DE102020004322A1 - Verfahren zur Fehlerkompensation von Koordinaten-Tupeln einer Sensorfläche - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerkompensation von Koordinaten-Tupeln einer Sensorfläche (2). Erfindungsgemäß werden in einer Erfassungsstufe (7) relative Bewegungen (B1, B2) eines die Sensorfläche (2) bedienenden Bedienobjekts und Abweichungen (A1, A2) der Bewegungen (B1, B2) von einer vorgegebenen Ideallinie (Ix, ly) statistisch erfasst. Die relativen Bewegungen (B1, B2) werden in horizontale und vertikale Gesten aufgeteilt und zur Fehlerkompensation werden die Koordinaten-Tupel anhand von getrennt anhand der horizontalen und vertikalen Gesten ermittelten Korrekturfaktoren für eine horizontale Richtung und eine vertikale Richtung der Sensorfläche (2) entzerrt. Zur Entzerrung wird der jeweilige Korrekturfaktor durch direkte Umrechnung ins Verhältnis zu einer vertikalen Koordinate und zu einer horizontalen Koordinate gesetzt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerkompensation von Koordinaten-Tupeln einer Sensorfläche.
• Aus der DE 10 2010 063 035 A1 ist ein Verfahren zur Auswertung von zeitlichen Berührkoordinatenverläufen, die von einem Touchpad ausgegeben werden, bekannt. Das Touchpad ist in einem nicht gleichmäßig bewegten System integriert, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
• - Aufzeichnen eines zeitlichen Berührkoordinatenverlaufs;
• - Detektion einer Beschleunigung oder eines Beschleunigungsverlaufs des Systems mittels eines Beschleunigungssensors;
• - Ermitteln und Auswählen einer geeigneten Koordinatenkorrektur in Abhängigkeit der detektierten Beschleunigung oder des Beschleunigungsverlaufs mittels einer Auswerteinheit;
• - Korrigieren des vom Touchpad ausgegebenen und aufgezeichneten zeitlichen Berührkoordinatenverlaufs mittels der geeigneten Koordinatenkorrektur durch die Auswerteinheit;
• - Ermitteln und Auswählen einer geeigneten Zeichen- oder Gesteninformation durch Vergleich des korrigierten Berührkoordinatenverlaufs mit gespeicherten Verläufen durch die oder eine weitere Auswerteinheit.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Fehlerkompensation von Koordinaten-Tupeln einer Sensorfläche anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• In einem Verfahren zur Fehlerkompensation von Koordinaten-Tupeln einer Sensorfläche werden in einer Erfassungsstufe relative Bewegungen eines die Sensorfläche bedienenden Bedienobjekts und Abweichungen der Bewegungen von einer vorgegebenen Ideallinie statistisch erfasst. Die relativen Bewegungen werden in horizontale und vertikale Gesten aufgeteilt, wobei zur Fehlerkompensation die Koordinaten-Tupel anhand von getrennt anhand der horizontalen und vertikalen Gesten ermittelten Korrekturfaktoren für eine horizontale Richtung und eine vertikale Richtung der Sensorfläche entzerrt werden. Zur Entzerrung wird der jeweilige Korrekturfaktor durch direkte Umrechnung ins Verhältnis zu einer vertikalen Koordinate und zu einer horizontalen Koordinate gesetzt.
• Somit werden einzelne Objekte der Tupel getrennt zu einer horizontalen Ideallinie und vertikalen Ideallinie entzerrt.
• Beispielsweise sind in Fahrzeugen optische und/oder kapazitive Sensorflächen verbaut, mit welchen Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise ein Kombiinstrument, ein so genanntes Infotainmentsystem, Assistenzsysteme, ein Schiebedach und andere Komponenten, steuerbar sind. Im Vergleich zu anderen Bedienelementen sind die Sensorflächen einfach und optisch ansprechend in ein Fahrzeuginterieur integrierbar.
• Unterschiedliche Fingerlängen und Handpositionen können zu unterschiedlichen Bewegungen auf der Sensorfläche führen. Diese können dabei weit von einer Ideallinie einer x-Achse und y-Achse abweichen. Für einen Nutzer ist die Ideallinie oftmals nicht klar erkennbar und liegt im Allgemeinen auch nicht in einem ergonomischen Bewegungsbereich der Finger des Nutzers.
