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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Head-Up-Displays, eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, eine Kalibrierungsvorrichtung mit einer solchen Steuereinrichtung, ein Head-Up-Display mit einer solchen Kalibrierungsvorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Head-Up-Display.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift mit der Veröffentlichungsnummer
DE 10 2019 04 816 A1 geht ein Verfahren zur Kalibrierung eines Head-Up-Displays eines Fahrzeugs hervor, bei dem ein virtuelles Bild in ein Sichtfeld eines Fahrers des Fahrzeugs mittels des Head-Up-Displays projiziert wird. Das virtuelle Bild wird mit einem vor dem Fahrzeug befindlichen Kalibriermuster in Überlappung gebracht. Das Kalibriermuster wird mittels zumindest eines Frontscheinwerfers des Fahrzeugs auf eine vor dem Fahrzeug befindliche Projektionsfläche projiziert und das virtuelle Bild wird von dem Fahrer manuell in Überlappung mit den Kalibriermuster gebracht.
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Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Head-Up-Display bekannt, bei dem das Head-Up-Display in mindestens 9 unterschiedlichen Betrachtungspositionen separat kalibriert wird. Diese Art der Kalibrierung ist überaus zeit- und kostenintensiv.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kalibrieren eines Head-Up-Displays, eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, ein Kalibrierungsvorrichtung mit einer solchen Steuereinrichtung, ein Head-Up-Display einer solchen Kalibrierungsvorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kalibrierungsvorrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise behoben, vorzugsweise vermieden sind.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Kalibrieren eines Head-Up-Displays geschaffen wird, wobei mittels eines an einer ersten Betrachtungsposition einer Mehrzahl von Betrachtungspositionen angeordneten ersten optischen Sensors eine erste Kalibrierung des Head-Up-Displays in einem ersten Darstellungsbereich der Oberfläche erstellt und gespeichert wird. Anhand der ersten Kalibrierung wird für jede Betrachtungsposition der Mehrzahl von Betrachtungspositionen jeweils eine Kalibrierung des Head-Up-Displays berechnet und gespeichert. Vorzugsweise wird bei diesem Verfahren nur eine einzige Kalibrierung - die erste Kalibrierung - an nur einer einzigen Betrachtungsposition - der ersten Betrachtungsposition - mittels des ersten optischen Sensors erstellt. Die Kalibrierung des Head-Up-Displays für jede weitere Betrachtungsposition wird aus der ersten Kalibrierung berechnet. Eine aufwändige Kalibrierung des Head-Up-Displays für jede einzelne Betrachtungsposition mittels eines optischen Sensors ist somit nicht notwendig. Da die erste Kalibrierung mittels des ersten optischen Sensors durchgeführt wird, bedarf es auch keines manuellen Eingriffs durch einen Fahrer.
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Eine Betrachtungsposition beschreibt die Position im dreidimensionalen Raum, aus welcher die Anzeige, die von dem Head-Up-Display auf der Oberfläche erzeugt wird, betrachtet wird. Insbesondere bei der Verwendung des Head-Up-Displays in einem Kraftfahrzeug ist eine Betrachtungsposition die Position der Augen des Fahrers des Kraftfahrzeugs. Somit wird das Head-Up-Display in einem Kraftfahrzeug vorzugsweise entsprechend der Körpergröße, der Sitzposition, der Haltung und der Kopfbewegungen des Fahrers kalibriert bzw. eingestellt.
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Ein Darstellungsbereich der Oberfläche entspricht dem Bereich, in welchem die Anzeige des Head-Up-Displays mit der jeweils zugehörigen Kalibrierung auf der Oberfläche zu sehen ist. Somit ist jeder Kalibrierung des Head-Up-Display ein Darstellungsbereich der Oberfläche zuordenbar, insbesondere zugeordnet. Vorzugsweise ist die Oberfläche eine Windschutzscheibe.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der ersten Kalibrierung eine erste resultierende Geometrie-Information des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche bestimmt wird. Mittels der ersten resultierenden Geometrie-Information kann vorteilhafterweise ein mathematisches Modell des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche, insbesondere der Oberfläche, erstellt werden.
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In einer ersten Ausführungsform des Verfahrens ist die erste resultierende Geometrie-Information des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche eine Ist-Geometrie des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche. Die Ist-Geometrie ist die tatsächlich vorliegende Geometrie des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche.
