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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Head-up-Displays eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2018 001 972 A1 ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines kontaktanalogen Head-up-Displays eines Fahrzeugs bekannt, bei welchem Informationen in einem virtuellen Bild ausgewertet werden. Insbesondere wird eine Abbildung des virtuellen Bilds durch eine externe Bildaufnahmeeinheit aufgenommen, wobei für eine Kommunikation und/oder zum unidirektionalen Datenaustausch zwischen Fahrzeug und Bildaufnahmeeinheit ein QR-Code verwendet wird, der in die Abbildung des virtuellen Bildes eingeblendet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Kalibrierung eines Head-up-Displays eines Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einem Verfahren zur Kalibrierung eines Head-up-Displays eines Fahrzeugs wird ein virtuelles Bild in ein Sichtfeld eines Fahrers des Fahrzeugs mittels des Head-up-Displays projiziert und anschließend mit einem vor dem Fahrzeug befindlichen Kalibriermuster in Überlappung gebracht.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kalibriermuster mittels zumindest eines Frontscheinwerfers des Fahrzeugs auf eine vor dem Fahrzeug befindliche Projektionsfläche projiziert wird und dass das virtuelle Bild von dem Fahrer manuell in Überlappung mit dem Kalibriermuster gebracht wird.
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Das Verfahren ermöglicht eine werkstattunabhängige Kalibrierung des Head-up-Displays, bei dem der Fahrer die Kalibrierung manuell von zu Hause aus durchführen kann. Die Projektionsfläche kann dabei beispielsweise eine Garagenwand oder ein Garagentor sein. Damit können gegenüber konventionellen Verfahren Kosten und Aufwand zur Kalibrierung des Head-up-Displays für den Fahrer reduziert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Prinzipdarstellung eines Head-up-Displays eines Fahrzeugs während eines Kalibriervorgangs,
- 2 schematisch eine Seitendarstellung eines Fahrzeugs mit auf eine vor dem Fahrzeug befindliche Projektionsfläche gerichteten Frontscheinwerfern,
- 3 schematisch das Fahrzeug gemäß 2 in einer Vogelperspektive,
- 4 schematisch ein Projektionsmuster in Draufsicht und
- 5 schematisch eine Überlappung einer Anzahl von zweidimensionalen Punkten eines virtuellen Bilds und einer Anzahl von Merkmalspunkten während der Kalibrierung des Head-up-Displays.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Head-up-Displays 1 eines Fahrzeugs 2 während eines Kalibriervorgangs gezeigt. Insbesondere zeigt 1 einen Ausschnitt des Fahrzeugs 2, welches eine Windschutzscheibe 3 umfasst.
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Das Head-up-Display 1 ist in einem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeuges 2 angeordnet und umfasst eine nicht näher dargestellte Bildquelle, die einen optisch sichtbaren Strahl S aussendet, wobei der Strahl S mittels ebenfalls nicht näher gezeigter Spiegel auf die Windschutzscheibe 3 umgelenkt wird. Dabei entsteht in der Windschutzscheibe 3 ein virtuelles Bild 4, welches von einem Fahrer 5 wahrgenommen wird. Insbesondere bei der Darstellung von erweiterter Realität - auch bekannt als augmented reality - in einem Head-up-Display 1 wird ein virtuelles Objekt, wie Pfeile oder Markierungen von Fahrzeugen, kontaktanalog mit der Realität, insbesondere mit einem dreidimensionalen realen Zielpunkt 6, überlagert, so dass der Fahrer 5 den Eindruck hat, dass diese virtuellen Objekte in der Umgebung tatsächlich vorhanden sind.
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Mittels einer im Fahrzeug 2 vorhandenen, hier nicht näher dargestellten Sensorik, wie beispielsweise einem Radarsensor und einer Kamera, wird eine Position eines externen Objektes erfasst und/oder ermittelt. Mittels einer im Fahrzeuginnenraum angeordneten Fahrerkamera 7 wird eine Position des Fahrers 5, insbesondere eine Blickrichtung des Fahrers 5, zuverlässig bestimmt.
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Der optisch sichtbare Strahl S des Head-up-Displays 1 wird über die Windschutzscheibe 3 des Fahrzeuges 2 in ein Sichtfeld des Fahrers 5 reflektiert. Dabei ist die Windschutzscheibe 3 nicht in erster Linie auf diese Reflexion ausgelegt, sondern wird vor allem unter aerodynamischen und ästhetischen Gesichtspunkten entworfen. Darüber hinaus obliegt jede individuelle Windschutzscheibe 3 fertigungsbedingten Abweichungen von einer Zielgeometrie. In Kombination mit einem toleranzbehafteten Zusammenbau des gesamten Fahrzeugs 2 ergeben sich dadurch Verzeichnungen und Verschiebungen des virtuellen Bildes 4, die von der Position des Fahrers 5 abhängig sind. Derartige Verschiebungen führen unkorrigiert zu Augmentierungsfehlern, die mittels bestimmter Bildkorrekturverfahren nur bedingt kompensiert werden können. Es ist daher eine robuste Kalibrierung des Head-up-Displays 1 erforderlich.
