DE102011115739A1 - Verfahren zur Integration von virtuellen Objekten in Fahrzeuganzeigen - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Darstellung virtueller Objekte in Fahrzeuganzeigen unter Verwendung eines von mindestens einer Kamera aufgezeichneten digitalen Bildes eines definierten realen 3D-Objektraumes bereitgestellt, bei dem in einem 1. Schritt durch Gewinnen von Perspektiveninformation aus dem digitalen Bild des definierten realen 3D-Objektraumes ein virtueller Straßenverlauf erzeugt (10) wird und in einem 2. Schritt ein vorbestimmtes virtuelles 3D-Objekt generiert (20) wird, wobei in einem 3. Schritt das virtuelle 3D-Objekt in Abhängigkeit von dem virtuellen Straßenverlauf des definierten realen 3D-Objektraumes perspektivisch und ortgenau angepasst (30) wird und in einem 4. Schritt das angepasste virtuelle 3D-Objekt in den virtuellen Straßenverlauf des definierten realen 3D-Objektraumes integriert (40) wird. Des Weiteren wird eine Vorrichtung (100) zur Durchführung des obigen Verfahrens bereitgestellt. Damit können Bilder einer Umgebung mit perspektivisch korrekt integrierten virtuellen 3D-Objekten – beispielsweise Zusatzinformationen – ergänzt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur perspektivischen Darstellung eines künstlich bzw. virtuell erzeugten 3D-Objektes auf einer 2D-Anzeigevorrichtung.
  • Die Darstellung von dreidimensionalen Geometrien oder von dreidimensionalen Objekten oder Szenen mithilfe von Computersystemen spielt heute in zahlreichen Anwendungen eine bedeutende Rolle. Mithilfe der dreidimensionalen Darstellung lassen sich reale Situationen simulieren, beispielsweise bei Flugsimulatoren. Ein weiteres Anwendungsbeispiel dreidimensionaler Darstellungen ist in der Architektur üblich, wobei hier – mittels Simulation dreidimensionaler Räume – ein Begehen der Örtlichkeiten in einem virtuellen Gebäude ermöglicht wird.
  • Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 203 05 278 U1 ist eine Vorrichtung zur Darstellung von 3D-Objekten auf einer 2D-Anzeigevorrichtung bekannt, wobei die 3D-Objekte unter Berücksichtigung einer gegenüber der 2D-Anzeigevorrichtung veränderbaren Betrachterposition darstellbar sind. Die Betrachterposition ist mittels einer Positionserkennungseinrichtung bestimmbar. Zur Positionserkennung des Betrachters bzw. des betrachteten Objektes werden mehrere Kameras eingesetzt. Dadurch wird einer tatsächlichen 2D-Darstellung ein realistischer räumlicher Eindruck verliehen.
  • Computerunterstützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung, wobei Bilder oder Videos mit computergenerierten Zusatzinformationen oder virtuellen Objekten mittels Einblendung ergänzt werden, wird unter dem Begriff „Augmented Reality” zusammengefasst.
  • Weiterhin ist es nun möglich, 2D-Bilder mit perspektivisch korrekt integrierten virtuellen Objekten zu erweitern, die Zusatzinformationen liefern. Diese Neuentwicklung wird auch im Zusammenhang mit der Augmented Reality umgesetzt. Erste Forschungsprototypen sowie im Handel erhältliche, auf Smartphones integrierte Lösungen, implementieren solche Entwicklungen ansatzweise. Bei diesen existierenden Lösungen werden, abhängig von einer räumlichen Position und Lage einer Kamera, in ein Videobild Zusatzinformationen eingeblendet.
  • Allerdings ist eine nahtlose und überdeckungsrichtige Integration virtueller Objekte durch eine ausschließlich auf 2D-Informationen basierende Bildsynthese nicht möglich. Zum einen stimmt die Perspektive der Einblendungen oft nicht mit der Perspektive des Kamerabildes überein, und zum anderen überdecken eingeblendete virtuelle Objekte permanent die Darstellung des Hintergrundes von den Kamerabildern, selbst dann, wenn reale Objekte näher als die Einblendungen liegen. Mit anderen Worten überlagern sich reale und virtuelle Objekte nicht korrekt auf dem widergegebenen Bild einer Anzeigevorrichtung.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen virtuelle 3D-Objekte realistisch in ein 2D-Objekt integriert werden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, sowie eine Vorrichtung, welches die Merkmale des Patentanspruchs 10 aufweist.
