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Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Nutzers eines Kraftfahrzeugs angegeben, insbesondere zum Ermitteln einer Position eines Gesichts des Nutzers. Zudem wird ein System zum Ermitteln einer Position eines Nutzers eines Kraftfahrzeugs angegeben, insbesondere ein System, das dazu ausgebildet ist, ein angegebenes Verfahren durchzuführen.
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Es sind Systeme bekannt, um einen Zustand eines Nutzers eines Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Beispielsweise wird ein Müdigkeitszustand des Nutzers überwacht und gegebenenfalls eine Warnung ausgegeben. Hierfür wird beispielsweise das Gesicht des Nutzers mittels einer Kamera gefilmt und die Bilder durch Bildverarbeitung analysiert.
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Es ist wünschenswert, ein Verfahren anzugeben, das eine zuverlässige Erkennung einer Position eines Nutzers ermöglicht. Zudem ist es wünschenswert, ein System anzugeben, das ein zuverlässiges Ermitteln einer Position eines Nutzers ermöglicht.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Nutzers eines Kraftfahrzeugs sowie durch ein korrespondierendes System, das dazu ausgebildet ist, das Verfahren auszuführen. Zudem zeichnet sich die Erfindung durch ein System zum Ermitteln einer Position eines Nutzers eines Kraftfahrzeugs aus.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Licht von einer ersten Seite schräg auf den Nutzer eingestrahlt. Ein Bild des Nutzers wird aufgenommen. Eine Lage eines Übergangsbereichs in dem Bild wird ermittelt. Der Übergangsbereich weist einen Kontrastwert auf, der größer ist als ein vorgegebener Kontrastschwellwert. Der Kontrastwert resultiert aus der schrägen Einstrahlung des Lichts von der ersten Seite. Die Position des Nutzers wird in Abhängigkeit von der ermittelten Lage des Übergangsbereichs ermittelt.
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Das Licht wird von einer Lichtquelle des Kraftfahrzeugs auf den Nutzer eingestrahlt. Eine Blickrichtung ist beispielsweise in Hauptfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gerichtet. Das Licht wird schräg in Bezug auf diese Blickrichtung eingestrahlt. Insbesondere wird das Licht in einem Winkel von größer als 0° und kleiner als 90° in Bezug auf die Hauptfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs eingestrahlt. Die Hauptfahrtrichtung entspricht insbesondere auch der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs.
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Durch das seitliche Einstrahlen des Lichts wird ein Schattenwurf insbesondere im Gesicht des Nutzers verursacht. Dies wird im aufgenommenen Bild aufgrund des hohen Kontrasts gut erkannt. Der Kontrastschwellwert wird vorgegeben, ab dem der Kontrastwert als Übergang von einer beleuchteten Seite zu einer Schattenseite erkannt wird. Bei einem Kontrastwert unterhalb des Kontrastschwellwerts ist ein derart niedriger Kontrast gegeben, dass keine klare Unterscheidung zwischen beleuchtetem und abgeschattetem Bereich möglich ist.
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Gemäß Ausführungsbeispielen wird eine Vielzahl von Bildern des Nutzers zeitlich hintereinander aufgenommen. Insbesondere wird die Position des Nutzers kontinuierlich ermittelt.
