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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation einer Farbsehschwäche eines Nutzers einer Datenseheinrichtung mit Augmented-Reality-Funktion sowie eine entsprechende Datenseheinrichtung mit Augmented-Reality-Funktion.
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Der Einsatz von Head-Mounted-Displays, kurz HMDs, mit einer Funktion zur Darstellung einer Augmented Reality, d.h. einer computergestützten Erweiterung der Realitätswahrnehmung, verspricht vielfältige Unterstützung von Arbeitsaufgaben und Möglichkeiten zur Entlastung in alltäglichen Situationen. Aktuelle Geräte verfügen über Mikrodisplays, die auf kleinstem Raum Informationen scharf und gut lesbar anzeigen können. In Zukunft sollen auch Kontaktlinsen mit Augmented-Reality-Funktion verwendet werden. Der Anwender muss durch die Einblendung virtueller Inhalte weniger Transferleistung durchführen, was insbesondere zur Reduktion von Fehlern im Prozess und am Produkt beitragen kann. Auch können bereits Sehschwächen in Form von Dioptrien ausgeglichen werden, um Brillenträger zu unterstützen.
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Jedoch gibt es keine Möglichkeit der Unterstützung von Nutzern beim Gebrauch von Augmented-Reality-Displays, die eine Sehschwäche bei der Erkennung bestimmter Farben haben. 8% der Männer und 0,4% der Frauen erkennen beispielsweise rotgrün-Spektren nicht. Zudem werden auch lichtempfindliche Augen nicht entlastet, was ca. 17% der Menschen betrifft. Diese tragen unter anderem Farbfilter in ihren Brillen und müssen ihre eigene Brille unter den „Smart Glasses“ tragen, was ergonomisch kritisch ist. Für die betroffenen Personen ist der Umgang mit dem HMD daher ermüdend und anstrengend, was die Arbeitsaufgabe erschwert.
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Bei der Abschätzung zukünftiger Entwicklungen im Bereich der Head-Mounted-Displays und Kontaktlinsen mit Augmented-Reality-Funktion spielt das Thema Individualisierung eine große Rolle. Probleme wie Augenabstand oder Dioptrien-Fehler werden bereits in Betracht gezogen. Für das Problem der Farbsehfehler gibt es allerdings noch keinen Lösungsansatz für Datenbrillen, Kontaktlinsen und Head-Mounted Displays. Das erschwert den flächendeckenden Einsatz.
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Derzeit werden Head-Mounted-Displays nur mit „geeigneten“ Probanden getestet und eingesetzt. Menschen mit Farbsehschwäche zählen nicht dazu. Sie können höchstens ihre eigene Brille, die gegebenenfalls mit einem Farbfilter ausgestattet ist, unter dem HMD tragen, was zu ergonomischen Problemen führt und die flächendeckende Akzeptanz der Arbeitsmittel erheblich hemmt. Kontaktlinsen mit Augmented-Reality sind bisher nur als Konzept oder frühe Prototypen verfügbar.
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Die Druckschrift
DE 103 11 972 A1 beschreibt eine HMD-Vorrichtung mit einem am Kopf eines Benutzers befestigbaren Gestell, einer am Gestell befestigten und eine Projektionsoptik aufweisenden Bilderzeugungseinrichtung, einer Verbindungseinrichtung und einer Brille zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit des Benutzers, wobei die Brille keine seitlichen Brillenbügel aufweist und mittels der Verbindungseinrichtung die Brille lösbar mit dem Gestell verbindbar ist. Dabei ist die Brille der Projektionsoptik nachgeordnet, wenn die Brille mit dem Gestell verbunden ist.
