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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Unterdrücken stereoskopischer Doppelbilder auf einem Head-up-Display, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.
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Moderne Fahrzeuge sind häufig mit einem Head-up-Display (kurz HUD) ausgestattet, durch das fahrrelevante Informationen wie etwa Geschwindigkeit, Navigationsinformationen oder Warnhinweise im Blickfeld eines Fahrers angezeigt werden können. Dabei wird ein virtuelles Bild, in dem die Informationen dargestellt werden, mit einer realen Umgebung überlagert.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Unterdrücken stereoskopischer Doppelbilder auf einem Head-up-Display, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der vorliegende Ansatz schafft ein Verfahren zum Unterdrücken stereoskopischer Doppelbilder auf einem Head-up-Display mit einer Anzeigefläche, die ausgebildet ist, um zumindest ein einer Tiefenebene zugeordnetes stereoskopisches Bildpaar anzuzeigen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Einlesen einer Blickrichtungsinformation über eine Blickrichtung eines linken Auges eines Betrachters und/oder eine Blickrichtung eines rechten Auges des Betrachters bezüglich der Anzeigefläche;
Ermitteln eines Konvergenzpunkts, in dem sich die Blickrichtung des linken Auges mit der Blickrichtung des rechten Auges schneidet, unter Verwendung der Blickrichtungsinformation; und
Bereitstellen eines Änderungssignals, um zumindest einen Anzeigeparameter zumindest eines Halbbilds des stereoskopischen Bildpaares zu ändern, wenn im Schritt des Ermittelns ermittelt wird, dass der Konvergenzpunkt außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um die Tiefenebene liegt.
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Unter einem stereoskopischen Doppelbild kann ein stereoskopisches Bildpaar verstanden werden, dessen Halbbilder als Einzelbilder jeweils vom linken und rechten Auge wahrgenommen werden. Unter einem Head-up-Display kann eine Anzeigevorrichtung verstanden werden, die ausgebildet ist, um Informationen in ein Sichtfeld eines Betrachters zu projizieren. Ein Betrachter kann beispielsweise ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs oder ein Pilot sein. Unter einer Anzeigefläche kann beispielsweise eine virtuelle Leinwand (kurz VSD für virtual screen distance) verstanden werden, auf der stereoskopische Bildpaare angezeigt werden können. Unter einem stereoskopischen Bildpaar kann ein Paar stereoskopischer Teilbilder verstanden werden. Das stereoskopische Bildpaar kann derart auf der Anzeigefläche angezeigt werden, dass der Betrachter das stereoskopische Bildpaar in der Tiefenebene als ein stereoskopisches Bild wahrnimmt. Unter einer Tiefenebene kann eine Ebene mit einem vorbestimmten Abstand zwischen dem Betrachter und einem durch ein stereoskopisches Bildpaar repräsentierten Objekt verstanden werden. Beispielsweise kann die Tiefenebene aus der Sicht des Betrachters vor oder hinter der Anzeigefläche liegen. Der Abstand zum virtuellen stereoskopischen Bild kann von einem horizontalen Abstand, auch Disparität genannt, zwischen dem stereoskopischen Bildpaareines stereoskopischen Bildes auf der Anzeigefläche, auch virtuelle Leinwand genannt, abhängig sein. Unter einem Konvergenzpunkt kann ein Schnittpunkt zweier Sehachsen des Betrachters verstanden werden. Ein Abstand des Konvergenzpunkts zu den Augen des Betrachters kann einer Fixationsentfernung des durch das stereoskopische Bildpaar erzeugten stereoskopischen Bildes entsprechen. Mittels des Konvergenzpunkts kann festgestellt werden, ob der Betrachter das stereoskopische Bildpaar gerade fixiert. Unter einem Anzeigeparameter kann beispielsweise eine Helligkeitseigenschaft, eine Farbeigenschaft oder eine Schärfe des stereoskopischen Bildpaares verstanden werden. Unter einem vorgegebenen Toleranzbereich kann beispielsweise ein Bereich von 5 cm, 0,5 m oder 1 m um eine Tiefenebene verstanden werden.
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Es können gleichzeitig mehrere stereoskopische Bildpaare unterschiedlicher Tiefenebenen, die außerhalb des Toleranzbereichs liegen, angepasst werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass bei stereoskopischen Darstellungen im virtuellen Bild eines Head-up-Displays mit Objekten in verschiedenen Tiefenebenen störende Doppelbilder der Objekte in anderen Tiefenebenen unterdrückt werden können, indem zumindest ein Anzeigeparameter eines stereoskopischen Bildpaars verändert wird. Beispielsweise kann das stereoskopische Bildpaar mit verminderter Helligkeit oder Farbsättigung dargestellt werden oder ganz ausgeblendet werden. Auf diese Weise können Konsistenzbeeinträchtigungen bei der Wahrnehmung der Objekte vermieden werden und somit kann Ermüdungserscheinungen oder einem Unwohlsein vorgebeugt werden.
