-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kopf-oben-Anzeige eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Kopf-oben-Anzeige für ein Kraftfahrzeug, mit einer hinter einem Kaltlichtspiegel der Kopf-oben-Anzeige angeordneten Infrarotkamera zum Erfassen einer Infrarotstrahlung und mit einer Recheneinrichtung.
-
In Kraftfahrzeugen setzen sich Kopf-oben-Anzeigen, sogenannte Head-Up-Displays (HUDs), mehr und mehr durch. In einer bekannten Variante, den sogenannten Windschutzscheiben-Kopf-oben-Anzeigen oder Windschutzscheiben-HUDs wird dabei die Windschutzscheibe des entsprechenden Kraftfahrzeugs als Kombinierspiegel für das Überlagern einer von der Kopf-oben-Anzeige erzeugten optischen Information mit einer der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammenden optischen Information genutzt.
-
Bei diesen Windschutzscheiben-HUDs muss ein virtuelles Bild, welches durch das projizieren der optischen Information in einen Kopfbereich des Kraftfahrzeugs für einen Betrachter, dessen Kopf in dem Kopfbereich angeordnet ist, sichtbar ist, kalibriert werden. Dieses Kalibrieren, welches auch als Justieren bezeichnet werden kann, ist dabei sehr zeit- und kostenintensiv. Die Position des virtuellen Bildes muss je nach Lage der Einbautoleranzen über eine Verdrehung eines Spiegels, beispielsweise eines Vergrößerungsspiegels der Kopf-oben-Anzeige, kalibriert werden. Bedingt durch Fertigungstoleranzen der Windschutzscheibe weist das virtuelle Bild auch Verzerrungen auf. Diese werden durch eine entsprechende Nachverzerrung des projizierten Bildes, das der projizierten optischen Information entspricht, auf einer bildgebenden Einheit, beispielsweise einem hinterleuchteten Display, ausgeglichen. Die Nachverzerrung kann somit auch als Gegenverzerrung verstanden werden.
-
Üblicherweise wird für dieses Justieren oder Kalibrieren eine Kamera auf die Augenposition des Fahrers in den Kopfbereich eines Strahlengangs der Kopf-oben-Anzeige eingebracht, entlang dessen die optische Information von der Kopf-oben-Anzeige zu dem Fahrer projiziert wird. Die Kamera wird dabei aufwendig eingemessen um sodann die Abweichungen des von der Kamera erfassten tatsächlichen virtuellen Bildes von einem idealen virtuellen Bild optisch zu vermessen. Die Abweichungen werden sodann durch das Verdrehen des Spiegels und nach Verzerrung des Bildes ausgeglichen.
-
Nachteilig ist hieran, dass die Kamera das virtuelle Bild nur aus jeweils einer einzigen Augenposition vermessen kann. Möchte man nun verschiedene Augenpositionen innerhalb einer sogenannten Eye-Box, eines Augenbereiches innerhalb des Kopfbereiches, in welchem in einem Normalbetriebsmodus der Kopf-oben-Anzeige die Augen eines Betrachters angeordnet sind, vermessen, oder beispielsweise sogar verschiedene Positionen des Augenbereiches vermessen, wird der Aufwand nochmals höher, da die Kamera dann sehr präzise in eine Vielzahl von unterschiedlichen Positionen gebracht werden muss. Zusätzlich ergibt sich hier fertigungstechnisch der Nachteil, dass der für das Kalibrieren oder Justieren erforderliche Zeitaufwand nur die Kraftfahrzeuge, welche mit einer Kopf-oben-Anzeige oder einem HUD ausgestattet sind, benötigt wird, in dem Fertigungsablauf jedoch unter Umständen die Taktzeit der gesamten Kraftfahrzeugpalette beeinflusst wird.
-
In diesem Kontext wird beispielweise in der
US 2016 0150218 A1 eine in eine Kopf-oben-Anzeige integrierte Kamera zur Überwachung des Fahrers beschrieben. Dort kommt auch ein wellenlängenabhängiger Spiegel zum Einsatz, um die Kamera und gegebenenfalls eine separate Lichtquelle in einem Strahlengang der Kopf-oben-Anzeige einzukoppeln.
-
Die
DE 10 2007 001 266 A1 offenbart eine optische Anordnung, insbesondere für ein Head-Up-Display, umfasst eine Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Bildes und wenigstens eine Bildmischungsvorrichtung, wobei von der Bilderzeugungseinrichtung ausgesandte Lichtstrahlen des Bildes über eine Optik auf die Bildmischungsvorrichtung gerichtet werden, so dass über die Bildmischungsvorrichtung ein virtuelles Bild vermischt mit Seheindrücken der realen Umgebung von einer Person wahrnehmbar ist. Ein Strahlenteiler ist in dem Strahlengang zwischen der Bilderzeugungseinrichtung und der Bildmischungsvorrichtung vorgesehen sowie ein optischer Sensor, wobei über den Strahlenteiler Lichtstrahlen von Umgebungslicht einer Umgebung der optischen Anordnung auf den optischen Sensor geleitet werden. Eine Bildauswerteeinrichtung, die mit dem optischen Sensor verbunden ist, dient zur Auswertung von digitalen Bildinformationen des optischen Sensors.
-
Die
DE 10 2010 040 694 A1 offenbart ein Head-up-Display für Fahrzeuge, die zur Anzeige von Informationen mittels einer Bildgebungseinheit eine durchsichtige Fläche im Fahrzeug in Blickrichtung eines Betrachters als Anzeigebereich verwenden, wobei zwischen der Bildgebungseinheit und dem Anzeigebereich eine Abbildungsoptik angeordnet ist, mit Anpassungsmitteln, mit denen eine Anzeige von Informationen an verschiedene Augenpositionen des Betrachters angepasst werden kann, mit einer Kamera zur Aufnahme des Kopfes des Betrachters und mit einer Bildverarbeitungseinheit zur Auswertung von Aufnahmen der Kamera. Dabei sind Projektionsmittel dazu vorgesehen, eine optisch erfassbare Marke in Richtung des Kopfes des Betrachters abzubilden, und die Bildverarbeitungseinheit ist dazu ausgebildet, auf der Grundlage einer Aufnahme der Kamera die Marke auszuwerten.