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Die Druckschrift
WO 2012/062681 A1 betrifft ein Anzeigegerät, insbesondere ein Head-Mounted-Display oder Hokular, mit einem räumlichen Lichtmodulator und einer steuerbaren Lichtablenk-Einrichtung zum Erzeugen einer aus Segmenten zusammengesetzten Mehrfachabbildung des räumlichen Lichtmodulators, wobei die Mehrfachabbildung mindestens mit einer vorgebbaren Anzahl von Segmenten erfolgt, welche die Größe eines Sichtbarkeitsbereiches bestimmt, innerhalb dem eine im räumlichen Lichtmodulator holographisch kodierte 3D-Szene zum Betrachten für ein Betrachterauge rekonstruierbar ist.
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Die Druckschrift
US 2015/0002528 A1 offenbart eine Technik zum Optimieren einer nahe am Auge einer Person angeordneten Anzeigevorrichtung, wie ein HMD (Head Mounted Display), unter Verwendung eines Wellenleiters. Dabei werden ein erster Wellenbereich für eine erste Farbe, wobei der Bereich kleiner ist als der volle Bereich dieser Farbe, und eine zweiter Wellenbereich für eine zweite Farbe benachbart im sichtbaren Spektrum zu der ersten Farbe, innerhalb des abgebildetes Lichts einer bilderzeugenden Einrichtung wie einem Mikrodisplay erzeugt. Der erste Wellenbereich und der zweite Wellenbereich werden in die gleiche Schicht eines beugenden Wellenleiters eingekoppelt. Das Eingangsgitter der Schicht des beugenden Wellenleiters weist ein beugendes Wellenlängenband auf, welches ungefähr mit einem Wellenband übereinstimmt, welches das erste Wellenband und das zweite Wellenband umfasst.
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Wie bereits erwähnt, gibt es für das Problem der Farbsehfehler oder Farbsehschwächen noch keinen Lösungsansatz für Datenbrillen, Kontaktlinsen und Head-Mounted Displays, also allgemein gesprochen für Datenseheinrichtungen mit Augmented-Reality-Funktion.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bereich der Datenseheinrichtungen mit Augmented-Reality-Funktion für Benutzer mit Farbsehfehlern einfacher zugänglich zu machen und diesen die Wahrnehmung der Farben ihrer Umgebung zu erleichtern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kompensation der Farbsehschwäche eines Nutzers einer Datenseheinrichtung mit Augmented Reality-Funktion, wobei die Datenseheinrichtung einen steuerbaren Kompensationsfilter aufweist, umfasst die Schritte:
- - Erfassen des Umfelds des Nutzers und der im Umfeld befindlichen Objekte,
- - Analyse des erfassten Umfelds hinsichtlich der Verortung der Objekte zum Nutzer und der RGB-Farben der für den Nutzer sichtbaren Objekte,
- - Analyse der vom Farbsehfehler betroffenen RGB-Farben der für den Nutzer sichtbaren Objekte,
- - Augmentierung der vom Farbsehfehler betroffenen RGB-Farben der für den Nutzer sichtbaren Objekte, und
- - Durchführen der Augmentierung der betroffenen RGB-Farben in der Datenseheinrichtung des Nutzers mittels des steuerbaren Kompensationsfilters.
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Durch eine Integration eines steuerbaren Kompensationsfilters bzw. Farbfilters in die Datenseheinrichtung des Nutzers kann der Sehfehler des Benutzers zumindest teilweise ausgeglichen werden. Es wird dem Anwender ermöglicht, die korrekte oder eine ähnliche Farbwahrnehmung sicherzustellen und dadurch Fehler bei der Wahrnehmung relevanter Objekte zu eliminieren.
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Vorzugsweise bewirkt die Augmentierung eine Änderung der Intensität der von der Farbsehschwäche betroffenen RGB-Farbe in der Datenseheinrichtung. Auf diese Weise wird ein höheres Kontrastverhältnis hergestellt, und der Nutzer erkennt die entsprechende Farbe trotz Sehschwäche bezüglich dieser Farbe, solange die diese Farbe betreffende Sehschwäche nicht gravierend ist. Dabei wird vorzugsweise die Änderung der Intensität durch eine Erhöhung bewirkt.
