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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anwenderschnittstelle sowie ein Verfahren zur Auswahl eines Anzeigeelementes auf einer Anwenderschnittstelle. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Auswahl von Anzeigeelementen, ohne dass hierfür Handgesten eines Anwenders erforderlich sind, sodass sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Anwendung auf eine Anwenderschnittstelle eines Fortbewegungsmittels eignet.
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Die Bedienung von Anwenderschnittstellen basiert zumeist auf haptischen Eingaben, wobei Sprachkommandos und auch frei im Raum ausgeführte Gesten mehr und mehr Akzeptanz finden. Eine weitere Modalität zur Interaktion mit einem System mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (bekannt als Blicksteuerung, engl.: „eye control“) basiert auf der Erfassung der Blickrichtung des Benutzers, um einen vordefinierten Punkt („Blickpunkt“) auf einer graphischen Oberfläche zu ermitteln. Damit werden entsprechende graphische Schaltflächen vorausgewählt und ggf. optisch hervorgehoben. Eine Aktivierung der vorausgewählten Option erfolgt in der Regel durch eine alternative Eingabemethode (z.B. eine haptische Eingabe, eine Geste, ein Sprachkommando, o.ä.).
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Die kamerabasierte Ermittlung der Blickrichtung stellt große Herausforderungen dar. Konzipiert für Verwendung in geschlossenen Räumen, ist die Methode bei Autofahrten gegenüber Fremdlichteinwirkung (Sonnenstrahlung, Abblendlicht, Fernlicht entgegenkommenden Verkehrs etc.) sehr empfindlich. Das bedeutet, dass bei Tagfahrten mit Sonneneinstrahlung oder bei Nachtfahrten mit Lichteinfall aufgrund von Gegenverkehr die Spektralverteilung dieser Lichtquellen im Infrarotbereich die Verfügbarkeit einer Blicksteuerungsfunktion sehr einschränkt oder gar verhindert. Darüber hinaus ist generell die Erfassung der Blickrichtung bei Brillenträgern mit höherer Dioptrie oder mit speziellen Linsen (z.B. Gleitsichtbrillen, Bifokalbrillen, infrarot undurchlässige Sonnenbrillen) nicht oder nur eingeschränkt möglich.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Eingabefokus‘ für eine Anwenderschnittstelle bereit zu stellen, welche die vorstehend identifizierten Nachteile des Standes der Technik ausräumt und haptische Anwendereingaben sowie weitere Gesten weitgehend erübrigt.
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Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Auswahl eines Anzeigeelementes auf einer Anwenderschnittstelle gelöst. Das Verfahren kann insbesondere in einem Fortbewegungsmittel ausgeführt werden, wobei der Fahrer und/oder ein Beifahrer mit dem Fortbewegungsmittel über dessen Anwenderschnittstelle kommunizieren. In einem ersten Schritt wird der Kopf des jeweiligen Anwenders mittels eines Sensors (z.B. ein optischer Sensor, ein Ultraschallsensor, o.ä.) erfasst. Der Sensor muss lediglich dahingehend geeignet sein, die Position und/oder die Ausrichtung (nachfolgend „Position“) des Kopfes des Anwenders aufzulösen und in elektrische Signale zu wandeln, welche einer Auswerteeinheit zugeführt werden können. Anschließend wird eine Position des Kopfes des Anwenders aus den Sensordaten ermittelt. Die Position des Kopfes kann beispielsweise hinsichtlich einer x, y, z-Position innerhalb des Fortbewegungsmittels definiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Position des Kopfes des Anwenders durch eine Ausrichtung des Kopfes definiert sein und aus den Sensordaten ermittelt werden. Mit anderen Worten kann diejenige Richtung, in