-
Die
DE 10 2004 031 311 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Darstellung von Informationen auf einer Projektionsfläche, insbesondere auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit einem optischen System, über das ein von einer Bildquelle erzeugbares Bild an veränderbaren Positionen auf die Projektionsfläche projizierbar ist (Head-up-Display), wobei zur blickrichtungsabhängigen Positionierung des Bildes eine Einrichtung zur Blickrichtungserkennung eines Benutzers vorgesehen ist, die einen Bildsensor und ein optisches System zum Abbilden der Pupille des Benutzers auf den Bildsensor umfasst, wobei ein gemeinsames optisches System vorgesehen ist, über das sowohl das Bild auf die Projektionsfläche projizierbar als auch die Pupille eines Benutzers auf den Bildsensor abbildbar ist.
Die
DE 100 46 019 A1 offenbart ein Verfahren zur verzerrungsfreien Darstellung von aus Computer-generierten Bildpunkten zusammengesetzten und an einer nichtebenen Reflexionsfläche reflektierten Bildelementen, umfassend die Schritte: - Berechnen von Ortsinformationen, insbesondere Koordinaten, der Bildpunkte durch eine programmierbare Computereinheit; - Eingeben der Koordinaten der Bildpunkte in eine Anzeigeeinheit; - Projizieren der Bildelemente auf die Reflexionsfläche; sowie den Korrekturschritt: - Vorverzerren der Bildelemente vor ihrer Reflexion an der Reflexionsfläche, derart, dass sie nach der Reflexion verzerrungsfrei sind, wird vorgeschlagen, dass der Korrekturschritt dadurch erfolgt, dass die berechneten Koordinaten jedes Bildpunkts durch ein von der Computereinheit durchgeführtes Vorverzerrungsprogramm als Funktion der Verzerrungseigenschaften der Reflexionsfläche in vorverzerrte Koordinaten umgerechnet werden.
Die
DE 10 2014 003 351 A1 offenbart ein Head-Up-Display umfassend ein System zur Hintergrundbeleuchtung, ein System zur Bildgebung, ein Steuersystem, und ein Sensorsystem zur Feststellung der Augenposition von Betrachtern, wobei das System zur Hintergrundbeleuchtung mindestens zwei getrennt schaltbare Elemente zur Emission von Licht umfasst, deren Lichtemission vom Steuersystem individuell gesteuert werden kann, und sich zwischen dem System zur Hintergrundbeleuchtung und dem System zur Bildgebung eine Kondensor- und/oder Kollimatoroptik befindet. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Darstellungsverfahren, bei dem die Lichtemitter in Abhängigkeit der gemessenen Augenposition des Betrachters so gesteuert werden, dass lediglich die Lichtemitter eingeschaltet werden, deren Licht das rechte bzw. linke Auge des Betrachters erreicht.
-
Die
WO 2008/052730 A1 offenbart ein Fahrzeuganzeigesystem, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Fahrzeuganzeigesystems und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuganzeigesystems, wobei das Fahrzeuganzeigesystem eine Anzeigeeinrichtung und ein optisches System zur Erzeugung eines für einen Benutzer virtuellen Bildes aufweist, wobei das Fahrzeuganzeigesystem ein Detektionsmittel zur Detektion einer Verzerrungscharakteristik des optischen Systems aufweist, wobei von dem Detektionsmittel aufgenommenes Kalibrierlicht gegenüber dem Ausbreitungsverlauf des von der Anzeigeeinrichtung in Richtung zum Benutzer hin sich ausbreitenden Lichts zumindest teilweise in entgegengesetzter Richtung verlaufend vorgesehen ist.
-
Die
WO 2014/005972 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung der Augen eines Fahrers. Diese Vorrichtung umfasst dabei eine Kopf-oben-Anzeige, in welche eine Kamera und eine Infrarotlichtquelle integriert sind. Auch hier wird das Licht der Lichtquelle in einen Strahlengang angekoppelt, über welchen auch eine optische Information einer Anzeigeeinrichtung projiziert wird.
-
Aus der
DE 10 2004 031 311 A1 ist eine Kopf-oben-Anzeige bekannt, bei welcher über eine Kamera eine Blickrichtung eines Fahrers erfasst wird und eine Bildwiedergabe der Kopf-oben-Anzeige an die Blickrichtung des Fahrers angepasst wird.
-
Aus der
DE 10 2014 013 221 A1 ist eine Kalibrierung einer Kopf-oben-Anzeige oder eines Head-Up-Displays mittels eines Musters, welches auf die Kopfstütze projiziert wird, bekannt.
-
Aus der
US 2016 0139415 A1 ist schließlich eine Kopf-oben-Anzeige mit einem bewegbaren Kombinierspiegel bekannt, bei welcher über einen hinter einem optischen Element angeordneten thermischen Sensor die Kopfposition eines die Kopf-oben-Anzeige nutzenden Betrachters erfasst und bestimmt werden kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Kalibrieren einer Kopf-oben-Anzeige eines Kraftfahrzeugs zu verbessern und insbesondere zu vereinfachen.