  • Wie bereits erwähnt, ist eine nahtlose und überdeckungsrichtige Integration virtueller 3D-Objekte durch eine rein auf 2D-Informationen basierende Bildsynthese nicht möglich. Eine korrekte Synthese realer und virtueller 3D-Objekte, wobei virtuelle und reale 3D-Objekte einander überdeckungsrichtig dargestellt werden, kann nur durch eine Verschmelzung der Objekte im dreidimensionalen Raum erfolgen.
  • Zur Darstellung virtueller 3D-Objekte – beispielsweise in Fahrzeuganzeigen – bedient sich das erfindungsgemäße Verfahren eines aufgezeichneten digitalen Bildes von einem definierten realen 3D-Objektraum, sowie der zum aufgenommenen digitalen Bild gehörige Tiefeninformation für jedes einzelne Pixel.
  • Die Tiefeninformation beinhaltet eine dreidimensionale Beschreibung der Fahrzeugumgebung. Sie ermöglicht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem ersten Schritt eine Gewinnung von Perspektivinformationen aus dem digitalen Bild des definierten realen 3D-Objektraumes. Dies geschieht z. B. indem Objekte wie z. B. der Straßenverlauf erkannt werden und ein virtueller Straßenverlauf erzeugt wird.
  • Zur Anreicherung der Szenerie mit Zusatzinformationen wird in einem zweiten Schritt des Verfahrens mindestens ein vorbestimmtes virtuelles 3D-Objekte generiert. Dies kann beispielsweise ein Richtungspfeil, ein Straßenschild oder eine Stauinformation, usw. sein. Das generierte virtuelle 3D-Objekt wird anschließend in einem dritten Schritt des Verfahrens im definierten realen 3D-Objektraum, perspektivisch und ortgenau in der Szenerie platziert. Dies kann zum Beispiel in Abhängigkeit von erkannten Objekten z. B. dem virtuellen Straßenverlauf erfolgen. Zusätzlich zur räumlichen Orientierung des virtuellen 3D-Objekts erfolgt eine perspektivische und maßstabgerechte Anpassung des virtuellen 3D-Objekts.
  • Vorteilhafterweise dient in einer bevorzugten Ausführungsform der virtuelle Straßenverlauf bei der Generierung des virtuellen 3D-Objekts als Orientierung bzw. Bezugssystem für eine Bestimmung einer räumlichen Lage des einzublendenden virtuellen 3D-Objekts.
  • In diesem Schritt werden den einzelnen Pixeln, die das erzeugte virtuelle 3D-Objekt darstellen, Ortskoordinaten für eine folgende Überlagerung/Darstellung auf einem Anzeigegerät zugeordnet. Weiterhin werden den einzelnen Pixeln, die das erzeugte virtuelle 3D-Objekt darstellen, Tiefenwerte zugeordnet.
  • Danach wird in einem vierten Schritt des Verfahrens das angepasste virtuelle 3D-Objekt in die aufgenommene Abbildung des realen 3D-Objektraumes integriert.