welche bspw. die Nase des Anwenders zeigt, ermittelt werden. Anhand der ermittelten Position wird nun eine zugeordnete Position auf einer Anzeigeeinrichtung der Anwenderschnittstelle ermittelt. Mit anderen Worten wird die Position des Kopfes in vordefinierter Weise einem Punkt und/oder einem Bereich auf der Anzeigeeinrichtung zugeordnet, um nach Art eines Cursors diejenige Position auf der Anzeigeeinrichtung zu markieren, bezüglich welcher weitere Eingaben ausgewertet werden. Bspw. kann ein der Position auf der Anzeigeeinrichtung entsprechendes Anzeigeelement (z.B. eine Auswahl-/Schaltfläche, ein Listeneintrag, o.ä.) ausgewählt werden. Diese Auswahl ermöglicht eine Bestätigung in ähnlicher oder alternativer Weise zur Auslösung einer mit der Position/Schaltfläche assoziierten Funktion.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Wie bereits angedeutet kann die Position einer Ausrichtung des Kopfes des Anwenders umfassen und insbesondere in einer Ausrichtung des Kopfes des Anwenders bestehen. Die Position kann bspw. anhand einer Merkmalsanalyse des Gesichtes des Anwenders ermittelt werden. Die Merkmalsanalyse kann bspw. eine zweidimensionale oder dreidimensionale Vermessung des Gesichtes des Anwenders umfassen, sodass eine aktuelle Perspektive auf das Gesicht des Anwenders zur Ermittlung der Position des Gesichtes verwendet werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Höhenprofil des Gesichtes des Anwenders (z.B. mittels eines Ultraschallsensors) ermittelt werden, und anhand einer Referenz eine zugeordnete Position bzw. Ausrichtung ermittelt werden. Insbesondere eignet sich die Position der Nase und/oder der Augen des Anwenders (unabhängig von einer Blickrichtung des Anwenders) zur Extraktion von Merkmalen, aus welchen die Position und die Ausrichtung des Kopfes des Anwenders ermittelt werden kann.
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Insbesondere für den Fall, dass der Anwender eine Vorzugsposition einnimmt, welche mit der Position der Anzeigeeinrichtung grundsätzlich nicht übereinstimmt (z.B. Kopfausrichtung während der Fahrt gegenüber einer Kopfausrichtung auf ein im Armaturenbrett eingelassenes Display) kann vorgesehen sein, dass die Position auf der Anzeigeeinrichtung mittels eines vordefinierten Versatzes bezüglich einer Geradeausrichtung des Kopfes („Nasenrichtung“) definiert wird. Mit anderen Worten wird insbesondere nicht gefordert, dass die Position des Kopfes mittig vor der Anzeigeeinrichtung angeordnet ist, um eine mittige Position auf der Anzeigeeinrichtung zu kennzeichnen bzw. dass der Kopf auf eine Mitte der Anzeigeeinrichtung ausgerichtet ist, um diese Position zu kennzeichnen. Vielmehr wird vorgeschlagen, dass eine applikationsabhängige Kalibrierung zwischen der Position des Kopfes und einer der Position zugeordneten Position auf der Anzeigeeinrichtung, insbesondere wiederholt und/oder vom Anwender angestoßen und beeinflusst, vorgenommen wird, um eine ergonomische und insbesondere verkehrssicherheitstechnische Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahren vorzunehmen.
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Insbesondere kann der Versatz in Abhängigkeit einer Sitzposition des Anwenders derart vordefiniert sein, dass die Kopfposition des Fahrers durch den Versatz automatisch „nach rechts“ korrigiert wird, um eine bestimmte Position auf der Anzeigeeinrichtung auszuwählen und eine Kopfposition des Beifahrers „nach links“ korrigiert wird, um eine entsprechende Position auf der Anzeigeeinrichtung zu kennzeichnen. Entsprechendes gilt für Anwendungsfälle außerhalb von Fahrzeugen/Fortbewegungsmitteln.
