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Die Erfindung betrifft ein Monitorsystem für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Monitorsystem um eine Fahrzeugsäule scheinbar transparent zu machen.
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Ein Fahrzeug umfasst eine Fahrzeugsäule, die in einem Bereich zwischen einer Frontscheibe und einer Seitenscheibe liegt. Ein Fahrer kann durch die Frontscheibe und durch die Seitenscheibe blicken, ein hinter der Fahrzeugsäule liegender Bereich ist für ihn jedoch nicht einsehbar. Bei bestimmen Fahrmanövern, insbesondere beim Abbiegen oder beim Einparken, kann der nicht einsehbare Bereich dazu führen, dass der Fahrer ein relevantes Objekt im Umfeld des Fahrzeugs nicht wahrnimmt, sodass die Gefahr einer Kollision bestehen kann.
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US 10 689 038 B2 betrifft eine Fahrzeugsäule mit einem Bildschirm an der Innenseite und einer Kamera an der Außenseite. Auf dem Bildschirm kann ein mittels der Kamera abgetastetes Bild dargestellt werden, um den Eindruck einer transparenten Fahrzeugsäule zu erwecken.
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Eine Position des Fahrers im Kraftfahrzeug liegt üblicherweise nicht fest. Dreht der Fahrer seinen Kopf um die Hochachse oder lehnt er sich nach vorne oder zur Seite, so kann er bezüglich eines Umfelds des Fahrzeugs eine andere Perspektive einnehmen. Damit sich auf dem Bildschirm dargestellte Informationen mit direkt durch eine der Scheiben wahrnehmbaren Informationen zu einem gemeinsamen Eindruck verbinden können, muss die Perspektive des Fahrers in die Bestimmung des dargestellten Bilds mit einbezogen werden.
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Bisherige Vorrichtungen der genannten Art können kein überzeugende Integration einer dargestellten Ansicht in eine Ansicht des Umfelds leisten und funktionieren häufig nur in Spezialfällen. Eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe eines Monitorsystems, das diese Integration verbessert leisten kann. Die Erfindung löst die Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Monitorsystem für ein Fahrzeug einen Bildschirm im Bereich zwischen einer Frontscheibe und einer Seitenscheibe des Fahrzeugs; eine erste Abtasteinrichtung zur Erfassung einer Position eines Kopfs einer Person an Bord des Fahrzeugs; eine zweite Abtasteinrichtung zur optischen Abtastung eines vorbestimmten Bereichs außerhalb des Fahrzeugs; eine Verarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung einer Ansicht eines für die Person hinter dem Bildschirm liegenden Bereichs auf dem Bildschirm; wobei die zweite Abtasteinrichtung zwei Kameras umfasst, die horizontal um einen Betrag voneinander beabstandet sind, der ungefähr einem Augenabstand der Person entspricht.
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Die Person kann insbesondere einen Fahrer des Fahrzeugs betreffen, der sich an einem vorbestimmten Platz im Fahrzeug befindet. Dieser Platz kann insbesondere vorne links oder vorne rechts liegen. Die Abtasteinrichtung ist bevorzugt an einer Außenseite des Fahrzeugs angebracht. Zwischen der Frontscheibe und der Seitenscheibe kann ein Element des Fahrzeugs liegen, insbesondere eine Fahrzeugsäule des Fahrzeugs, die eine direkte Erfassbarkeit eines hinter ihr liegenden Bereichs des Umfelds durch den Fahrer behindert. Die Abtasteinrichtung ist bevorzugt möglichst nahe an dem Element angebracht.
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Durch das Verwenden eines Paars von Kameras kann ein Parallaxenfehler, der beim Betrachten des Bildschirms durch die Person entstehen kann, minimiert werden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch Bilden der Ansicht auf der Basis zweier Abtastungen, die aus Positionen aufgenommen sind, die ungefähr um den Augenabstand der Person horizontal zueinander versetzt sind, eine organische und überzeugende Integration der Ansicht in die Wahrnehmung des Umfelds durch eine der Scheiben realisiert werden kann.