  • Mittels der beiden fahrzeugeigenen Kameras lässt sich eine relative Position des Fahrzeugs zu Objekten in dessen Umfeld besonders leicht erfassen. Beispielsweise können dadurch in einer vorteilhaften Ausführungsform Richtungspfeile für eine Navigation perspektivisch korrekt generiert und auf einer Fahrbahn eingezeichnet werden, indem sie als flache Objekte in eine zur Straße parallelen Ebene vor das Fahrzeug eingeblendet werden, z. B. ein „roter Teppich”. Des Weiteren kann in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die augenblicklich zu benutzende Fahrspur farblich hervorgehoben werden, indem sie als dreidimensionales flaches Band Ober das Modell der erkannten Straße und deren Spuren gelegt wird.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in einem weiteren Schritt des Verfahrens ein virtuelles Umgebungsmodell des definierten realen 3D-Objektraumes mit dem virtuellen Straßenverlauf aus dem ersten Schritt des Verfahrens abgeglichen. Ein herkömmliches Beispiel eines virtuellen Umgebungsmodells des definierten realen 3D-Objektraumes sind Informationen zur Straßentopologie und Geometrie, die in einem Navigationsgerät eines Fahrzeugs vorliegen. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Fahrzeug-Kameraposition und der Grobgeometrie des vor dem Fahrzeug liegenden Straßenabschnitts, die beispielsweise aus Navigationsdaten errechnet wird, kann die Gewinnung der Perspektivinformationen sowie die Erzeugung des virtuellen Straßenverlaufs überprüft und abgeglichen werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der virtuelle Straßenverlauf korrekt erzeugt wird. Somit lässt sich auch unter schlechten Sichtverhaltnissen bzw. Aufnahmebedingungen für die fahrzeugeigenen Kameras ein virtueller Straßenverlauf zuverlässig erzeugen; beispielsweise bei Nebelverhältnissen, starkem Regen oder Schneefall.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anzeige des aufgezeichneten digitalen Bildes zusammen mit dem in das virtuelle Straßenmodell integrierte virtuelle 3D-Objekt derart, dass die Bildinhalte auf einem herkömmlichen Anzeigegerät – LCD/TFT-Display, Monitor, usw. – überdeckungsrichtig überlagert werden. Bei der Überlagerung des aufgezeichneten digitalen Bildes mit dem angepassten und integrierten virtuellen 3D-Objekt aus dem vierten Schritt des Verfahrens wird die jeweilige Tiefeninformation der Pixel des aufgezeichneten digitalen Bildes sowie des integrierten virtuellen 3D-Objektes ausgewertet. Dabei wird für jede Pixelposition die Tiefeninformation des Pixels des digitalen Bildes mit dem zu überlagernden dazugehörigen Pixel des virtuellen 3D-Objekts verglichen, wobei lediglich das Pixel auf dem Anzeigegerät dargestellt wird, das aus der Sicht eines Betrachters, diesem/ihm näher liegt. Dadurch ergibt sich die überdeckungsrichtige Überlagerung der Bildinhalte, die auf dem Anzeigegerät dargestellt wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird statt eines herkömmlichen Anzeigegeräts eine Frontsichtanzeige verwendet. In diesem Fall muss auf einem Anzeigefeld einer teildurchsichtigen Frontsichtanzeige nur die virtuelle Zusatzinformation des angepassten – und in den virtuellen Straßenverlauf integrierten – virtuellen 3D-Objekts mit dem im Sichtfenster der Frontsichtanzeige erscheinenden realen Bild überlagert werden. Auch in diesem Fall wird für jedes Pixel des angezeigten Bildes anhand eines Tiefenpuffers des aufgezeichneten digitalen Bildes sowie des virtuellen 3D-Objekts entschieden, ob an der gemeinsamen Pixelposition des „realen Bildes” bzw. virtuellen 3D-Objekts das Bildpixel näher am Betrachter liegt oder nicht.
  • In einem speziellen Fall werden in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform lediglich die Pixel des angepassten virtuellen 3D-Objekts angezeigt, da auch nur diese Pixel auf einem Anzeigefeld einer Frontsichtanzeige überlagert/eingeblendet werden. Zur Berechnung der korrekten Position, Perspektive und anschließenden Integration in den virtuellen Straßenverlauf wird auch hier der dritte und vierte Schritt des Verfahrens ausgeführt. Allerdings wird lediglich das virtuelle 3D-Objekt auf der Frontsichtanzeige angezeigt. Der besondere Vorteil liegt darin, dass keine überflüssige Information/Grafik, hier des virtuellen Straßenverlaufs, die Sicht eines Fahrers mit Artefakten überfrachtet.
