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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Head-Up-Display mit Bildverzerrung für ein Fahrzeug. Dabei werden Informationen für einen Betrachter, beispielsweise den Fahrzeugführer oder einen anderen Insassen des Fahrzeugs, über die Windschutzscheibe gespiegelt in dessen Auge geleitet.
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Zur Anpassung an unebene Projektionsflächen, wie die Windschutzscheibe eine darstellt, kommt üblicherweise eine Bildverzerrung, das sogenannte Warping, zum Einsatz. Hierfür werden sogenannte Warping-Matrizen oder Warping-Parametersätze verwendet, die die Art der Verzerrung beschreiben. Diese Matrix oder diese Warping-Parametersätze werden dann in der Regel in Grafikrechnern auf die eigentlichen Bilddaten angewendet, sodass diese verzerrt ausgegeben werden und über die inverse Verzerrung der Projektionsfläche auf dieser dann in der ursprünglich gewünschten Form dargestellt werden. Da die Anwendung der Warping-Matrix auf die Bilddaten häufig eine hohe Rechenleistung erfordert, dieser Schritt jedoch gut von der Grafik Datenerzeugung getrennt werden kann, ist es möglich, das eigentliche Warping in eine eigene Einheit auszulagern, die somit die Graphic-Processing-Unit (GPU) stark entlastet. Um eine solche eigene Einheit möglichst universell einsetzen zu können, muß diese neben den Bilddaten auch die eigentlichen Konfigurationsparameter, unter anderem die Warping-Matrizen, zur Verfügung gestellt bekommen. Je nach Größe der Warping-Matrizen und der Anzahl der Stützpunkte sind hier unter Umständen höhere Bandbreiten erforderlich, die entsprechende Schnittstellen erfordern.
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Die
WO 2015/044716 offenbart ein Head-Up-Display mit einer getrennten Warping-Einheit, welche Warping-Informationen aus einer separaten Speichereinheit erhält. Auch die
DE 20 2005 021 565 U1 zeigt ein Head-Up-Display mit einer solchen Warping-Einheit.
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Die US 2008 / 0 088 527 A1 beschreibt ein Head-Up-Display mit Bildverzerrung für ein Fahrzeug, aufweisend insbesondere eine Bildsignalquelle/Anzeigeeinheit, einen Bildverzerrer und eine Spiegeleinheit. Dabei werden die Kalibrierungsinformationen in einem abnehmbaren Modul gespeichert und in Abhängigkeit von der irgendwie bestimmten und übermittelten Pose des Fahrers verwendet. Ein ähnliches Head-Up-Display ist aus der US 2008 / 0 088 528 A1 bekannt.
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Erfindungsgemäß werden ein verbessertes Head-Up-Display, entsprechend verbesserte Verfahren zum Betreiben eines Head-Up-Displays und ein entsprechendes Signal vorgeschlagen.
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Ein Head-Up-Display mit Bildverzerrung für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung weist eine Bildsignalquelle, einen Bildverzerrer, eine Anzeigeeinheit und eine Spiegeleinheit auf. Dabei weist die Bildsignalquelle einen gemeinsamen Ausgang für Bildsignale und Konfigurationsinformationen auf, und der Bildverzerrer einen gemeinsamen Eingang für Bildsignale und Konfigurationsinformationen. Dies hat den Vorteil, dass kein separater Ausgang beziehungsweise Eingang für die Konfigurationsinformationen erforderlich ist. Eine Einsparung von Eingangs- beziehungsweise Ausgangspins an Bildsignalquelle und Bildverzerrer wird somit ermöglicht. Bildsignal und Konfigurationsinformationen werden dann ineinander verschachtelt übertragen, die Kapazität, die sonst nur für die Bildübertragung verwendet wird, wird erfindungsgemäß zusätzlich zur Übertragung von Konfigurationsinformationen genutzt. Unter der Kapazität ist beispielsweise die Anzahl paralleler Leitungen und die Datenrate zu verstehen. Erfindungsgemäß werden die Konfigurationsinformationen geschickt in ungenutzte Bereiche der Bilddaten eingefügt. Die Bildsignalquelle dient zum Bereitstellen eines vom Head-Up-Display darzustellenden Bildes. Der Bildverzerrer dient zum auf die Verzerrung der Spiegeleinheit angepaßten Verzerren des anzuzeigenden Bildes. Dabei kompensiert die durch den Bildverzerrer erzeugte Verzerrung diejenige, die durch die Spiegeleinheit hervorgerufen wird. Die Anzeigeeinheit dient zum Anzeigen des verzerrten Bildes. Die Spiegeleinheit dient zum Kombinieren des anzuzeigenden verzerrten Bildes mit einem Hintergrundbild und zum Leiten des kombinierten Bildes in das Auge eines Betrachters. Das Hintergrundbild ist im Fall eines Fahrzeugs die durch die Windschutzscheibe sichtbare Umgebung. Die Spiegeleinheit ist entweder die Windschutzscheibe selbst oder ein sogenannter Combiner, eine zwischen Windschutzscheibe und Betrachter befindliche durchsichtige und einseitig halbverspiegelte Scheibe. Die Konfigurationsinformationen sind Informationen zum Konfigurieren des Bildverzerrers. Insbesondere sind dies die oben genannten Warping-Matrizen mit Informationen zur auf die Spiegeleinheit abgestimmten Bildverzerrung.
