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Die Erfindung geht aus von einem Informationsanzeigesystem, vorzugsweise einem Head-up-display in einem Fahrzeug, mit einer virtuellen Eingabezone, wobei eine PMD-Kamera die Eingabezone überwacht und eine Auswerteeinheit des Systems derart ausgestaltet ist, dass eine Geste nur dann als Eingabe in der virtuellen Eingabezone erfasst wird, wenn die Geste innerhalb eines definierten Raumbereichs erfolgt.
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Derartige Informationsanzeigesysteme, insbesondere Head-up-displays (HUD) sind aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Beispielsweise offenbart die
DE 10 2009 024 192 A1 ein System für eine in Augenhöhe projizierte Anzeige. Ein derartiges HUD-System umfasst typischerweise eine Anzeigevorrichtung deren Bild über Linsen und Reflektoren auf eine Windschutzscheibe projiziert wird und so in Überlappung mit der über die Windschutzscheibe sichtbaren Szene vom Fahrer erfasst werden kann. Die Anzeigevorrichtung bildet vorzugsweise eine lichtemittierende Vorrichtung beispielsweise eine Fluoreszenzanzeige, eine Kristallanzeige oder LED-Anzeige. Die Anzeigevorrichtung nebst Optik und Reflektoren sind vorzugsweise im Armaturenbrett des Fahrzeugs untergebracht. In einer besonderen Ausgestaltung können die Optikelemente bzw. reflektierenden Spiegel und somit das projizierte Bild an die Augenpositionen des Fahrers angepasst werden.
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Aus der
DE 10 2007 001 266 A1 sind weitere Ausgestaltungen eines derartigen Head-up-displays bekannt. Beispielsweise ist es vorgesehen, im Strahlengang des Head-up-displays über einen Strahlteiler einen optischen Sensor mit einer Infrarotlichtquelle anzuordnen. Auf Grundlage der Bildinformationen des optischen Sensors ist es vorgesehen, Gesten der wahrgenommenen Person zu erkennen. Darüber hinaus ist es vorgesehen, über den optischen Sensor beispielsweise anhand der Lidschlagfrequenz des Fahrers seinen Wachzustand zu überprüfen.
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Hinsichtlich Gestenerkennung offenbart die
EP 2 018 992 B1 ein Kraftfahrzeugcockpit mit einer Vielzahl von Anzeigeeinheiten zur Darstellung von Informationen, wobei diese Einheiten im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sind und über eine Videokamera eine Hand des Fahrers erkannt werden kann, wobei in Abhängigkeit der Gestik die Informationsdarstellung verändert werden kann.
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Aus der
EP 1 284 432 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bedienung eines Fahrerunterstützungssystems bekannt, bei dem über das Head-up-display dargebotene Menüoptionen allein durch die Blickrichtung und Augenposition des Fahrers ausgewählt werden können. Zur Erfassung der Blickrichtung ist im Innenspiegel des Fahrzeugs eine Kamera angeordnet.
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Ferner ist aus der
DE 10 2009 046 376 A1 ein Head-Up-Display bekannt, bei dem über berührungslose Sensoren, insbesondere optischer Annäherungsdetektoren oder einer Videoerfassung, Gesten als Funktionseingaben in einer Eingabevorrichtung in einem Fahrzeuginnenraumbereich erkannt werden.
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Die
DE 10 2006 059 068 A1 offenbart ein Fahrerassistenzsystem, bei dem die Umgebung eines Kraftfahrzeugs im Hinblick auf Objekte und Fahrspuren mit Hilfe von Sensoren und ggf. auch PMD-Sensoren überwacht wird.
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Aus der
US 2010/0110069 A1 ist ein Anzeigesystem zur Projektion einer dreidimensionalen Darstellung bekannt, bei dem die Darstellung in Abhängigkeit der Blickrichtung des Betrachters angepasst wird, wobei die Blickrichtung mit einer 3D-Kamera insbesondere Stereo-Kamera erfasst wird.
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Aus der
DE 10 2009 036 368 A1 ist eine Anzeigevorrichtung bekannt, bei der Steuerelemente über Gesten angesteuert werden können. Die dreidimensionale Erfassung der Gesten erfolgt über eine Referenz- und Sendediodenanordnung, bei der aus der Anpassung der Referenzlichtamplitude an das intensitätsschwächere, von einem Objekt rückreflektierte Licht eine Entfernung bestimmt wird.
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Ferner offenbart die nachveröffentlichte
DE 10 2011 089 195 A1 eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Personen und von diesen ausgeführten Gesten und Bedienvorgängen in einem Fahrzeuginnenraum mit einer Anzeige- und einer optischen Erfassungseinheit. Als Erfassungseinheit sind Stereokameras und TOF-Kameras, insbesondere PMD-Kameras und als Anzeigeeinheit ein Head-up-Display offenbart.