  • Damit die Anzeige des angepassten virtuellen 3D-Objekts auf der Frontsichtanzeige ermöglicht wird, muss ein Anzeigeinhalt auf dem Anzeigefeld der Frontsichtanzeige dem Anzeigeinhalt des aufgezeichneten digitalen Bildes des definierten realen 3D-Objektraumes entsprechen. Nur auf diese Art und Weise lässt sich das virtuelle 3D-Objekt perspektivisch und ortskorrekt auf dem Anzeigefeld der Frontsichtanzeige überdeckungsrichtig ausgeben.
  • Vorzugsweise wird zur Gewinnung von Perspektiveninformationen des digitalen Bildes jeweils ein Tiefenwert eines Pixels des digitalen Bildes verwendet. Solche Tiefenwerte werden in einem Datenspeicher, einem so genannten Z-Puffer, gespeichert. Mit einer Auswertung der Tiefeninformationen aus dem Z-Puffer kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach und sicher feststellen, welche Objekte/Pixel an welcher Stelle einer Szene gezeichnet werden und welche überdeckt bzw. ausgeblendet werden.
  • Der virtuelle Straßenverlauf ist ein Ergebnis des Gewinnens von Perspektivinformationen aus dem digitalen Bild des definierten realen 3D-Objektraumes. Es entspricht einem genäherten dreidimensionalen Modell für den Verlauf der Straße und einer Fahrspur vor dem Fahrzeug, z. B. in Form eines Polygonzuges. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, können alternativ oder zusätzlich zu dem Schritt des Gewinnens von Perspektivinformationen auch Informationen über Kameraposition und/oder Fahrzeugumgebung und/oder Kartendaten verwendet werden. Der Abgleich mit den zusätzlichen Informationen steigert die Robustheit gegen Fehler des Verfahrens.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit beim Erzeugen des virtuellen Straßenverlaufs dadurch erreicht werden, dass ein zusätzlicher Abgleich des virtuellen Umgebungsmodells des definierten realen 3D-Objektsraums mit Navigationsdaten des Fahrzeugs erfolgt und/oder eine weitere Kantenerkennung durchgeführt wird. Durch Kombination von erkannten Kanteninformationen mit im Bereich der erkannten Kanten gemessenen Tiefeninformationen kann der Straßenverlauf inklusive Krümmungen, Erhebungen und Senken erzeugt werden. Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren ein Modell des Straßenverlaufs bereitstellt, das ohne weitere Extraktion oder Rückberechnung von Kameraposition und Ausrichtung erzeugt werden kann. Auch eine weitergehende Perspektivenerkennung mit ihren potentiellen Fehlern kann dadurch entfallen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können weitere virtuelle 3D-Objekte bereitgestellt werden. Die Bereitstellung erfolgt in Abhängigkeit weiterer Informationsquellen von dem Fahrzeug oder von anderen Systemen, beispielsweise einem Bordcomputer des Fahrzeugs, umgebungsrelevanten Daten eines Navigationssystems, Verkehrsleitsystemen, Straßenschildern usw. Jedes der zusätzlich erzeugten virtuellen 3D-Objekte wird in einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform perspektivisch und ortskorrekt an einen virtuellen Straßenverlauf angepasst und in diesen integriert, sowie überdeckungsrichtig ausgegeben – im Verhältnis zum virtuellen Straßenverlauf und den einzelnen virtuellen 3D-Objekten zueinander.
  • Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren in einer fahrzeugeigenen Vorrichtung integrieren. Eine solche Vorrichtung setzt zumindest zwei Kameras zur Aufzeichnung eines digitalen Bildes eines definierten realen 3D-Objektraumes voraus. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zur grafischen Verarbeitung von derartigen Informationen auf, die auf zumindest einem Anzeigegerät darstellbar sind. Je nach Ausführungsform kommen dabei Monitore, LCD-Displays oder aber Frontsichtanzeigen zum Einsatz.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert.
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung.
  • 1 stellt ein Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, wie sie beispielsweise auf einem Augmented-Reality-System 100 angewendet wird, das auf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (nicht gezeigt) zur Ausgabe eines digitalen Bildes eines 3D-Objektraums abläuft. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise bei einem Fahrerassistenzsystem vorgesehen werden.