-
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kopf-oben-Anzeige, welche auch als Head-Up-Display (HUD) bezeichnet ist, eines Kraftfahrzeugs mit einer Reihe von Verfahrensschritten. Insbesondere kann die Kopf-oben-Anzeige eine Windschutzscheiben-Kopf-oben-Anzeige sein. Ein erster Verfahrensschritt ist dabei ein Einbringen eines Kalibrierobjekts mit einer vorgegebenen Referenzgeometrie in einen Kopfbereich eines Strahlengangs der Kopf-oben-Anzeige, entlang dessen in einem Normalbetriebsmodus der Kopf-oben-Anzeige eine von einer Anzeigeeinrichtung der Kopf-oben-Anzeige erzeugte optische Information in den Kopfbereich und somit zu einem Betrachter projiziert wird. Die Referenzgeometrie weist insbesondere ein regelmäßiges Muster, beispielsweise ein Punkt- oder Lochmuster und/oder ein Linien- oder Schlitzmuster auf. Entsprechend der Anordnung in dem Strahlengang kann somit von dem Kalibrierobjekt ein Licht, beispielsweise ein Infrarotlicht oder eine Infrarotstrahlung in den Strahlengang der Kopf-oben-Anzeige hinein, beispielsweise zu einem Vergrößerungsspiegel und/oder einem Umlenkspiegel, reflektiert werden. Der Strahlengang der optischen Information entspricht somit zwischen dem Kaltlichtspiegel und dem Kopfbereich dem Strahlengang der Infrarotstrahlung von dem Kopfbereich zum Kaltlichtspiegel und kann insbesondere mit diesem identisch sein.
-
Ein nächster Verfahrensschritt ist ein Erfassen einer von dem Kalibrierobjekt reflektierten Infrarotstrahlung, welche in dem Strahlengang zu dem Kaltlichtspiegel gelenkt wird, durch eine hinter einem Kaltlichtspiegel der Kopf-oben-Anzeige angeordnete Infrarotkamera der Kopf-oben-Anzeige. Die von dem Kalibrierobjekt reflektierte Infrarotstrahlung kann also durch eine in dem Strahlengang der Infrarotstrahlung von dem Kopfbereich ausgehend hinter einem Kaltlichtspiegel der Kopf-oben-Anzeige angeordneten Infrarotkamera der Kopf-oben-Anzeige erfasst werden. Der Kaltlichtspiegel ist also in dem Strahlenweg der Infrarotstrahlung zwischen dem Kalibrierobjekt und der Infrarotkamera angeordnet. Der Kaltlichtspiegel reflektiert dabei kaltes Licht, also Nicht-Infrarotlicht, und ist durchlässig für die Infrarotstrahlung. Insbesondere kann es sich bei den Kaltlichtspiegel um einen sogenannten Faltspiegel, welcher oft auch als Umlenkspiegel bezeichnet wird, der Kopf-oben-Anzeige handeln. Die Infrarotkamera ist dabei derart ausgerichtet, dass sie entlang dem Strahlengang, durch den Kaltlichtspiegel hindurch über einen Vergrößerungsspiegel und eine Kombinierscheibe, die beispielsweise als Windschutzscheibe ausgeführt sein kann, Objekte und damit auch das Kalibrierobjekt in den Kopfbereich erfasst. Die Infrarotkamera kann dabei insbesondere in einem Fokus des Strahlengangs, welcher beispielsweise durch einen Vergrößerungsspiegel bestimmt wird, angeordnet sein. Dies kann beispielweise durch unterschiedliche effektive Krümmungsradien des Vergrößerungsspiegels für Infrarotlicht und Kaltlicht realisiert sein. Damit kann das Kalibrierobjekt aus dem Kopfbereich mit der vorgegebenen Referenzgeometrie besonders gut auf die Infrarotkamera abgebildet werden.
-
Ein darauf folgender Verfahrensschritt umfasst ein Vergleichen eines Strahlungs-Musters, welches durch die räumliche Verteilung der Strahlung-Intensität der von der Infrarotkamera erfassten Infrarotstrahlung gegeben ist, mit einem abgespeicherten Referenzmuster, welches der vorgegebenen Referenzgeometrie zugeordnet ist. Dies erfolgt durch eine Recheneinrichtung der Kopf-oben-Anzeige. Insbesondere kann dabei durch die Recheneinrichtung eine Abweichung zwischen der Strahlungs-Muster und dem Referenzmuster ermittelt werden, beispielsweise durch eine Differenzbildung.
-
Durch die Recheneinrichtung erfolgt schließlich ein Berechnen einer Kalibrier-Information anhand eines Ergebnisses des Vergleichens sowie ein Kalibrieren der Anzeigeeinrichtung mittels, das heißt in Abhängigkeit der Kalibrier-Information. So kann durch die Recheneinrichtung anhand des Vergleichens von dem Strahlungs-Muster mit dem abgespeicherten Referenzmuster aus einer Verzerrung und/oder einer Orientierung, insbesondere einer Verkippung, und/oder einer Position des Strahlungs-Musters relativ zu dem Referenzmuster umgekehrt eine zu erwartende Verzerrung und/oder Orientierung, insbesondere Verkippung, und/oder Verschiebung des virtuellen Bildes durch die Kopf-oben-Anzeige, die beispielsweise durch einen Kombinierspiegel (der auch als Kombinierscheibe bezeichnet ist) der Kopf-oben-Anzeige, insbesondere durch eine als Kombinierspiegel genutzte Windschutzscheibe bedingt ist, ermittelt und durch eine entsprechende Einstellung der Anzeigeeinrichtung kompensiert werden. Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Verfälschung des virtuellen Bildes, also eine unerwünschte Verzerrung und/oder Orientierung, insbesondere Verkippung, und/oder Position des virtuellen Bildes in dem Strahlengang von der Anzeigeeinrichtung zu dem Kopfbereich einer Verfälschung der reflektierten Infrarotstrahlung in dem Strahlengang von dem Kopfbereich zu dem Umlenkspiegel entspricht und somit eine Kenntnis über die Verfälschung der Infrarotstrahlung genutzt werden kann, um die Verfälschung des virtuellen Bildes zu kompensieren.