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Weiter bevorzugt bewirkt die Augmentierung eine Änderung der Farbe der von der Farbsehschwäche betroffenen RGB-Farbe in der Datenseheinrichtung. Ist die Farbsehschwäche bezüglich einer Farbe derartig gravierend, dass der Nutzer anstelle der Farbe im wesentlichen einen Grauwert sieht, so ist es möglich, auf eine andere Farbe umzudisponieren, die der Nutzer noch sehen kann. Dann erkennt der Nutzer anstelle der vom Farbsehfehler betroffenen Farbe eine andere Farbe, so dass der farbliche Eindruck und damit der farbliche Kontrast gewahrt bleibt.
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Vorzugsweise wird zur Ermittlung einer nutzerindividuellen Konfiguration des steuerbaren Kompensationsfilters ein Farbsehtest des Nutzers durchgeführt. Anhand des Sehtests kann dann bestimmt werden, welche Farben der Nutzer wie gut oder schlecht sieht, so dass eine entsprechende Anpassung des steuerbaren Farbfilters oder Kompensationsfilters möglich ist.
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Weiter bevorzugt wird die nutzerindividuelle Konfiguration des steuerbaren Kompensationsfilters dem Analyseschritt der vom Farbsehfehler betroffenen RGB-Farben der für den Nutzer sichtbaren Objekte zugeführt. Auf diese Weise können die Farben der erkannten Objekte, die für den Nutzer vermindert oder schlecht erkannt werden können, entsprechend angepasst werden.
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Optional kann die nutzerindividuelle Konfiguration des steuerbaren Kompensationsfilters auch noch der Datenseheinrichtung zugeführt werden, beispielsweise zur Kontrolle der Analyseeinrichtung oder indem Aufgaben der Analyse auf die Datenseheinrichtung übertragen werden.
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Vorzugsweise befindet sich der Nutzer in einem Kraftfahrzeug oder in einer normalen Umgebung mit einer Umfelderfassungs- und Analyseeinrichtung, und das Umfeld des Nutzers betrifft die Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs bzw. des normalen Umfelds.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kompensation der Farbsehschwäche eines Nutzers einer Datenseheinrichtung mit Augmented-Reality-Funktion, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des im Vorangegangenen erläuterten Verfahrens eingerichtet und ausgelegt ist, umfasst ein Erfassungssystem zur Erfassung und Analyse des Umfelds des Nutzers sowie zur Augmentierung der Farbsehschwäche des Nutzers, wobei die Datenseheinrichtung mit Augmented-Reality-Funktion einen steuerbaren Kompensationsfilter zur Kompensation der Farbsehschwäche anhand der ermittelten Augmentierung aufweist.
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Der Farbfilter in der Datenseheinrichtung unterstützt die korrekte Wahrnehmung des Nutzers und kann im Straßenverkehr oder an der Montagelinie die eindeutige Identifikation von Signalfarben trotz Vorhandensein einer Farbsehschwäche unterstützen. Diese werden mittels Tracking erkannt, welches die Umgebung durch optische Sensoren erfasst und analysiert. So könnten wichtige Farben der Umwelt wie das Rot von Ampeln oder Warnhinweise wie beispielsweise rote Lichtschranken visualisiert und somit Fehler und Unfälle vermieden werden.
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Vorzugsweise wird der steuerbare Kompensationsfilter aus RGB-OLEDs-Stapeln oder W-OLED-Stapeln mit nachfolgenden Farb-Filtern gebildet.
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Insbesondere kann die Datenseheinrichtung durch ein Head-Mounted-Display oder eine Kontaktlinse mit Augmented-Reality-Funktion gebildet werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt
- 1 zwei Realisierungen eines steuerbaren Filters mittels OLED-Technik,
- 2 eine Filteranordnung in einem HMD,
- 3 das Verfahren zur zumindest teilweise Kompensation des Farbsehfehlers mittels steuerbarerem Filter, und
- 4 die Wirkung eines HMDs mit steuerbaren Filtern in einer Verkehrssituation.