  • Ein digitales Bild eines definierten 3D-Objektraumes wird von zwei fahrzeugeigenen Kameras, einem Stereokamerasystem 1 aufgezeichnet. Dabei entspricht der reale 3D-Objektraum einem Sichtkegel im Blickfeld eines Fahrers. Damit liefert das Stereokamerasystem 1 die für das Augmented Reality System 100 notwendigen Ausgangsdaten. Die Ausgangsdaten umfassen ein digitales zweidimensionales Bild – monokulares Bild – der Umgebung wobei jedem Pixel des Bildes eine Tiefeninformation zugeordnet ist. Mittels der Tiefeninformation ist eine dreidimensionale Beschreibung der aufgezeichneten Fahrzeugumgebung möglich.
  • In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein virtueller Straßenverlauf 10 erzeugt. Zur Gewinnung von Perspektiveninformationen aus dem digitalen monokularen Bild, wird auf einen Tiefenpuffer – auch Z-Puffer genannt – zurückgegriffen, der die Tiefeninformation jedes einzelnen Pixels enthält. Das Ergebnis der Gewinnung von Perspektiveninformation ist ein genährtes dreidimensionales Modell für den Verlauf der Straße und Fahrspur vor dem Fahrzeug, beispielsweise in Form eines Polygonzuges. Ein solches Modell des Straßenverlaufs lässt sich ist ohne weitere Rückberechnung von Kameraposition und Kameraausrichtung bestimmen.
  • Anhand einer Kantenerkennung – über die Rand- und Mittenmarkierung der Straße im monokularen Bild – kann eine Begrenzung des Straßenverlaufs errechnet werden. Dieser zusätzliche Verfahrensschritt wird aufgrund seiner hohen Verlässlichkeit dazu verwendet, den ermittelten Straßenverlauf anzupassen und ihn zusätzlich zu verbessern.
  • Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit bei der Gewinnung des Straßenverlaufs kann dadurch erreicht werden, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein Umgebungsmodell 15 der Straße herangezogen wird. Dabei kann die Straßentopologie und – Geometrie Navigationsdaten entnommen werden oder bestimmten kartographischen Daten des Umgebungsmodells 15, die in einem Speicher des Fahrzeugs vorliegen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Informationen, die aus der Gewinnung des Straßenverlaufs 10 stammen, mit Daten des Umgebungsmodells 15 kombiniert. Damit wird ein sehr genaues Modell eines virtuellen Straßenverlaufs erzeugt, auf dem Krümmungen, Erhebungen und Senkungen erkannt werden können. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können solche Verfahrensschritte einzeln oder in unterschiedlicher Kombination implementiert werden, um einen virtuellen Straßenverlauf 10 hoher Genauigkeit zu erzeugen.
  • Um die Realitätswahrnehmung im Rahmen des Augmented Reality Systems 100 mit weiteren Informationen oder virtuellen Objekten zu erweitern, ist eine Generierung virtueller 3D-Objekte notwendig. Die virtuellen 3D-Objekte können beispielsweise Symbole wie Pfeile oder Straßenschilder sein, oder Text der eingeblendet werden soll. Die Informationsquellen können Navigationsdaten sein, Kartendaten eines Umgebungsmodells 15 oder Informationen von Verkehrs- beziehungsweise Parkleitsystemen. Auch Nachrichten, die über den Verkehrsfunk empfangen werden oder Nachrichten eines Kommunikationsgerätes, beispielsweise eines Smartphones können die Generierung von 3D-Objekten auslösen oder steuern, Des Weiteren können Informationen eines Fahrerassistenzsystemen die Grundlage für einzublendende Objekte sein, wie beispielsweise ein Sicherheitsabstand zum vorausfahrenden Fahrzeug, die Einhaltung der Fahrspur usw.
  • Zur besseren Darstellung bei der Ausgabe der generierten Informationen – des virtuellen Straßenverlaufs 10 und der generierten virtuellen 3D-Objekte 20 – müssen die virtuellen 3D-Objekte 20 in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens perspektivisch und ortskorrekt angepasst werden. Bei der Generierung eines virtuellen 3D-Modells 30, werden beispielsweise Richtungspfeile, an eine Orientierung des virtuellen Straßenverlaufs angepasst und einem bestimmten Straßenabschnitt zugeordnet. Ein weiteres generiertes virtuelles 3D-Objekt, beispielsweise ein Straßenschild, würde demnach einem bestimmtem Ort am Rand des virtuellen Straßenverlaufs zugeordnet und zusätzlich perspektivisch an diesen angepasst.
