bei dem Optiksystem wird
beispielsweise eine Bedienfläche mit IR-Dioden beleuchtet.
Die Bedienfläche wird beispielsweise mit einer speziellen
Schaumschicht und einer Folie mit IR-Lack-Linienmuster realisiert.
Eine IR-Kamera „schaut” über z. B. zwei
Planspiegel auf die Bedienfläche.
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Im
Betrieb erfolgt dann eine Auswertung des Linienmusters zur Erkennung
der Hand bzw. der einzelnen Finger auf der Bedienfläche
mit Methoden der Bildverarbeitung. Anschließend erfolgt
eine Analyse der Fingerbewegungen im Sinne von Touchgesten (Wischen,
Schieben, Drehen etc.). Im Einzelnen werden hierzu beispielsweise
die Linienmuster der Bedienfläche gelernt. Sodann wird überprüft,
ob das Linienmuster gestört ist und es wird ein Umriss
beispielsweise eines Fingers auf der Bedienfläche generiert. Durch
Interpolation der Umrisse mit Hilfe von Splines kann der Finger
bildhaft ausgeschnitten werden. Es erfolgt schließlich
auf dem Headunitdisplay, d. h. der Anzeige 2, eine Skalierung
und Überlagerung des Fingers mit etwaigen Bedienfeldern.
Die Handsegmentierung kann durch eine (IR)-Musterdarstellung auf
dem Touchpad weiter gestützt werden. Dabei ist die Bedienfläche
nicht homogen dunkel (IR-absorbierend), sondern hat ein helles/dunkles
Muster (z. B. Linien oder Punkte). Ist das Muster für die
Kamera gestört, wird angenommen, dass sich ein Gegenstand, insbesondere
ein Finger oder eine Hand auf der Bedienfläche, also im
Vordergrund befindet.
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Das
Bedienelement 3 kann einen Schichtaufbau mit mehreren Lack-
bzw. Folienschichten aufweisen. Bei einem Vier-Schicht-Aufbau könnte
beispielsweise als unterste Schicht ein weißer Decklack
eingesetzt werden. Darüber lassen sich Streifen mit einem
IR-absorbierenden Lack applizieren. Darauf wiederum wird ein IR-transparenter
Lack aufgebracht. Als oberste Schutzschicht dient beispielsweise
eine transparente Folie. Das in der zweiten Schicht beispielsweise
durch Siebdruck aufgebrachte IR-Linienmuster ist für eine
IR-Kamera sichtbar, jedoch für das menschliche Auge unsichtbar.
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Die
Handsegmentierung sollte so verfeinert sein, dass sie auch in Fällen
ohne Kontrast zwischen Hand und Hintergrund funktioniert. So sollte
beispielsweise auch ein schwarzer Lederhandschuh auf der schwarz
bzw. dunkel erscheinenden Bedienfläche automatisch segmentiert
werden können. Auch müsste das Bedienelement so
realisiert sein, dass unterschiedliche Umlichtbedingungen sich nicht
auf die Segmentierung auswirken.
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Das
Bedienelement bzw. die Bedienfläche ist beispielsweise
ergonomisch gekrümmt. Es eignet sich dann beispielsweise
ein textiles Material, das sich leicht auf die gekrümmte
Oberfläche applizieren lässt. Hiermit lässt
sich auch eine geringe Bautiefe des Bedienelements erreichen.
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Gemäß einer
weiteren ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird das
Bedienelement 3 druckempfindlich gestaltet. 3 zeigt
einen Querschnitt durch einen Teil eines derartigen druckempfindlichen
Bedienelements. Ein Träger 10 ist mit einer reflektierenden
Oberfläche 11 ausgestattet. Darauf ist eine Schicht
eines offenporigen Urethanschaums 12 aufgebracht. Die Oberfläche
des Urethanschaums 12 ist mit einer Schutzmembran 13 überzogen.
An der Grenzschicht zwischen der reflektierenden Oberfläche 11 und
dem Urethanschaum 12 sind zwei Lichtleiter 14 und 15 angeordnet.
Einer von beiden leitet das Licht beispielsweise einer LED in den Urethanschaum 12.
Der andere der beiden Lichtleiter 14, 15 nimmt
Streulicht von dem Urethanschaum 12 auf und führt
es beispielsweise zu einer Fotodiode. Es ergibt sich damit eine
optische Halbraumanordnung.
