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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Head-up-Displays für ein Fahrzeug, wobei in ein Blickfeld eines Betrachters zumindest ein Bild einer Umgebung des Fahrzeugs projiziert wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend zumindest ein Head-up-Display zur Projektion zumindest eines Bildes einer Umgebung des Fahrzeugs in ein Blickfeld eines Betrachters.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein so genannte Head-up-Displays für Fahrzeuge bekannt, welche eine Anzeigeeinheit mit einem Projektionsschirm umfassen, auf welchen mittels einer bildgebenden Einheit und gegebenenfalls mittels eines Optikmoduls Informationen projiziert werden. Der Projektionsbildschirm ist dabei transparent ausgebildet und im Sichtfeld eines Fahrers des Fahrzeugs angeordnet. Der Projektionsschirm kann dabei integraler Bestandteil einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs sein.
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Hierbei wird mittels eines Head-up-Displays die Darstellung von Informationen derart ausgeführt, dass für einen Betrachter der Eindruck entsteht, dass ein virtuelles Bild vor das Fahrzeug projiziert ist. Die Projektion erfolgt dabei typischerweise in der Art, dass das virtuelle Bild in einer festen Entfernung vor dem Fahrzeug steht. In dieser und größeren Entfernungen verliert eine Tiefenwahrnehmung des menschlichen Auges aufgrund des so genannten stereoskopischen Effektes zunehmend an Bedeutung und andere Effekte treten in den Vordergrund.
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Konventionelle Head-up-Displays erzielen die Tiefenwahrnehmung ausschließlich über den stereoskopischen Effekt, d. h. über die tatsächliche Entfernung des virtuellen Bildes vom Auge des Betrachters. Dies wird über eine geeignete Faltung des Strahlenganges im Head-up-Display realisiert, so dass der Strahlengang eine scheinbare Länge der gewünschten Entfernung aufweist. Ein virtuelles Objekt wird somit in einer fixen Entfernung positioniert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Head-up-Displays und eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug anzugeben.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Anzeigevorrichtung durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zum Betrieb eines Head-up-Displays für ein Fahrzeug wird in ein Blickfeld eines Betrachters zumindest ein Bild einer Umgebung des Fahrzeugs projiziert.
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Erfindungsgemäß wird eine Parallaxe für zumindest eine Beobachtungsposition des Betrachters auf zumindest ein darzustellendes virtuelles Objekt und mittels zumindest einer Bilderfassungseinheit eine Beobachtungsposition des Betrachters ermittelt. In Abhängigkeit der Beobachtungsposition und einer in dem Bild darzustellenden virtuellen Entfernung des zumindest einen virtuellen Objekts zum Fahrzeug wird dieses virtuelle Objekt derart in dem Bild verschoben und dargestellt, dass die Verschiebung der Parallaxe des virtuellen Objekts der entsprechenden virtuellen Entfernung des virtuellen Objekts entspricht.
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Für eine Tiefenwahrnehmung eines Betrachters spielt ab einer bestimmten Entfernung vom Fahrzeug insbesondere der Effekt der Parallaxe eine große Rolle. Dieser Effekt beschreibt die Verschiebung eines Objektes in einer bestimmten Entfernung gegenüber einem Hintergrund, wobei die Verschiebung umso größer ausfällt, je weiter sich das Objekt vom Hintergrund abheben soll.
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Durch die erfindungsgemäße Verschiebung des zumindest einen virtuellen Objekts in Abhängigkeit der Parallaxe und der virtuellen Entfernung sind für den Betrachter für jedes virtuelle Objekt individuelle Entfernungseindrücke bei der Darstellung mittels des Head-up-Displays erzeugbar, so dass für mehrere darzustellende virtuelle Objekte unterschiedliche Entfernungseindrücke in dem Bild erzielt werden können. Somit können virtuelle Objekte in der Darstellung des Bildes in beliebigen Entfernungen zum Fahrzeug positioniert werden, auch dann, wenn ein tatsächlicher Bildabstand fest ist.