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Aus der
US 2008/0059915 A1 ist ein Mobiltelefon bekannt, das über Gesten im Raum vor dem Anzeigedisplay gesteuert werden kann.
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Als Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u.a. in den Anmeldungen
EP 1 777 747 A1 ,
US 6 587 186 B2 und auch
DE 197 04 496 A1 beschrieben und beispielsweise von der Firma ‚ifm electronic gmbh’ als Frame-Grabber O3D zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein Informationsanzeigesystem, insbesondere Head-up-display, in Hinblick auf eine zuverlässige und sichere Eingabe zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Informationsanzeigesystem, dass eine virtuelle Eingabezone aufweist, dadurch vorteilhaft gelöst, dass eine PMD-Kamera die Eingabezone zuverlässig überwacht. Weiterhin ist das System mit einer Auswerteeinheit ausgestattet, die derart ausgestaltet ist, dass eine Geste nur dann als Eingabe in der virtuellen Eingabezone erfasst wird, wenn die Geste innerhalb eines definierten Raumbereichs erfasst wird.
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Dieses Vorgehen hat insbesondere den Vorteil, dass eine Geste nur dann als gültige und gewollte Eingabe erfasst wird, wenn sie innerhalb einer definierten Eingabezone erfolgt. Gesten und Bewegungen außerhalb einer solchen Zone werden zwar erfasst aber nicht als gültige Eingabe bewertet.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Informationsanzeigesystem als Head-up-Display in einem Fahrzeug ausgebildet wobei sich die virtuelle Eingabezone vorzugsweise in einem Raumbereich oberhalb des Lenkrades erstreckt. Dies hat den Vorteil, dass die Gesten in einen Raumbereich erfolgen, der typischerweise beim Führen des Fahrzeugs im Blickwinkel des Fahrers liegen. Somit braucht der Blick des Fahrers, trotz Bedienung der virtuellen Eingabezone, nicht vom Fahrgeschehen abgewendet werden.
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Vorteilhaft ist die PMD-Kamera im Bereich des Fahrzeugcockpits angeordnet. Bevorzugt ist der Erfassungsbereich der PMD-Kamera derart ausgelegt, dass sowohl die virtuelle Eingabezone als zumindest auch der Kopf des Fahrers erfasst wird. Vorzugsweise wird neben der Kopfposition auch die Augenposition des Fahrers erfasst. Durch dieses Vorgehen werden nicht nur die Eingaben des Fahrers, sondern auch die Aufmerksamkeit bzw. der Wachzustand des Fahrers überwacht. Darüber hinaus kann durch die bekannte Kopf und/oder Augenposition auch die Darstellung der Informationsanzeige optimiert werden, insbesondere bei autostereoskopischen Projektionen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 das schematisch grundlegende Prinzip eines PMD-Kamerasystems,
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2 eine Sicht des Fahrers auf ein Head-up-display,
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3 eine Ansicht des Fahrers auf ein Auswahlmenü,
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4 eine Seiteansicht eines Cockpits mit einem erfindungsgemäßen Informationsanzeigesystems,
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5 eine Seitenansicht eines Cockpits mit einer PMD-HUD-Kombination,
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6a, b schematisch zwei Varianten einer PMD-HUD-Kombination,
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7 schematisch eine Projektionslichtquelle.
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1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der
DE 197 04 496 A1 bekannt ist.
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Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10, 100 mit einer PMD-Lichtquelle 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitfotosensor 22. Der Lichtlaufzeitfotosensor 22 bzw. Lichtlaufzeitsensor 22 weist ein Pixel-Array auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 ist vorzugsweise als Reflektor ausgebildet.
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Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitfotosensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einer bestimmten Modulationsfrequenz M(p1) mit einer ersten Phasenlage p1 beaufschlagt. Entsprechend der Modulationsfrequenz sendet die Lichtquelle 12 ein amplitudenmoduliertes Signal S(p1) mit der ersten Phaselage p1 aus. Dieses Signal bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben mit einer zweiten Phasenlage p2 als Empfangssignal S(p2) auf den Lichtlaufzeitfotosensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal M(p1) mit dem empfangenen Signal S(p2), gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.
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2 zeigt eine bereits aus dem Stand der Technik bekannte Sicht auf ein Head-up-Display auf einer Windschutzscheibe 300. Das virtuelle Bild 128, das auf die Windschutzscheibe 300 durch das System projiziert wird, kann beispielsweise wie im dargestellten Fall wichtige Sicherheit- und Navigationsinformationen darstellen.
