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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Gesten-Bedieneinrichtung zur berührungslosen Bedienung einer Geräte-Einrichtung und einem Verfahren zur berührungslosen Gesten-Bedienung einer Geräte-Einrichtung aus.
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Die
DE112015003655T5 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bedienung von elektronischen Geräten mittels radarbasierter Gestenerkennung. Im Gegensatz zur an sich bekannten Erfassung von Gesten über berührungsempfindliche Oberflächen, wie beispielsweise Touch-Displays von Smartphones oder Tablet-Computern oder berührungsempfindliche Notebook- oder Computer-Bildschirme erfolgt die Erfassung der Gesten dabei innerhalb eines vorgegebenen Raumes losgelöst von einer vorgegebenen Oberfläche und berührungslos.
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Es wird dabei davon ausgegangen, dass regelmäßig bzw. dauerhaft alle zur Bedienung zugelassenen Gesten innerhalb des von einer vorgegebenen Zahl von Radar-Sende- und Empfangsantennen aufgespannten Erfassungsbereichs erkannt werden.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat demgegenüber den Vorteil, eine Ressourcen-schonende Möglichkeit zur Bedienung mittels vom Benutzer ausgeführter Gesten bzw. darauf ausgerichteter Gestenerkennung seitens einer zu bedienenden Einrichtung zu ermöglichen.
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Zudem wird das Risiko einer Fehlbedienung oder einer nicht beabsichtigten Bedienung der Einrichtung durch Ausführen einer Geste im Erfassungsbereich der Gestenerkennung, die aus Sicht der die Geste ausführenden Person nicht der Bedienung der Einrichtung dienen soll, verringert. Eine solche Geste kann beispielsweise ein Winken oder eine andere Handbewegung einer Person sein welche sich an eine weitere Person richtet und welche, insbesondere unbeabsichtigt oder versehentlich, im Erfassungsbereich der Gestenerkennung durchgeführt wird und nicht zur Bedienung der Einrichtung dienen soll.
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Dies wird dadurch erreicht, dass die Gerätebedienung mittels Gestenerkennung zweistufig erfolgt. Ein erster Erkennungsmodus ist darauf gerichtet, die Bedienung einer mittels Gesten berührungslos bedienbaren Einrichtung durch Erfassung und ggf. Erkennung einer Einschalt-Geste ein- bzw. scharf zu schalten. Diese erste Stufe erfolgt in einem Ressourcen schonenden, insbesondere Energiespar-Modus, in dem nur eine oder eine geringe Anzahl von Einschalt- und Authentifizierungs-Gesten für das Einschalten der Gestenbedienung des Geräts bzw. der Einrichtung als zulässig erkannt werden oder erkannt werden können. Erst nach Einschalten der Gestenbedienung stellt die Einrichtung eine erweiterte Gestenerkennung und damit Bedienung zur Verfügung, welche einen erhöhten Bedarf an Ressourcen erfordert.
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Erfindungsgemäß wird demgemäß eine Gesten-Bedieneinrichtung, ausgebildet zur Bedienung einer Einrichtung mittels einer oder mehrerer mit einem Körperteil eines Benutzers ausgeführten Gesten, umfassend
eine Sensoranordnung, welche dazu ausgebildet ist, eine mit dem Körperteil des Benutzers ausgeführte Geste berührungslos zu erfassen,
eine Auswerteanordnung, welche dazu ausgebildet ist,
- - in einem ersten Erkennungsmodus die erfasste Geste mit einer vorgegebenen Einschalt-Muster-Geste zu vergleichen und einen zweiten, erweiterten Erkennungsmodus freizuschalten, wenn die erfasste Geste als mit der vorgegebenen Einschalt-Muster-Geste übereinstimmend erkannt wird,
- - und in dem zweiten Erkennungsmodus weitere, mit der Sensoranordnung erfasste Gesten mit einer Mehrzahl von weiteren zur weitergehenden Bedienung des Geräts vorgesehenen Bedien-Muster-Gesten zu vergleichen und im Falle von Übereinstimmung als Bedien-Gesten zu erkennen,
eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine in dem zweiten Erkennungsmodus als solche erkannte Bedien-Geste in Steuersignale zur Bedienung mindestens einer Funktion der Einrichtung umzusetzen, vorgeschlagen.