  • Anschließend werden bei einer Bildsynthese 40 die angepassten virtuellen 3D-Objekte 30 in den virtuellen Straßenverlauf 10 des definierten realen 3D-Objektraumes integriert. Bei diesem Schritt werden den jeweiligen 3D-Objekten entsprechenden Pixeln Tiefeninformationen zugeordnet. Das nun entstandene virtuelle Bild 40 entspricht beispielsweise einem virtuellen Straßenverlauf – einem Polygonzug – in dem ein oder mehrere virtuellen 3D-Objekte angeordnet sind.
  • Bei dem Schritt der Bildsynthese 40 kann zusätzlich eine maßstabsgetreue Anpassung der generierten virtuellen 3D-Objekte 20 an den virtuellen Straßenverlauf 10 vorgenommen werden. Die Maßstabsanpassung kann des Weiteren in Abhängigkeit einer Informationspriorität in unterschiedlicher Größe erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform können die 3D-Objekte auch in einer bestimmten Farbe oder farblichen Abstufung davon dargestellt werden, um bestimmte Informationsinhalte besonders hervorzuheben.
  • In einem letzten Verfahrensschritt wird das synthetisierte virtuelle Bild 40 oder Teile davon auf einem Anzeigegerät 50 ausgegebenen, wo eine Zusammenführung von dem digitalen Bild des definierten realen 3D-Objektraumes (realen Bild) und dem synthetisierten virtuellen Bild 40 erfolgt. Dabei wird unterschieden, ob die Zusammenführung von dem realen und dem synthetisierten virtuellen Bild 40 auf einem herkömmlichen Anzeigegerät 50, beispielsweise einem LCD/TFT-Display oder auf einem Monitor erfolgt, oder aber nur ein Teil des virtuellen Bildes 40 auf einem Anzeigefeld – vorzugsweise auf einer Frontsichtanzeige – ausgegeben wird.
  • Um eine überdeckungsrichtige Darstellung beim Anzeigen 50 auf dem herkömmlichen Anzeigegerät zu ermöglichen, muss anhand der Tiefenwerte des digitalen Bildes des definierten realen 3D-Objektraumes und des synthetisierten virtuellen Bildes 40 entschieden werden, ob an einer Pixelposition das Pixel des realen oder virtuellen Bildes näher am Betrachter hegt. Das aus Sicht des Betrachters ihm jeweils näher gelegene Pixel wird auf dem Anzeigegerät dargestellt. Dadurch ergibt sich eine überdeckungsrichtige Überlagerung der Bildinhalte.
  • In einer weiteren Ausführungsform können zur Erzeugung des Abbildes des virtuellen 3D-Objekts alternativ oder zusätzlich weitere bekannte Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise das Rendern von Bildern, Raytracing, usw.
  • Bei einer Anzeige 50 auf einem teildurchsichtigen Anzeigefeld einer Frontsichtanzeige muss nur der Teil des generierten virtuellen 3D-Objektes überblendet werden, der bereits für eine Integration in den virtuellen Straßenverlauf perspektivisch und ortskorrekt angepasst wurde, da im Anzeigefeld der Frontsichtanzeige bereits das reale Bild – im Sichtfeld des Fahrers – vorliegt. Somit entfällt in diesem Fall die Darstellung der Bildinhalte, die nicht durch den Teil des generierten virtuellen 3D-Objektes des synthetisierten virtuellen Bildes 40 verdeckt werden.
  • Auch in diesem Fall muss bei der Bildsynthese für jedes Pixel des angezeigten Bildes anhand des Tiefenpuffers entschieden werden, ob an der jeweiligen Pixelposition das reale oder das virtuelle Pixel näher am Betrachter liegt. Nur die Pixel des virtuellen Bildes werden angezeigt, die näher am Betrachter liegen. Liegt ein der Position auf dem Anzeigefeld der Frontsichtanzeige entsprechendes „reales” Pixel dem Betrachter näher, so bleibt das Pixel aus, das dieser Position auf dem Anzeigefeld der Frontsichtanzeige entspricht.