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Erfindungsgemäß weist der Bildverzerrer eine oder mehrere der folgenden Einheiten auf: eine Verzerrungseinheit zum Verzerren des darzustellenden Bildes. Eine Interpolationseinheit zum interpolieren von auf der Anzeigeeinheit anzuzeigenden Pixeln eines Pixelrasters aus nach der Verzerrung bezüglich des Rasters verschobenen Stützpunkten. Eine Speichereinheit zum Zwischenspeichern von Bildsignalen und oder Konfigurationsinformationen. Eine Gammakorrektureinheit zur Gammakorrektur der auf der Anzeigeeinheit anzuzeigenden Pixel. Eine Dithering-Einheit zur Fehlerdiffusion, dem sogenannten Dithering, der auf der Anzeigeeinheit anzuzeigenden Pixel. Dies hat den Vorteil, dass einzelne oder mehrere der genannten Bildaufbereitungsfunktionen in einem Bauelement ausgeführt werden. Die Bildsignalquelle braucht für die entsprechenden Funktionen nicht ausgelegt zu sein. Vorteilhafterweise sind die Verzerrungseinheit und die Interpolationseinheit kombiniert.
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Vorteilhafterweise weist das Head-Up-Display mehrere der genannten Einheiten auf wobei zumindest eine der Einheiten überbrückt werden kann. Die überbrückte Einheit wird somit übergangen, ihre Funktion ist in diesem Fall deaktiviert. Dies hat den Vorteil, dass nicht alle der durch die entsprechende Einheit durchgeführten Funktionen gleichzeitig durchgeführt zu werden brauchen. So wird beispielsweise die Verzerrungseinheit überbrückt wenn die Spiegeleinheit keine Verzerrung erfordert, etwa weil sie eine ebene Spiegelfläche aufweist. Die am Eingang der Verzerrungseinheit anliegenden Signale werden dann direkt, ohne Verarbeitung, an den Ausgang der Verzerrungseinheit weitergeleitet. Entsprechendes gilt, wenn keine Gammakorrektur oder kein Dithering gewünscht ist.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Head-Up-Displays weist folgende Schritte auf: ein Bildsignal wird generiert, das die anzuzeigenden Farb- und/oder Helligkeitsinformationen pro darzustellenden Pixel enthält. Konfigurationsinformationen, die auf das Head-Up-Display und/oder dessen aktuelle Betriebssituation angepaßt sind, werden generiert. Farb- und/oder Helligkeitsinformationen, die für das Head-Up-Display in der aktuellen Betriebssituation irrelevant sind, werden im Bildsignal durch Konfigurationsinformationen ersetzt. Das so gewonnene Bild- und Konfigurationssignal wird übermittelt. Diese Schritte werden in einer Bildsignalquelle des Head-Up-Displays ausgeführt. Sie haben den Vorteil, dass die Nutzung irrelevanter Bereiche des Bildsignals zur Übermittlung von Konfigurationsinformationen genutzt werden. Die Konfigurationsinformation ist auf das zu betreibende Head-Up-Display angepaßt, beispielsweise wird die zweidimensionale Krümmung des Spiegelelements des Head-Up-Displays berücksichtigt, die Einbaulage des Head-Up-Displays im Fahrzeug oder andere feststehende aber fahrzeugspezifische Eigenschaften. Die Konfigurationsinformation ist alternativ oder zusätzlich dazu auf die aktuelle Betriebssituation anpaßbar, beispielsweise auf die Umgebungshelligkeit zum Anpassen der Helligkeit der Anzeigeeinheit, auf die Augenposition des Betrachters, oder auf andere Eigenschaften, die sich während des Betriebs ändern können. Wird das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, sind weniger Datenleitungen im Head-Up-Display erforderlich. Weiterhin wird eine genaue Synchronisation zwischen Bilddaten und Konfigurationsinformationen ermöglicht, da beide im gleichen Signal übertragen werden. Die Übertragung erfolgt an einen Bildverzerrer oder allgemein an ein Bildvorverarbeitungsmittel.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Head-Up-Displays weist folgende Schritte auf: ein Bild- und Konfigurationsinformationssignal wird empfangen. Die Konfigurationsinformationen werden von den Bildinformationen, der Farb- und/oder Helligkeitsinformation, getrennt. Die Farb-und/oder Helligkeitsinformation wird anhand der Konfigurationsinformationen verändert. Die Veränderung liegt beispielsweise in einer Verzerrung, in einer Gammakorrektur, im Anwenden von Dithering, oder anderem. Die veränderten Bildinformationen werden anschließend übermittelt. Dies hat den Vorteil, dass immer aktuell zu den Bildinformationen passende Konfigurationsinformationen vorhanden sind, und keine zusätzlichen Datenkanäle dafür erforderlich sind.