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Erfindungsgemäß wird dazu weiterhin ein Verfahren zur berührungslosen Gesten-Bedienung einer Einrichtung, vorgeschlagen,
- - wobei eine mit einem Körperteil eines Benutzers ausgeführte Geste berührungslos erfasst wird,
- - wobei in einem ersten Erkennungsmodus die erfasste Geste mit einer vorgegebenen Einschalt-Muster-Geste verglichen wird und ein zweiter, erweiterter Erkennungsmodus freigeschaltet wird, wenn die erfasste Geste als mit der vorgegebenen Einschalt-Muster-Geste übereinstimmend erkannt wird,
- - wobei in dem zweiten Erkennungsmodus weitere erfasste Gesten mit einer Mehrzahl von weiteren zur weitergehenden Bedienung der Einrichtung vorgesehenen Bedien-Muster-Gesten verglichen und bei Übereinstimmung als Bedien-Gesten erkannt werden und
- - wobei eine in dem zweiten Erkennungsmodus als solche erkannte Bedien-Geste in Steuersignale zur Bedienung mindestens einer Funktion der Einrichtung umgesetzt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend näher erläutert.
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Die Geräte-Einrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann ein einzelnes Gerät, wie beispielsweise ein Personal-Computer, ein Haushaltsgerät, wie zum Beispiel ein Kühlschrank, eine Waschmaschine oder ein Herd-, Backofen und/oder Mikrowellengerät, ein Gerät der Unterhaltungselektronik wie beispielsweise ein Fernsehgerät oder eine Audio-Anlage oder ein Gerät der Fahrzeugelektronik, wie beispielsweise ein Fahrzeugnavigationssystem sein. Daneben kann die Geräte-Einrichtung auch eine Mehrzahl an Geräten oder Funktionsmodulen umfassen, wie beispielsweise ein Fahrzeuginformationssystem umfassend eine Rundfunkempfangs-Komponente, eine Navigations-Komponente und/oder eine Mobiltelefonie-Komponente. Weiterhin kann die Geräte-Einrichtung auch verschiedenartige Funktionskomponenten, wie beispielsweise ein Fahrzeuginformationssystem sowie eine Fahrzeugklimatisierung umfassend Innenraumkühlung, Innenraumbeheizung, Sitzheizung und dergleichen mehr umfassen.
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Die Geräte-Einrichtung im vorstehenden Sinne kann in einer ersten vorteilhaften Ausprägung die Gesten-Bedieneinrichtung umfassen. Beispielsweise kann die Gesten-Bedieneinrichtung Bestandteil eines Küchengeräts oder eines Geräts der Unterhaltungselektronik oder eines Fahrzeuginformationssystems sein. In diesem Fall können die Funktionen der Gesten-Bedieneinrichtung, soweit nicht durch Hardware abgebildet, als Bestandteil der Geräte-Software der Geräte-Einrichtung ausgeführt sein, die in einem Speicher der Geräte-Einrichtung abgelegt ist und von einem Prozessor der Geräte-Einrichtung abgearbeitet wird.