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Gemäß einer weiter unten beschriebenen Ausführungsform kann mit Fahrerüberwachungssystemen eine Kopfposition und/oder darüber hinaus eine Blickrichtung der Augen eines Fahrers erfasst werden. Aus diesen Daten kann ermittelt werden, in welcher Tiefenebene die Sehachsen des Fahrers konvergieren, d. h., welche Tiefenebene der Fahrer gerade betrachtet. Der vorliegende Ansatz sieht nun vor, die Objekte in den nicht betrachteten Tiefenebenen anzupassen, sodass die Störung durch das stereoskopische Doppelbild unterdrückt oder reduziert wird. Diese Anpassung kann durch die Reduktion der Helligkeit der Objekte und in einer weiteren Ausführungsform durch die Farbsättigung, d. h. Chromatizität, Buntheit oder Farbtiefe; und in einer weiteren Ausführungsform durch die Anpassung der Schärfe der Objekte oder in einer Kombination aus den Ausführungsformen realisiert werden.
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Dies hat neben einer geringeren Störung durch stereoskopische Doppelbilder zum Vorteil, dass durch eine reduzierte Darstellung der Objekte, die nicht in der momentanen Konvergenzebene des Fahrers liegen, eine Komfortzone des Fahrers erhöht wird. Die Komfortzone ist der Bereich zwischen zwei Tiefenebenen, in dem der Betrachter das stereoskopische Bild noch komfortabel wahrnehmen kann. Durch die Erhöhung der Komfortzone erhöht sich wiederum eine Funktionalität des Head-up-Displays. Ferner erhöht sich die Fahrsicherheit, da Ermüdungserscheinungen reduziert werden können. Schließlich kann durch den vorliegenden Ansatz auch das Fahrerlebnis des Fahrers verbessert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Ansatzes kann im Schritt des Einlesens ferner eine Augenabstandsinformation über einen Abstand zwischen dem linken Auge und dem rechten Auge eingelesen werden. Im Schritt des Ermittelns kann der Konvergenzpunkt ferner unter Verwendung der Augenabstandsinformation ermittelt werden.
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Besonders günstig ist es, wenn im Schritt des Einlesens eine Blickrichtungsinformation eingelesen wird, die einen Winkel einer der Blickrichtung des linken Auges zugeordneten linken Sehachse mit einer Normalen der Anzeigefläche repräsentiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Blickrichtungsinformation einen Winkel einer der Blickrichtung des rechten Auges zugeordneten rechten Sehachse mit der Normalen der Anzeigefläche repräsentieren. Unter einer Sehachse kann eine gedachte Verbindungslinie zwischen einem Punkt innerhalb eines Auges und einem Fixierobjekt verstanden werden. Somit kann im Schritt des Ermittelns der Konvergenzpunkt unter Verwendung des Winkels der linken Sehachse und alternativ oder zusätzlich unter Verwendung des Winkels der rechten Sehachse ermittelt werden. Mittels der Winkel lässt sich der Konvergenzpunkt auf der Basis einer trigonometrischen Funktion berechnen.
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Es ist vorteilhaft, wenn im Schritt des Ermittelns eine Differenz unter Verwendung des Tangens des Winkels der linken Sehachse und alternativ oder zusätzlich unter Verwendung des Tangens des Winkels der rechten Sehachse gebildet wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn aus der Differenz und der Augenabstandsinformation ein Quotient gebildet wird, um einen Abstand zwischen der dem Konvergenzpunkt zugeordneten ersten Tiefenebene oder zweiten Tiefenebene und dem Betrachter zu ermitteln. Je nach Kameraposition kann alternativ oder zusätzlich ein anderer Winkel bestimmt werden. Entsprechend kann der Abstand unter Verwendung einer anderen trigonometrischen Funktion ermittelt werden.
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Im Schritt des Bereitstellens kann das Änderungssignal bereitgestellt werden, um eine Helligkeit und, alternativ oder zusätzlich, eine Farbsättigung und/oder eine Schärfe des stereoskopischen Bildpaares zu reduzieren. Somit lässt sich das stereoskopische Bild aus dem Sichtfeld des Betrachters ausblenden.