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Die Konfigurationsinformationen enthalten vorteilhafterweise Verzerrungsinformationen und/oder Interpolationsinformationen und/oder Informationen zur Gammakorrektur und oder Dithering-Informationen. Dies weist die oben zu den Geräteansprüchen genannten Vorteile auf.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zumindest einen Teil der Konfigurationsinformationen zwischenzuspeichern. Dies hat den Vorteil, dass die zwischengespeicherten Konfigurationsinformationen auch für das nächste anzuzeigende Frame zur Verfügung stehen, wenn dieses beispielsweise keine entsprechende Konfigurationsinformationen enthält. Dies ist etwa dann der Fall wenn sich die Konfigurationsinformationen von einem zum nächsten Frame nicht unterscheiden. Dies ist aber auch dann der Fall, wenn die übertragenen Konfigurationsinformationen als fehlerhaft oder als möglicherweise fehlerhaft erkannt wurden. Es werden nur die aktuell benötigten Informationen zwischengespeichert, nicht alle möglichen Konfigurationsinformationen. So gibt es Warping-Matrizen für jede unterschiedliche Position der auf die Spiegeleinheit geworfenen Anzeige bezüglich der Kopfhöhe des Betrachters und dessen seitlicher Sitzposition. Diese Warping-Matrizen sind in einer Speichereinheit abgelegt, auf die die Bildsignalquelle zugreift, der Bildverzerrer braucht nur eine geringe Speicherkapazität vorzuhalten. Vorteilhafterweise werden in einer Startphase des Verfahrens keine Bildinformationen sondern nur Konfigurationsinformationen übermittelt beziehungsweise empfangen. Dies hat den Vorteil, dass der Aufbau einer stabilen Datenverbindung und die Konfiguration des Bildverzerrers erfolgen ohne dass Farb- und/oder Helligkeitsinformationen vorhanden sind. Würden diese bei noch nicht stabiler Betriebslage zur Anzeige kommen, so könnte die Anzeige von unvollständigen oder zufälligen und somit potentiell irritierenden Darstellungen auf der Anzeigeeinheit zu Irritationen beim Betrachter führen. Dies wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme unterbunden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die aktuelle Position der Augen eines Betrachters detektiert wird, und die detektierte Position in die Konfigurationsinformationen einfließt. Dies hat den Vorteil, dass die Verzerrungskompensation optimal auf den jeweils zum Kombinieren aktuellen Bereich des Spiegelelements angepaßt wird und somit ein möglichst verzerrungsfreies Bild auch bei häufiger Veränderung der Kopf- beziehungsweise Augenposition des Betrachters erfolgt. Im Head-Up-Displays sind dazu Mittel zur Detektion der Position des Kopfes oder besser noch der Position der Augen des Betrachters vorhanden. Mit der Position ist damit die Höhe der Augen und deren seitlicher Versatz bezüglich der entsprechenden Achse des Head-Up-Displays gemeint. Dazu ist beispielsweise eine Kamera im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet. Aber auch andere Einstellmittel, wie ein Joystick, ein Schieberegler oder ähnliches, mit dem der Betrachter seine Position manuell eingeben beziehungsweise justieren kann, sind hier vorteilhaft einsetzbar. Die detektierte Position wird von Auswertemitteln zum Auswählen der auf die aktuelle Position abgestimmten geeigneten Warping-Matrix verarbeitet.
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Ein erfindungsgemäßes Bildsignal für ein Head-Up-Display weist Steuersignale, Farb-und/oder Helligkeitsinformationen und Konfigurationsinformationen auf, wobei die Konfigurationsinformationen in Bereichen der Farb- und/oder Helligkeitsinformationen enthalten sind, welche irrelevante Farb- und/oder Helligkeitsinformationen enthalten. Irrelevante Farb- und/oder Helligkeitsinformationen sind beispielsweise komplett schwarze Bereiche, die als ein Spezifikum von Head-Up-Displays relativ große Bereiche der Anzeige einnehmen. Zum Anzeigen auf eine Anzeigeeinheit werden die Konfigurationsinformationen entfernt, und die entsprechenden Bildinformationen auf „schwarz“ gesetzt. Das erfindungsgemäße Signal hat den Vorteil, dass ein bekanntes Datenformat erweitert wird und somit zum Übermitteln von Konfigurationsinformationen dient, die speziell die dauerhaften Eigenschaften des Head-Up-Displays sowie dessen aktuelle Betriebssituation betreffen. Es tritt kein störender zeitlicher Versatz auf, der bei getrennter Übermittlung von Konfigurationsinformationen und Bildinformationen nur schwer zu vermeiden ist. Eine sehr schnelle Adaption an sich verändernde Warping-Vorgaben wird somit ermöglicht.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Konfigurationsinformationen in den mittleren zwei oder vier Bits eines für Farb- und/oder Helligkeitsinformationen vorgesehenen Bytes angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass unabhängig davon, ob im für die Bildinformationen vorgesehenen Byte ein Signal mit acht, sieben, sechs oder fünf Bit übermittelt wird, und unabhängig davon, ob die Signale mit weniger als 8 Bit am MSB- oder am LSB-seitigen Ende des Bytes angeordnet sind, sich die Konfigurationsinformationen auf jeden Fall dort befindet, wo im Normalfall Bildinformationen zu erwarten sind. Beim Trennen der Konfigurationsinformationen von den Bildinformationen, den Farb- und/oder Helligkeitsinformationen, braucht also keine Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Bitlängen der Bildinformationen zu erfolgen.