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Der
Urethanschaum 12 bildet eine Schaummatte, die mit dem Finger
eingedrückt werden kann. Der Urethanschaum 12 stellt
ein komprimierbares Streumedium dar. Um den Austritt eines Lichtleiters 14, 15,
d. h. um die Lichtquelle herum, ergibt sich eine diffuse Lichtausbreitung
in dem Streumedium 12. Wird nun das Streumedium 12 komprimiert,
so verändern sich seine optischen Eigenschaften und insbesondere
seine optische Dichte. Dadurch verändert sich auch die
diffuse Lichtausbreitung und eine Streulichtänderung ist
an der Fotodiode festzustellen.
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Eine
alternative Lösung des druckempfindlichen Bedienelements
kann darin bestehen, dass das Bedienelement eine transparente Platte
aufweist, die von einer Stirnseite her beispielsweise durch eine LED
beleuchtet wird. Berührt nun ein Finger die Oberfläche
der transparenten Platte, so wird das Licht an der Oberfläche
anders gebrochen als im unberührten Zustand. Entsprechendes
Streulicht lässt sich an der dem Finger gegenüberliegenden
Seite der transparenten Platte detektieren. Drückt der
Benutzer stärker auf die transparente Platte, so erhöht sich
die Fläche, an der eine Reflexionsänderung stattfindet,
und diese Änderung ist wiederum an der dem Finger gegenüberliegenden
Seite der transparenten Platte detektierbar.
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4 zeigt
die Auswertung eines druckempfindlichen Touchpad. Das Touchpad wird
hier mit 5 Fingern berührt. Der Druck mit dem Zeigefinger
ist am größten, was an dem Bereich 16 zu
erkennen ist. Die Druckintensität lässt sich beispielsweise
farblich oder durch die Bereichsgröße ermessen.
Ein entsprechendes Drucksignal lässt sich für
eine Steuerung bereitstellen.
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Mit
den oben einzeln vorgestellten Funktionen kann auch ein so genanntes „Multi-Touch-Pad” aufgebaut
werden. Dieses Pad ist beispielsweise mit mehreren Fingern gleichzeitig
bedienbar, wobei unter den Fingern befindliche „Buttons” optisch
hervorgehoben werden. Das Multi-Touch-Pad verfügt außerdem über
eine „Fühlhaptik”, d. h. durch eine Schaummatte
kann der Fingerdruck gefühlt werden. Die Stärke
des Fingerdrucks wird ausgewertet, so dass ein mehrstufiges Auslösen
eines Signals möglich wird. Außerdem sind mit
geeigneter Bildverarbeitung Fingergesten erkennbar und klassifizierbar.
So sind spezielle Fingerbewegungen wie Schieben, Zoomen, Drehen
usw. auswertbar.
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Die
oben beschriebene Technologie ermöglicht ein robustes Verfahren
für die Handsegmentierung. Das Verfahren mit IR-Gittermuster-Segmentierung
gelingt auch unter kontrastarmen Bedingungen, z. B. dunkle Hände,
Handschuhe, Nagellack, Pflaster etc. Darüber hinaus funktioniert
die Segmentierung unter realen Umlichtbedingungen im Fahrzeug (z.
B. bei Sonneneinstrahlung). Die Darstellungsqualität der überlagerten
Hand ist durch einen geeigneten Segmentierungsalgorithmus optimiert.
Die Bedienfläche des Bedienelements lässt sich
mit einfachen Mitteln zuverlässig herstellen. So kann eine Soft-Touch-Folie
im Siebdruck mit speziellen IR-transparenten Buntfarben mit beliebigen
Mustern bedruckt werden. Damit ergibt sich eine Designfreiheit hinsichtlich
Farbe und Deko. Darüber hinaus sind beliebige IR-sichtbare
Muster durch Verwendung von abgestimmten IR-Lacken möglich.
Die mechanischen Eigenschaften (Kratzfestigkeit, Verschmutzung etc.)
sind für andere Anwendungen, z. B. Tür-Bedienelemente
mit spezieller Form für den jeweiligen Autotyp abgesichert.
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Darüber
hinaus kann mit der obigen Technologie eine Bauraumoptimierung erreicht
werden. Freiheitsgrade bei der Anordnung der Planspiegel und der
Kamera erlauben ein flexibles, kompaktes Packaging (weniger Bautiefe,
da Kamera direkt unter Bedienfeld). Außerdem ist eine IR-Beleuchtung
in die Kamera integrierbar, womit kein zusätzlicher Bauraum
erforderlich ist.
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- 1
- Benutzer
- 2
- Anzeige
- 3
- Bedienelement
- 4
- Finger
- 5
- Kamera
- 6,
7, 8, 9
- Fingergesten
- 10
- Träger
- 11
- reflektierende
Oberfläche
- 12
- Urethanschaum
- 13
- Schutzmembran
- 14,
15
- Lichtleiter
- 16
- Druckbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005056458
A1 [0002]