• Mittels des Verfahrens kann eine Gefahr einer aus der Abweichung der Bewegungen von der Ideallinie resultierenden Erkennung einer falschen Bewegungsrichtung signifikant verringert werden. Somit können beispielsweise fehlerhafte Detektionen von über eine zum Beispiel an einem Lenkrad oder einer Mittelkonsole angeordnete Sensorfläche eingegebene Richtungseingaben wirkungsvoll vermieden werden. Dabei ist für den Nutzer keine Anpassung oder Gewöhnung an eine andere Sensorfläche erforderlich, um eine erfolgreiche Bedienung über dieselbe durchzuführen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Fehlerkompensation von Koordinaten-Tupeln einer Sensorfläche,
• 2 schematisch eine Sensorfläche und eine erste Bewegung eines die Sensorfläche bedienenden Bedienobjekts,
• 3 schematisch die Sensorfläche gemäß 2 und eine zweite Bewegung eines die Sensorfläche bedienenden Bedienobjekts,
• 4 schematisch eine Abhängigkeit einer erforderlichen Anzahl von Gesten bis zur Erzielung eines Abgleichs mit einer Ideallinie und
• 5 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Ermittlung von getrennt für horizontale Gesten und vertikale Gesten ermittelte Korrekturfaktoren.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• In 1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Fehlerkompensation von Koordinaten-Tupeln einer Sensorfläche 2 dargestellt.
• Eine derartige Sensorfläche 2 ist beispielsweise als optische oder kapazitive Sensorfläche 2 ausgebildet und in einem nicht näher dargestellten Fahrzeug verbaut. Mittels der Sensorfläche 2 sind Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise ein Kombiinstrument, ein so genanntes Infotainmentsystem, Assistenzsysteme, ein Schiebedach und andere Komponenten des Fahrzeugs, steuerbar. Im Vergleich zu anderen Bedienelementen sind solche Sensorflächen 2 einfach und optisch ansprechend in ein Fahrzeuginterieur integrierbar.
• Unterschiedliche Fingerlängen und Handpositionen können zu unterschiedlichen, in den 2 und 3 näher dargestellten Bewegungen B auf der Sensorfläche 2 führen. Diese können dabei weit von einer in 2 näher dargestellten Ideallinie Ix, ly einer X-Achse X und Y-Achse Y abweichen. Für einen Nutzer ist die Ideallinie Ix, ly oftmals nicht klar erkennbar und liegt im Allgemeinen auch nicht in einem ergonomischen Bewegungsbereich der Finger des Nutzers.
• Solche Sensorflächen 2 sind bezüglich ihres Winkels, eines Abstands zum Nutzer und einer Platzierung im Fahrzeug unterschiedlich angeordnet. Eine individuelle Anpassung an den jeweiligen Benutzer ist zumindest oftmals nicht möglich.
• Dabei sendet die Sensorfläche 2 periodisch ein kartesisches 2-Koordinaten-Tupel (x, y) an jeweilige Komponenten im Fahrzeug. In diesen Komponenten ist eine Applikation 3 realisiert, beispielsweise ein so genannter Gestenerkenner, welche relative Bewegungsdaten durch ein Aufsummieren der Koordinaten-Tupel ermittelt. Solange ein Finger eines Nutzers die Sensorfläche 2 berührt, werden die Koordinaten-Tupel verarbeitet. Filteralgorithmen, wie beispielsweise eine Winkelanpassung oder Festlegung von Schwellwerten, werden durch eine Variantencodierung festgelegt.
• Durch Überschreitung eines Schwellwerts wird eine vertikale oder horizontale Richtung der durchgeführten Fingerbewegung erkannt und es erfolgt eine Auslösung mit einer Geste in Richtung Nord, Ost, Süd oder West. Ein größerer Schwellwert vergrößert dabei eine erforderliche Bewegungsstrecke auf der Sensorfläche 2 zum Auslösen einer Bewegung in einer grafischen Benutzeroberfläche 4, auch als grafische Benutzerschnittstelle (englisch: graphical user interface) bezeichnet.
• Die Erkennung der Fingerbewegung erfolgt richtungsorientiert und achsenorientiert. Fingerbewegungen in Richtung Nord oder Süd werden auf einer vertikalen Achse und Fingerbewegungen in Richtung Ost oder West auf einer horizontalen Achse erkannt. Bei einer langen Bewegung B1, B2 auf der Sensorfläche 2 können mehrere Richtungsanweisungen zur Benutzeroberfläche 4 abgegeben werden. Durch einen Rückkanal kann die Benutzeroberfläche 4 einen Erkennungsbereich in der Applikation 3 einschränken. Beispiel: Ein Menü erfordert beispielsweise nur horizontale Bewegungen B.