-
Das hat den Vorteil, dass die Kopf-oben-Anzeige auf besonders einfache Weise kalibriert werden kann. So kann beispielsweise die Kopf-oben-Anzeige in der Fertigung zunächst für eine idealisierte Kopf-oben-Anzeige mit beispielsweise einer in Idealform vorliegenden Windschutzscheibe als Kombinierspiegel auf ein Objekt in den Kopfbereich kalibriert werden. Dabei wird sowohl die Position als auch die Orientierung als auch eine entsprechende Verzerrung (beispielsweise keine Verzerrung) des virtuellen Bildes und damit insbesondere auch eine Position des Augenbereichs, der sogenannten Eye-Box, aus welcher das virtuelle Bild idealerweise zu betrachten ist, voreingestellt. Nach der Montage der Kopf-oben-Anzeige in das Kraftfahrzeug kann diese nun einfach durch das Einbringen des Kalibrierobjektes kalibriert werden. Somit können auch Abweichungen innerhalb der Einbautoleranzen der Kopf-oben-Anzeige oder individuelle Formfehler einer als Kombinierscheibe ausgeführten Windschutzscheibe, welche sich in Bildverzerrungen, sowie Verschiebungen oder Verkippungen oder sonstigen Fehlorientierungen des virtuellen Bildes äußern, sehr einfach ausgeglichen werden, indem die Anzeigeeinrichtung entsprechend kalibriert wird. Auch in einem Servicefall, beispielsweise bei dem Tausch des Kombinierspiegels oder der als Kombinierscheibe ausgeführten Windschutzscheibe oder bei einem Austausch der Kopf-oben-Anzeige, bei welcher die Windschutzscheibe als Kombinierspiegel im Kraftfahrzeug verbleibt, kann dieses einfache Verfahren zur Kalibrierung genutzt werden. Somit kann auch die erforderliche Einmessung der Kopf-oben-Anzeige in nahezu beliebigen Werkstätten erfolgen, da hierzu weder teure Investitionen noch fahrzeugexterne Software noch ein besonderes Wissen erforderlich ist. Vielmehr kann einfach das Kalibrierobjekt in den Kopfbereich gehalten werden und beispielsweise in einem Kalibrierbetriebsmodus durch einen Knopfdruck ein automatisches Kalibrieren, wie es später noch beschrieben wird, ausgelöst werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist aber vorgesehen, dass das Kalibrierobjekt bei dem Einbringen an einer Kopfstütze des Kraftfahrzeugs angeordnet wird. Gegebenenfalls kann hier sogar ein entsprechender Stoffbezug der Kopfstütze als Kalibrierobjekt dienen, so dieser eine entsprechende geeignete Referenzgeometrie aufweist, welche ein entsprechendes Infrarot-Strahlungs-Muster ergibt. Das Kalibrierobjekt kann beispielsweise auch an der Kopfstütze des Kraftfahrzeugs befestigt werden.
-
Das hat den Vorteil, dass die Position des Kalibrierobjektes besonders leicht und zuverlässig in dem Kopfbereich des Strahlengangs angeordnet ist. Überdies kann so auch ein Verwackeln vermieden oder eine vorgesehene Orientierung des Kalibrierobjektes, beispielsweise eine waagrechte Orientierung des Kalibrierobjektes, sichergestellt werden. Damit kann die Genauigkeit des Verfahrens nochmals verbessert und die Fehleranfälligkeit verringert, und das Verfahren weiter vereinfacht werden.
-
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Referenzgeometrie und damit das Strahlungs-Muster zumindest teilweise, also teilweise oder ganz, durch Aussparungen in dem Kalibrierobjekt vorgegeben ist. Insbesondere kann die Referenzgeometrie durch Löcher oder Schlitze oder sonstige Durchbrüche vorgegeben sein. Bevorzugt sind die Aussparungen dabei in einem regelmäßigen Muster, beispielsweise äquidistant in Zeilen und Reihen angeordnet. Das Kalibrierobjekt kann dabei auch Materialien mit einem unterschiedlichen Reflexionsverhalten für Infrarotstrahlung aufweisen. Beispielsweise kann das Kalibrierobjekt eine Lochkarte umfassen oder sein.
-
Das hat den Vorteil, dass die räumliche Verteilung der Strahlungs-Intensität der Infrarotstrahlung einen besonders starken Kontrast aufweist und somit auch das Strahlungs-Muster besonders gut zu erkennen ist. Überdies kann die Referenz-Geometrie auf technische einfache Weise und somit kostengünstig realisiert werden. So genügt eine einfache Lochkarte als Kalibrierobjekt. Damit kann das Kalibrieren besonders einfach durchgeführt werden.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Referenzgeometrie dynamisch vorgegeben werden kann. Dabei umfasst hierfür das Kalibrierobjekt einen Monitor. Die Referenzgeometrie kann somit beispielsweise eine virtuelle Referenzgeometrie sein, beispielsweise ein Muster auf dem Monitor. Die jeweils hierbei verwendete Lichtquelle kann beispielsweise eine Infrarotlichtquelle oder eine Lichtquelle mit einem Infrarotanteil sein, wobei allerdings auch die übliche Monitorbeleuchtung verwendet werden kann.
-
Wenn das Kalibrierobjekt einen Spiegel umfasst, kann dieser vorteilhafterweise derart platziert und orientiert sein, dass die Infrarotkamera ein von der Anzeigeeinrichtung der Kopf-oben-Anzeige selbst erzeugtes Bild als virtuelle Referenzgeometrie erfassen kann. In diesem Fall kann auf besonders effektive und einfache Weise eine Selbstkalibrierung der Kopf-oben-Anzeige realisiert werden.