  • In Analogie zu dem zuvor beschriebenen können statt eines Stereokamerasystemes zur dreidimensionalen Aufnahme der Umgebung alternativ auch andere Systeme genutzt werden. Beispielsweise kann auch ein Kamerasystem mit nur einer Kamera verwendet werden bei dem das dreidimensionale Abbild der Umgebung durch zu unterschiedlicher Zeit und Kameraposition aufgenommene Bilder ermittelt wird. Ebenso können Systeme verwendet werden die klassische Kameras mit ToF (time-of-flight) basierten Messtechniken, Laser-Range Scannern oder vergleichbaren Systemen kombinieren.
  • Alternativ zur Ausgabe auf einem klassischen zweidimensionalen Display kann die Anzeige der Augmented Reality Szenerie auch auf einer stereoskopischen Anzeige erfolgen, indem für jedes Auge bzw. jede Augenposition separat ein synthetisches Bild generiert und die Bildsynthese durchgeführt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stereokamerasystem
    2
    Informationen
    3
    Navigationsdaten
    10
    Schritt 1
    20
    Schritt 2
    30
    Schritt 3
    40
    Schritt 4
    50
    Anzeigegerät
    100
    Vorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 20305278 U1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Darstellung virtueller Objekte in Fahrzeuganzeigen unter Verwendung eines von mindestens einer Kamera aufgezeichneten digitalen Bildes eines definierten realen 3D-Objektraumes, wobei in einem 1. Schritt durch Gewinnen von Perspektiveninformation aus dem digitalen Bild des definierten realen 3D-Objektraumes ein virtueller Straßenverlauf erzeugt (10) wird und in einem 2. Schritt ein vorbestimmtes virtuelles 3D-Objekt generiert (20) wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem 3. Schritt das virtuelle 3D-Objekt (20) an der von dem virtuellen Straßenverlauf (10) des definierten realen 3D-Objektraumes perspektivisch und ortgenau angepasst (30) wird und in einem 4. Schritt das angepasste virtuelle 3D-Objekt in den virtuellen Straßenverlauf (10) des definierten realen 3D-Objektraumes integriert (40) wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt des Verfahrens ein virtuelles Umgebungsmodell (15) des definierten realen 3D-Objektraumes mit dem virtuellen Straßenverlauf (10) aus dem 1. Schritt abgeglichen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgezeichnete digitale Bild zusammen mit dem in den virtuellen Straßenverlauf (10) integrierten virtuellen 3D-Objekt (40) aus dem 4. Schritt des Verfahrens auf einem Anzeigegerät (50) überdeckungsrichtig ausgegeben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das in dem 4. Schritt des Verfahrens integrierte virtuelle 3D-Objekt auf einem Anzeigefeld einer Frontsichtanzeige angezeigt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Anzeigeinhalt auf dem Anzeigefeld der Frontsichtanzeige dem aufgezeichneten digitalen Bild entspricht.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Zur Gewinnung der Perspektiveninformation (10) des digitalen Bildes jeweils ein Tiefenwert eines Pixels des digitalen Bildes verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des virtuellen Straßenverlaufs (10) im 1. Schritt alternativ oder zusätzlich weitere Informationen (2) über Kameraposition und/oder Fahrzeugumgebung und/oder Kartendaten einfließen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgleichen des virtuellen Umgebungsmodells (15) des definierten realen 3D-Objektraums mit Navigationsdaten (3) des Fahrzeugs und/oder eine Kantenerkennung (3) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im 2. Schritt des Verfahrens mindestens ein weiteres vorbestimmtes virtuelles 3D-Objekt auf Grundlage von weiteren Informationen generiert (20) wird.
  10. Vorrichtung (100) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welches umfasst: mindestens eine Kamera zur Aufnahme eines digitalen Bildes eines definierten realen 3D-Objektraumes, Mittel zur grafischen Verarbeitung von Informationen, und zumindest ein Anzeigegerät (50) für die Ausgabe der verarbeiteten Informationen.
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