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Durch den Übergangsbereich mit dem ausreichend hohen Kontrastwert, der durch die schräge Einstrahlung des Lichts hervorgerufen wird, sind in dem aufgenommenen Bild Konturen des Gesichts des Nutzers verlässlich ermittelbar. Dadurch ist die Position beispielsweise des Gesichts des Nutzers verlässlich ermittelbar. Darauf aufbauend können weitere Bildverarbeitungsschritte durchgeführt werden, die beispielsweise zur Nutzerzustandserkennung dienen. Beispielsweise ist so verlässlich eine Kopfhaltung des Nutzers ermittelbar. Auch eine Blickrichtungserkennung ist zuverlässig durchführbar, beispielsweise ob der Nutzer in einen Rückspiegel blickt oder auf den Verkehr achtet. Auch eine Müdigkeitsbewertung ist verlässlich möglich. Eine Gesichtserkennung ist durchführbar, um beispielsweise eine Personalisierung der Einstellungen des Kraftfahrzeugs durchzuführen. Auch weitere Zustandserkennungen sind verlässlich möglich, da die Position des Nutzers und insbesondere das Gesichts des Nutzers verlässlich ermittelbar ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Licht von einer zweiten Seite schräg auf den Nutzer eingestrahlt. Die erste Seite und die zweite Seite sind in Bezug auf den Nutzer gegenüber einander angeordnet. Das Bild des Nutzers wird aufgenommen. Die Lage des Übergangsbereichs wird in dem Bild ermittelt. Der Übergangsbereich weist einen Kontrastwert auf, der größer ist als der vorgegebene Kontrastschwellwert. Der Kontrastwert resultiert aus der schrägen Einstrahlung des Lichts von der zweiten Seite. Die Position des Nutzers wird in Abhängigkeit von der ermittelten Lage des Übergangsbereichs ermittelt. Der Übergangsbereich wird insbesondere in Abhängigkeit des Kontrastwerts ermittelt, der aus der schrägen Einstrahlung des Lichts von der ersten Seite und von der schrägen Einstrahlung des Lichts von der zweiten Seite resultiert. Dadurch ist die Genauigkeit der Ermittlung der Position erhöht. Insbesondere werden das Licht von der ersten Seite und das Licht von der zweiten Seite zeitlich abwechselnd eingestrahlt. Somit bilden sich die unterschiedlichen Schattenwürfe abwechselnd und sind in nacheinander aufgenommenen Bildern gut erkennbar. Insbesondere wenn zeitlich nacheinander Bilder aufgenommen werden, abgestimmt auf den Zeitpunkt der Einstrahlung des Lichts von den unterschiedlichen Zeiten, ist durch einen Bildvergleich und entsprechende Bildbearbeitung der Übergangsbereich verlässlich ermittelbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Verlauf einer Kante in dem Übergangsbereich ermittelt, die zwischen einem hellen Teil und einem dunklen Teil des Übergangsbereichs verläuft. Der helle Teil entspricht insbesondere einem von dem Licht angestrahlten Teil. Der dunkle Teil entspricht einem abgeschatteten Teil, der der Lichtquelle abgewandt ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Lage eines vorgegebenen Körperbereichs des Nutzers ermittelt. Beispielsweise wird Nasekante und/oder einer Kinnkante des Nutzers ermittelt. Insbesondere wird ein Körperbereich vorgegeben, der während der seitlichen Einstrahlung des Lichts einen verlässlichen Schattenwurf und dadurch den ausreichend hohen Kontrastwert verursacht. Zudem ist beispielsweise in Abhängigkeit der Lage der Nasenkante gut auf die Position des Nutzers und insbesondere der Position des Gesichts des Nutzers schließbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird Licht im Infrarotfrequenzspektrum eingestrahlt. Insbesondere wird Licht mit einer Frequenz oder einem Frequenzbereich eingestrahlt, das von dem menschlichen Auge nicht sichtbar ist. Beispielsweise wird Licht mit einer Wellenlänge von 700 nm bis 3000 nm eingestrahlt. Dadurch kann ein Blenden des Nutzers durch das Einstrahlen des Lichts vermieden werden. Auch im Dunkeln ist ein verlässliches Ermitteln der Position des Nutzers möglich.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein System zum Ermitteln einer Position eines Nutzers eines Kraftfahrzeugs eine erste Lichtquelle auf. Das System weist eine Kamera auf. Die erste Lichtquelle ist schräg zur Kamera angeordnet. Die erste Lichtquelle ist eingerichtet, den Nutzer mit Licht anzustrahlen. Die Kamera ist eingerichtet, mindestens ein Bild des Nutzers aufzunehmen. Die Lichtquelle ist beabstandet zur Kamera angeordnet, sodass eine Richtung des Ausstrahlens von Licht und eine Aufnahmerichtung der Kamera voneinander abweichen und insbesondere einen Winkel von größer als 10° und kleiner als 90° einschließen. Die erste Lichtquelle und die Kamera sind insbesondere separate Bauteile, die zunächst unabhängig voneinander im