• Um aus der Anordnung und Bedienung der Sensorfläche 2 resultierende fehlerhafte Detektionen von über eine zum Beispiel an einem Lenkrad oder einer Mittelkonsole angeordnete Sensorfläche 2 eingegebene Richtungseingaben ohne Anpassung von Bewegungen B des Nutzers an der Sensorfläche 2 wirkungsvoll zu vermeiden und zu vermeiden, dass zur Erkennung einer Richtung ein längerer Weg auf der Sensorfläche 2 erforderlich ist und Abweichungen durch einen höheren Schwellwert zur Auslösung berücksichtigt werden müssen, wird ein Verfahren zur Fehlerkompensation von Koordinaten-Tupeln der Sensorfläche 2 durchgeführt.
• Zur Fehlerkompensation erfolgt eine Erfassung relativer Bewegungsdaten mittels der Sensorfläche 2, eine Auswertung dieser Daten und eine anschließende Anwendung zur Entzerrung der Fingerbewegungen durch Fehlerkompensation der Koordinaten-Tupel in einem Kompensationsblock 5. Ziel ist eine Entzerrung erfasster Koordinaten-Tupel zur verbesserten Gestenerkennung.
• Hierzu werden mittels der Sensorfläche 2 Koordinatendaten kapazitiv oder optisch detektiert, wobei Fingerbewegungen in kartesischen Koordinaten-Tupeln durch periodische Nachrichten über eine Fahrzeugelektronik an entsprechende Steuergeräte des Fahrzeugs weitergeleitet werden.
• Die Entzerrung der Koordinaten-Tupel erfolgt durch getrennt ermittelte Korrekturfaktoren für die horizontale und vertikale Richtung in einem Entzerrer 6. Zu einer direkten Umrechnung wird ein ermittelter Korrekturfaktor im Verhältnis zur jeweiligen vertikalen oder horizontalen Koordinate gesetzt. Einzelne Objekte der Tupel (x oder y) werden getrennt zur vertikalen und horizontalen Ideallinie Ix, ly entzerrt.
• In einer Erfassungsstufe 7 werden die Koordinaten-Tupel in Form von relativen Bewegungen B statistisch erfasst. Dabei erfolgt eine Aufteilung zwischen vertikalen und horizontalen Gesten. Es werden zwei Korrekturfaktoren berechnet, die direkt im Entzerrer 6 zur Fehlerkompensation der Koordinaten-Tupel Verwendung finden.
• In einer Benutzerprofilstufe 8 werden die ermittelten Korrekturwerte für jeden Nutzer benutzerspezifisch jeweils in einem Benutzerprofil abgespeichert. Dadurch müssen die Korrekturfaktoren nicht erneut trainiert werden.
• Die detektierten Gesten in Richtung Nord, Ost, Süd oder West werden zur grafischen Benutzeroberfläche 4 weitergeleitet. Dort erfolgt eine Bewegung beispielsweise in einem Menü, in einer Liste oder in einer Übersicht entsprechend der ausgeführten Fingerbewegung.
• 2 zeigt eine Sensorfläche 2 und eine erste Bewegung B1 eines die Sensorfläche 2 bedienenden Bedienobjekts, beispielsweise eines Fingers eines Nutzers. In 3 ist eine zweite Bewegung B2 eines die Sensorfläche 2 bedienenden Bedienobjekts, beispielsweise eines Fingers eines Nutzers, dargestellt.
• In der Erfassungsstufe 7 erfolgen eine statistische Erfassung von Bewegungsdaten und eine Berechnung einer relativen Abweichung A1, A2 von der idealen horizontalen oder vertikalen Linie. Die relativen Bewegungen B1, B2 werden in Abhängigkeit zur ausgelösten Geste erfasst. Wenn eine horizontale Geste gemäß 2 in Richtung Ost oder West ausgelöst wird, erfolgt die statistische Erfassung für einen vertikalen Korrekturfaktor. Ein horizontaler Korrekturfaktor wird nicht verändert.
• Bei einer vertikalen Geste gemäß 3 in Richtung Nord oder Süd erfolgt eine statistische Erfassung für den horizontalen Korrekturfaktor. Der vertikale Korrekturfaktor wird nicht verändert.
• Durch die getrennte Aufnahme der Korrekturfaktoren wird mit jeder Geste der Korrekturfaktor genauer ermittelt. Bei einer horizontalen Geste sind Abweichungen A1, A2 von der vertikalen Ideallinie Ix unerwünscht. Andererseits sind bei einer vertikalen Geste Abweichungen A1, A2 von der horizontalen Ideallinie ly unerwünscht.
• Bei einer horizontalen Geste wird der vertikale Korrekturfaktor mit folgender Formel erfasst und als Korrekturwert bestimmt: $$Korrektu{r}_{vertikal}=\frac{g\times \frac{X_{delta}}{Y_{delta}}+\left(100-g\right)\times Korrektu{r}_{vertikal-1}}{100}$$