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Der menschliche Augenabstand beträgt durchschnittlich ca. 65 mm für Männer und ca. 62 mm für Frauen. Der Abstand kann jedoch beispielsweise in Abhängigkeit einer Konstitution oder Größe der Person in einem Bereich von ca. 52 mm bis 78 mm variieren. Der horizontale Abstand der Kameras kann in Abhängigkeit eines zu erwartenden Augenabstands der Person gewählt sein.
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Dazu können regionale Abweichungen berücksichtigt werden; beispielsweise kann bei einem für den pazifischen Raum vorgesehenen Fahrzeug ein anderer Abstand vorgesehen sein als bei einem für den nordamerikanischen Raum vorgesehenen Fahrzeug.
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Die Verarbeitungseinrichtung ist weiter bevorzugt dazu eingerichtet, Abtastungen der Kameras in Abhängigkeit einer Pose des Kopfs zur Ansicht zusammenzufügen. Das Zusammenfügen ist auch als Stitching bekannt und zielt darauf ab, einen optisch guten Übergang zwischen zwei Bildern zu bilden, die teilweise überlappende Inhalte darstellen, um ein gemeinsames und möglichst bruchloses Bild bereitzustellen. Zur Bestimmung kann die Pose des Kopfs, also eine Kombination seiner Position und seiner Ausrichtung, jeweils mit Bezug auf das Fahrzeug, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Ein Bestimmungsfehler kann bei ca. 1 mm oder darunter liegen.
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Die Abtastungen können in Abhängigkeit der Pose horizontal aneinander angefügt werden. Insbesondere können horizontale Abschnitte der Abtastungen auf der Basis der Pose bestimmt werden und die Abschnitte können beispielsweise mittels Stitching aneinander angefügt werden.
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Die Verarbeitungseinrichtung ist weiter bevorzugt dazu eingerichtet, horizontale Abschnitte der Abtastungen in Abhängigkeit der Pose zu bestimmen. Je nach Pose des Kopfs kann der Abschnitt aus einer Abtastung einer der Kameras beispielsweise größer oder kleiner sein oder einen weiter rechts oder weiter links liegenden Abschnitt umfassen. Eine vertikale Ausdehnung der Ansicht kann im Wesentlichen von einem Abstand des Kopfs vom Bildschirm abhängig sein, um die Größe der Ansicht anzupassen.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann darüber hinaus dazu eingerichtet sein, die Abtastungen in Abhängigkeit einer Position eines Auges der Person zusammenzufügen. Kann die Ansicht nur mittels eines Auges der Person gesehen werden, so kann die Abtastung nur einer der Kameras der Ansicht zugrunde gelegt werden. Ein linkes Auge der Person kann zu einer linken Kamera korrespondieren und ein rechtes Auge zu einer rechten Kamera.
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Die erste Abtasteinrichtung umfasst weiter bevorzugt Innenraumkamera. Eine Innenraumkamera ist aus anderen Gründen bereits an vielen Fahrzeugen verbaut, beispielsweise zur Müdigkeitserkennung beim Fahrer, und kann so vorteilhaft einem zusätzlichen Nutzen zugeführt werden. Die Pose des Kopfs oder die Position eines Auges auf der Basis kann dann auf der Basis einer optischen Abtastung bestimmt werden. Die Innenraumkamera kann auch eine Tiefenkamera oder eine Stereokamera umfassen, sodass eine Position des Kopfs oder eines Auges auch in einer Richtung auf die Innenraumkamera zu genau bestimmt werden kann.
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Unterschiedlich große Fahrer können unterschiedliche vertikale Positionen im Fahrzeug einnehmen. Daher kann das Monitorsystem mehrere zweite Abtasteinrichtungen umfassen, die in unterschiedlichen vertikalen Positionen angebracht sind; wobei die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Ansicht auf der Basis einer Abtastung derjenigen Abtasteinrichtung zu bestimmen, die am nächsten zu einer vertikalen Position des Kopfs korrespondiert. Jede der mehreren Abtasteinrichtungen kann ein Paar von Kameras umfassen, die am Fahrzeug angebracht sind.