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In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens umfasste die erste resultierende Geometrie-Information des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche die Ist-Geometrie des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche und/oder eine Abweichung der Ist-Geometrie des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche von einer Soll-Geometrie des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche. Die Soll-Geometrie der Oberfläche ist vorzugsweise aus der Konstruktion der Oberfläche bekannt und liegt vorzugsweise als CAD-Geometrie vor.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der ersten Kalibrierung für jede Betrachtungsposition der Mehrzahl von Betrachtungspositionen jeweils eine errechnete Geometrie-Information eines zu der jeweiligen Betrachtungsposition zugehörigen Darstellungsbereichs der Oberfläche berechnet und/oder geschätzt wird. Aus der errechneten Geometrie-Information wird dann insbesondere die Kalibrierung für die jeweilige Betrachtungsposition erhalten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird für jede Betrachtungsposition der Mehrzahl von Betrachtungsposition eine errechnete Ist-Geometrie des zugehörigen Darstellungsbereichs der Oberfläche und/oder eine errechnete Abweichung der errechneten Ist-Geometrie des zugehörigen Darstellungsbereichs von der Soll-Geometrie des zugehörigen Darstellungsbereichs berechnet und/oder geschätzt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die errechnete Geometrie-Information für jeden einer Betrachtungsposition zugehörigen Darstellungsbereich der Oberfläche mittels Extrapolation aus Abweichungen von Ist-Positionen zu Soll-Positionen einer Mehrzahl von Kalibrierungspunkten an der ersten Betrachtungsposition berechnet und/oder geschätzt wird. Die Kalibrierung des Head-Up-Displays an der ersten Betrachtungsposition erfolgt bevorzugt mittels einer Mehrzahl von Kalibrierungspunkten. Aus den Abweichungen der Ist-Positionen von den Soll-Positionen der Mehrzahl von Kalibrierungspunkten wird die erste resultierende Geometrie-Information des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche berechnet. Aus den Abweichungen der Ist-Positionen zu den Soll-Positionen der Mehrzahl von Kalibrierungspunkten und damit auch aus der ersten resultierenden Geometrie-Information des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche werden dann bevorzugt die errechneten Geometrie-Informationen aller weiteren Darstellungsbereiche der Oberfläche mittels Extrapolation berechnet und/oder geschätzt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als erster optischer Sensor eine Stereokamera genutzt wird. Vorteilhafterweise wird durch die Verwendung einer Stereokamera die Betrachtung des Head-up-Displays durch einen Menschen nachgebildet. Insbesondere werden mittels der Stereokamera zwei Aufnahmen des ersten Darstellungsbereichs erstellt. Damit ist eine genauere Bestimmung der ersten resultierenden Geometrie-Information des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche möglich.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuereinrichtung geschaffen wird, die eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Verfahren oder Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise als Recheneinheit, besonders bevorzugt als Computer, und als Steuergerät, insbesondere Steuergerät eines Fahrzeugs, ausgebildet. In Zusammenhang mit der Steuereinrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits zusammen mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Kalibrierungsvorrichtung, die den ersten optischen Sensor und eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung oder eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist, geschaffen wird. Der erste optische Sensor ist somit ein Teil der Kalibrierungsvorrichtung. In Zusammenhang mit der Kalibrierungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und der Steuereinrichtung erläutert wurden.
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In einer ersten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung ist der erste optische Sensor fest in der Kalibrierungsvorrichtung fixiert und nicht variabel verlagerbar.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Kalibrierungsvorrichtung, die eine Kommunikationsschnittstelle und eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung oder eine Steuereinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel aufweist, geschaffen wird. Die Kommunikationsschnittstelle ist eingerichtet, um Daten von dem ersten optischen Sensor zu empfangen. In Zusammenhang mit der Kalibrierungsvorrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und der Steuerrichtung erläutert wurden.
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In einer zweiten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung wird der erste optische Sensor mittels der Kommunikationsschnittstelle bevorzugt kabellos mit der Kalibrierungsvorrichtung verbunden. Damit ist es in einfacher Weise möglich, insbesondere eine Smartphone-Kamera oder eine andere mobile Kamera als ersten optischen Sensor zu verwenden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Head-Up-Display, das einen zweiten optischen Sensor, einen Projektor, eine Positioniereinrichtung und eine erfindungsgemäße Kalibrierungsvorrichtung oder eine Kalibrierungsvorrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist, geschaffen wird. Der zweite optische Sensor ist eingerichtet, um eine tatsächliche Betrachtungsposition der Mehrzahl von Betrachtungspositionen zu bestimmen. Die Positioniereinrichtung ist eingerichtet, um das Head-Up-Display gemäß der zu der tatsächlichen Betrachtungsposition gespeicherten oder für die tatsächliche Betrachtungsposition interpolierten Kalibrierung auszurichten.