  
• Bei einer vertikalen Geste wird der horizontale Korrekturfaktor mit folgender Formel erfasst und als Korrekturwert bestimmt: $$Korrektu{r}_{horizontal}=\frac{g\times \frac{Y_{delta}}{X_{delta}}+\left(100-g\right)\times Korrektu{r}_{horizontal-1}}{100}$$

  
• Die Werte X_delta und Y_delta sind relative Koordinatendaten der Fingerbewegung zur ausgelösten Geste. Diese Werte werden ab einem Aufsetzen eines Fingers auf der Sensorfläche 2 erfasst und beginnen somit beim Wert 0 an. Durch einen Gewichtungsfaktor g kann eine Trainingsgeschwindigkeit zwischen 0 % und 100 % eingestellt werden. Dieser Wert bestimmt eine notwendige Anzahl z von Gesten bis zum vollständigen Abgleich zur Ideallinie Ix, ly.
• Eine Abhängigkeit einer Anzahl z von Gesten zu einem Abgleich zur jeweiligen Ideallinie Ix, ly ist in 4 dargestellt.
• Dabei zeigt eine erste Datenreihe D1, dass bei 20 % der Abgleich nach einer Anzahl z von 20 Gesten erfolgt. Eine zweite Datenreihe D2 zeigt, dass bei 30 % der Abgleich nach einer Anzahl z von 12 Gesten erfolgt. Eine dritte Datenreihe D3 zeigt, dass bei 50 % der Abgleich nach einer Anzahl z von 7 Gesten erfolgt. Eine vierte Datenreihe D4 zeigt, dass bei 63 % der Abgleich nach einer Anzahl z von 5 Gesten erfolgt.
• Der Gewichtungsfaktor g wird einmalig für die Sensorfläche 2 definiert. Eine zu große Gewichtung führt bei fehlerhaft detektierten Gesten zu Kompensationsfehlern. Damit verschlechtert sich im weiteren Verlauf eine Erkennungsrate.
• Zur Vermeidung einer Überkompensation werden die Korrekturfaktoren Korrektur_vertikal und Korrektur horizontal limitiert. Um eine Überschneidung der vertikalen und horizontalen Achse zu vermeiden, werden die Korrekturwerte limitiert auf einen Wert kleiner als ± sin 45°= ± 0,707.
• In 5 ist ein Ablauf eines möglichen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Ermittlung von getrennt für horizontale Gesten und vertikale Gesten ermittelte Korrekturfaktoren mittels der Erfassungsstufe 7 dargestellt. Die Erfassung der relativen Bewegungen B1, B2 und die Korrekturwertberechnung erfolgen getrennt nach vertikaler oder horizontaler Richtung.
• Anschließend wird der ermittelte Korrekturwert auf einen festgesetzten Wert kleiner ± sin 45°= ± 0,707 limitiert.
• In dem Entzerrer 6 werden die zwei Korrekturwerte angewendet. Ein eingehendes Koordinaten-Tupel (xinput,yinput) wird durch die Korrekturfaktoren angepasst und anschließend als Koordinaten Tupel (xcorrect,ycorrect) weitergeleitet. Die Kompensation erfolgt dabei gemäß: $$y_{correct}=y_{input}-\left(x_{input}-x_{mitte}\right)\times Korrektu{r}_{horizontal}$$