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1 zeigt in schematischer Darstellung die prinzipielle Ausgestaltung eines steuerbaren Filters 1, 2 mittels OLED-Technik, wie sie auch in Displays verwendet wird. Dabei zeigt die linke Seite der 1 eine Realisierung eines RGB-Filters 1 mit RGB-OLEDs und die rechte Seite der 1 zeigt eine Realisierung eines W-Filters 2 mit W-OLEDs.
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Ein RGB-Filter 1 umfasst von oben nach unten betrachtet ein Deckglas 3 zur Abdeckung der Kathode 4, RGB-Stapel 5 zur Erzeugung von Licht entsprechender Farbe Rot R, Grün G oder Blau B, Anoden 7, ein TFT-Substrat 9 zur Ansteuerung der Anoden 7 sowie ein abschließendes Deckglas 10.
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Ein entsprechender W-Filter 2 umfasst, ebenfalls von oben nach unten betrachtet, ein Deckglas 3 zur Abdeckung der Kathode 4, W-Stapel 6 zur Erzeugung von weißem Licht, Anoden 7, Farbfilter 8 zur Erzeugung von Licht der Farben Rot R, Grün G , Blau B und Weiß W, ein TFT-Substrat 9 zur Ansteuerung der Anoden 7 sowie ein abschließendes Deckglas 10.
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Mit den steuerbaren Filtern 1, 2 kann daher eine Kompensation von Farbsehfehlern einer Person erfolgen, indem beispielsweise bei einer Rot-Grün-Schwäche der Rot-Anteil im emittierten Licht des steuerbaren Filters erhöht wird, so dass das Verhältnis Rot zu Grün sich in Richtung Rot ändert. Dies bewirkt eine Kontrastverschiebung zwischen den Farben Rot und Grün zur Farbe Rot hin, wodurch beispielsweise eine rote Ampel von einer Person mit der Farbsehschwäche Rot-Grün besser erkannt wird.
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2 zeigt eine Realisierung eines steuerbaren Farbfilters in einem Head-Mounted-Display 11, kurz HMD 11, umfassend einen am Kopf getragenen Rahmen 12 mit einem Nasenbügel 13, so dass das HMD 11 vor der Augenpartie einer Person angeordnet werden kann, und ein Display 14 zur Darstellung einer Augmented-Reality. An dem Nasenbügel 13 ist im Innern des HMDs 11 ein Filteraufsatz 15 ähnlich einer Brille ohne Brillenbügel angeordnet, beispielsweise mit einer Klemmvorrichtung, mit einem linken Sichtbereich 16 und einem rechten Sichtbereich 17. In den beiden Sichtbereichen 16, 17 sind linke und rechte Filterbereiche 18, 19 angeordnet, wobei die Filterbereiche 18, 19 durch steuerbare Filter ausgebildet sind, wie sie beispielsweise mittels den anhand der 1 beschriebenen OLEDs realisiert werden können. Die steuerbaren Filter der Filterbereiche 18, 19 können dabei auf der Oberfläche der die Sichtbereiche 16, 17 bildenden Gläser angeordnet werden.
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Falls kein Filteraufsatz 15 im Innern des HMDs 11 angeordnet werden soll, beispielweise aus Platzmangel oder zur Erhöhung des Tragekomforts, so ist es möglich, die Filterbereiche 18, 19 direkt im Display 14 des HMDs 11 zu verwirklichen, beispielsweise durch eine Integration der Filterbereiche 18, 19 in der Oberfläche des Displays 14 des HMDs 11.
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Das in 2 beispielhaft dargestellte HMD 11 kann auch in Form einer Kontaktlinse mit einer Augmented-Reality-Funktion ausgeführt sein, so dass die steuerbaren linken und rechten Filterbereiche 18, 19 auf der Oberfläche der jeweiligen Kontaktlinse oder in der Kontaktlinse ausgebildet sind, beispielsweise ebenfalls in Form einer Realisierung mit RGB-OLEDs oder W-OLEDs.