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Je nach Größe der verwendeten Anzeigeeinrichtungen kann es vorteilhaft sein, einen vordefinierten Skalierungsfaktor zu verwenden, um eine Änderung der Position des Kopfes des Anwenders in eine komfortable Änderung einer zugeordneten Position auf der Anzeigeeinrichtung zu überführen. Insbesondere aufgrund von zusätzlichen Bewegungen der Anzeigeeinrichtung gegenüber dem Anwender beim Verwenden der erfindungsgemäßen Anwenderschnittstelle kann es vorteilhaft sein, eine Änderung der Position des Kopfes des Anwenders zum Anlass für eine geringere Änderung der zugeordneten Position auf der Anzeigeeinrichtung zu nehmen. Ein solcher Skalierungsfaktor kann bspw. 1:1,5; 1:1,2; 1:0,9, 1:0,8; 1:0,7; 1:0,6 oder zu 1:0,5 betragen. Sofern eine Ausrichtung des Kopfes die Position auf der Anzeigeeinrichtung definiert, kann eine Veränderung eines Winkels des Kopfes (Elevation und/oder Azimut) mit einem entsprechenden Skalierungsverhältnis in eine Position auf der Anzeigeeinrichtung (ggf. unter Berücksichtigung eines vorstehend beschriebenen Versatzes) überführt werden. Bspw. kann ausgehend von der Position des Kopfes derjenige Raumwinkelbereich, in welchem sich die Oberfläche der Anzeigeeinrichtung befindet, derart vom Anwender als Richtungsänderung ausgewählt werden, dass eine Ausrichtungsänderung des Kopfes mit einem Faktor von 0,1 bis 0,8, bevorzugt von 0,2 bis 0,5 multipliziert wird, um die Position des Fokus auf der Anzeigeeinrichtung um einen entsprechenden Winkel zu verschieben. Entsprechendes kann für die vertikale Kopfposition und zugeordnete Position auf der Anzeigeeinheit gelten.
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Um eine ausgewählte Position auf der Anzeigeeinrichtung bzw. ein vorausgewähltes Anzeigeelement zu bestätigen, kann eine Nickbewegung des Kopfes sensorisch erfasst und aufgelöst werden, im Ansprechen worauf das Anzeigeelement, welches an der der Position des Kopfes zugeordneten Position auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt wird, bestätigt wird. Auch kann ein Blinzeln des Anwenders zur Auswahl des im Fokus befindlichen Anzeigeelementes verwendet werden. Selbstverständlich sind sämtliche weitere in Verbindung mit dem Stand der Technik bekannten Auswahlverfahren auch für das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar.
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Sofern der Anwender eine bereits getätigte Vorauswahl widerrufen möchte, kann er seinen Kopf in eine Ausgangsposition bringen, welche bspw. mit einem Bildschirmrand oder einer jenseits des Bildschirmrandes der Anzeigeeinrichtung gelegenen Position korrespondiert. Insbesondere kann im Falle einer Anwendung des Verfahrens im Fortbewegungsmittel die Kopfposition eingenommen werden, welche der Fahrer zur Beobachtung zur Beobachtung des vorausliegenden Verkehrs einnimmt. Im Ansprechen darauf wird eine zuvor getätigte Auswahl des Anzeigeelementes widerrufen. Alternativ oder zusätzlich kann ein vordefinierter Bereich um ein ausgewähltes bzw. vorausgewähltes Anzeigeelement definiert sein, welcher verlassen werden muss, um die (Vor-)Auswahl zu widerrufen. Die vorgenannten Schritte ermöglichen eine besonders komfortable und intuitive Möglichkeit zur Interaktion mit einer Anwenderschnittstelle. Dies erhöht die Akzeptanz durch den Anwender und ermöglicht eine besonders wenig die Verkehrssicherheit beeinträchtigende Interaktionsform für in Fortbewegungsmitteln verwendete Anwenderschnittstellen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anwenderschnittstelle vorgeschlagen, welche einen Sensor zur Erfassung einer Kopfposition (x, y, z-Position und/oder Ausrichtung) eines Anwenders umfasst. Insbesondere kann eine optische Kamera verwendet werden, welche zur Überwachung des Innenraums vorgesehen ist. Zudem ist eine Anzeigeeinrichtung (z.B. nach Art eines Bildschirms) zum Anzeigen mindestens einen Anzeigeelementes vorgesehen. Eine Auswerteeinheit (z.B. nach Art eines programmierbaren Prozessors, Mikrocontrollers, Nanocontrollers) ist vorgesehen und eingerichtet, eine Position des Kopfes des Anwenders aus Daten des Sensors zu ermitteln und eine der Position des Kopfes zugeordnete Position auf der Anzeigeeinrichtung der Anwenderschnittstelle zu ermitteln. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Anwenderschnittstelle eingerichtet, die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verwirklichen, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches eine Anwenderschnittstelle gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt umfasst. Das Fortbewegungsmittel kann bspw. ein PKW, ein Transporter, ein LKW, ein Motorrad, ein Wasser- und/oder Luftfahrzeug sein. Teile der Anwenderschnittstelle können dauerhaft in das Fortbewegungsmittel integriert sein. Auf diese Weise können sie auch für andere Funktionen des Fortbewegungsmittels (außerhalb des Funktionsumfangs der vorliegenden Erfindung) verwendet werden. Die Merkmale, die Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem zweitgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht auf Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anwenderschnittstelle;
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2 eine Detailansicht eines Fahrerarbeitsplatzes eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels; und
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3 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Auswahl eines Anzeigeelementes auf einer Anwenderschnittstelle.