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Der zweite optische Sensor ermittelt im laufenden Betrieb des Head-Up-Displays kontinuierlich die tatsächliche Betrachtungsposition. Entsprechend der kontinuierlich ermittelten tatsächlichen Betrachtungsposition wird das Head-Up-Display kontinuierlich ausgerichtet. Insbesondere beobachtet der zweite optische Sensor vorzugsweise die Position der Augen des Fahrers.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Head-Up-Displays weist die zweite Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung auf.
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Vorteilhafterweise kann bei einer Verwendung der bevorzugten Ausführungsform des Head-Up-Displays in einem Kraftfahrzeug der Fahrer des Kraftfahrzeugs das Head-Up-Display mittels seiner Smartphone-Kamera schnell und effizient kalibrieren bzw. rekalibrieren. Ein Rekalibrieren kann bei einer Veränderung der Windschutzscheibe bedingt durch Umwelteinflüsse und/oder Alterserscheinungen notwendig werden. Darüber hinaus ist ein Kalibrieren bzw. Rekalibrieren bei einem Tausch der Windschutzscheibe notwendig.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Head-Up-Display oder einem Head-Up-Display nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele geschaffen wird. In Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren, der Steuereinrichtung, der Kalibrierungsvorrichtung und dem Head-Up-Display erläutert wurden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Oberfläche mit einer Mehrzahl von Darstellungsbereichen, einer Mehrzahl von Betrachtungspositionen und einem ersten optischen Sensor,
- 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Kalibrierungsvorrichtung, die eine Steuereinrichtung und den ersten optischen Sensor aufweist,
- 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Kalibrierungsvorrichtung, die eine Steuereinrichtung und eine Kommunikationsschnittstelle aufweist, und eines Smartphones mit dem ersten optischen Sensor,
- 4 eine schematische Darstellung der Oberfläche mit einem Darstellungsbereich, einem zweiten optischen Sensor, einer tatsächliche Betrachtungsposition, einem Projektor und einer Anzeige eines Head-Up-Displays.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Oberfläche 1 mit einer Mehrzahl von Darstellungsbereichen 3, einer Mehrzahl von Betrachtungspositionen 5 und einem ersten optischen Sensor 7. Mittels des an einer ersten Betrachtungsposition 5.2 einer Mehrzahl von Betrachtungspositionen 5 angeordneten ersten optischen Sensors 7 wird eine erste Kalibrierung des Head-Up-Display in einem ersten Darstellungsbereich 3.2 der Oberfläche 1 erstellt und gespeichert. Anhand der ersten Kalibrierung wird für jede weitere Betrachtungsposition 5.1, 5.3 der Mehrzahl von Betrachtungspositionen 5 jeweils eine Kalibrierung des Head-Up-Displays berechnet und gespeichert. Zu jeder Betrachtungsposition 5 existiert ein Darstellungsbereich 3 der Oberfläche 1.
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Vorteilhafterweise ist eine Berechnung der Kalibrierung für die weiteren Betrachtungspositionen 5.1, 5.3 anhand der ersten Kalibrierung an der ersten Betrachtungsposition 5.2 in dem ersten Darstellungsbereich 3.2 zeitlich schneller und günstiger als eine Kalibrierung mittels des ersten optischen Sensors 7.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird mittels der ersten Kalibrierung eine erste resultierende Geometrie-Information des ersten Darstellungsbereichs 3.2 der Oberfläche 1 bestimmt. Die erste resultierende Geometrie-Information umfasst vorzugsweise eine Ist-Geometrie des ersten Darstellungsbereichs 3.2 der Oberfläche 1 und/oder eine Abweichung der Ist-Geometrie von einer Soll-Geometrie des ersten Darstellungsbereichs 3.2 der Oberfläche 1.
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Vorteilhafterweise kann aus der ersten resultierenden Geometrie-Information ein mathematisches Modell des Darstellungsbereichs 3.2, vorzugsweise der Darstellungsbereiche 3, insbesondere der Oberfläche 1, erstellt werden.
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Vorzugsweise wird die Ist-Geometrie des ersten Darstellungsbereich 3.2 der Oberfläche 1 mittels einer Mehrzahl von Kalibrierungspunkten 9 berechnet und/oder geschätzt. Zur übersichtlicheren Darstellung ist nur einer der Kalibrierungspunkte 9 mit einem Bezugszeichen markiert.