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In 3 wird das Verfahren zur Kompensation einer Farbsehschwäche mit Hilfe steuerbarer Farbfilter in einem HMD oder einer Kontaktlinse in schematischer Darstellung erläutert. Dabei untergliedert sich das Schema zur Farbsehfehlerkorrektur in vier Bereiche, nämlich den Bereich Sehtest 30 zur Bestimmung des Farbsehfehlers des jeweiligen Nutzers, den Bereich Anwendung 40, in dem der Nutzer die Datenseheinrichtung, also die Datenbrille bzw. Datenkontaktlinse, in Gebrauch hat, den Bereich Erfassung 50 des Umfelds des Kraftfahrzeugs des Nutzers und den Bereich Umfeld 60 des Kraftfahrzeugs mit den im Umfeld befindlichen Objekten, die für die Kompensation des Farbsehfehler relevant sein könnten.
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Im Bereich Sehtest 30 wird ein Test 31 zur Feststellung des Farbsehfehlers eines Nutzers durchgeführt und im nachfolgenden Schritt erfolgt eine nutzerindividuelle Konfiguration 32 des für den Nutzer spezifischen Kompensationsfilters. Die ermittelte Konfiguration des nutzerindividuellen Kompensationsfilters wird zur Weiterverwendung an die Erfassung 50 weitergeleitet. Optional kann die nutzerindividuelle Konfiguration an die Datenbrille bzw. die Kontaktlinsen des Nutzers weitergegeben werden.
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Der Bereich Umfeld 60 des Schemas wird durch die im Umfeld befindlichen Objekte gebildet, nämlich im Beispiel der 3 ein erstes Objekt 61, ein zweites Objekt 62, ein drittes Objekt 63, ein viertes Objekt 64 bis ein n-tes Objekt 65, wobei unter Objekte sowohl bewegliche als auch feste Objekte im Umfeld des Kraftfahrzeugs bzw. des Nutzers verstanden werden.
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Im Bereich Umfelderfassungssystem 50 wird mittels optischer Erfassungssysteme im Schritt Erfassung des Umfelds 51 die Objekte 61 bis 65 des Bereichs Umfeld 60 messtechnisch in Form von Umfelddaten erfasst. Die erfassten Umfelddaten, welche die Objekte 61 bis 65 des Bereichs Umfeld 60 wiedergeben, werden in einem Analyseschritt 52 hinsichtlich der Verortung zum Nutzer, d.h. ihrer Position relativ zum Nutzer, und der RGB-Farben analysiert. Mit den Ergebnissen der Analyse des Analyseschritts 52, d.h. der Verortung der Farben RGB der Objekte 61 bis 65 relativ zum Nutzer, erfolgt in einem weiteren Schritt eine Analyse 53 der von Farbsehfehlern betroffenen Farben in den ermittelten, vom Nutzer sichtbaren Objekten 61 bis 65, wobei hier die im Bereich Sehtest 30 ermittelte nutzerindividuelle Konfiguration des Kompensationsfilters einfließt. Mit anderen Worten, im Schritt 53 wird untersucht, welche ermittelten Farben der Objekte 61 bis 65 vom Farbsehfehler des Nutzers betroffen sind und kompensiert werden müssten. Im nächsten Schritt 54 erfolgt eine Augmentierung der Farbsehschwäche des Nutzers beispielsweise durch die Ermittlung der notwendigen Kontrastanhebung für eine von der Farbsehschwäche betroffenen Farbe eines Objekts 61 bis 65 und/oder die Wahl einer Ersatzfarbe, die vom Nutzer anstelle der durch die Farbschwäche betroffenen Farbe erkannt wird.
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Die Ergebnisse des Augmentierungsschritts 54 werden im Nutzungsbereich 40 der Datenseheinrichtung des Nutzers zugeführt, so dass der steuerbare Farbfilter der Datenseheinrichtung wie HMD oder Kontaktlinse mit Augmented-Reality-Funktion dem Nutzer ein Bild des Umfeldes vermittelt, in dem die Farbsehfehler bezüglich relevanter Farben der Objekte 61 bis 65 zumindest teilweise kompensiert werden, so dass dem Nutzer ein eindeutige Identifizierung von Signalfarben trotz Vorhandensein einer Farbsehschwäche möglich ist.