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Liegt eine Augenhöhe der Person zwischen zwei Abtasteinrichtungen, so können Abtastungen der oberen und der unteren Abtasteinrichtungen verwendet werden, um die Ansicht herzustellen. Dazu kann in Bild zwischen zwei vertikal versetzten linken oder rechten Kameras nach Art einer Interpolation oder mit Methoden der dreidimensionalen Verarbeitung zusammengesetzt werden. Die entstehenden Bilder können zur Ansicht zusammengesetzt werden.
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Es ist besonders bevorzugt, dass insgesamt drei zweite Abtasteinrichtungen vorgesehen sind. Insgesamt können als sechs Kameras an der Außenseite des Fahrzeugs angebracht sein, die in drei Paaren mit jeweils einer linken und einer rechten Kamera organisiert sind, die einen vorbestimmten horizontalen Abstand von beispielsweise ca. 66 mm aufweisen.
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Im Bereich zwischen der Frontscheibe und der Seitenscheibe kann eine Fahrzeugsäule bestehen, die üblicherweise A-Säule genannt wird. An der Fahrzeugsäule kann der Bildschirm angebracht sein, wobei der Bildschirm bevorzugt im Bereich der Fahrzeugsäule konvex geformt ist. Der Bildschirm kann flexibel oder starr sein und beispielsweise mit Mikro-LED oder OLED arbeiten. So kann der Bildschirm effektiv so platziert sein, dass er den die Sicht verstellenden Charakter der Fahrzeugsäule zumindest teilweise aufhebt.
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An der Fahrzeugsäule kann eine zumindest graduell transparente Verkleidung angebracht sein, wobei der Bildschirm hinter der Verkleidung liegen kann. Die Verkleidung kann beispielsweise als Textil gestaltet sein, das in Umgebungslicht für die Person opak erscheinen, aber von erzeugtem Licht des Bildschirms durchdrungen werden kann.
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Zwischen dem Bildschirm und der Verkleidung kann ein Linsensystem vorgesehen sein, sodass eine auf dem Bildschirm dargestellte Ansicht für die Person im Fahrzeug weiter entfernt zu sein scheint als der Bildschirm. Das Linsensystem kann insbesondere eine Anordnung von Mikrolinsen umfassen. Ist der Bildschirm als Anordnung von Bildelementen (Pixeln) aufgebaut, kann jedem Bildelement eine Linse zugeordnet sein. Eine Anordnung von Mikrolinsen kann nach Art einer Folie oder einer Matte gestaltet sein.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug ein hierin beschriebenes Monitorsystem. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug umfassen, beispielsweise einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder einen Bus. Das Fahrzeug kann zwei Seitenfenster aufweisen, die auf unterschiedlichen Seiten in Nachbarschaft zur Frontscheibe stehen. Dabei können zwei Monitorsysteme im Fahrzeug angebracht sein, die auf unterschiedlichen Seiten jeweils im Bereich zwischen der Frontscheibe und einer der Seitenscheiben liegen. Eine Einrichtung zur Bestimmung einer Position oder Pose eines Kopfs oder eines Auges der Person an Bord des Fahrzeugs kann für beide Monitorsysteme benutzt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeug ein hierin beschriebenes Monitorsystem.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein Monitorsystem an Bord eines Fahrzeugs;s
- 2 ein Monitorsystem nach einer weiteren Ausführungsform; und
- 3 eine Ansicht eines Monitorsystems in einer weiteren Ausführungsform aus einer Perspektive eines Fahrers eines Fahrzeugs
illustriert.