Kraftfahrzeug verbaut werden können. Somit ist eine freie Positionierung der Kamera und der Lichtquelle relativ zueinander möglich. Die Lichtquelle ist im Betrieb so zur Kamera positioniert, dass das Licht der Lichtquelle im aufgenommenen Bild der Kamera den Kontrastwert produziert, der größer ist als der Kontrastschwellwert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das System eine zweite Lichtquelle auf, die schräg zur Kamera angeordnet ist. Die Kamera ist zwischen der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle angeordnet. Die zweite Lichtquelle ist vergleichbar zur ersten Lichtquelle separat zur Kamera ausgebildet und insbesondere zunächst unabhängig von der Kamera frei im Kraftfahrzeug positionierbar. Im Betrieb ist die erste Lichtquelle ausgebildet, Licht von einer Seite der Kamera auszustrahlen. Die zweite Lichtquelle ist im Betrieb ausgewählt, Licht von einer anderen Seite der Kamera aus zu strahlen. Beispielsweise ist die erste Lichtquelle links der Kamera angeordnet und die zweite Lichtquelle rechts der Kamera.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Lichtquelle eine Infrarotlichtquelle auf. Beispielsweise weist die zweite Lichtquelle alternativ oder zusätzlich eine Infrarotlichtquelle auf. Die Kamera ist insbesondere ausgebildet, Infrarotbilder aufzunehmen. Somit ist das System auch verlässlich bei Nacht einsetzbar und ohne den Nutzer zu blenden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das System ausgebildet, ein hier beschriebenes Verfahren durchzuführen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente können figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
- 3 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein System 100 zum Ermitteln einer Position eines Nutzers 105 eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere wird die Position des Kopfs des Nutzes 105 ermittelt. Insbesondere ist die Position des Gesichts des Nutzers 105 ermittelbar, beispielsweise relativ zu dem Kraftfahrzeug. Das System 100 ist beispielsweise Teil eines Kraftfahrzeugs und/oder in einem Kraftfahrzeug verwendbar. Beispielsweise weist das System 100 zum Durchführen der Positionsermittlung eine nicht explizit gezeigte Steuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung ist beispielsweise Teil eines Steuergerätes für das Kraftfahrzeug (englisch: ECU, electronic control unit).
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Das System 100 weist eine erste Lichtquelle 101 und eine zweite Lichtquelle 102 auf. Die erste Lichtquelle 101 und die zweite Lichtquelle 102 sind insbesondere Infrarotlichtquellen. Beispielsweise sind die erste Lichtquelle 101 und die zweite Lichtquelle 102 jeweils ausgebildet, Licht mit einer Wellenlänge zwischen 800 und 1000 nm auszustrahlen.
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Das System 100 weist eine Kamera 103 auf. Die Kamera ist insbesondere ausgebildet, Bilder im Infrarotbereich aufzuzeichnen, insbesondere im Wellenlängenbereich, der von den beiden Lichtquellen 101, 102 ausgestrahlt wird. Insbesondere ist die Position des Gesichts des Nutzers 105 relativ zu der Kamera 103 ermittelbar. Insbesondere ist die Position des Gesichts des Nutzers 105 in dem Bild ermittelbar, das von der Kamera 103 aufgezeichnet wird.
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Die Kamera 103 ist beispielsweise vor dem Fahrersitz des Kraftfahrzeugs angeordnet. Eine Aufnahmerichtung 116 ist einer Hauptrichtung 114 des Kraftfahrzeugs entgegengerichtet. Die Hauptrichtung 114 entspricht beispielsweise einer Hauptfahrtrichtung geradeaus und erstreckt sich entlang einer Längsachse des Kraftfahrzeugs.
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Die erste Lichtquelle 101 ist auf einer Seite 107 der Kamera 103 angeordnet. In Hauptrichtung 114 ist die erste Seite 107 die Seite rechts der Kamera 103. Die zweite Lichtquelle 102 ist auf einer zweiten Seite 108 angeordnet. Die zweite Seite 108 liegt der ersten Seite 107 gegenüber in Bezug auf die Kamera 103. In Hauptrichtung 114 ist die zweite Seite 108 links der Kamera 103. Die Kamera 103 ist zwischen der ersten Lichtquelle 101 und der zweiten Lichtquelle 102 angeordnet.
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Im Betrieb ist die erste Lichtquelle 101 ausgebildet, Licht 104 (2) entlang einer Ausstrahlrichtung 117 auszustrahlen. Die Ausstrahlrichtung 117 und die Aufnahmerichtung 116 weichen voneinander ab und schließen insbesondere einen Winkel von größer als 0° und kleiner als 90° ein. Beispielsweise schließen die Ausstrahlrichtung 117 und die Aufnahmerichtung 116 einen Winkel zwischen 80° und 50° ein.