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1 zeigt einen PKW 10 als Fortbewegungsmittel, in welchem ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anwenderschnittstelle 5 installiert ist. Die Anwenderschnittstelle 5 umfasst eine durch die Kamera 8, deren Erfassungsbereich 9 einen Kopf eines Fahrers 6 als Anwender beinhaltet. Ein Bildschirm 7 als Anzeigeeinrichtung ist zentral in das Armaturenbrett des PKWs 10 eingelassen und informationstechnisch mit einem elektronischen Steuergerät 12 als Auswerteeinheit verbunden. In einem Datenspeicher 13 werden einerseits Programmcodes zur Definition der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Referenzen für die Ermittlung einer Position des Kopfes des Anwenders 6 mittels der Kamera 8 für die Auswerteeinheit 12 bereitgehalten. Erfindungsgemäß kann der Anwender 6 die Anwenderschnittstelle 5 bedienen, ohne seine Hände vom Lenkrad 11 nehmen zu müssen.
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2 zeigt einen Fahrerarbeitsplatz eines PKWs 10, in dessen Armaturenbrett mittig ein Bildschirm 7 als Anzeigeeinrichtung eingelassen ist. Der Bildschirm 7 stellt Anzeigeelemente 1, 2, 3, 4 dar, wobei eine drei Elemente aufweisende Liste und darunter drei Schaltflächen für die Funktionen „zurück“, „übernehmen“ und „abbrechen“ dargestellt werden. Der Bildschirm 7 weist eine Höhe h auf und ist bezüglich seiner Abmessungen in Anbetracht der Entfernung von der Kopfposition des Anwenders so klein, dass sich eine Verwendung eines Skalierungsfaktors anbietet, um Änderungen in der Position bzw. in der Ausrichtung des Kopfes des Anwenders in Änderungen einer zugeordneten Position auf dem Bildschirm 7 zu übersetzen. Zur Veranschaulichung des Skalierungsfaktors ist ein Rahmen 14 dargestellt, dessen Ecken durch Pfeile veranschaulicht mit den Ecken des Bildschirms 7 korrespondieren. Der Rahmen 14 ist überdies zur Erhöhung des Anwenderkomforts um eine Länge d nach links gegenüber dem Bildschirm 7 versetzt, um eine vollständige Kopfdrehung des Anwenders in Richtung des Bildschirms 7 zu erübrigen. Mit anderen Worten kann die Änderung der Position des Kopfes des Anwenders physikalisch innerhalb des Rahmens 14 erfolgen und aufgrund des Versatzes d sowie aufgrund des Skalierungsfaktors h/H in vordefinierter Weise in eine Änderung einer zugeordneten Position auf den Bildschirm 7 überführt werden (engl: „mapping“).