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1 zeigt ein Monitorsystem 100 an Bord eines Fahrzeugs 105. Das Fahrzeug 105 umfasst beispielhaft einen Personenkraftwagen und ist dazu eingerichtet, wenigstens eine Person 110 zu befördern. Eine Steuerung des Fahrzeugs 105 kann teilweise oder vollständig automatisiert sein oder die Person 110 kann einen Fahrer des Fahrzeugs 105 umfassen. Der Fahrer 110 kann an einer vorbestimmten Stelle des Fahrzeugs 105 sitzen, beispielsweise auf einem Fahrersitz, der wie dargestellt vorne links, aber auch vorne rechts angebracht sein kann.
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Das Fahrzeug 105 umfasst eine Frontscheibe 115 und eine Seitenscheibe 120, zwischen denen eine Fahrzeugsäule 125 liegen kann. Die Fahrzeugsäule 125 ist der Übersichtlichkeit halber nur auf einer dem Fahrer 110 abgewandten Seite des Fahrzeugs 105 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Ein Sichtfeld 130 des Fahrers 110, das mit unterbrochenen Linien angedeutet ist, hat einen vorbestimmten horizontalen Öffnungswinkel. Im Sichtfeld 130 liegt ein Bereich 135, der durch den Fahrer 110 außerhalb des Fahrzeugs 105 nicht eingesehen werden kann, da er durch die Fahrzeugsäule 125 verdeckt ist. Dabei ist zu beachten, dass die Fahrzeugsäule 125 üblicherweise nach hinten geneigt ist, sodass der Bereich 135 über die Höhe der Fahrzeugsäule 125 horizontal unterschiedlich gerichtet sein kann.
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Der Fahrer 110 hat einen Kopf 140 mit wenigstens einem Auge 145. Je nach Pose des Kopfes 140 verläuft der vom Fahrer 110 nicht einsehbare Bereich 135 bezüglich eines Umfelds in unterschiedlichen Richtungen, sodass der Fahrer 110 in Abhängigkeit der Position und Ausrichtung seines Kopfes 140 unterschiedliche Objekte außerhalb des Fahrzeugs 105 durch eine der Scheiben 115, 120 sehen kann oder nicht.
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Das Monitorsystem 100 umfasst eine Verarbeitungseinrichtung 150, eine erste Abtasteinrichtung 155 und eine zweite Abtasteinrichtung 160. Die erste Abtasteinrichtung 155 ist dazu eingerichtet, eine Position und/oder eine Ausrichtung des Kopfes 140 und/oder eines Auges 145 des Fahrers 110 zu bestimmen. Dazu kann die erste Abtasteinrichtung 155 eine Innenraumkamera umfassen, die dazu eingerichtet ist, einen Raum optisch abzutasten, in dem sich der Fahrer 110 beim Führen des Fahrzeugs 105 aufhält. Optional kann ein größerer Bereich eines Innenraums des Fahrzeugs 105 abgetastet werden. Auf der Basis der optischen Abtastung kann der nicht einsehbare Bereich 135 bestimmt werden.
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Die zweite Abtasteinrichtung 160 umfasst, wie unten noch genauer beschrieben ist, eine Anordnung mit mehreren Kameras, die jeweils dazu eingerichtet sind, das Umfeld des Fahrzeugs 105 abzutasten. Ein Abtastbereich der zweiten Abtasteinrichtung 160 sollte wenigstens den aufgrund der Fahrzeugsäule 125 nicht einsehbaren Bereich 135 umfassen und ist üblicherweise größer als dieser, um dessen veränderliche Lage bezüglich einer Pose des Kopfes 140 zu berücksichtigen. Vorteilhaft ist ein Abtastwinkel der Abtasteinrichtung 160 etwa doppelt so groß wie ein durch die Fahrzeugsäule 125 verschatteter Blickwinkel. In der Darstellung von 1 ist ein beispielhafter Abtastbereich der Abtasteinrichtung 160 mit unterbrochenen Linien an der Abtasteinrichtung 160 angedeutet. Die zweite Abtasteinrichtung 160 liegt an einer Außenseite des Fahrzeugs 105, bevorzugt auf oder nahe an einer Oberfläche der Fahrzeugsäule 125 oder eines vergleichbaren Elements, das den nicht einsehbaren Bereich 135 verursacht.