-
Das hat den Vorteil, dass die Referenzgeometrie an eine jeweilige Kalibrierfunktion des Kalibrierens angepasst werden kann. So können jeweils für unterschiedliche Aspekte der Kalibrierung optimierte Referenzgeometrien vorgegeben werden. Beispielsweise kann so in einem iterativen Kalibrierungsverfahren zunächst zur Grobkalibrierung ein sehr grobes, kontraststarkes Strahlungs-Muster erzeugt werden, und sodann ein feineres Muster zur Feinkalibrierung.
-
In einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass anhand der Kalibrier-Information eine Position und/oder eine Orientierung, insbesondere eine Verkippung, und/oder eine Verzerrung eines von der Anzeigeeinrichtung durch das Projizieren der optischen Information in den Kopfbereich erzeugten virtuellen Bildes eingestellt werden kann, also einstellbar ist, welches für den Betrachter in den Kopfbereich sichtbar ist. Unter „anhand“ kann hier auch „mittels“ oder „in Abhängigkeit von“ verstanden werden. Insbesondere kann auch mittels der Kalibrier-Information tatsächlich eine Position und/oder eine Orientierung und/oder eine Verzerrung des virtuellen Bildes eingestellt werden. Mittels der Kalibrier-Information ist es somit möglich, die genannten, insbesondere sämtliche genannten Bildkorrekturen vorzunehmen, was jedoch in Abhängigkeit der konkreten vorliegenden Situation nicht immer der Fall sein muss. Somit kann über die Kalibrier-Information eine Verzerrung und eine Orientierung des virtuellen Bildes korrigiert werden, aber auch dessen Position eingestellt und somit auch der Augenbereich über die Eye-Box in ihrer Höhe vorgegeben werden. Die Kalibrier-Information umfasst also eine die Position und/oder die Orientierung und/oder die Verzerrung des virtuellen Bildes betreffende Informationen.
-
Das hat den Vorteil, dass die Kalibrierung besonders genau erfolgen kann und dabei dennoch sehr einfach umgesetzt werden kann.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kalibrieren ein Verstellen eines Spiegels, insbesondere eines Vergrößerungsspiegels, der Anzeigeeinrichtung und/oder ein Verzerren eines dem virtuellen Bild entsprechenden Bildes auf einer bildgebenden Einheit, beispielsweise auf einem Thin-Film-Transistor-(TFT-)Display der Anzeigeeinrichtung, und/oder ein Drehen des Bildes auf der bildgebenden Einheit umfasst. Dies kann so besonders einfach mittels oder anhand der Kalibrier-Information erfolgen. Auch dies kann wieder dem Korrigieren einer Verzerrung des virtuellen Bildes sowie auch dem Einstellen des Augenbereichs, beispielsweise der Augenbereichshöhe, dienen.
-
Das hat den Vorteil, dass das Kalibrieren keine Handgriffe von einer Bedienperson erfordert, sondern vielmehr auf einfache Weise automatisch erfolgen kann. Überdies sind die genannten drei Dimensionen des Kalibrierens voneinander unabhängig einstellbar, sodass das Kalibrieren besonders einfach und schnell erfolgen kann.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verfahrensschritte des Erfassens, des Vergleichens, des Berechnen und des Kalibrierens automatisch erfolgen. Dies kann insbesondere in einem Kalibrierbetriebsmodus, welcher von dem Normalbetriebsmodus verschieden ist, erfolgen. So kann der Kalibrierbetriebsmodus beispielsweise einen Werkstattmodus entsprechen, bei welchem das Fahrzeug steht. Insbesondere können die genannten Verfahrensschritte in einem geschlossenen Regelkreis automatisch erfolgen, bevorzugt iterativ. Dabei kann vorgesehen sein das die Verfahrensschritte so lange durchgeführt werden, bis eine Abweichung zwischen dem Strahlungs-Muster und dem Referenzmuster einen vorgegebenen Schritt unterschreitet oder Null ist.
-
Das hat den Vorteil, dass das Kalibrieren nochmals einfacher wird. So kann beispielsweise nur noch das Einbringen des Kalibrierobjektes in den Kopfbereich von einer Bedienperson durchgeführt werden müssen, welche sodann den genannten Kalibrierbetriebsmodus auslöst, in welchem das Kalibrieren automatisch erfolgt. Nach der Montage der Kopf-oben-Anzeige in das Kraftfahrzeug kann so sehr einfach durch das Einbringen und somit die Platzierung des Kalibrierobjektes in den Strahlengang in einem geschlossenen Regelkreis die Ist-Situation mit einer Soll-Situation verglichen und somit das Kalibrieren durchgeführt werden. Das Kalibrieren kann dabei sehr schnell erfolgen, da das Kalibrierobjekt nicht wie beispielsweise bei einer Kamera erforderlich viele verschiedene Positionen abfahren muss.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnete Komponente des Kraftfahrzeugs, also eine in das Kraftfahrzeug integrierte und/oder von diesem insbesondere werkzeugfrei nicht lösbare Komponente des Kraftfahrzeugs, Teil des Kalibrierobjekts ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kalibrierobjekt eine solche Komponente des Kraftfahrzeugs ist.
-
Das hat den Vorteil, dass entweder gar kein zusätzliches Kalibrierobjekt mehr erforderlich ist oder aber ein Kalibrierobjekt, welches von einer Bedienperson in dem Kraftfahrzeug in den Strahlengang eingebracht wird, eine bekannte Relation zu der Komponente und somit zu dem Kraftfahrzeug einnimmt. Dies kann wiederum bei dem Kalibrieren berücksichtigt werden, sodass beispielsweise ein schiefes Halten des Kalibrierobjektes durch einen Vergleich mit einer fest im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Komponente, beispielsweise einer Kopfstütze, erkannt wird und kompensiert werden kann.