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Vorzugsweise wird mittels der ersten Kalibrierung für jede Betrachtungsposition 5.1, 5.3 der Mehrzahl von Betrachtungspositionen 5 jeweils eine errechnete Geometrie-Information eines zu der jeweiligen Betrachtungsposition 5.1, 5.3 zugehörigen Darstellungsbereichs 3.1, 3.3 berechnet und/oder geschätzt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die erste resultierende Geometrie-Information des ersten Darstellungsbereichs 3.2 der Oberfläche 1 aus Abweichungen von Ist-Positionen zu Soll-Positionen einer Mehrzahl von Kalibrierungspunkten 9 an der ersten Betrachtungsposition 5.2 berechnet. Mittels Extrapolation aus den Abweichungen von den Ist-Positionen zu den Soll-Positionen der Mehrzahl von Kalibrierungspunkten 9 an der ersten Betrachtungsposition 5.2 werden die errechneten Geometrie-Informationen aller Darstellungsbereiche 3.1, 3.3 der Oberfläche 1, die zu den Betrachtungspositionen 5.1, 5.3 zugehörig sind, geschätzt.
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Bevorzugt ist der erste optische Sensor 7 als Stereokamera ausgebildet. Damit ist es vorteilhaft möglich, die Betrachtungsposition eines Menschen nachzubilden. Vorteilhafterweise werden mittels einer Stereokamera zwei Aufnahmen des ersten Darstellungsbereichs erstellt. Die beiden Aufnahmen der Stereokamera ermöglichen eine genauere Bestimmung der ersten resultierenden Geometrie-Information des ersten Darstellungsbereichs der Oberfläche.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer erste Ausführungsform einer Kalibrierungsvorrichtung 11 mit einer Steuereinrichtung 13 und mit dem ersten optischen Sensor 7. In der ersten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung 11 ist der optische Sensor 7 fest mit der Kalibrierungsvorrichtung 11 verbunden. Die Steuereinrichtung 13 ist wirkverbunden mit dem ersten optischen Sensor 7 und ist eingerichtet, um ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren eines Head-Up-Displays oder ein Verfahren gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele durchzuführen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung 11, die eine Steuereinrichtung 13 und eine Kommunikationsschnittstelle 17 aufweist, und eines Smartphones 15 mit dem ersten optischen Sensors 7. Die Kommunikationsschnittstelle 17 ist eingerichtet, um Daten von dem Smartphone 15 und damit von dem optischen Sensors 7 zu empfangen. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung der Daten von dem ersten optischen Sensor 7 an die Kommunikationsschnittstelle 17 der Kalibrierungsvorrichtung 11 drahtlos, beispielsweise mittels Bluetooth oder WiFi. Vorteilhafterweise ist es bei der zweiten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung 11 möglich die Kamera eines Smartphones 15 als ersten optischen Sensor 7 zu verwenden. Damit ist eine schnelle und effiziente Ausführung eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Head-Up-Displays möglich.
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Besonders vorteilhaft ist bei der zweiten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung 11, dass ein Verfahren zum Kalibrieren bzw. Rekalibrieren des Head-Up-Displays bei einer Verwendung in ein Kraftfahrzeug von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs unter Verwendung des Smartphones 15 durchgeführt werden kann. Ein Rekalibrieren kann bei einer Veränderung der Oberfläche 1, insbesondere der Windschutzscheibe, bedingt durch Umwelteinflüsse und/oder Alterserscheinungen notwendig werden. Darüber hinaus ist ein Kalibrieren bzw. Rekalibrieren bei einem Tausch der Oberfläche 1, insbesondere der Windschutzscheibe, notwendig.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Oberfläche 1 mit einem Darstellungsbereich 3 einen zweiten optischen Sensor 19, eine tatsächliche Betrachtungsposition 21, einen Projektor 23 und eine Anzeige 25 eines Head-Up-Displays. Der zweite optische Sensor 19 ist eingerichtet, um aus der Mehrzahl der Betrachtungspositionen 5 die tatsächliche Betrachtungsposition 21, insbesondere die Position der Augen des Fahrers, zu bestimmen. Das Head-up-Display, insbesondere der Projektor 23, wird gemäß der zu der tatsächlichen Betrachtungsposition 21 gespeicherten oder für die tatsächliche Betrachtungsposition 21 interpolierten Kalibrierung ausgerichtet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Head-Up-Displays ermittelt der zweite optische Sensor 19 im laufenden Betrieb des Head-Up-Displays kontinuierlich die tatsächliche Betrachtungsposition 21. Entsprechend der kontinuierlich ermittelten tatsächlichen Betrachtungsposition 21 wird das Head-Up-Display kontinuierlich ausgerichtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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