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Ferner kann im Schritt des Einlesens eine Blickrichtungsinformation eingelesen werden, die eine Geschwindigkeit einer Blickwinkeländerung des linken Auges und, alternativ oder zusätzlich, des rechten Auges repräsentiert. So kann im Schritt des Bereitstellens das Änderungssignal unter Verwendung der Blickrichtungsinformation bereitgestellt werden, um den Anzeigeparameter in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Blickwinkeländerung zu ändern. Auf diese Weise können störende Bildüberlagerungen beim Aus- oder Einblenden des stereoskopischen Bildes vermieden werden.
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Die Genauigkeit des Verfahrens kann erhöht werden, wenn im Schritt des Einlesens ferner eine Helligkeitsinformation über eine Umgebungshelligkeit einer Umgebung der Anzeigefläche eingelesen wird. Somit kann im Schritt des Bereitstellens das Änderungssignal unter Verwendung der Helligkeitsinformation bereitgestellt werden, um den Anzeigeparameter in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit zu ändern.
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Das Verfahren kann mit einem Schritt des Zuordnens eines durch das stereoskopische Bildpaar repräsentierten Bildinhalts zu einer vorgegebenen Bildinhaltskategorie vorgesehen sein. Im Schritt des Bereitstellens kann dann das Änderungssignal in Abhängigkeit von der Bildinhaltskategorie bereitgestellt werden. Dadurch lässt sich erreichen, dass Bildinhalte mit hoher Wichtigkeit wie beispielsweise Warnhinweise auch dann angezeigt werden, wenn der Betrachter in eine andere Richtung blickt.
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Optional kann im Schritt des Ermittelns der Konvergenzpunkt ermittelt werden und in Abhängigkeit von dem Konvergenzpunkt ein Tiefenebenenbereich definiert werden. Dabei kann in einem Schritt des Feststellens festgestellt werden, ob die Tiefenebene innerhalb oder außerhalb des Tiefenebenenbereichs liegt. Schließlich kann im Schritt des Bereitstellens das Änderungssignal bereitgestellt werden, um den Anzeigeparameter des Halbbilds des stereoskopischen Bildpaares zu ändern, wenn im Schritt des Feststellens festgestellt wird, dass die Tiefenebene außerhalb des Tiefenebenenbereichs liegt. Durch die Definition eines Tiefenebenenbereichs lässt sich das Verfahren flexibel an unterschiedliche Anwendungsfälle anpassen.
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Zusätzlich kann nachfolgend auf den Schritt des Bereitstellens der Schritt des Einlesens wiederholt ausgeführt werden, um eine weitere Blickrichtungsinformation über eine weitere Blickrichtung des linken Auges und/oder des rechten Auges bezüglich der Anzeigefläche einzulesen. Dabei kann in einem Schritt des Analysierens unter Verwendung der weiteren Blickrichtungsinformation analysiert werden, ob sich das Halbbild des stereoskopischen Bildpaares in einem vorgegebenen Abstand um die weitere Blickrichtung befindet. Schließlich kann in einem Schritt des Erzeugens ein Einblendesignal erzeugt werden, um das stereoskopische Bildpaar auf der Anzeigefläche einzublenden, wenn im Schritt des Analysierens analysiert wird, dass sich das stereoskopische Bildpaar in dem vorgegebenen Toleranzbereich um die betrachtete Tiefenebene befindet. Dies hat den Vorteil, dass ein zuvor ausgeblendetes Objekt automatisch wieder eingeblendet wird, wenn der Betrachter seinen Blick darauf richtet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Anzeigefläche ausgebildet sein, um zumindest ein einer weiteren Tiefenebene zugeordnetes weiteres stereoskopisches Bildpaar anzuzeigen. Entsprechend kann im Schritt des Bereitstellens das Änderungssignal bereitgestellt werden, um zumindest einen Anzeigeparameter zumindest eines Halbbilds des weiteren stereoskopischen Bildpaares zu ändern, wenn im Schritt des Ermittelns ermittelt wird, dass der Konvergenzpunkt außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um die weitere Tiefenebene liegt. Beispielsweise kann die reale Umgebung die weitere Tiefenebene beinhalten.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn im Schritt des Einlesens ferner eine Objektpositionsinformation über eine Objektposition eines durch das stereoskopische Bildpaar repräsentierten Objekts relativ zu einem durch das weitere stereoskopische Bildpaar repräsentierten Objekt eingelesen wird. Somit kann im Schritt des Bereitstellens das Änderungssignal unter Verwendung der Objektpositionsinformation bereitgestellt werden, um den Anzeigeparameter in Abhängigkeit von der Objektposition zu ändern.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2a bis 2c schematische Darstellungen einer Bilderzeugung auf einer Anzeigefläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3a bis 3f schematische Darstellungen einer Anzeigefläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung einer Funktionsweise einer Bilddarstellung in einem Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Unterdrücken stereoskopischer Doppelbilder gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Head-up-Display 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Head-up-Display 102 umfasst eine virtuelle Anzeigefläche 104, die in einem Sichtfeld eines Betrachters 106, hier eines Fahrers des Fahrzeugs 100, angeordnet ist. Eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs 100 dient der Umlenkung des Strahlengangs. Das Head-up-Display 102 ist ausgebildet, um stereoskopische Bildpaare auf die virtuelle Anzeigefläche 104 abzubilden. Optional ist das Head-up-Display 102 gemäß 1 ausgebildet, um Objekte in unterschiedlichen Tiefenebenen auf der Anzeigefläche 104 darzustellen, wobei der Fahrer 106 die Objekte dreidimensional wahrnimmt.