  

  $$x_{correct}=x_{input}-\left(y_{input}-y_{mitte}\right)\times Korrektu{r}_{vertikal}$$

  
• Die Werte xmitte und ymitte können als Arbeitspunkt im Mittelfeld der Sensorfläche 2 liegen. Diese werden ermittelt gemäß: $$x_{mitte}=\frac{{{}_{x_{max}+}}_{x_{min}}}{2}$$

  

  $$y_{mitte}=\frac{{{}_{y_{max}+}}_{y_{min}}}{2}$$

  
• Wenn die Gestenerkennung nur mit positiven Koordinatenwerten funktioniert, kann der Arbeitspunkt auch anders festgesetzt werden.
• Eine mögliche Abwandlung ist eine schnelle Trainingsphase, die über ein Menü gestartet werden kann. Der Gewichtungsfaktor g kann in der Trainingsphase auf 50 % bis 63 % gesetzt werden. Anschließend werden mehrere Gesten durch Fingerbewegung an der Sensorfläche 2 in jede Richtung durchgeführt. Danach erfolgt eine Reduzierung des Gewichtungsfaktors g auf 5% und ein Abspeichern der Korrekturwerte im Benutzerprofil.
• Hierzu wird zunächst nach einem Start des Verfahrens in einer ersten Verzweigung V1 überprüft, ob eine horizontale Geste vorliegt. Ist dies der Fall, dargestellt durch einen ersten Ja-Zweig J1, wird in einem ersten Verfahrensschritt S1 der vertikale Korrekturwert berechnet.
• Anschließend wird in einer zweiten Verzweigung V2 überprüft, ob der vertikale Korrekturwert größer als ein Schwellwert ist. Ist dies der Fall, dargestellt durch einen zweiten Ja-Zweig J2, wird in einem zweiten Verfahrensschritt S2 der vertikale Korrekturwert auf den Schwellwert gesetzt. Dieser Schwellwert ist kleiner oder gleich + sin 45°= + 0,707.
• Ist der vertikale Korrekturwert nicht größer als der Schwellwert, dargestellt durch einen zweiten Nein-Zweig N2, wird in einer dritten Verzweigung V3 überprüft, ob der vertikale Korrekturwert kleiner als ein negativer Schwellwert ist. Ist dies der Fall, dargestellt durch einen dritten Ja-Zweig J3, wird in einem dritten Verfahrensschritt S3 der vertikale Korrekturwert auf den negativen Schwellwert gesetzt. Dieser Schwellwert ist größer oder gleich - sin 45°= - 0,707.
• Ist der vertikale Korrekturwert nicht kleiner als der negative Schwellwert, dargestellt durch einen dritten Nein-Zweig N3, und nach Beenden des dritten Verfahrensschritts S3 wird das Verfahren beendet.
• Analog erfolgt der Verfahrensablauf für eine horizontale Geste. Hierzu wird zunächst nach dem Start des Verfahrens in der ersten Verzweigung V1 überprüft, ob eine horizontale Geste vorliegt. Ist dies nicht der Fall, dargestellt durch einen ersten Nein-Zweig N1, wird in einem vierten Verfahrensschritt S4 der horizontale Korrekturwert berechnet.