-
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass das Kalibrierobjekt durch eine Infrarotlichtquelle beleuchtet wird. Die Infrarotlichtquelle kann dabei in der Kopf-oben-Anzeige angeordnet sein, bevorzugt aber in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs.
-
Das hat den Vorteil, dass ein Kontrast in dem Strahlungs-Muster erhöht werden kann. Da die Infrarotkamera hinter den Kaltlichtspiegel prinzipbedingt nicht nur über die Reflexion an der Kombinierscheibe, beispielsweise der Windschutzscheibe, in das Fahrzeuginnere blickt, sondern auch nach außen, in eine Außenumgebung des Kraftfahrzeugs, kann durch die Infrarotlichtquelle das Erkennen des Strahlungs-Musters verbessert werden. Dabei kann die Infrarotlichtquelle weitgehend frei im Innenraum des Kraftfahrzeugs platziert werden kann, ohne dass nachteilige Effekte auftreten, sodass eine große Flexibilität erreicht wird. Durch die bauliche Integration der Infrarotlichtquelle in die Kopf-oben-Anzeige kann diese besonders gut mit der Recheneinrichtung gekoppelt werden, sodass das Verfahren durch die Kopf-oben-Anzeige weitgehend unabhängig von einer Steuerung des Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Vergleichen aus der erfassten Infrarotstrahlung mittels eines Bildverarbeitungsalgorithmus eine, insbesondere jede, aus einem anderen als aus dem Kopfbereich stammende Infrarotstrahlung reduziert wird.
-
Das hat den Vorteil, dass beispielsweise ein Abbild der Außenumgebung des Kraftfahrzeugs aus dem Strahlungs-Muster herausgerechnet werden kann, wodurch der Kontrast des Musters erhöht wird und das Kalibrieren in seiner Genauigkeit steigt und somit geringere Anforderungen an eine entsprechende Bedienperson stellt.
-
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die, insbesondere alle Infrarotstrahlung, welche von der Infrarotkamera erfasst wird, zuvor durch zumindest ein optisches Element gefiltert wird. Insbesondere kann das optische Element einen Wellenlängenfilter und oder einen Polarisationsfilter umfassen oder ein solcher Filter sein. Beispielsweise kann dieses entsprechende optische Element zwischen dem Kaltlichtspiegel und der Infrarotkamera, also in dem Strahlengang der Kopf-oben-Anzeige hinter dem Kaltlichtspiegel angeordnet sein.
-
Das hat den Vorteil, dass oben beschriebenen Störeinflüsse, die durch eine von dem Außenraum des Kraftfahrzeugs zur Infrarotkamera vordringenden Infrarotstrahlen bedingt sind, minimiert werden. Hier sind dabei günstigerweise keinerlei Anforderungen an die Recheneinrichtungen oder die weiteren Verfahrensschritte gestellt.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Kopf-oben-Anzeige für ein Kraftfahrzeug, mit einer hinter einem Kaltlichtspiegel der Kopf-oben-Anzeige angeordneten Infrarotkamera zum Erfassen einer Infrarotstrahlung und mit einer Recheneinrichtung. Wesentlich ist hier, dass die Infrarotstrahlung von einem Kalibrierobjekt mit einer vorgegebenen Referenzgeometrie reflektiert ist, welches in einem Kopfbereich eines Strahlengangs, entlang dessen in einem Normalbetriebsmodus der Kopf-oben-Anzeige eine von einer Anzeigeeinrichtung der Kopf-oben-Anzeige erzeugte optische Information in den Kopfbereich und somit zu einem Betrachter hin projiziert wird, angeordnet ist, und die Recheneinrichtung ausgebildet ist, ein Strahlungs-Muster, welches durch die räumliche Verteilung der Strahlungs-Intensität der Infrarotstrahlung gegeben ist, mit einem abgespeicherten Referenzmuster, welches der vorgegebenen Referenzgeometrie zugeordnet ist, zu vergleichen und anhand eines Ergebnisses des Vergleichens eine Kalibrier-Information zu berechnen. Insbesondere kann die Recheneinrichtung auch ausgebildet sein, die Anzeigeeinrichtung mittels der Kalibrier-Information zu kalibrieren.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Kopf-oben-Anzeige, die zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
-
Dabei entsprechen Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Kopf-oben-Anzeige Vorteilen und vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens zum Kalibrieren der Kopf-oben-Anzeige.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kopf-oben-Anzeige.
-
Dabei kann in dem Normalbetriebsmodus, also beispielsweise bei einem fahrenden Kraftfahrzeug, die Infrarotkamera und die Recheneinrichtung für ein aktives Anpassen eines Augenbereiches, der Position einer sogenannten Eye-Box, insbesondere der Höhe des Augenbereichs, an die Augenposition des jeweiligen Fahrers genutzt werden. Dazu kann entsprechend von der Kamera beziehungsweise der Recheneinrichtung die Augenposition des Fahrers erfasst werden und die Eye-Box, also der Augenbereich, in welchem das virtuelle Bild sichtbar ist, über ein entsprechendes Verschieben des virtuellen Bildes nachgeführt werden. Auch dies kann hier automatisch in einem geschlossenen Regelkreis erfolgen. Die Kopf-oben-Anzeige eignet sich somit auch zu einer aktiven Nachführung der Eye-Box oder des Augenbereiches während der Fahrt, beispielsweise wenn der Fahrer seine Sitzposition ändert.