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Auf der Anzeigefläche 104 werden stereoskopischen Bildpaare dargestellt, wobei die korrespondierenden Halbbilder eine Disparitäten zu einander aufweisen können. Die Größe der Disparität bestimmt die wahrgenommene Tiefenebene des Objekts. Mit dem Head-up-Display 102 ist eine Vorrichtung 108 verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 108 ausgebildet, um eine Blickrichtungsinformation 110 über eine jeweilige Blickrichtung eines linken Auges 112 und eines rechten Auges 114 des Fahrers 106 einzulesen und unter Verwendung der Blickrichtungsinformation 110 einen Konvergenzpunkt 116 zu ermitteln, in dem sich die Blickrichtung des linken Auges 112 mit der Blickrichtung des rechten Auges 114 schneidet. Der Konvergenzpunkt 116 liegt auf einem Objekt 117, hier einem Dreieck, das durch die Anzeigefläche 104 erzeugt ist. Der Fahrer 106 fixiert somit das Objekt 117. Hierbei findet die Akkommodation auf einer Fokusebene (hier die Anzeigefläche) (VSD) und die Konvergenz auf das Objekt 117 auf einer Konvergenzebene (VID für virtual image distance) (Tiefenebene des Objekts) statt.
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Auf der Anzeigefläche 104 ist ferner ein anderes Objekt 120 dargestellt. Das andere Objekt 120, in 1 ein Pfeil, liegt in einer anderen Tiefenebene als das Objekt 117. Dadurch, dass der Fahrer 106 seinen Blick auf das Objekt 117, jedoch nicht auf das andere Objekt 120 gerichtet hat, erscheint dem Fahrer 106 das andere Objekt 120 als stereoskopisches Doppelbild.
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Um zu verhindern, dass der Fahrer 106 das andere Objekt 120 als stereoskopisches Doppelbild wahrnimmt, ist die Vorrichtung 108 ausgebildet, um ein Änderungssignal 118 zum Ändern zumindest eines Anzeigeparameters des anderen Objekts 120 bereitzustellen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Head-up-Display 102 ausgebildet, um unter Verwendung des Änderungssignals 118 eine Helligkeit und, alternativ oder zusätzlich, eine Farbsättigung des anderen Objekts 120 zu reduzieren. Auf diese Weise kann das andere Objekt 120 abgeschwächt im Sichtfeld des Fahrers 106 angezeigt werden.
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Das Fahrzeug 100 weist eine optionale Blickrichtungserfassungseinrichtung 122 auf, hier eine Kamera. Die Blickrichtungserfassungseinrichtung 122 ist ausgebildet, um die Blickrichtung des Fahrers 106 zu erfassen und die entsprechende Blickrichtungsinformation 110 an die Vorrichtung 108 zu übertragen. Das Fahrzeug kann eine Mehrzahl solcher Kameras 122 aufweisen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das autostereoskopische Head-up-Display 102 eine Lichtquelle, eine Bildgebereinheit und eine abbildende Optik umfassen. Mittels der Anzeigefläche 104 nimmt der Fahrer 106 ein virtuelles Bild in einem durch die Optik definierten Abstand und einer durch die Optik definierten Vergrößerung vor sich wahr.
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Die Anzeigefläche 104 im hier verwendeten Sprachgebrauch ist eine virtuelle Ebene im Raum. Tatsächlich angezeigt werden Bilder je nach Ausführungsform z. B. auf einem Display oder einer Streufläche. Die Bildgebereinheit erzeugt die benötigte Abstrahlcharakteristik, die von der Abbildungsoptik in das Sichtfenster (Erebos) des Fahrers 106 gelenkt werden. Der Fahrer 106 nimmt das virtuelle Bild dann in der virtuellen Ebene in der VID wahr. Nur dann, wenn VID = VSD, d. h., wenn die Disparität auf der Ebene in der VSD (= Anzeigefläche) gleich null ist, nimmt er es auf der Anzeigefläche 104 wahr.