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Die zweite Lichtquelle 102 strahlt im Betrieb Licht 104 ( 3) entlang einer Ausstrahlrichtung 118 aus. Die Ausstrahlrichtung 117 der ersten Lichtquelle 101 und die Ausstrahlrichtung 118 der zweiten Lichtquelle 102 sind nicht gleichgerichtet. Beispielsweise schließen die beiden Ausstrahlrichtungen 117, 118 einen Winkel von größer als 90° und kleiner als 180° ein.
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Die Ausstrahlrichtung 118 der zweiten Lichtquelle 102 und die Aufnahmerichtung 116 der Kamera 103 sind insbesondere nicht gleichgerichtet. Die Aufnahmerichtung 116 und die Ausstrahlrichtung 118 der zweiten Lichtquelle 102 schließen beispielsweise einen Winkel von größer als 0° und kleiner als 90° ein, beispielsweise einen Winkel zwischen 10° und 80°.
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Die erste Lichtquelle 101 und die zweite Lichtquelle 102 sind jeweils seitlich zur Kamera 103 angeordnet. Dadurch ist eine frontale Aufnahme des Nutzers 105 mittels der Kamera 103 möglich. Dem Nutzer 105 ist dabei seitlich mittels der ersten Lichtquelle 101 und/oder der zweiten Lichtquelle 102 beleuchtbar.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen sind mehr als eine Kamera 103 vorgesehen. Es können auch mehr als zwei Lichtquellen vorgesehen sein oder nur eine einzige Lichtquelle 101.
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2 zeigt das System 100 bei aktivierter erster Lichtquelle 101. Die erste Lichtquelle 101 strahlt Licht 104 von der Seite 107 auf den Nutzer 105. Dadurch wird beispielsweise das Gesicht des Nutzers einseitig erhellt. Auf der Seite des Gesichts, die der Lichtquelle 101 abgewandt ist, wird das Gesicht des Nutzers 105 beschattet.
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In einem Übergangsbereich 106, in dem ein heller, beleuchteter Teil 110 in einen dunklen, beschatteten Teil 111 übergeht, ist aufgrund dieses Übergangs ein hoher Kontrast. Der beleuchtete helle Teil 110 ist deutlich heller als der beschattete, dunkle Teil 111. Die Kamera 103 zeichnet ein Bild oder eine Folge von Bildern 115 auf. In dem Bild 115 ist der Übergangsbereich 106 mittels Bildverarbeitung ermittelbar. Beispielsweise ist eine Kante des Gesichts des Nutzers 105 gut erkennbar, an der ein besonders hoher Kontrastwert vorliegt. Insbesondere wird nach einem Bereich gesucht, der einen Kontrastwert aufweist, der größer als ein vorgegebener Kontrastschwellwert ist. Beispielsweise wird die Position des Nutzers 105 anhand der Position einer Nasenkante 112 ermittelt. Die Nasenkante 112 ist gut zwischen dem hellen Teil 110 und dem dunklen Teil 111 ermittelbar. Der Kontrastwert an der Nasenkante 111 unterscheidet sich insbesondere von dem Kontrastwert beispielsweise an der Stirn des Nutzers 105. Der Schwellwert für den Kontrastwert ist insbesondere höher als beispielsweise der Kontrastwert an der Stirn des Nutzers, um deutlich die Position der Nasenkante 112 ermitteln zu können.
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Alternativ oder zusätzlich lässt sich auch der Kontrastwert an anderen vorgegebenen Körperbereichen ermitteln, insbesondere an Bereichen im Gesicht des Nutzers 105. Beispielsweise wird alternativ oder zusätzlich der Kontrastwert an einer Kinnkante 113 des Gesichts des Nutzers 105 ermittelt. Auch an einer anderen Kante 109, an der bei seitlicher Bestrahlung mittels der Lichtquelle 101 im aufgenommenen Bild 115 ein ausreichend hoher Kontrastwert ermittelbar ist, lässt sich zum Positionsbestimmung verwenden.
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3 zeigt das System 100 bei aktivierter zweiter Lichtquelle 102. Insbesondere werden die erste Lichtquelle 101 und die zweite Lichtquelle 102 abwechselnd zueinander eingeschaltet. Wenn die erste Lichtquelle 101 Licht 104 ausstrahlt, ist die zweite Lichtquelle 102 deaktiviert. Wenn die zweite Lichtquelle 102 Licht 104 ausstrahlt, ist die erste Lichtquelle 104 deaktiviert.