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Wird das Head-Up-Display zur Anzeige von Fahrzeuginformationen wie Geschwindigkeit, eingeschaltetem Aufblendlicht, Navigationsinformationen oder ähnlichem genutzt, welche üblicherweise auch in einem Kombinationsinstrument eines Kraftfahrzeugs angezeigt werden, so ist der Bildverzerrer typischerweise Bestandteil des Kombinationsinstruments. Insofern bezieht sich der hier verwendete Begriff Head-Up-Display nicht nur auf die reine Optik und Mechanik sowie deren direkte elektrische Ansteuerung, sondern auch auf gewisse Signalverarbeitungselemente und -schritte, die außerhalb der reinen Optik und Mechanik des Head-Up-Displays liegen. Die vorliegende Erfindung läßt sich nicht nur für Head-Up-Displays welche dem Fahrer Fahrzeuginformationen über die Windschutzscheibe oder einen Combiner zugänglich machen sinnvoll einsetzen, sondern auch für andere Anzeigesysteme, bei denen eine Bildverzerrung zum Einsatz kommt. Dies sind beispielsweise Rear-Seat-Entertainment- beziehungsweise Projektions-Systeme, die die rückseitige Fläche der Fahrer- oder Beifahrersitze als Projektionsfläche nutzen, oder entsprechende Systeme, die die Seitenscheiben oder andere gekrümmte Flächen als Projektionsflächen nutzen.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Abbildungen. Dabei zeigen:
- 1 Head-Up-Display
- 2 Schaltungsanordnung
- 3 Bildverzerrer
- 4 Beispiel einer Bildverzerrung
- 5 Signal
- 6 Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens
- 7 Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Head-Up-Display. Eine Anzeigeeinheit 1 wird von einem Bildverzerrer 2 angesteuert. Sie prägt das auf ihr angezeigte Bild dem Licht auf, das von einer Lichtquelle 5 kommend sie durchläuft und von einer Spiegeleinheit 3 in das Auge 61 eines Betrachters geleitet wird. Die Spiegeleinheit 3 ist hier als Windschutzscheibe 31 ausgebildet. Sie kann aber auch ein hier beispielhaft dargestellter Combiner 32 sein, der zwischen der Anzeigeeinheit 1 und der Windschutzscheibe 31 angeordnet ist. Die Lichtquelle 5 besteht hier aus einem Leuchtmittel 55 und einer Linse 52. Als Leuchtmittel kann eine Halogenlampe, eine Leuchtdiode oder ein anderes geeignetes Leuchtmittel vorgesehen sein. Der Bildverzerrer 2 erhält ein Bildsignal BS von einer Bildsignalquelle 47, die Teil einer Steuereinheit 4 ist. Die Steuereinheit 4 ist mit einem Speicher 44 für Verzerrungsdaten, den Warping-Matrizen W, in Verbindung.
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Das Bildsignal BS weist im dargestellten Beispiel Fahrzeugzustandsinformationen F auf, Umgebungsinformationen U und Navigationsinformationen N. Die Fahrzeugzustandsinformationen F kommen beispielsweise von einem hier angedeuteten Tacho 41. Die Umgebungsinformationen U kommen von einer hier angedeuteten Kamera 42, die Navigationsinformationen N von einem hier angedeuteten Navigationsgerät 43. Diese werden der Steuereinheit 4 zugeführt und von dieser verarbeitet.