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Das Head-up-Display 102 kann als autostereoskopisches Head-up-Display, kurz asHUD, ausgeführt sein, um fahrrelevante Informationen dreidimensional darzustellen, ohne dass der Fahrer 106 zusätzliche Hilfsmittel wie etwa eine Shutter- oder Polarisationsbrille benötigt. Damit der Fahrer 106 auch bei Kopfbewegungen jederzeit ein einwandfreies Bild sieht, kann das autostereoskopische Head-up-Display 102 mit einem Head-Tracking-System realisiert sein, das ausgebildet ist, um eine Kopf- und Augenposition des Fahrers 106 zu analysieren. Zusätzlich kann das Head-up-Display 102 mit einer entsprechenden Nachführung vorgesehen sein.
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Die 2a bis 2c zeigen schematische Darstellungen einer Bilderzeugung auf der in 1 gezeigten Anzeigefläche 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Abbildungsoptik des Head-up-Displays ausgebildet, um eine virtuelle Leinwanddistanz (VSD) der Anzeigefläche
104 festzulegen. Auf der Anzeigefläche
104 sind ein erstes Halbbild
200 und ein zweites Halbbild
202 dargestellt. Die Halbbilder
200,
202 bilden ein erstes stereoskopisches Bildpaar
204. Die Halbbilder
200,
202 sind horizontal versetzt zueinander auf der Anzeigefläche
104 angeordnet. Durch den horizontalen Versatz der beiden Einzelbilder
200,
202, auch Disparität genannt, auf der Anzeigefläche
104 bzw. der virtuellen Leinwanddistanz lässt sich ein Abstand wählen, in dem der Fahrer
106 das Bild sieht (VID für virtual image distance). Die VID ist über
bestimmt, wobei d
A einen interpupillaren Abstand zwischen dem linken Auge
112 und dem rechten Auge
114 und d die Disparität repräsentiert. Das Vorzeichen im Nenner bestimmt, ob ein Bild vor oder hinter der virtuellen Leinwanddistanz liegt. Das Head-up-Display kann ausgebildet sein, um sich an den Augenabstand d
A anzupassen. So wird ermöglicht, dass der Betrachter
106 eine Bildinformation in einer gewünschten Entfernung wahrnimmt.
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Abgesehen von der in obiger Formel wiedergegebenen Beziehung ist die räumliche Wahrnehmung jedes einzelnen Menschen individuell verschieden. So besitzt jeder Mensch einen individuellen Bereich, in dem sich die VID bei einer bestimmten virtuellen Leinwanddistanz bewegen darf, um ein angenehmes räumliches Sehen zu ermöglichen. Dieser Bereich wird als Komfortzone bezeichnet und wird maßgeblich vom Konflikt zwischen Akkommodation und Konvergenz beschränkt (T. Shibata, et al. Journal of Vision (2011) 11 (8): 11, 1–29). Wird die Komfortzone überschritten, so kann es zu Missempfindungen und Unwohlsein wie beispielsweise Augen- oder Kopfschmerzen, Unwohlsein und Übelkeit kommen. Unter Umständen ist die gewünschte 3-D-Wahrnehmung nicht mehr möglich.
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Bei mehreren auseinanderliegenden Tiefenebenen, wie in den 2b und 2c gezeigt, kann sich die Komfortzone reduzieren. Jede Art körperlicher Missempfindung wie auch der Verlust der Wahrnehmung von mittels des autostereoskopischen Head-up-Displays dargestellten fahrrelevanten Informationen können jedoch im Straßenverkehr ein Risiko darstellen und die Sicherheit des Fahrers und anderer Verkehrsteilnehmer gefährden.
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Durch eine nachfolgend beschriebene Adaption gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann diesem Effekt entgegengewirkt werden.
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In 2a verbindet eine der Blickrichtung des linken Auges 112 zugeordnete linke Sehachse 206 das linke Auge 112 mit dem zweiten Halbbild 202 und eine der Blickrichtung des rechten Auges 114 zugeordnete rechte Sehachse 208 das rechte Auge 114 mit dem ersten Halbbild 200. Die Sehachsen 206, 208 überkreuzen sich im Konvergenzpunkt 116. Der Konvergenzpunkt 116 liegt in einer ersten Tiefenebene 210, die hier zwischen der Anzeigefläche 104 und dem Betrachter 106 angeordnet ist. Der Betrachter 106 nimmt das erste Bildpaar 204 als ein Objekt in einem Abstand T wahr, der hier der ersten Tiefenebene 210 entspricht.