-
Durch die Erfindung wird somit eine verbesserte Kalibrierung einer Kopf-oben-Anzeige, insbesondere einer Windschutzscheiben-Kopf-oben-Anzeige bei einem Windschutzscheiben Ein- oder Ausbau in der Produktions- oder in der Werkstatt ermöglicht. Es wird auch eine Kalibrierung der Kopf-oben-Anzeige auf einen oder mehrere spezifische Fahrer ermöglicht. Dazu kann die Kopf-oben-Anzeige, welche auch als HUD bezeichnet ist, eine Miniaturinfrarotkamera aufweisen, die sich beispielsweise hinter dem Faltspiegel, welcher als Kaltlichtspiegel ausgeführt und damit für Infrarotlicht durchlässig ist, befindet. Beispielsweise über einen Vergrößerungsspiegel und über die Windschutzscheibe kann die Infrarotkamera ein Kalibrierobjekt in dem Kopfbereich erfassen und mit dem sich dort befindlichen Kalibrierungsobjekt kalibriert werden. Das Kalibrierungsobjekt kann beispielsweise eine Lochkarte, ein Monitor mit einem Kalibrierbild oder einen Spiegel umfassen. Die Kalibrierung erfolgt dabei bevorzugt durch eine Verstellung des Vergrößerungsspiegels sowie durch eine Verzerrung und Drehung des Bildes auf oder in der bildgebenden Einheit. Des Weiteren kann das System in der Lage sein, die Eye-Box des Fahrers, also einen Augenbereich des Fahrers, in dem Strahlengang zu erkennen und bei Bedarf das virtuelle Bild so nach zuführen, dass der Fahrer dieses noch sehen kann, sobald der Fahrer seine Augenposition ändert. Überdies kann das System über optische Elemente gegenüber einer äußeren Infraroteinstrahlung, welche durch die Windschutzscheibe hindurch zu der Infrarotkamera gelangt robuster gemacht werden.
-
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
-
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im nachfolgend anhand thematischer Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Kopf-oben-Anzeige in einer Seitenansicht; und
- 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer Kopf-oben-Anzeige mit einer Windschutzscheibe und einem Kalibrierobjekt in einer perspektivischen Ansicht.
-
Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden dabei in den Fig. mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Kopf-oben-Anzeige 2 dargestellt. Die Kopf-oben-Anzeige ist dabei vorliegend als Windschutzscheiben-Kopf-Anzeige, also Windschutzscheiben-HUD, ausgeführt und weist eine Anzeigeeinrichtung 3 zum Erzeugen einer optischen Information auf, welche über einen Kaltlichtspiegel 4 und einen Vergrößerungsspiegel 5 auf die Windschutzscheibe 6 und entlang eines Strahlengangs 7 zu einem Kopfbereich 8 projiziert wird, in welchen sich in einem Normalbetrieb der Kopf-oben-Anzeige 2 der Kopf eines Fahrers 9 in einem Innenraum 16 des Kraftfahrzeugs 1 befindet. Umgekehrt kann sich so eine Lichtstrahlung, beispielsweise eine Infrarotstrahlung von dem Kopfbereich 8 entlang dem Strahlengang 7 in entgegengesetzter Richtung über die Reflexion an der Windschutzscheibe 6 und dem Vergrößerungsspiegel 5 zu dem Kaltlichtspiegel 4 hin erstrecken.
-
Da der Kaltlichtspiegel 4 für das Infrarotlicht durchlässig ist, kann die Infrarotstrahlung aus dem Kopfbereich 8 durch eine von dem Strahlengang 7 aus auf eine das Kaltlicht, also das Nicht-Infrarotlicht, reflektierende Oberfläche des Kaltlichtspiegel 4 betrachtet hinter dem Kaltlichtspiegel 4 angeordnete Infrarotkamera 10 erfasst werden. Zusätzlich zu dieser Infrarotkamera 10 weist die Kopf-oben-Anzeige 2 auch eine Recheneinrichtung 11 auf, mittels welcher die Kopf-oben-Anzeige 2 kalibrierbar ist. Vorliegend ist so durch die Recheneinrichtung 11 der Vergrößerungsspiegel 5 verstellbar, beispielsweise verkippbar, sowie eine bildgebende Einheit 12, beispielsweise ein TFT-Display der Anzeigeeinrichtung 3, derart steuerbar, dass ein von der bildgebenden Einheit 12 erzeugtes Bild, welches einem durch die projizierte optische Information erzeugten virtuellen Bild 13 der Kopf-oben-Anzeige 2 entspricht verzerrt und gedreht werden kann. Vorliegend ist auch ein optisches Element (18), beispielsweise ein Polarisationsfilter, zwischen dem Kaltlichtspiegel 4 und der Infrarotkamera 10 angeordnet, um Infrarotlicht, welches von außen durch die Windschutzscheibe 6 in die Kopf-oben-Anzeige 2 fällt auszufiltern und so die von der Infrarotkamera 10 erfasste Infrarotstrahlung auf die aus dem Innenraum 16 stammende Infrarotstrahlung 15 zu begrenzen.