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Ein Positionssensor 64 detektiert die Position der Augen 61 des Betrachters, der sowohl der Fahrzeugführer als auch ein anderer Betrachter sein kann. Das detektierte Positionssignal PS wird an die Steuereinheit 4 weitergeleitet. Ein Justierelement 65 ermöglicht ein manuelles Justieren der Position des Betrachters, entweder anstatt der Nutzung eines Positionssensors 64 oder als Ergänzung zu diesem, beispielsweise zum Berücksichtigen eines für jeden Betrachter unterschiedlichen Augenabstandes. Das Justierelement 64 kann sowohl ein körperliches Einstellelement wie Drehknopf oder Schieberegler sein, als auch beispielsweise ein auf einem Touchscreen anzeigbares und betätigbares Element. Das detektierte Justiersignal JS wird ebenfalls an die Steuereinheit 4 geleitet. Diese berücksichtigt das Positionssignal PS und das Justiersignal JS um Konfigurationsinformationen KI aus dem Speicher 44 zu entnehmen. Diese entsprechen dem sich aus der Position des Auges 61 des Betrachters ergebenden Bereich der Windschutzscheibe 31, an dem das in das Auge 61 des Betrachters gelangende Licht gespiegelt wird. die Steuereinheit 4 kombiniert diese Konfigurationsinformationen KI mit dem Bildsignal BS und leitet das kombinierte Bild- und Konfigurationssignal BKS über einen gemeinsamen Ausgang 471 an einen gemeinsamen Eingang 271 des Bildverzerrer 2. Der Bildverzerrer 2 verarbeitet das Bildsignal BS entsprechend der Konfigurationsinformationen KI, die unter anderem Informationen zur Bildverzerrung enthalten, beispielsweise eine Warping-Matrix, und leitet ein verzerrtes Bildsignal BV an die Anzeigeeinheit 1 weiter.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Man erkennt die Bildsignalquelle 47, deren Ausgang 471 über die Leitung 71 mit dem Eingang 271 des Bildverzerrers 2 verbunden ist. Die Leitung 71 dient zur parallelen Datenübertragung des kombinierten Bild- und Konfigurationssignal BKS und hat im Ausführungsbeispiel eine Breite von 28 Bit. Steuerinformationen SI werden über eine Leitung 72 mit Breite 2 Bit von einem Ausgang 472 der Bildsignalquelle 47 zu einem Eingang 272 des Bildverzerrers 2 geleitet. Ein Enable/Reset-Anschluß 473 ist über eine serielle Leitung 73 mit einem entsprechenden Eingang 273 des Bildverzerrers 2 verbunden.
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Die Bildsignalquelle 47 ist über eine bidirektionale Leitung 74 mit einem Signalprozessor 11 verbunden, der über eine Leitung 75 zur parallelen Datenübertragung mit 28 Bit Breite das vom Bildverzerrer 2 verarbeitete und am Ausgang 275 ausgegebene Bildsignal BV erhält. Der Signalprozessor 2 wandelt das digitale Bildsignal BV in ein für die Anzeigeeinheit 1 angepaßtes Bildsignal BA um, welches über eine geschützte Leitung 76 an die Anzeigeeinheit 1 übertragen wird. Der Bildverzerrer 2 weist Anschlüsse 274 zur Energieversorgung auf, sowie weitere Anschlüsse 276, die hier nicht im Einzelnen beschrieben sind.
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Bildverzerrer 2. Über den Eingang 271 gelangt das kombinierte Bild- und Konfigurationssignal BKS an eine Bearbeitungsstufe 21. Dort wird eine Taktinformation CLK abgetrennt und an einen Taktgenerator 22 weitergeleitet. Dieser erzeugt und überwacht einen Takt für die nachfolgenden Einheiten einer Logikeinheit 20. Die Logikeinheit 20 weist eine Fehlerkorrektureinheit 23 auf, die Bildsignal BS, Konfigurationsinformationen KI und gegebenenfalls weitere Bestandteile des kombinierten Eingangssignals BKS auf Fehler überprüft und diese gegebenenfalls korrigiert. Dazu wird beispielsweise eine unter dem Namen CRC, für Cyclic Redundancy Check, bekannte zyklische Redundanzprüfung vorgenommen. Auch andere bekannte Verfahren zur Bestimmung und Korrektur von Fehlern, die bei der Übertragung von Daten auftreten können, können hier sinnvoll Anwendung finden. Die Logikeinheit 20 erkennt, ob es sich bei den Eingangsdaten um Bildsignalinformationen handelt, die an die folgenden Einheiten als Eingangsdaten weitergeleitet werden, oder um Konfigurationsinformationen KI, die entweder den nachfolgenden Einheiten als Konfigurationsdaten weitergeleitet, oder in einem Speicher 24 gespeichert werden.
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Die Logikeinheit 20 weist eine Warping-Einheit 25 auf, eine Gammakorrektureinheit 26 und eine Dithering-Einheit 28. Die Warping-Einheit 25 weist eine Verzerrungseinheit 251 und eine Interpolationseinheit 252 auf. Die Warping Einheit 25 kann mittels einer Überbrückung 253, die hier mittels eines Schalters 254 schematisch dargestellt ist, überbrückt werden. Wird sie überbrückt, so erfolgt kein Warping, das Eingangssignal wird direkt an die nachfolgenden Einheiten die Gammakorrektureinheit 26 und/oder die Dithering Einheit 28, weitergeleitet. Entsprechende Überbrückungen 263,283 sowie Schalter 264,284 existieren auch für die Gammakorrektureinheit 26 beziehungsweise die Dithering-Einheit 28. Das verarbeitete Bildsignal BV wird zusammen mit dem Taktsignal CLK am Ausgang 275 ausgegeben.
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Die Energieversorgung erfolgt über den Anschluß 274, Enable/Reset über den Eingang 273. Steuersignale werden über den Eingang 272 entgegengenommen und in einer Steuereinheit 201, die mit der Logikeinheit 20 kommuniziert, verarbeitet. Die weiteren Anschlüsse 276 werden hier nicht näher beschrieben.