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3 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Auswahl eines Anzeigeelementes auf einer Anwenderschnittstelle eines Fortbewegungsmittels. In Schritt 100 wird der Kopf des Anwenders mittels eines Sensors erfasst. In Schritt 200 wird eine Position des Kopfes des Anwenders aus Daten des Sensors ermittelt. Die Position umfasst Informationen bezüglich einer Ausrichtung des Kopfes. In Schritt 300 wird eine der Position des Kopfes zugeordnete Position auf einer Anzeigeeinrichtung der Anwenderschnittstelle anhand der Daten des Sensors ermittelt. Mit anderen Worten wird eine Position auf der Anzeigeeinrichtung ausfindig gemacht, welche in einer vordefinierten Weise zur Position des Kopfes des Anwenders korrespondiert. An dieser Position kann sich bspw. eine Schaltfläche befinden, welche der Anwender mit einer in Schritt 400 ausgeführten und erfassten Nickbewegung auswählt. In Schritt 500 wird das Anzeigeelement, welches an der der Position des Kopfes zugeordneten Position auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt wird, bestätigt. Hierdurch erfolgt ein Funktionsaufruf, für welchen im Stand der Technik stets eine herkömmliche Interaktion mit der Schaltfläche erforderlich war.
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Ein Kern der Erfindung ist also eine Kopfsteuerung, d.h. die Nutzung der Kopfposition (dreidimensional in Fahrzeugkoordinaten) und/oder insbesondere der Kopforientierung (horizontale und vertikale Kopfdrehung bzw. Elevation und Azimut) zur Interaktion mit der gewünschten Interaktionsfläche. Anstelle der Ermittlung der Blickrichtung schlägt diese Methode die Ermittlung eines Kopf-Vektors vor. Fiktiv kann ein solcher Vektor als eine Achse, die das Zentrum des Kopfes und die Nasenspitze enthält, betrachtet werden. Der Punkt auf der zu bedienenden Fläche, in dem der vorstehend genannte Vektor diese Fläche trifft, wird zur Realisierung der Interaktion (Hervorhebung, Vorauswahl, Aktivierung) übernommen. Zusätzlich wird die Verwendung eines Transferbereiches bei der Steuerung des Zielpunktes auf der Schaltfläche vorgeschlagen. Bspw. befindet sich eine Displayfläche eines zentralen Informationsdisplays (engl.: „CID“) aus Fahrerperspektive horizontal zwischen 35° (linker Rand) und 50° (rechter Rand). Ohne einen Transferbereich müsste der Fahrer seinen Kopf horizontal um einen Winkel in diesem Bereich drehen (z.B. Erreichung des Displayzentrums erfordert eine horizontale Rotation von 42,5%). Zur Erhöhung der Ergonomie wird der genannte Transferbereich definiert, in welchem ein bequemerer Winkelbereich für die horizontale Kopfdrehung eingesetzt wird. Z.B. kann der Transferbereich in einem Bereich zwischen 10° und 40° liegen, sodass der Fahrer einen Winkel von 25° einnehmen muss, um die horizontale Mitte des Displays mit dem Steuerungspunkt (Fokus) zu erreichen. Zudem wird vorgeschlagen, Kopfbewegungen zur Aktivierung einer vorausgewählten Option (z.B. Nicken: vertikale, kurzfristige Variation der Kopfausrichtung nach unten und nach oben zurück zum Startpunkt), zum Abbrechen einer Option oder „zurück“ durch eine kurzfristige Kopfbewegung nach links und nach rechts zum Startpunkt etc. vorgeschlagen. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung eine berührungslose Interaktion mit Schaltflächen unabhängig von Fremdlichteinflüssen oder vom Tragen von Brillen. Die Aktivierung/Deaktivierung von Optionen kann ohne eine zusätzliche Eingabemethode erfolgen. Bereits durch eine leichte Kopfbewegung kann eine intuitive Korrektur des Steuerungspunktes durch den Anwender erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2, 3, 4
- Anzeigeelemente
- 5
- Anwenderschnittstelle
- 6
- Anwender
- 7
- Bildschirm
- 8
- Kamera
- 9
- Erfassungsbereich der Kamera
- 10
- PKW
- 11
- Lenkrad
- 12
- elektronisches Steuergerät
- 13
- Datenspeicher
- 14
- Rahmen
- 100–500
- Verfahrensschritte
- d
- Versatz
- h
- Höhe des Bildschirms 7
- H
- Höhe des Rahmens 14