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4 zeigt in schematischer Darstellung die Wirkung eines steuerbaren Farbfilters am Beispiel eines HMDs, wobei dieselbe Wirkung mit einer entsprechenden Kontaktlinse mit steuerbarem Filter erreicht wird. Dargestellt ist eine Verkehrssituation an einer Ampelanlage 20 mit einer seitlich am rechten Rand angeordneten Ampel 21 und einer oberen, über der Fahrbahn schwebend angeordneten Ampel 23. Bei beiden Ampeln 21, 23 ist das rote, einen Stopp signalisierende Signallicht 22, 24 aktiv und in Betrieb. Bei beispielsweise einer Rot-Grün-Farbsehschwäche kann zur Verbesserung des Kontrastes das im rechten Filterbereich 19 des Displays 14 des in 3 schematisch dargestellten HMDs befindliche rote Signallicht 24 der oberen Ampel 23 kontrastreicher dargestellt werden, in dem der im Filterbereich 19 integrierte Farbfilter an dem Ort des roten Lichts 24 zusätzlich rotes Licht zur Verstärkung emittiert. Sollte der Nutzer nur eine geringe Rot-Sehfähigkeit besitzen, so würde er am Ort des roten Lichts 24 der oberen Ampel 23 so gut wie keine rote Farbe sehen, sondern nur einen Grauwert erkennen. In diesem Fall würde auch eine Verstärkung des Rotlichts nur eine Erhöhung der Lichtintensität des Grauwerts bewirken. Um eine farbliche Wahrnehmung am Ort der roten Ampel 24 im Filterbereich 19 zu bewirken, könnte zur Kompensation der Farbsehschwäche blaues Licht vom Farbfilter emittiert werden, so dass der Nutzer die Farbe Blau am Ort des oberen roten Signallichts 24 wahrnehmen würde, wodurch der Stopp-Hinweis der Ampelanlage 20 deutlich für den Nutzer mit der HMD wahrnehmbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- RGB-Filter
- 2
- W-Filter
- 3
- Deckglas
- 4
- Kathode
- 5
- RGB-Stapel
- 6
- W-OLED-Stapel
- 7
- Farbfilter
- 8
- Anode
- 9
- TFT-Substrat
- 10
- Deckglas
- R
- Rot
- G
- Grün
- B
- Blau
- W
- Weiß
- 11
- Head-mounted-Display HMD
- 12
- Rahmen
- 13
- Nasenbügel
- 14
- Display
- 15
- Filteraufsatz
- 16
- linker Sichtbereich
- 17
- rechter Sichtbereich
- 18
- steuerbarer Filter links
- 19
- steuerbarer Filter rechts
- 20
- Ampelanlage
- 21
- seitliche Ampel
- 22
- rotes Signallicht
- 23
- obere schwebende Ampel
- 24
- rotes Signallicht
- 30
- Sehtest
- 31
- Feststellung des Sehfehlers
- 32
- Konfiguration des Korrekturfilters
- 40
- Nutzer mit Datenseheinrichtung
- 41
- Betrachtung des Umfelds seitens des Nutzers
- 50
- Erfassungssystem
- 51
- Umfelderfassung mittels optischem Erfassungssystem
- 52
- Analyse des Umfelds
- 53
- Analyse der vom Farbsehfehler betroffenen Farben
- 54
- Augmentierung der Farbsehschwäche
- 60
- Umfeld
- 61
- Objekt 1
- 62
- Objekt 2
- 63
- Objekt 3
- 64
- Objekt 4
- 65
- Objekt n
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10311972 A1 [0006]
- WO 2012/062681 A1 [0007]
- US 2015/0002528 A1 [0008]