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Bei dem durch das erste Bildpaar 204 repräsentierten Objekt handelt es sich beispielsweise um das in 1 gezeigte Objekt 117.
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Um die Wahrnehmung stereoskopischer Bilder zu ermöglichen, ist das Head-up-Display ausgebildet, um das Objekt 117 auf der virtuellen Leinwand 104, auch Anzeigefläche genannt, in einem der Leinwand 104 zugeordnetem Abstand L vom Betrachter 106 für das linke Auge 112 und das rechte Auge 114 separat darzustellen. Somit nimmt der Betrachter 106 das Objekt 117 in der ersten Tiefenebene 210 wahr.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die in 1 gezeigte Vorrichtung 108 ausgebildet sein, um eine Blickrichtungsinformation über einen Winkel β1 der linken Sehachse 206 mit einer Normalen 212 der Anzeigefläche 104 und einen Winkel β2 der rechten Sehachse 208 mit der Normalen 212 einzulesen und unter Verwendung der Winkel β1, β2 den Konvergenzpunkt 116 zu ermitteln.
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In 2b sind im Unterschied zu 2a zusätzlich ein drittes Halbbild 220 und ein viertes Halbbild 222 auf der Anzeigefläche 104 dargestellt. Das dritte Halbbild 220 und das vierte Halbbild 222 bilden ein zweites stereoskopisches Bildpaar 224. Beispielsweise handelt es sich bei dem durch das zweite Bildpaar 224 repräsentierten Objekt um das in 1 gezeigte andere Objekt 120.
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Eine weitere linke Sehachse 226 verbindet das linke Auge 112 mit dem dritten Halbbild 220. Eine weitere rechte Sehachse 228 verbindet das rechte Auge 114 mit dem vierten Halbbild 222. Die weiteren Sehachsen 226, 228 schneiden sich in einem Punkt 229, der auf einer zweiten Tiefenebene 230 liegt.
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Beispielhaft ist die zweite Tiefenebene 230 aus der Sicht des Betrachters 106 hinter der Anzeigefläche 104 angeordnet.
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In 2b betrachtet der Betrachter 106 das vordere Objekt 117. Hingegen erscheint das hintere Objekt 120 in der ersten Tiefenebene 210 als störendes stereoskopisches Doppelbild. Wenn ein Bild als Doppelbild wahrgenommen wird, kann der Betrachter es nicht mehr der durch die Konvergenz bestimmten Tiefenebene zuordnen. Die Halbbilder, aus denen sich das stereoskopische Doppelbild zusammensetzt, liegen auf der VSD.
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Eine von dem Betrachter 106 betrachtete Tiefenebene, in den 2a und 2b die erste Tiefenebene 210, kann auch als Tiefenebene einer Fahreraugenkonvergenz bezeichnet werden.
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In 2c betrachtet der Betrachter 106 das hintere Objekt 120, d. h., die Blickrichtungen seiner Augen 112, 114 konvergieren nun im Punkt 229 statt im Konvergenzpunkt 116. Somit nimmt der Betrachter 106 das hintere Objekt 120 störungsfrei wahr, während er das vordere Objekt 117 als Doppelbild in der zweiten Tiefenebene 230 wahrnimmt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird auf der virtuellen Leinwand 104 separat für das linke Auge 112 und das rechte Auge 114 jeweils eine Bildinformation dargestellt. Der Augenabstand dA entspricht beispielsweise einem typischen mittleren Wert von 6,5 cm. Der Betrachter 106 fusioniert diese zwei Bildinformationen und nimmt das dargestellte Objekt 117 in einer Entfernung T war. Dabei kann T typischerweise zwischen 1 m und 60 m liegen, wobei sich der jeweilige Wert innerhalb der Komfortzone befindet.
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Wie anhand der 2a und 2b zu erkennen, kann eine Blickrichtung zum wahrgenommenen Objekt 117, genauer die Konvergenz der Sehachsen 206, 208, in zwei Dimensionen durch die Winkel β1, β2 beschrieben werden. Analog dazu kann die Beschreibung der Konvergenz optional auf drei Dimensionen erweitert werden.
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Hieraus kann die Tiefenebene
210 nach folgender Formel berechnet werden:
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Das in der Tiefenebene 210 stereoskopisch dargestellte Objekt 117 wird korrekt, d. h. ohne Doppelbild, wahrgenommen.