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Auf der Fahrzeugsäule 125 oder einem entsprechenden Element des Fahrzeugs 105 ist ein Bildschirm 165 angebracht. Der Bildschirm 165 deckt bevorzugt einen möglichst großen Teil der Fahrzeugsäule 125 zwischen der Frontscheibe 115 und der Seitenscheibe 120 ab. Der Bildschirm 125 ist bevorzugt entsprechend einer Oberfläche der Fahrzeugsäule 125 oder einer Verkleidung geformt und kann beispielsweise zylinderförmig oder sphärisch gebogen sein.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Verarbeitungseinrichtung 150 dazu eingerichtet ist, auf der Basis einer mittels der zweiten Abtasteinrichtung 160 vorgenommenen Abtastung eine Ansicht zu bestimmen, die optische Informationen umfasst, die aus dem vom Fahrer 110 nicht einsehbaren Bereich 135 stammen. Diese Informationen werden auf dem Bildschirm 165 derart bereitgestellt, dass sie sich möglichst nahtlos mit durch die Scheiben 115, 120 direkt wahrnehmbaren Informationen zu einem Gesamtbild vereinen. Bei der Bereitstellung der Ansicht wird bevorzugt eine Form des Bildschirms 165, wie sie aus einer Perspektive des Fahrers 110 wahrgenommen werden kann, berücksichtigt, um unerwünschte Verzerrungen im Gesamtbild zu vermeiden. Effektiv kann sich für den Fahrer 110 der Eindruck einstellen, die Fahrzeugsäule 125 oder ein Abschnitt von ihr wäre im Wesentlichen transparent.
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2 zeigt ein Monitorsystem 100 nach einer weiteren Ausführungsform. An der Außenseite der Fahrzeugsäule 125 sind in unterschiedlichen vertikalen Höhen insgesamt drei zweite Abtasteinrichtungen 160 angebracht. Die zweiten Abtasteinrichtungen 160 liegen jeweils vertikal im Sichtfeld eines Fahrers 110, gehen aber von unterschiedlichen vertikalen Positionen des Fahrers 110, seines Kopfes 140 beziehungsweise eines seiner Augen 145 aus. Durch den schrägen Verlauf der Fahrzeugsäule 125 können die zweiten Abtasteinrichtungen 160 auch horizontal versetzt sein.
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Jede der zweiten Abtasteinrichtungen 160 umfasst eine erste Kamera 205 und eine zweite Kamera 210, die bevorzugt auf derselben vertikalen Höhe liegen, aber in horizontaler Richtung um eine Distanz versetzt sind, die ungefähr dem Abstand zwischen Augen 145 des Fahrers 110 entspricht. Diese Distanz liegt in einer beispielhaften Ausführungsform in einem Bereich von ca. 58 bis ca. 72 mm, besonders bevorzugt bei ca. 66 mm.
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Mittels eines Paars von Kameras 105, 210 kann eine dreidimensionale Rekonstruktion des durch die Fahrzeugsäule 125 verschatteten Bereichs gelingen. Dabei ist üblicherweise nur ein Paar Kameras 205, 210 für die Bereitstellung von Abtastungen erforderlich. Ein Paar ungenutzter Kameras 205, 210 kann dazu verwendet werden, eine redundante Bestimmung durchzuführen. So kann die dreidimensionale Szene im Umfeld des Fahrzeugs 100 unabhängig auf der Basis zweier Abtasteinrichtungen 160 rekonstruiert werden. Übersteigt eine Abweichung zwischen den Rekonstruktionen einen vorbestimmten Schwellenwert, so kann auf ein defektes oder unkalibriertes Monitorsystem 100 geschlossen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine verdreht angeordnete Kamera 205, 210 bestimmt und gegebenenfalls auch identifiziert werden. Eine solche Überprüfung kann zeitgesteuert erfolgen, beispielsweise alle ca. 30 Sekunden, oder ereignisgesteuert, beispielsweise vor oder nach einem Abbiegevorgang.