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Die Darstellung der virtuellen Objekte im Bild in beliebigen Entfernungen ermöglicht dabei, dass auch bei größeren Entfernungen des Bildes des virtuellen Objekts eine zuverlässige Darstellung für den Betrachter möglich ist, welche eine Tiefenwahrnehmung des Betrachters unterstützt. Hierdurch können komplexe virtuelle Landschaften mit einem komplexen Tiefeneindruck in dem Bild virtuell vor dem Fahrzeug aufgebaut werden. Dies erweitert die Möglichkeiten des Head-up-Displays und ermöglicht einen hochwertigen visuellen Eindruck. Zusätzlich ist keine aufwändige und bauraumintensive Erweiterung des Aufbaus des Head-up-Displays erforderlich, um mehrere Tiefenebenen darstellen zu können.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Draufsicht auf eine Szene mit einem Betrachter in einer ersten Beobachtungsposition,
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2 schematisch eine Sicht des Betrachters aus der ersten Beobachtungsposition auf die Szene gemäß 1,
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3 schematisch eine Draufsicht auf eine Szene mit einem Betrachter in einer zweiten Beobachtungsposition,
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4 schematisch eine Sicht des Betrachters aus der zweiten Beobachtungsposition auf die Szene gemäß 3, und
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5 schematisch eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer Anzeigevorrichtung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer Draufsicht eine Szene mit einem Betrachter B in einer ersten Beobachtungsposition POS1 dargestellt, wobei in der Szene zwei reale Objekte O1, O2 und ein virtuelles Objekt O3 dargestellt sind. 2 zeigt eine Sicht des Betrachters B aus der ersten Beobachtungsposition POS1 auf die Szene gemäß 1, wobei die Szene auf einem Head-up-Display 1 in einem in 5 näher gezeigten Fahrzeug 2 dargestellt wird.
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Hierbei erfolgt die Darstellung der Szene in der Art, dass das virtuelle Objekt O3 im Bild P auf dem Head-up-Display 1 für den Betrachter B, beispielsweise einen Fahrer des Fahrzeugs 2, in einer Entfernung vor den Objekten O1, O2 erscheint.
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In 3 ist in einer Draufsicht die Szene gemäß 1 mit einem Betrachter B in einer zweiten Beobachtungsposition POS2 dargestellt. 4 zeigt die Sicht des Betrachters B aus der zweiten Beobachtungsposition POS2 auf die Szene gemäß 3.
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Gegenüber der in 1 gezeigten Darstellung ist die Beobachtungsposition POS2 nach in Bezug auf die Szene nach links verschoben, so dass sich ein Betrachtungswinkel für den Betrachter B ändert. Hierdurch kommt es auch zu einer Verschiebung des virtuellen Objekts O3 relativ zu den Objekten O1, O2 für den Betrachter B.
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Diese Verschiebung resultiert aus der so genannten Parallaxe, unter welcher vorliegend eine scheinbare Änderung einer Position eines Objekts O3 vor einem Hintergrund verstanden wird, wenn der Betrachter B seine eigene Position verschiebt.
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Die Parallaxe spielt ab einer bestimmten Entfernung vom Fahrzeug 2 für eine Tiefenwahrnehmung des Betrachters B eine große Rolle. Die Parallaxe variiert dabei mit dem Abstand zum Fahrzeug 2, das heißt auch mit einem Abstand zwischen dem virtuellen Objekt O3 und den Objekten O1, O2.
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Soll das virtuelle Objekt O3 in einer Entfernung unmittelbar vor den Objekten O1, O2 dargestellt werden, so ist die Parallaxe, das heißt die Verschiebung des virtuellen Objekts O3 bei Änderung der Beobachtungsposition POS1, POS2, gering.
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Soll das virtuelle Objekt O3 dagegen in einer Entfernung weit vor den Objekten O1, O2 dargestellt werden, so ist die Parallaxe, das heißt die Verschiebung des virtuellen Objekts O3 bei Änderung der Beobachtungsposition POS1, POS2, vergleichsweise groß.
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5 zeigt eine Draufsicht auf das Fahrzeug 2 mit einer Anzeigevorrichtung 3, welche ein Head-up-Display 1 umfasst.
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Um einen räumlichen Tiefeneindruck für den Betrachter B des virtuellen Bilds P im Head-up-Display 1 zu verbessern, wird der beschriebene Effekt der Parallaxe bei der Darstellung virtueller Objekte O3 auf dem Head-up-Display 1 bei sich ändernder Beobachtungsposition POS1, POS2 berücksichtigt.