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Die Positionserkennung des Nutzers 105 zunächst im Bild 115 und davon abhängig im Fahrzeug erfolgt korrespondierend zu dem in Verbindung mit 2 erläuterten. Licht 104 der Lichtquelle 102 wird von der Seite 108 auf den Nutzer 105 eingestrahlt. Aus der daraus resultierenden beleuchteten Seite beispielsweise des Gesichts des Nutzers 105 im Vergleich zu der beschatteten Seite ermöglicht die Erzeugung des ausreichend hohen Kontrastwerts im Übergangsbereich 106. Wenn die Lichtquelle 102 das Licht 104 ausstrahlt, ist der Nutzer 105 auf der zweiten Seite 108 beleuchtet und auf der ersten Seite 107 beschattet. Wenn die erste Lichtquelle 101 das Licht 104 ausstrahlt, ist der Nutzer 105 auf der ersten Seite 107 beleuchtet und auf der zweiten Seite 108 beschattet.
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Die Ermittlung der Position des Nutzers 105 ist mittels des seitlichen Einstrahlens des Lichts 104 verlässlich durchführbar. Das seitliche Einstrahlen des Lichts 104 verursacht einen ausreichenden Schattenwurf und damit im Bild 115 einen ausreichend hohen Kontrast, der verlässlich mittels Bildverarbeitung erkennbar ist.
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Somit ist beispielsweise die Kopfhaltung des Nutzers 105 verlässlich ermittelbar. Dies ermöglicht beispielsweise eine automatische Einstellung eines Head-up Displays, der Spiegel oder weiterer Elemente des Kraftfahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich ist die Blickrichtung des Nutzers 105 verlässlich ermittelbar. Somit lässt sich beispielsweise ausgehend von dem aufgenommenen Bild 115 verlässlich ermitteln, ob der Nutzer 105 auf den Verkehr konzentriert ist oder seine Konzentration auf andere Einflüsse richtet. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise eine Müdigkeitsbewertung verlässlich durchführbar. Dadurch, dass die Position des Nutzers 105, beispielsweise die Position des Gesichts und/oder der Nase und damit der Augen des Nutzers 105 verlässlich ermittelbar ist, sind die Müdigkeit beziehungsweise die Aufmerksamkeit des Nutzers 105 gut mittels Bildbearbeitung aus dem aufgenommenen Gesicht beziehungsweise der Augen des Nutzers 105 ermittelbar. Alternativ oder zusätzlich ist eine Gesichtserkennung verlässlich durchführbar. Dadurch, dass die Position des Nutzers 105 genau ermittelbar ist, lässt sich verlässlich und schnell eine Gesichtserkennung durchführen. Dadurch ist beispielsweise einfach ermittelbar, welcher Nutzer 105 aktuell das Kraftfahrzeug nutzt. Somit ist eine Personalisierung einfach und verlässlich durchführbar.
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Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise eine Steuerung von Elementen der Fahrzeugausstattung des Kraftfahrzeugs mittels Blicken möglich. Dadurch, dass die Position des Nutzers 105 und insbesondere die Position des Gesichts des Nutzers 105 genau ermittelbar und damit bekannt sind, ist beispielsweise eine Blickrichtung des Nutzers präzise ermittelbar. Dadurch ist eine Blickinteraktion verlässlich möglich, die beispielsweise genutzt wird um ein Steuern einzelner Elemente des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von Blickrichtungen zu ermöglichen.
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Die Lichtquellen 101, 102 des System 100 sind insbesondere ausgebildet, eine Hellfeldbeleuchtung zu realisieren. Somit ist es insbesondere möglich, die gesamte zugeordnete Seite beispielsweise des Gesichts des Nutzers 105 zu beleuchten. Somit wird der hohe Kontrastwert erreicht und die Kantendetektion zuverlässig möglich. Somit ist mittels des Systems 100 und dem zugehörigen Verfahren die Position des Nutzers 105 verlässlich ermittelbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 101
- erste Lichtquelle
- 102
- zweite Lichtquelle
- 103
- Kamera
- 104
- Licht
- 105
- Nutzer
- 106
- Übergangsbereich
- 107
- erste Seite
- 108
- zweite Seite
- 109
- Kante
- 110
- heller Teil
- 111
- dunkler Teil
- 112
- Nasekante
- 113
- Kinnkante
- 114
- Hauptrichtung
- 115
- Bild
- 116
- Aufnahmerichtung
- 117, 118
- Ausstrahlrichtung