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In einer anderen vorteilhaften Ausprägung kann die Gesten-Bedieneinrichtung auch als eine separate Komponente ausgeführt sein, die mit der Geräte-Einrichtung kommunikationsverbunden, beispielsweise über eine Leitung, einen leitungsgebundenen oder auch einen drahtlosen Datenbus verbunden ist. Die Kommunikationsverbindung kann beispielsweise im Fahrzeug-Bereich über einen CAN- oder einen anderen geeigneten Datenbus vorgesehen sein. Im Heimbereich kann die Kommunikationsverbindung zwischen Geräte-Einrichtung und Gesten-Bedieneinrichtung beispielsweise über LAN, WLAN, Bluetooth oder DECT erfolgen. In diesem Fall können die Funktionen der Gesten-Bedieneinrichtung, soweit nicht durch Hardware abgebildet, vorzugsweise als Bestandteil einer Betriebssoftware der Gesten-Bedieneinrichtung ausgeführt sein, die in einem Speicher der Gesten-Bedieneinrichtung abgelegt ist und von einem Prozessor der Gesten-Bedieneinrichtung abgearbeitet wird.
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Die Gesten-Bedienrichtung umfasst eine Sensoranordnung, die dazu geeignet und ausgelegt ist, eine in ihrem Erfassungsbereich ausgeführte Geste zu erfassen, zu erkennen bzw. zu interpretieren und diese in ein Steuersignal zur Bedienung einer Funktion der Geräte-Einrichtung umzusetzen.
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Die Sensoranordnung ist dabei vorzugsweise auf den Anwendungsbereich bzw. Anwendungszeck der Geräte-Einrichtung abgestimmt.
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So ist beispielsweise vorgesehen, dass die Sensoranordnung, sofern beispielsweise zur Bedienung eines Personal-Computers vorgesehen, auf den typischen Arbeitsabstand eines Benutzers zum Monitor des Personal-Computers abgestimmt ist, das heißt darauf ausgelegt ist, in einem Bereich zwischen der Monitor-Bildfläche und dem Auge des Benutzers bzw. Bedieners, insbesondere mit den Händen, ausgeführte Gesten zu erfassen. Ein solcher typischer Arbeits- oder Betrachtungsabstand beträgt beispielsweise 0 m bis 2 m, insbesondere 0,2 m bis 1 m ab Monitor-Bildfläche und Augen bzw. Kopf des Benutzers. Weiterhin ist die Sensoranordnung vorzugsweise auch hinsichtlich des vertikalen sowie horizontalen Erfassungsbereichs auf einen anwendungsabhängig sinnvollen oder typischen Bereich abgestimmt. Dieser richtet sich in horizontaler und/oder vertikaler Richtung vorzugsweise nach der Größe der Bildfläche und dem für die Durchführung von Gesten verfügbaren Raum, der beispielsweise durch eine Schreibtisch-Oberkante und die Armlänge des Benutzers beschränkt sein kann.
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Sofern die Gesten-Bedienrichtung zur Bedienung beispielsweise eines Fernsehgeräts vorgesehen ist, ist die Sensoranordnung vorzugsweise auf den für dieses Szenario typischen Betrachtungsabstand von, abhängig von der Bildfläche des Fernsehgeräts, beispielsweise 1,5 m bis 7,5 m abgestimmt, die vertikale Ausdehnung des Erfassungsbereichs der Sensoranordnung beispielsweise auf die Raumhöhe und die horizontale Ausdehnung auf die Breite des Zuschauerraumes, in dem auch mehrere nebeneinander sitzende Zuschauer Gesten durchführen können, abgestimmt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung der Gesten-Bedieneinrichtung eine Mehrzahl von Sensorelementen umfasst, und dass im ersten Erkennungsmodus genau eines der Mehrzahl von Sensorelementen oder eine Minderzahl der Mehrzahl von Sensorelementen zur Erfassung der Gesten aktiviert ist. Dies ist eine Möglichkeit zum Ressourcen-schonenden Betrieb der Gesten-Bedieneinrichtung. Erst dann, wenn im ersten Erkennungsmodus eine erfasste Geste als Einschalt-Geste erkannt ist, wird der zweite Erkennungsmodus einschaltet, in dem die Mehrzahl oder jedenfalls mehrere der Mehrzahl an Sensorelementen zur Erfassung der Gesten aktiviert wird.