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4 zeigt ein Beispiel einer Bildverzerrung. Dargestellt ist ein Bildrahmen FRM, auch Frame genannt, dessen Ursprung (Xor=0, Yor=0) in der linken oberen Ecke liegt. Die darzustellenden Bildpunkte P(n,m) mit n=0,...,20 und m=0,...,10 sind als fette schwarze Punkte eines regelmäßigen Gitters angeordnet. Die nach der Verzerrung durch den Bildverzerrer 2 verschobenen Bildpunkte PV (n, m) sind als kleine Punkte dargestellt. Sie werden aus den Bildpunkten P(n,m) durch Verschiebung um die Vektoren V(n, m) berechnet. Die Vektoren V (n, m) bilden eine Warping-Matrix W die als Teil der Konfigurationsinformationen KI übermittelt werden. Man erkennt, dass die Verschiebungsvektoren V(n,m) unterschiedliche Richtungen und Beträge aufweisen. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Spiegeleinheit 3 eine uneinheitliche Wölbung aufweist, die durch die Verzerrung mittels der Warping-Matrix W kompensiert wird. Die Pixel sind dann in Ursprungsbild innerhalb der achsenparallelen Rechtecke, die Zielpixel befinden sich in einem sogenannten Quad (Viereck), welches durch die jeweilige Warping Matrix (oder auch Verschiebevektoren) bestimmt ist und deren Stützstellen durch die kleineren Punkte dargestellt werden.
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Man erkennt weiterhin, dass der Bildrahmen FRM im oberen und unteren Bereich keine darzustellenden Pixel P(n,m) aufweist. Dies liegt unter anderem daran, dass für das Head-Up-Display die Bildbreite wesentlich größer ist als die Bildhöhe, während die übliche Struktur der Bilddaten, die aus dem Fernsehbereich bekannt ist, eine im Verhältnis zur Bildbreite größerer Höhe aufweist. In den nicht für Bildpunkte P(n,m) genutzten oberen und unteren Bereichen des Bildrahmens FRM werden erfindungsgemäß Konfigurationsinformationen KI übertragen, beispielsweise die Warping-Matrix W.
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5 zeigt ein erfindungsgemäßes, aus Bildsignal BS und Konfigurationsinformationen KI kombiniertes Signal BKS. In der oberen Reihe erkennt man die Datenstruktur, die für die Zeilen des Bildrahmens FRM zutrifft, die Bildinformationen enthalten. Das erste Bit [0] enthält ein Data-Enable-Signal DE, welches den Wert „0“ aufweist wenn die nachfolgenden Daten Bildinformationen sind. Es folgt ein Taktsignal CLK, ein horizontales Synchronisationssignal HSy und ein vertikales Synchronisationssignal VSy. Diese weisen je eine Breite von 1 Bit auf. Es folgen Farb- und Helligkeitsdaten R für rot, G für grün, und B für blau im RGB Format, jeweils mit einer Breite von 8 Bit. Anstatt des RGB-Formats können hier auch andere Formate verwendet werden, die die entsprechende Bildinformation übertragen.
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In der unteren Reihe erkennt man die Datenstruktur, die für die Zeilen des Bildrahmens FRM gedacht sind, die keine beziehungsweise irrelevante Bildinformationen enthalten. Das Data-Enable-Signal DE hat hier den Wert „1“, was darauf hinweist, dass die nachfolgenden Daten Konfigurationsinformationen KI sind. In diesem Fall werden keine Synchronisationssignale HSy, VSy übertragen, die Bits [2] und [3] haben keinen definierten Wert, hier dargestellt durch X. Die Konfigurationsinformationen KI1, KI2, KI3 werden hier nur in den mittleren 4 Bit der jeweiligen Farb-Komponenten R, G, B übertragen. Die anderen Bits haben keinen definierten Wert, hier dargestellt durch X.
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Die mittleren Bits der Farbkomponenten R,G,B, hier die Bits [6-9], [14-17], [22-25] des kombinierten Bild- und Konfigurationssignals BKS, können auch als Bits Nummer 2-5 eines Bytes, das mit Bit Null beginnend durchnumeriert ist, bezeichnet werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Farbkomponenten R, G, B als jeweils ein Byte betrachtet werden, unabhängig von den anderen Bits der Datenstruktur des Signals BKS. Unabhängig davon, ob in einem Anwendungsfall eines oder mehrere der unteren zwei Bits Nummer 0 und 1 und/oder der oberen zwei Bits Nummer 6 und 7, oder keines dieser Bits weggelassen wird, ist die erfindungsgemäße Kommunikationsschnittstelle ungeändert verwendbar.