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3 zeigt eine Ansicht eines Monitorsystems 100 in einer weiteren Ausführungsform aus einer Perspektive des Fahrers 110 des Fahrzeugs 105. Die horizontal zwischen der Frontscheibe 115 und der Seitenscheibe 120 liegende Fahrzeugsäule 125 umfasst eine Verkleidung 305, die beispielsweise aus einem Kunststoff herstellbar sein kann. Die Verkleidung 305 ist üblicherweise dazu eingerichtet, einen aufgrund seiner technischen Funktion konstruktiv stabil ausgeformten Teil der Fahrzeugsäule 125 optisch ansprechender zu machen. Zusätzlich kann zwischen der Verkleidung 305 und einem Strukturteil, das insbesondere aus einem oder mehreren Blechen geformt sein kann, eine Dämmung, eine Isolation oder ein Polster angebracht sein. Die Verkleidung 305 weist auf einer dem Fahrer 110 zugewandten Seite üblicherweise runde Formen und eine matte Oberfläche auf.
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Der Bildschirm 165 kann auf die Oberfläche der Verkleidung 305 aufgebracht sein, beispielsweise mittels Verkleben. Dazu kann die Verkleidung 305 eine Mulde zur Aufnahme des Bildschirms 165 aufweisen. Der Bildschirm 165 kann auch abschnittsweise die Verkleidung 305 ersetzen, wobei die Verkleidung 305 eine Aussparung zur Aufnahme des Bildschirms 165 aufweisen kann. Der Bildschirm 165 und bei Bedarf auch ein Abschnitt der Verkleidung 305 können unter einer Abdeckung 310 liegen. Die Abdeckung 310 kann beispielsweise ein gewobenes Textil umfassen und ist bevorzugt zumindest teilweise transparent. Der Bildschirm 165 ist bevorzugt selbstleuchtend, sodass er vom Fahrer 110 durch die Abdeckung 310 hindurch wahrgenommen werden kann.
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Optional liegt zwischen dem Bildschirm 165 und der Abdeckung 310 ein Linsensystem, das dazu eingerichtet ist, eine auf dem Bildschirm 165 dargestellte Ansicht für den Fahrer 110 im Fahrzeug 100 weiter entfernt erscheinen zu lassen als der Bildschirm 165. Ein Abstand zwischen dem Fahrer 110 und dem Bildschirm 165 liegt üblicherweise bei wenigstens ca. 80 cm. Bezüglich einer Akkommodation, also eines Fokussierverhaltens, des menschlichen Auges kann das auf dem Bildschirm 165 dargestellte Bild für den Fahrer 110 ergonomisch korrekt erscheinen.
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Die dargestellte Ansicht kann derart im Sichtfeld 130 des Fahrers 110 liegen, dass dargestellte Objekte für ihn stets an einer Stelle zu sehen sind, an der sie direkt wahrnehmbar wären, wenn der Bildschirm 165 und die Fahrzeugsäule 125 fehlten, sodass er das Umfeld vollständig direkt betrachten könnte. Ein Bereich der Fahrzeugsäule 125, der für den Fahrer 110 seitlich vom Bildschirm 165 sichtbar ist, ist bevorzugt so schmal wie möglich gehalten und kann durch die dreidimensionale Form des Bildschirms 125 null betragen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Monitorsystem
- 105
- Fahrzeug
- 110
- Person, Fahrer
- 115
- Frontscheibe
- 120
- Seitenscheibe
- 125
- Fahrzeugsäule
- 130
- Sichtfeld
- 135
- nicht einsehbarerer Bereich
- 140
- Kopf
- 145
- Auge
- 150
- Verarbeitungseinrichtung
- 155
- erste Abtasteinrichtung
- 160
- zweite Abtasteinrichtung
- 165
- Bildschirm
- 205
- erste Kamera
- 210
- zweite Kamera
- 305
- Verkleidung
- 310
- Abdeckung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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