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Eine Ressourcen-schonender Betrieb der Gesten-Bedieneinrichtung kann alternativ oder ergänzend auch dadurch erreicht werden, dass die Auswertung der mit dem oder den Sensorelement/en erfassten Gesten im ersten Erkennungsmodus in der Auswerteanordnung mit verringerter Rechenleistung erfolgt. Die Auswerteanordnung muss in diesem ersten Erkennungsmodus lediglich eine oder, gemäß vorteilhafter Ausführung der Erfindung wenige Einschalt- und/oder Authentifizierungs-Gesten erkennen, d.h. mit entsprechenden Einschalt- und/oder Authentifizierungs-Muster-Gesten vergleichen können. Hierzu ist ersichtlich weniger Rechenleistung erforderlich als für einen Vergleich mit einer Vielzahl von Mustergesten. Dies gilt ohne Weiteres ersichtlich umso mehr, wenn zur Erfassung der Vielzahl von möglichen Bediengesten eine Mehrzahl von Sensorsignalen erfasst und ausgewertet werden müssen.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist die Sensoranordnung der Gesten-Bedieneinrichtung als Radar-Sensoranordnung ausgebildet. Gegenüber einer beispielsweise video-basierten Gestenerkennung ist eine radar-basierte Gestenerkennung wiederum erheblich Ressourcen-schonender umsetzbar und durchführbar.
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Die als Radar-Sensoranordnung ausgeführte Sensoranordnung umfasst mindestens eine Radar-Sendeantenne und eine Mehrzahl, vorzugsweise mindestens drei oder mehr Radar-Empfangsantennen. Es können aber auch eine Mehrzahl von Radar-Sendeantennen vorgesehen sein, die beispielsweise Radar-Signale mit voneinander verschiedenen Frequenzen und/oder der Sendefrequenzen auf-modulierten Signalmustern ausstrahlen.
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Die Radar-Empfangsantennen können in Abhängigkeit eines Betriebszustandes der Gesten-Bedieneinrichtung selektiv mit einer nachgelagerten Auswertung verbunden werden. Das bedeutet, dass die Auswertung in einem ersten Erkennungsmodus Radar-Empfangssignale nur einer Minderzahl der Mehrzahl von Empfangsantennen erhält oder auswertet, während die Auswertung in einem zweiten Erkennungsmodus die Radar-Signale vorzugsweise aller der Mehrzahl von Empfangsantennen erhält oder auswertet. Insbesondere kann dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass im ersten Erkennungsmodus nur eine Empfangsantenne mit einem Mischer und Demodulator zum Empfang und zur Vorverarbeitung der Radar-Empfangssignal betrieben oder aktiviert wird. Im Falle mehrerer Sendeantennen ist im ersten Erkennungsmodus weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass nur eine der Mehrzahl von Sendeantennen Radar-Signale ausstrahlt.
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Erst nach Erkennung einer Einschaltgeste, die gleichzeitig auch einer Authentifizierung eines bestimmten aus einer Mehrzahl von Benutzern oder als Zugangsschlüssel im Sinne einer Zugriffsbeschränkung auf die Geräte-Einrichtung dienen kann, wird ein erweiterter Erkennungsmodus freigeschaltet, in dem eine Mehrzahl von unter Umständen auch komplexeren Bedien-Gesten zur Bedienung der Geräte-Einrichtung zugelassen ist oder wird. Die Einschaltgeste kann beispielsweise in einer Annäherung einer Handfläche oder einer Fingerspitze des Benutzers an einen Bildschirm beispielsweise eines Computer-Monitors, eines Fernsehgeräts, eines Bedienfeldes eine Fahrzeuginformationssystems oder eines Küchengeräts bestehen. Die Annäherung kann dabei mittels der mindestens einen Empfangsantenne der Sensoranordnung erfasst werden. Die Annäherung des, verallgemeinert Körperteils, des Benutzers wirkt sich dadurch aus, dass das von der Sendeantenne abgegebene Radar-Signal abhängig von der Form und Fläche des sich der Empfangsantenne nähernden Körperteils zu einem bestimmten Anteil in Richtung der Empfangsantenne reflektiert wird. Durch die Annäherungsbewegung ergibt sich zudem eine Dopplerverschiebung, hier Frequenzerhöhung des an der Empfangsantenne ankommenden Signals gegenüber dem von der Sendeantenne abgegebenen Radar-Signals. Auf Grundlage dieser beiden Parameter, Empfangssignal-Stärke und -Frequenz, kann eine einfache Gestenerkennung erfolgen. Die Übereinstimmung der ausgeführten bzw. erfassten Geste mit der Einschalt-Muster-Geste wird in bevorzugter Ausgestaltung mit einem Detektionsalgorithmus erkannt. Dieser Detektionsalgorithmus kann beispielsweise eine Methode aus dem Bereich des maschinellen Lernens umfassen, die datengetrieben trainiert wird, um die Einschalt-Geste sowie im zweiten, erweiterten Erkennungsmodus weitere Gesten zu erkennen.