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6 zeigt ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Head-Up-Displays. Dieses Verfahren wird üblicherweise in der Bildsignalquelle 47 durchgeführt. In einem Schritt S1 wird ein Bildsignal BS aus Navigationsinformationen N, Umgebungsinformationen U und Fahrzeuginformationen F generiert. Das Bildsignal BS weist dabei Farbinformationen und/oder Helligkeitsinformationen pro Pixel des anzuzeigenden Bildes auf. Im Schritt S2 wird die aktuelle Position PS der Augen eines Betrachters detektiert, alternativ oder zusätzlich dazu wird ein Justiersignal JS erzeugt. Im Schritt S3 werden Konfigurationsinformationen KI generiert, die auf das Head-Up-Display und/oder dessen aktuelle Betriebssituation angepaßt sind. Gemäß einer Variante werden dazu das Positionssignal PS und/oder das Justiersignal JS hinzugezogen, gemäß einer anderen Variante nicht.
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Gemäß einer Variante der Erfindung wird im Schritt S4 danach unterschieden, ob sich der Bildverzerrer 2 in einer Startphase befindet oder nicht. Befindet er sich in einer Startphase, werden nur die Konfigurationsinformationen zur Generierung des kombinierten Bild- und Konfigurationssignals BKS in Schritt S6 genutzt. Alternativ, oder wenn die Startphase vorüber ist, werden im Schritt S5 sowohl das Bildsignal BS als auch die Konfigurationsinformationen KI zur Generierung des kombinierten Bild- und Konfigurationssignals BKS genutzt. Dieses wird im Schritt S7 übermittelt.
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7 zeigt ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Head-Up-Displays. Das hier gezeigte Verfahren wird üblicherweise im Bildverzerrer 2 durchgeführt. Im Schritt S8 wird ein kombiniertes Bild- und Konfigurationssignal BKS empfangen. Anhand des Werts des Data-Enable-Signals DE werden entweder die Daten R,G,B des Bildsignals BS an Schritt S10 weitergegeben, oder die Konfigurationsinformationen KI an Schritt S11. Im Schritt S11 werden die Konfigurationsinformationen gegebenenfalls aufgeteilt in die Warping-Matrix W, die Gammakorrekturinformationen GI, die Dithering-Informationen DI, und gegebenenfalls weitere Informationen. Diese werden gegebenenfalls zwischengespeichert und an den Schritt S12 weitergegeben. Im Schritt S12 wird das Bildsignal BS anhand der vom Schritt S11 erhaltenen Konfigurationsinformationen KI verarbeitet und anschließend im Schritt S20 als verarbeitetes Bildsignal BV ausgegeben.
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Handelt es sich bei den Konfigurationsinformationen KI um die Warping-Matrix W, so wird diese im Schritt S13 an den Schritt S14 weitergegeben. Im Schritt S14 führt die Warping-Einheit 25 eine Verzerrung des Bildsignals BS anhand der Warping-Matrix W durch. Handelt es sich bei den Konfigurationsinformationen KI um Gammakorrekturinformationen GI, so werden diese im Schritt S15 an den Schritt S16 weitergegeben. Im Schritt S16 führt die Gammakorrektureinheit 26 eine Gammakorrektur des Bildsignals BS durch, hier des bereits verzerrten Bildsignals. Handelt es sich bei den Konfigurationsinformationen KI um Dithering-Informationen DI, so werden diese im Schritt S17 an den Schritt S18 weitergegeben. Im Schritt S18 führt eine Dithering-Einheit 28 ein Dithering des bereits vorverarbeiteten Bildsignals BS durch. Handelt es sich bei den Konfigurationsinformationen KI um keine der erwarteten Informationen, so wird davon ausgegangen, dass die Konfigurationsinformationen sich entweder nicht von denjenigen zum vorhergehenden Bildrahmen FRM unterscheiden, oder dass die aktuell empfangenen fehlerhaft sind. In beiden Fällen wird im Schritt S19 auf die im Speicher 24 abgelegten vorhergehenden Konfigurationsinformationen KI, die Warping-Matrix W, Gammakorrekturinformationen GI, Dithering-Informationen DI und gegebenenfalls weitere zurückgegriffen, und diese an die jeweiligen Schritte im Schritt S12 weitergegeben. Somit werden im Schritt S12 die Farb- und oder Helligkeitsinformationen des Bildsignals BS verändert, anschließend wird das veränderte Bildsignal BV übermittelt. Die Übermittlung geschieht an die Anzeigeeinheit 1. Es wird hier angenommen, dass die Warping-Matrix W neben den Verzerrungsinformationen VI auch Interpolationsinformationen II enthält.