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Bei konventionellen Verfahren erfolgt die Kalibrierung eines Head-up-Displays 1 beispielsweise derart, dass ein einzelner Blickwinkel mittels Berechnung einer Beziehung zwischen dreidimensionalen Zielpunkten 6 in der realen Umgebung und überlappenden virtuellen zweidimensionalen Punkten 8, welche mittels des virtuellen Bilds 4 in das Sichtfeld des Fahrers 5 projiziert werden, kalibriert wird. Dazu können Berechnungsansätze angewendet werden, die z. B. auf einem Lochkameramodell oder einer Transformationskarte basieren. Bei dem auf einem Lochkameramodell basierenden Ansatz wird das Head-up-Display 1 als Lochkamera verwendet, wobei intrinsische und extrinsische Parameter ermittelt werden. Bei dem auf einer Transformationskarte basierenden Ansatz wird eine direkte Zuordnung zwischen den virtuellen zweidimensionalen Punkten 8 und den realen dreidimensionalen Zielpunkten 6 hergestellt.
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Zur Ermittlung der genauen Positionen der dreidimensionalen Zielpunkte 6 werden in einer Werkstatt oder in einer Laborumgebung dafür angefertigte Ziele verwendet. Ein derartiges Ziel kann beispielsweise als ein in 4 gezeigtes Kalibriermuster M auf einer werkstattinternen Projektionswand projiziert werden, wobei das Kalibriermuster M die dreidimensionalen Zielpunkte 6 umfasst. Das Kalibriermuster M kann alternativ auch als reales Muster auf einem realen Objekt, wie z. B. auf einer Wand, aufgebracht sein. Um Kosten zur Kalibrierung des Head-up-Displays 1 für den Fahrer 5 zu verringern, wird ein Verfahren zur Kalibrierung des Head-up-Displays 1 vorgeschlagen, bei welchem der Fahrer 5 das Head-up-Display 1 manuell und von zu Hause aus kalibrieren kann.
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Hierzu wird das zur Kalibrierung des Head-up-Displays 1 verwendete Kalibriermuster M mittels am Fahrzeug 2 angeordneter Frontscheinwerfer 2.1 auf eine vor dem Fahrzeug 2 befindliche Projektionsfläche 9 projiziert, wie es 2 schematisch in einer Seitendarstellung und 3 schematisch in einer Vogelperspektive zeigt. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kalibriermusters M, welches ein Schachbrettmuster abbildet.
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Die Frontscheinwerfer 2.1 umfassen jeweils eine Mehrzahl von Lichtquellen, z. B. LED-Lichtquellen oder Laserlichtquellen, die mittels einer nicht gezeigten Steuereinheit ansteuerbar sind. Zur Erzeugung des Kalibriermusters M werden die Lichtquellen entsprechend dem vorgegebenen oder gewünschten Muster angesteuert. Dabei senden die Lichtquellen Lichtstrahlen L auf die vor dem Fahrzeug 2 befindliche Projektionsfläche 9 aus, welche beispielsweise eine Garagenwand oder ein Garagentor des Fahrers 5 sein kann.
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Ein im und/oder am Fahrzeug 2 angeordneter Sensor, insbesondere ein sogenannter 3D-Sensor, wie z. B. eine Stereo-Kamera, erfasst das Kalibriermuster M anhand bestimmter Merkmalspunkte MP, die das Kalibriermuster M definieren. Beispielsweise können derartige Merkmalspunkte MP einer Anzahl von Ecken des Schachbrettmusters entsprechen. Die Merkmalspunkte MP entsprechen weiterhin den dreidimensionalen Zielpunkten 6, wie sie im Zusammenhang mit der Beschreibung in 1 beschrieben sind.
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Sind die Merkmalspunkte MP ermittelt, erzeugt das Head-up-Display 1 ein virtuelles Bild 4 mit einer der Anzahl der Merkmalspunkte MP entsprechenden Anzahl von virtuellen zweidimensionalen Punkten 8, welches auf die Windschutzscheibe 3 in das Sichtfeld des Fahrers 5 projiziert wird. Der Fahrer 5 kann anschließend manuell das virtuelle Bild 4 derart verschieben, bis sich die zweidimensionalen Punkte 8 und die Merkmalspunkte MP überlappen, wie es 5 beispielhaft zeigt. Dabei ist es möglich, dass im Falle des in 4 gezeigten Kalibriermusters M die zweidimensionalen Punkte 8 entsprechend der Ecken des Schachbrettmusters abgebildet werden, so dass der Fahrer 5 die Überlappung optisch auf einfache Art und Weise wahrnehmen kann. Überlappen sich die zweidimensionalen Punkte 8 mit den Merkmalspunkten MP, kann diese Einstellung gespeichert und die Kalibrierung damit abgeschlossen werden. Das Verschieben des virtuellen Bildes 4 ist beispielweise händisch mittels einer im Fahrzeuginnenraum angebrachten Bedieneinheit möglich.
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Des Weiteren ermittelt die Fahrerkamera 7 auch während der Kalibrierung die Blickrichtung des Fahrers 5, so dass die Projektion des virtuellen Bilds 4 an die aktuelle Blickrichtung des Fahrers 5 angepasst wird.
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5 zeigt schematisch eine Überlappung der zweidimensionalen Punkte 8 und der Merkmalspunkte MP während der Kalibrierung des Head-up-Displays 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Head-up-Display
- 2
- Fahrzeug
- 2.1
- Frontscheinwerfer
- 3
- Windschutzscheibe
- 4
- virtuelles Bild
- 5
- Fahrer
- 6
- dreidimensionaler Zielpunkt
- 7
- Fahrerkamera
- 8
- zweidimensionaler Punkt
- 9
- Projektionsfläche
- L
- Lichtstrahl
- M
- Kalibriermuster
- MP
- Merkmalspunkt
- S
- Strahl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018001972 A1 [0002]