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Bei mit einem Muster, beispielsweise einer pseudo-zufälligen Musterfolge oder einer Frequenzrampe, beaufschlagten Radar-Signal kann zudem beispielsweise dieses Muster zur zusätzlichen Bestimmung der Entfernung des Körperteils von der Empfangsantenne herangezogen werden. Dies ermöglicht, unbeabsichtigte Fehlbedienungen weitergehend auszuschließen. Zudem kann damit auch eine verfeinerte Erkennung der Einschalt-Geste oder Authentifizierungs-Geste bzw. eine Verringerung einer Fehlerkennungsrate ermöglicht bzw. erreicht werden.
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Im erweiterten Erkennungs-Modus stehen vorzugsweise mindestens drei Empfangsantennen für eine verfeinerte und damit erweiterte Gestenerkennung zu Verfügung. Beispielsweise können eine Vielzahl von aus der bei Sprach- oder Gehörlosen verbreiteten Zeichensprache entlehnte oder daran angelehnte Gesten zur Bedienung des Geräts voneinander unterschieden und als Bedien-Gesten erkannt werden.
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Es ist weiterhin von Vorteil, dass mindestens zwei vorgegebene Einschalt-Muster-Gesten vorgesehen sind, welche mindestens zwei verschiedenen Benutzern und/oder Betriebszuständen zugeordnet sind, und dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die in dem zweiten Erkennungsmodus als solche erkannte Bedien-Geste in Steuersignale in Abhängigkeit der einen der mindestens zwei vorgesehenen im ersten Erkennungsmodus erkannten Einschalt-Muster-Gesten umzusetzen.
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Hier bietet sich die Möglichkeit, zur Bedienung der Geräte-Einrichtung mittels der Gesten-Bedieneinrichtung für verschiedene Benutzer verschiedene Bedien-Geste-Sätze vorzuhalten oder den oder einem Teil der erkennbaren Bedien-Gesten individuelle Bedeutungen und damit Geräte-Steuer-Funktionen zuzuordnen.
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Die berührungslose Bedienung, im vorliegenden Fall die Bedienung mittels einer im freien Raum ausgeführten Geste ohne Berührung eines Bedien- oder Eingabemittels, hat gegenüber einer berührenden Bedienung ohne Weiteres ersichtliche Vorteile. Beispielsweise ist dabei der Bediener nicht an eine zur Berührung eines Eingabemittels erforderliche Position im Raum gebunden. Weiterhin entfällt beispielsweise einer Verschmutzung von Displays, wie sie Im Fall von Touch-Screen-Bedienung beispielsweise von Personal-Computern unvermeidlich ist.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
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Es zeigen
- 1 ein erstes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gesten-Bedieneinrichtung und
- 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur berührungslosen Gesten-Bedienung einer Geräte-Einrichtung
- 3 ein weiteres Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Gesten-Bedieneinrichtung 1 zur berührungslosen Bedienung einer Geräte-Einrichtung 11, 12 dargestellt. Die Geräte-Einrichtung wird im vorliegenden Beispiel durch einen Arbeitsplatz-Rechner 12 bzw. Personal-Computer 12 mit daran angeschlossenem Monitor 11 gebildet. Der Arbeitsplatz-Rechner 12 wird von einem Benutzer mit dessen Händen 21 und 22 berührungslos mittels Gesten bedient, die in einem Erfassungsbereich 100 vor einer Anzeigefläche des Monitors 11 ausgeführt werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Gesten-Bedieneinrichtung 1 als integrierter Bestandteil der mittels Gesten zu bedienenden Geräte-Einrichtung 11, 12 ausgeführt.