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Typischerweise wird mittels des Head-up-Displays 1 ein virtuelles Bild P erzeugt, welches sich in einer bestimmten Entfernung vor dem Fahrzeug 2 befindet. Alle in diesem Bild P dargestellten Objekte O1 bis O3 werden derart dargestellt, dass sich diese in dieser scheinbaren Entfernung befinden. Um jedoch das zumindest eine virtuelle Objekt O3 in Relation zu verschiedenen realen Objekten O1, O2 zu setzen, wobei sich die realen Objekte O1, O2 ebenfalls in unterschiedlichen Entfernungen befinden können, wird im Bild P des Head-up-Displays 1 das zumindest eine virtuelle Objekt O3 in einer zu den realen Objekten O1, O2 unterschiedlichen scheinbaren Entfernungen verortet.
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In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein Fußgänger als erstes Objekt O1 in zehn Metern Entfernung mit einem virtuellen Warndreieck als virtuelles Objekt O3 markiert werden und gleichzeitig ein Abbiegepfeil als weiteres nicht gezeigtes virtuelles Objekt in eine Einmündung in 30 Metern Entfernung zeigen. Für beide virtuellen Objekte kann hierbei ein unterschiedlicher und an die gewünschte Entfernung angepasster räumlicher Eindruck erzielt werden. Während der räumliche Eindruck bezüglich einer Augenkonvergenz und einer Akkommodation in der Regel nicht dynamisch und für jedes virtuelle Objekt O3 individuell beeinflussbar ist, kann der räumliche Eindruck mittels der Parallaxe geschaffen werden.
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Um den räumlichen Eindruck herzustellen und die Verschiebung des virtuellen Objekts O3 bei Veränderung der Beobachtungsposition POS1, POS2 bei der Darstellung des virtuellen Objekts O3 und der Objekte O1, O2 auf dem in das Blickfeld des Betrachters B auf dem Head-up-Display 1 projizierten Bild P zu berücksichtigen, wird mittels einer Auswerteeinheit 4 vorzugsweise in Echtzeit die Parallaxe für die Veränderung zwischen den verschiedenen Beobachtungspositionen POS1, POS2 des Betrachters B auf das virtuelle Objekt O3 ermittelt.
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Hierzu wird mittels zumindest einer mit der Auswerteeinheit 4 gekoppelten Bilderfassungseinheit 5 die Beobachtungsposition POS1, POS2 des Betrachters B ermittelt, wobei es sich bei der Bilderfassungseinheit 5 im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine im Fahrzeuginnenraum angeordnete Kamera, insbesondere eine so genannte Fahrerbeobachtungskamera, handelt. Aus Daten der Bilderfassungseinheit 5 wird mittels einer Auswerteeinheit 4 eine Position von Augen des Betrachters B und aus dieser Position die Beobachtungsposition POS1, POS2 ermittelt.
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Weiterhin wird in Abhängigkeit der Beobachtungsposition POS1, POS2 und einer in dem Bild P darzustellenden Entfernung des virtuellen Objekts O3 zum Fahrzeug 2 und zu den anderen Objekten O1, O2 eine Verschiebung des Objekts O3 ermittelt.
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Zur Durchführung der Verschiebung ist die Auswerteeinheit 4 mit einer Steuereinheit 6 gekoppelt, mittels welcher das virtuelle Objekt O3 derart in dem Bild P verschoben und dargestellt wird, dass die Verschiebung der Parallaxe des Objekts O3 der entsprechenden virtuellen Entfernung des Objekts O3 entspricht. Bei der Darstellung mehrerer virtueller Objekte O3 erfolgt die Verschiebung für jedes virtuelle Objekt O3 separat.
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Durch diese Verschiebung ist es möglich, für jedes virtuelle Objekt O3 eine individuelle scheinbare Entfernung zu realisieren.
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Bewegt der Betrachter B seinen Kopf nach links oder rechts, so wird die Parallaxe jedes virtuellen Objekts O3 im Head-up-Display individuell und vorzugsweise in Echtzeit angepasst. Die Anpassung der Parallaxe erfolgt gleichermaßen auch dann, wenn der Betrachter B seinen Kopf nach oben oder unten bewegt. Hierdurch ergibt sich ein differenzierter und hochwertiger räumlicher Eindruck für den Betrachter B.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Head-up-Display
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Anzeigevorrichtung
- 4
- Auswerteeinheit
- 5
- Bilderfassungseinheit
- 6
- Steuereinheit
- B
- Betrachter
- O1
- Objekt
- O2
- Objekt
- O3
- virtuelles Objekt
- P
- Bild
- POS1
- Beobachtungsposition
- POS2
- Beobachtungsposition