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Werden gleichzeitig in mehreren Tiefenebenen Objekte dargestellt, so erscheinen diejenigen Tiefenebenen, auf die der Betrachter 106 nicht direkt blickt, als störende Doppelbilder. Die 2b und 2c veranschaulichen deren Wahrnehmung. In 2b betrachtet der Betrachter 106 das vordere Objekt 117 in der ersten Tiefenebene 210. Das hintere Objekt 120 wird als Doppelbild wahrgenommen. Das Doppelbild ist durch zwei Punkte auf der ersten Tiefenebene 210 gekennzeichnet. In 2c wird das hintere Objekt 120 als einzelnes Bild wahrgenommen, während das vordere Objekt 117 als Doppelbild störend zu erkennen ist.
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Die 3a bis 3f zeigen schematische Darstellungen einer vorangehend beschriebenen Anzeigefläche 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mittels der Anzeigefläche 104 werden das Objekt 117 und das andere Objekt 120 dargestellt. Im Unterschied zu 1 ist hier das Objekt 117 als Pfeil und das andere Objekt 120 als Geschwindigkeitsanzeige dargestellt.
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Die 3a bis 3c veranschaulichen eine Helligkeitsadaption gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Objekte 117, 120 liegen auf einer Tiefenebene. In 3b liegen die Objekte 117, 120 auf zwei unterschiedlichen Tiefenebenen, wobei der Betrachter das Objekt 117, also den Pfeil, betrachtet. Das andere Objekt 120, also die Geschwindigkeitsanzeige, wird als störendes Doppelbild wahrgenommen. In 3c ist das störende Doppelbild in der nicht betrachteten Tiefenebene in seiner Helligkeit reduziert.
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Die 3d bis 3f veranschaulichen eine Adaption einer Farbsättigung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu den 3a bis 3c wird hier eine Farbsättigung des anderen Objekts 120 angepasst, um die Wahrnehmung des störenden Doppelbilds in der nicht betrachteten Tiefenebene abzuschwächen.
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Vorteilhafterweise können die vorangehend beschriebenen Methoden zur Anpassung des stereoskopischen Doppelbilds gemäß einem Ausführungsbeispiel bildinhaltsselektiv angewandt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass bei akuten Warnhinweisen keine adaptive Abschwächung vorgenommen wird.
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Optional ist vorgesehen, dass die Objekthelligkeit entweder bis zu einer Minimalhelligkeit oder vollständig heruntergefahren wird. Im letzten Fall wird das Objekt vollständig ausgeblendet. Die Minimalhelligkeit entspricht beispielsweise 1, 5 oder 10 Prozent einer unangepassten Helligkeit des Objekts.
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Zusätzlich kann die Helligkeit abrupt oder kontinuierlich nach einer vorgegebenen Dimmfunktion reduziert werden. Die Dimmfunktion kann von einer Geschwindigkeit einer Blickrichtungsänderung abhängig sein.
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Die Helligkeit kann auch in Abhängigkeit von einer Position eines anzupassenden Objekts relativ zu einem gerade betrachteten Objekt verändert werden.
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Weiterhin kann eine Kombination beider Varianten vorgesehen sein. Zusätzlich kann die Umgebungshelligkeit berücksichtigt werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass bei Blickzuwendung zum abgedunkelten oder ausgeblendeten Objekt die Helligkeit wieder auf den Ursprungswert erhöht wird. Eine derartige Einblendung kann analog zu den vorangehenden genannten Ausführungsbeispielen abrupt oder kontinuierlich erfolgen. Hierzu können Methoden der Antizipation, wie beispielsweise eine Extrapolation der Blickrichtung, verwendet werden.
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Die Farbsättigung kann analog zur Helligkeit angepasst werden. Beispielsweise kann die Farbsättigung auf 1, 5 oder 10 Prozent eines Ausgangswerts reduziert werden.
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Die beschriebenen Adaptionsmöglichkeiten zur Anpassung der Helligkeit bzw. der Farbsättigung können auch in Kombination verwendet werden.