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Der Monitor 11 weist eine Sensoranordnung auf, welche dazu ausgelegt ist, vor dem Monitor 11 in einem Erfassungsbereich durchgeführte Gesten zu erfassen. Im vorliegenden Beispiel ist die Sensoranordnung in Form einer Radar-Sensoranordnung ausgeführt. Konkret weist der Monitor 11 in seinem oberen Randbereich, hier außerhalb der eigentlichen Anzeigefläche, eine Radar-Sendeantenne 105 auf, die Radar-Signale in Richtung von dem Monitor 11 weg und auf den Benutzer zu abstrahlt. Ferner weist der Monitor 11 in seinem Randbereich, einerseits oberhalb der eigentlichen Anzeigefläche, andererseits links und rechts unterhalb der Anzeigefläche eine Mehrzahl von im vorliegenden Fall drei Radar-Sensorelemente in Form von Radar-Empfangsantennen. 101, 102 und 103 auf. Diese Radar-Sensorelemente 101, 102 und 103 erfassen mit ihren individuellen Antennen-Erfassungsbereichen jeweils einen gemeinsamen Gesten-Erfassungsbereich 100, kurz Erfassungsbereich 100. Der Erfassungsbereich 100 erstreckt sich zwischen der Anzeigefläche des Monitors 11 und der Position des Benutzers und beginnt wenige Zentimeter vor der Anzeige-Oberfläche des Monitors 11 und schließt zumindest die Position der Hände 21 und 22 des vor dem Monitor befindlichen Benutzers ein.
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Der Monitor 11 ist im vorliegenden Fall in an sich bekannter Weise mittels eines oder mehrerer in der Figur nicht dargestellter Kabel zum bidirektionalen Daten- und Signalaustausch mit dem Rechner 12 verbunden. Der Rechner 12 umfasst neben Betriebssystem und Anwendungssoftware auch eine Steuerungssoftware zur Durchführung der erfindungsgemäßen berührungslosen Gesten-Bedienung und stellt somit eine Steuerung bzw. Steuerungseinrichtung der Gesten-Bedieneinrichtung dar.
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Ist 2 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur berührungslosen Gesten-Bedienung einer Geräte-Einrichtung, hier konkret der Geräte-Einrichtung gemäß 1, dargestellt.
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Ausgangspunkt ist ein Betriebs-Bereitschaftsmodus, auch Standby-Modus 300. In diesem Betriebs-Bereitschaftsmodus steuert die Steuerungssoftware des Rechners 12 den Monitor 11, konkret die Radar-Sendeantenne 105, an, so dass diese ein Radar-Sendesignal in Richtung auf die Arbeitsposition des Benutzers bzw. bei am Arbeitsplatz anwesenden Benutzer auf den Benutzer abgibt und damit ein den Erfassungsbereich 100 abdeckendes Radarfeld zur Verfügung stellt (301).