• Anschließend wird in einer vierten Verzweigung V4 überprüft, ob der horizontale Korrekturwert größer als ein Schwellwert ist. Ist dies der Fall, dargestellt durch einen vierten Ja-Zweig J4, wird in einem fünften Verfahrensschritt S5 der horizontale Korrekturwert auf den Schwellwert gesetzt. Dieser Schwellwert ist kleiner oder gleich + sin 45°= + 0,707.
• Ist der horizontale Korrekturwert nicht größer als der Schwellwert, dargestellt durch einen vierten Nein-Zweig N4, wird in einer fünften Verzweigung V5 überprüft, ob der horizontale Korrekturwert kleiner als ein negativer Schwellwert ist. Ist dies der Fall, dargestellt durch einen fünften Ja-Zweig J5, wird in einem sechsten Verfahrensschritt S6 der horizontale Korrekturwert auf den negativen Schwellwert gesetzt. Dieser Schwellwert ist größer oder gleich - sin 45°= - 0,707.
• Ist der horizontale Korrekturwert nicht kleiner als der negative Schwellwert, dargestellt durch einen fünften Nein-Zweig N5, und nach Beenden des sechsten Verfahrensschritts S6 wird das Verfahren beendet.
• Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung

2

Sensorfläche

3

Applikation

4

Benutzeroberfläche

5

Kompensationsblock

6

Entzerrer

7

Erfassungsstufe

8

Benutzerprofilstufe

A1, A2

Abweichung

B1, B2

Bewegung

D1 bis D4

Datenreihe

Ix

Ideallinie

ly

Ideallinie

J1 bis J5

Ja-Zweig

N1 bis N5

Nein-Zweig

S1 bis S6

Verfahrensschritt

V1 bis V5

Verzweigung

X

X-Achse

Y

Y-Achse

z

Anzahl

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102010063035 A1 [0002]

Claims (2)

1. Verfahren zur Fehlerkompensation von Koordinaten-Tupeln einer Sensorfläche (2), dadurch gekennzeichnet, dass - in einer Erfassungsstufe (7) relative Bewegungen (B1, B2) eines die Sensorfläche (2) bedienenden Bedienobjekts und Abweichungen (A1, A2) der Bewegungen (B1, B2) von einer vorgegebenen Ideallinie (Ix, ly) statistisch erfasst werden, - die relativen Bewegungen (B1, B2) in horizontale und vertikale Gesten aufgeteilt werden, - zur Fehlerkompensation die Koordinaten-Tupel anhand von getrennt anhand der horizontalen und vertikalen Gesten ermittelten Korrekturfaktoren für eine horizontale Richtung und eine vertikale Richtung der Sensorfläche (2) entzerrt werden und - zur Entzerrung der jeweilige Korrekturfaktor durch direkte Umrechnung ins Verhältnis zu einer vertikalen Koordinate und zu einer horizontalen Koordinate gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfaktoren benutzerspezifisch jeweils in einem Benutzerprofil gespeichert werden.

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