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Schließlich kann vorgesehen sein, dass aus einer Blickzuwendung auf Bildinhalte des Head-up-Displays ein Führungsauge ermittelt wird, wobei das Halbbild des jeweils anderen Auges, auch Stereo-Teilbild genannt, abgeschwächt oder ausgeblendet wird.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Funktionsweise einer Bilddarstellung in einem in 1 gezeigten Head-up-Display gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In einem Block 400 wird der Betrachter 106 durch ein Fahrerüberwachungssystem mit einer oder mehreren Kameras überwacht. In einem Block 405 werden unter Verwendung der Bilder des Fahrerüberwachungssystems unter anderem die Augenpositionen, der sich daraus ergebende Augenabstand dA sowie die Blickrichtungen bzw. -winkel beider Augen des Betrachters 106 bestimmt. Hingegen werden gemäß einer herkömmlichen Lösung lediglich die Augenpositionen und der Augenabstand dA für das autostereoskopische Head-up-Display weiterverwendet. Die Augenpositionsdaten und der Augenabstand dA werden in einem Block 410 einem Bilddarstellungsmodul des Head-up-Displays zur Verfügung gestellt. Mithilfe dieser Daten generiert das Bilddarstellungsmodul augenpositionsabhängige Bilddaten für rechtes und linkes Auge. Diese Head-up-Display-Bildinformation zur stereoskopischen Darstellung wird in einem Block 415 an einen Bildgeber im Head-up-Display übertragen. Der Betrachter 106 nimmt so ein an seine Kopfposition angepasstes Bild wahr.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden zusätzlich zu den den Augenabstand dA umfassenden Kopfpositionsdaten die die Blickwinkel β1, β2 umfassenden Blickrichtungsdaten verwendet, um in einem Block 420 eine betrachtete Tiefenebene T, d. h. eine Augenkonvergenz des Betrachters 106, zu berechnen. Die Tiefenebene T kann anhand der vorgenannten Gleichung errechnet werden.
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In einem nächsten Block 425 werden die Head-up-Display-Bilddaten abhängig von ihrer Tiefenebene angepasst. Dabei können Bildinhalte, die sich in einer Tiefenebene befinden, auf die die Augen des Betrachters nicht konvergieren, angepasst werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird optional ein Tiefenebenenbereich definiert. Dieser kann in Abhängigkeit von einem Anwendungsfall festgelegt werden. Beispielsweise kann ein absoluter Wert angegeben werden, um den T vergrößert oder verkleinert wird. Beispielsweise kann T um 1 m vergrößert bzw. verkleinert werden oder um 1 m vergrößert bzw. um 0,5 m verkleinert werden.
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Zur Anpassung von T kann auch eine relative Angabe oder eine andere mathematische Funktion verwendet werden. Beispielsweise kann T um 1, 5 oder 10 Prozent vergrößert werden. Alle Bildinhalte außerhalb des Tiefenebenenbereichs werden dann angepasst.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Unterdrücken stereoskopischer Doppelbilder gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt 502 wird eine Blickrichtungsinformation über eine Blickrichtung eines linken Auges eines Betrachters und, alternativ oder zusätzlich, eine Blickrichtung eines rechten Auges des Betrachters bezüglich einer Anzeigefläche eingelesen. Die Anzeigefläche ist ausgebildet, um zumindest ein einer Tiefenebene zugeordnetes stereoskopisches Bildpaar anzuzeigen. Hierauf wird in einem Schritt 504 unter Verwendung der Blickrichtungsinformation ein Konvergenzpunkt ermittelt, indem sich die Blickrichtung des linken Auges mit der Blickrichtung des rechten Auges schneidet. Schließlich wird in einem Schritt 506 ein Änderungssignal bereitgestellt, um zumindest einen Anzeigeparameter zumindest eines Halbbilds des stereoskopischen Bildpaares zu ändern, wenn im Schritt 504 ermittelt wird, dass der Konvergenzpunkt außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um die erste Tiefenebene liegt. Optional ist die Anzeigefläche ausgebildet, um zumindest ein einer weiteren Tiefenebene zugeordnetes weiteres stereoskopisches Bildpaar anzuzeigen. Entsprechend kann im Schritt 506 das Änderungssignal bereitgestellt werden, um zumindest einen Anzeigeparameter zumindest eines Halbbilds des weiteren stereoskopischen Bildpaares zu ändern, wenn im Schritt 504 ermittelt wird, dass der Konvergenzpunkt außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um die weitere Tiefenebene liegt.
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6 zeigt eine in 1 gezeigte Vorrichtung 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 108 umfasst eine Einleseeinheit 602, die ausgebildet ist, um die Blickrichtungsinformation 110 einzulesen und an eine Ermittlungseinheit 604 auszugeben. Die Ermittlungseinheit 604 ist ausgebildet, um unter Verwendung der Blickrichtungsinformation 110 den Konvergenzpunkt zu ermitteln und eine entsprechende Konvergenzinformation 605 an eine Bereitstellungseinheit 606 auszugeben. Die Bereitstellungseinheit 606 ist ausgebildet, um unter Verwendung der Konvergenzinformation 605 das Änderungssignal 118 zu erzeugen und an eine Schnittstelle zu einer Bildgebereinheit eines Head-up-Displays bereitzustellen.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009054232 A1 [0003]
- WO 2003102666 A1 [0003]
- JP 2009008722 A [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- T. Shibata, et al. Journal of Vision (2011) 11 (8): 11, 1–29 [0044]