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3 zeigt eine Situation in der anstelle der Navigationsinformationen ein Auswahlmenü dargestellt wird. Zur Bedienung dieses Auswahlmenüs erstreckt sich über dem Lenkrad 220 eine Eingabezone 130, die in verschiedenen virtuellen Eingabefelder 131 aufgeteilt ist. Beispielsweise kann in diesen Eingabefeldern 131 zwischen verschiedenen Komfort- oder Sicherheitsfunktionen umgeschaltet werden. Die Bedienung derartiger Funktionen in einem virtuellen Eingabefeld 131 hat den Vorteil, dass der Blick des Fahrers von der Verkehrssituation nicht abgewendet werden muss. Darüber hinaus müssen für die einzelnen Funktionen keine zusätzlichen Schalter oder Wahlknöpfe im Fahrzeugraum angebracht werden.
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4 zeigt einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs und skizzenhaft einen Querschnitt durch ein Fahrzeugcockpit 210. Auf bzw. im Fahrzeugcockpit 210 sind ein PMD-Kamerasystem 1 und ein Head-up-display 120 angeordnet. Das Head-up-display 120 projiziert auf die Windschutzscheibe 300 ein Bild in ein Projektionsbereich 125. Im dargestellten Fall werden vom Head-up-Display auf die Projektionsfläche 125 virtuelle Eingabefelder 131 projiziert. Der Fahrer 230 gewinnt den Eindruck, dass sich diese Eingabefelder 131 über dem Lenkrad schwebend befinden. Dieser Eindruck kann insbesondere durch eine autostereoskopische Projektion zusätzlich verstärkt werden. Die im Cockpit angeordnete PMD-Kamera 1 ist in Richtung des Fahrers ausgerichtet und überwacht sowohl den Kopf des Fahrers als auch die virtuelle Eingabezone 130 oberhalb des Lenkrades 220. Eine Auswerteeinheit der PMD-Kamera bzw. des Informationsanzeigesystems 120 ist derart ausgestaltet, dass nur in einem wohldefinierten Raumbereich, der virtuellen Eingabezone 130 Gesten bzw. Handpositionen als gültige Eingabe erfasst werden. Im vorliegenden Fall ist die virtuelle Eingabezone in drei übereinander liegende virtuelle Eingabefelder 131 aufgeteilt. Der Fahrer greift im dargestellten Fall mit seiner Hand in das untere Eingabefeld und kann somit beispielsweise eine Komfortfunktion oder ähnliches auslösen.
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In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann es auch vorgesehen sein, durch eine Handbewegung virtuelle Schieberegler oder virtuelle Drehknöpfe zu bedienen.
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5 zeigt eine Variante bei der die PMD-Kamera bzw. das Kamerasystem 1 integraler Bestandteil des Infomationsanzeigesystems 120 ist. Hierbei ist der PMD-Sensor mitsamt seiner PMD-Lichtquelle auf der Ebene der Projektionslichtquelle 121 angeordnet, wobei sowohl die Projektionslichtquelle 121 als auch das PMD-Kamerasystem 1 über einer gemeinsamen Optik 123 über Projektion bzw. Reflektion an der Windschutzscheibe 300 Informationen darbieten bzw. die virtuelle Eingabezone 130 und ggf. auch den Fahrer 230 überwachen.
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6 zeigt eine weitere mögliche Variante der Kombination eines PMD-Kamerasystems 1 mit einer Projektionslichtquelle 121 über einen Strahlteiler 124.
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7 zeigt eine mögliche gemeinsame Anordnung des PMD-Kamerasystems 1 mit der Projektionslichtquelle 121 auf einer gemeinsamen Ebene. Im dargestellten Beispiel ist die PMD-Kamera bzw. der PMD-Sensor in einen mittleren Bereich des Gesamtsystems angeordnet. Der PMD-Sensor 22 ist eingebettet in der Projektionslichtquelle 121 und der PMD-Lichtquelle 12. Beispielsweise kann die Projektionslichtquelle als LED-Matrix aufgebaut sein. Ein Teil der LED-Matrix bzw. einzelne LED's können insbesondere auch als Infrarot-LEDs ausgebildet sein und somit für die PMD-Lichtquelle zur Verfügung stehen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Projektionslichtquelle 121 sowohl Informationen an den Fahrer übermitteln kann als auch in einem für den Fahrer nicht sichtbaren Spektrum als PMD-Lichtquelle für die PMD-Kamera 20 dienen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- PMD-Kamerasystem
- 10
- Sendeeinheit, Beleuchtungsmodul
- 12
- PMD-Lichtquelle
- 15
- Strahlformungsoptik
- 20
- PMD-Kamera
- 22
- PMD-Sensor
- 25
- Empfangsoptik
- 120
- Informationsanzeigesystem, Head-up-display,
- 121
- Projektionslichtquelle
- 123
- HUD-Optik
- 124
- Strahlteiler
- 125
- Projektionsbereich,
- 128
- Informationseinblendungen,
- 130
- virtuelle Eingabezone,
- 131
- virtuelle Eingabefelder,
- 300
- Windschutzscheibe,
- 210
- Cockpit,
- 215
- Cockpit-Instrumente
- 220
- Lenkrad,
- 230
- Fahrer