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Die Konfigurationsinformationen KI werden im allgemeinen vor den Bildinformationen angeliefert, also in einem Bildrahmen FRM, der dem die Bildinformationen enthaltenden Bildrahmen FRM vorhergeht. Dabei kann jeder Bildrahmen FRM Konfigurationsinformationen KI enthalten, muß dies aber nicht. Dann gelten einmal übermittelte Konfigurationsinformationen KI auch für die Bilddaten nachfolgender Bildrahmen FRM. Die Konfigurationsinformationen KI dienen also im Normalfall nicht für den aktuellen Bildrahmen FRM. Sie werden in interne Speicher übertragen, welche doppelt gepuffert sind, sodass die im anderen Speicher vorliegenden Konfigurationsinformationen KI immer korrekt sind, da diese für die Bildveränderung dienen, und unvollständig oder fehlerhaft übertragene Konfigurationsinformationen KI zu einer falschen Bildveränderung führen würden. Nur wenn die aktuell gelieferten Konfigurationsinformationen KI korrekt sind, wird nach der Darstellung des aktuellen Bildrahmens FRM eine Pufferumschaltung, beispielsweise beim Bildwechsel/Flip, durchgeführt, sodass die frisch erhaltenen Konfigurationsinformationen KI zu aktuell zu verwendenden Konfigurationsinformationen KI werden, die die nächsten darzustellenden Bilder entsprechend verändern.
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Die Erfindung betrifft also die Einbettung von Konfigurations- und Warping-Daten in die sogenannte Schwarzschulter der eigentlichen Bilddaten. In der Schwarzschulter befinden sich entweder nur Bildinformationen für „schwarz“, also Bildinformationen, die nicht zur Darstellung kommen. Oder sie dient bei neueren Anzeigeeinheiten 1 zum Ausgleich der Ladungsverhältnisse im Glas des Displays. Neben den eigentlichen Bilddaten wird die Schwarzschulter über die Bilddatenschnittstelle übermittelt. Erfindungsgemäß werden in den Bereich der Schwarzschulter Konfigurationsdaten, unter anderem die Warping-Matrix W, eingefügt, und vor der Ausgabe an die Anzeigeeinheit wieder ausgeblendet.
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Konkret wird mit Beginn der Schwarzschulter von Seiten der GPU, der Bildsignalquelle 47, ein Datenblock mit den Konfigurationsdaten und der Warping-Matrix in den Bilddatenstrom eingefügt, der dann im Bildverzerrer 2 zur Umsetzung des Warping lokal zwischengespeichert und verwendet wird. Vor der Ausgabe der „gewarpten“ Bilddaten an die Anzeigeeinheit 1 beziehungsweise den Signalprozessor 11, der auch als „Serializer“ für Remote-Systeme dienen kann, werden die eingefügten Daten des kombinierten Bild- und Konfigurationssignals BKS dann wieder ausgeblendet. Dieser Vorgang wiederholt sich mit jedem Frame.
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Um ein sicheres Aufstarten der Warpingfunktion zu gewährleisten wird mit dem Bildverzerrer 2, der im Ausführungsbeispiel als ein separater Integrierter Schaltkreis realisiert ist, das folgende Handshake-Verfahren durchgeführt:
- - Aufstarten des Bildverzerrers 2 durch Anlegen der erforderlichen Versorgungsspannung an die Anschlüsse 274, gegebenenfalls einschließlich eines Taktsignals.
- - Start der Ausgabe des Taktsignals CLK mit leerem Bildinhalt, einem sogenannten Schwarzbild, aber mit Konfigurationsinformationen KI einschließlich der Warping-Matrix W über die Leitung 71.
- - Mit erfolgreichem Empfang der Konfigurationsinformationen KI, insbesondere der Warping-Matrix W, und bei voll funktionsfähigem Bildverzerrer 2 wird über einen externen Pin, den Anschluß 273, die Betriebsbereitschaft des Bildverzerrers 2 an die Bildsignalquelle 47 zurückgemeldet.
- - Über das Data-Enable-Signal DE im Signal BKS oder über einen hier nicht näher beschriebenen weiteren Pin oder über die Steuerinformation SI signalisiert die Bildsignalquelle 47 dem Bildverzerrer 2, die Warping-Funktion auf die eingehenden Bildsignale R,G,B anzuwenden, und die Ausgabe des verarbeiteten Bildsignals BV zu starten.
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Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind unter anderem die Entlastung der Bildsignalquelle 47 bezüglich Graphik-Performance und Rechenleistung, die Verkürzung der Aufstartzeit, da die Übertragung der Konfigurationsinformationen KI wesentlich schneller erfolgt als per serieller Übertragung, eine Minimierung der Anzahl der für den Bildverzerrer erforderlichen Anschlüsse, der sogenannten Pins, da keine zusätzlichen seriellen oder parallelen Schnittstellen erforderlich sind, und eine Skalierbarkeit des Gesamtsystems, da mit dem gleichen Bildverzerrer 2 auch Varianten mit geringerer Farbauflösung, beispielsweise sechs statt acht Bit pro Bildsignal R, G, B, realisiert werden können, oder bei Verzicht auf den Bildverzerrer die Bildsignalquelle 47 auch für Fahrzeuge ohne Head-Up-Display verwendet werden kann, ohne den in diesen Fällen überflüssigen Funktionsumfang der Bildverzerrung integriert zu haben.
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Es versteht sich, dass die in den einzelnen Ausführungsbeispielen und in der Beschreibungseinleitung genannten Maßnahmen auch in anderen als den dargestellten Kombinationen sinnvoll verwendbar sind, und Weiterbildungen im Ermessen des Fachmanns stehen.