-
Im gezeigten Beispiel wurde nun bereits ein Kalibrierobjekt 14 mit einer vorgegebenen Referenzgeometrie in den Kopfbereich 8 des Strahlengangs 7 eingebracht. Entsprechend erfasst hier die Infrarotkamera 10 eine von dem Kalibrierobjekt 14 reflektierte Infrarotstrahlung 15, welche entlang dem Strahlengang 7 durch den Kaltlichtspiegel hindurch zu der Infrarotkamera 10 gelangt. Die Recheneinrichtung 11 ist nunmehr ausgelegt, ein Strahlungs-Muster, welches durch die räumliche Verteilung der Strahlungs-Intensität der Infrarotstrahlung 15 gegeben ist, mit einem abgespeicherten Referenzmuster, welches der vorgegebenen Referenzgeometrie des Kalibrierobjekts zugeordnet ist, zu vergleichen. Damit lässt sich eine Verzerrung des virtuellen Bildes 13 sowie dessen Position und Orientierung im Vergleich zu einer gewünschten Idealposition und Orientierung und dem verzerrungsfreien Bild ermitteln, da die Ursache für Verzerrung und eine Veränderung von Position und Orientierung sowohl für das virtuelle Bild als auch für die Infrarotstrahlung dabei in den Eigenschaften der Windschutzscheibe 6 begründet ist. Entsprechend kann die Position und Orientierung des virtuellen Bildes 13 sowie eine entsprechende Verzerrung in diesem Beispiel über die Verkippung des Vergrößerungsspiegels 5 sowie eine entsprechende Gegenverzerrung und/oder Drehung des Bildes auf der bildgebenden Einheit 12 kompensiert werden. Zu diesem Zweck wird durch die Recheneinrichtung 11 eine entsprechende Kalibrier-Information anhand des Ergebnisses des Vergleichens berechnet. Diese Kalibrier-Information kann beispielsweise eine Information über die Verstellung des Vergrößerungsspiegels 5 und/oder eine Verzerrung des Bildes und/oder Drehen des Bildes auf der bildgebenden Einheit 12 umfassen, welche zu erfolgen hat, um das virtuelle Bild in die gewünschte Position und oder die gewünschte Orientierung zu bringen sowie dieses von durch beispielsweise eine lokale Krümmung auf der Windschutzscheibe 6 auftretende Verzerrungen zu befreien.
-
Da das Referenzmuster vorliegend in der Recheneinrichtung 11 hinterlegt ist, kann das Kalibrieren hier auch in einem geschlossenen Regelkreis erfolgen, welcher lediglich das Einbringen des Kalibrierobjekts 14 in den Kopfbereich 8 erfordert. Somit erfolgt das Kalibrieren einfach dadurch, dass das Kalibrierobjekt 14 in dem Kopfbereich 8 positioniert wird und nach einem Aktivieren beispielsweise eines Kalibriermodus' der Kopf-oben-Anzeige 2, automatisch in einem geschlossenen Regelkreis die Ist-Situation, also das Strahlungs-Muster der erfassten Infrarotstrahlung, mit der Soll-Situation, also dem abgespeicherten Referenzmuster für die Infrarotstrahlung verglichen wird. Um Intensität und Kontrast in dem Strahlungs-Muster zu erhöhen ist vorliegend in dem Innenraum 16 auch eine Infrarotlichtquelle 17 angeordnet. Entsprechende Abweichungen, welche beispielsweise einbaubedingt oder durch eine spezifische Wölbung der Windschutzscheibe 6 bedingt sind, können so einfach nachkalibriert und ausgeglichen werden. Der Kalibriermodus kann dabei beispielsweise manuell ausgelöst werden und/oder durch eine automatische Muster-Erkennung in der Recheneinheit, welche das Kalibriermuster als solches erkennt.
-
Überdies kann so auch eine Höheneinstellung einer Eye-Box, also eines Augenbereiches 15, in welchem sich bei einem Normalbetrieb der Kopf-oben-Anzeige 2 die Augen des Fahrers 9 befinden, nachjustiert werden. So kann beispielsweise eine Höhenanpassung in einer Fahrzeughochrichtung oder y-Richtung erfolgen, um die Kopf-oben-Anzeige an unterschiedlich große Fahrer 9 oder eine geänderte Sitzposition des Fahrers 9 anzupassen. Dies kann auch während der Fahrt erfolgen, da hierzu lediglich von der Kamera 10 beziehungsweise der Recheneinrichtung 11 die Augenposition, insbesondere eine Höhe in der Fahrzeughochrichtung oder y-Richtung, erfasst werden muss.
-
In 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Kopf-oben-Anzeige 2 perspektivisch dargestellt. Wie in 1 weist die Kopf-oben-Anzeige 2 dabei einen Kaltlichtspiegel 4, einen Vergrößerungsspiegel 5 sowie vorliegend eine Windschutzscheibe 6 als Kombinierspiegel auf. In dem Strahlengang 7 ist ausgehend von dem Kopfbereich 8 die Infrarotkamera 10 wieder hinter dem Kaltlichtspiegel 4 angeordnet, der Kaltlichtspiegel 4 in dem Strahlengang 7 der Infrarotstrahlung 15 somit zwischen dem Vergrößerungsspiegel 5 und der Infrarotkamera 10. Dabei sind einige Komponenten der Kopf-oben-Anzeige 2, beispielsweise die Anzeigeeinrichtung 3 und die Recheneinrichtung 11 vorliegend aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
-
Das. Kalibrierobjekt 14 umfasst vorliegend eine Lochkarte mit einer Vielzahl von Löchern 16, welche hier äquidistant in Zeilen und Reihen angeordnet sind. Dadurch wird ein besonders gleichmäßiges und kontraststarkes Muster der von dem Kalibrierobjekt 14 reflektierten Infrarotstrahlung 15 erzeugt, welches bei einem Reflektieren an der Windschutzscheibe 6 sowie dem Vergrößerungsspiegels 5 zu dem Strahlungs-Muster transformiert wird, welches von der Infrarotkamera 10 erfasst wird. Durch die Vielzahl von gleichmäßig verteilten Löchern 16 können nun durch die Windschutzscheibe 6 bedingte Verzerrungen und damit Abweichungen von dem abgespeicherten Referenzmuster in der von der Infrarotkamera 10 erfassten Infrarotstrahlung und damit dem Strahlungs-Muster besonders leicht detektiert werden.