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Im Rahmen des Betriebsbereitschafts-Modus empfängt die Steuerungssoftware des Rechners 12 Radarsignale, die mittels eines ersten Radar-Sensorelements 101 im oberen Monitor-Randbereich im Erfassungsbereich 100 in Richtung auf das erste Radar-Sensorelement 101 einfallen (302). Hier kommen im Rahmen der Erfindung solche Radarsignale in Betracht, die im Erfassungsbereich 100 von einem dort befindlichen Objekt in Richtung der Monitor-Anzeigeoberfläche 11 reflektiert werden. Radar-Signale, die auf die weiteren Radar-Sensorelemente 102 und 103 im unteren Randbereich des Monitors 11 einfallen, werden in diesem Betriebs-Bereitschaftsmodus nicht erfasst. Dazu kann vorgesehen sein, dass die weiteren Radar-Sensorelemente 102 und 103 vom Rechner 12 bzw. der Steuerungssoftware hard- oder softwaretechnisch abgekoppelt sind oder dass die Steuerungssoftware die dort anstehenden Radarsignale nicht auswertet.
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In diesem Betriebs-Bereitschaftsmodus, der hinsichtlich der Erkennung von im Erfassungsbereich bzw. der Gestenbedienung auch als erster Erkennungsmodus bezeichnet wird, greift die Steuerungssoftware auf einen begrenzten Satz an Muster-Gesten, im Extremfall auf eine Einschalt-Muster-Geste zu, mit denen bzw. der die mittels des ersten Radar-Sensorelements 101 erfassten Radarsignale verglichen bzw. abgeglichen werden (303). Die Einschalt-Muster-Geste ist dabei in einem Speicher hinterlegt. Wird die erfasste Geste nicht als Einschalt-Geste erkannt, so verbleibt der Gesten-Bedieneinrichtung im ersten Erkennungsmodus 300 und damit im Ressourcen-schonenden Standby- oder Betriebsbereitschafts-Modus. Werden die aus den erfassten Radarsignalen erfassten und für die Gestenerfassung relevanten Parameter als mit der Einschalt-Mustergeste, im Sinne einer hinreichenden Genauigkeit, übereinstimmend erkannt, dann schaltet die Steuerungssoftware einen zweiten, gegenüber dem ersten Erkennungsmodus erweiterten Erkennungsmodus 310 frei.
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Die Gesten-Bedieneinrichtung 1 geht damit in einen Regel-Betriebszustand über, in dem der volle Funktionsumfang zur Verfügung gestellt wird. Dies bedeutet, dass nun auch die weiteren Radar-Sensorelemente 102 und 103 seitens der Steuerungssoftware bzw. der dort implementierten Auswertung abgetastet und deren Empfangssignale ausgewertet werden (312). Der erweiterte zweite Erkennungsmodus greift auf eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von in dem Speicher 304 vorgehaltenen Bedien-Muster-Gesten zu und vergleicht die erhaltenen Radar-Signale mit diesen Bedien-Muster-Gesten (313). Bei Übereinstimmung setzt die Steuerungssoftware die als Bedien-Gesten erkannten Gesten in Steuersignale 320 zur Bedienung mindestens einer Funktion der Geräte-Einrichtung, beispielsweise des Arbeitsplatz-Rechners 12 gemäß 1 um. Zur Erfassung der Gesten wird auch im zweiten, erweiterten Erkennungs-Modus 310 das Radarfeld im Erfassungsbereich 100 zur Verfügung gestellt (311). Dabei kann das Radarfeld in derselben Weise wie im ersten Erfassungsmodus erzeugt werden. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Radarfeld mit für eine erweiterte Gestenerkennung angepassten Parametern erzeugt wird, beispielsweise mit erhöhter Sendeleistung, optimiertem überlagertem Pseudo-Zufalls-Muster oder anderen für eine erweiterte Gestenbedienung geeigneten Maßnahmen.
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Beispielsweise kann eine Bewegung der Benutzerhand im Erfassungsbereich 100 von links nach rechts oder umgekehrt von rechts nach links in ein Steuersignal zum Blättern durch ein Funktionsauswahlmenu der Geräte-Einrichtung, beispielsweise eines Fahrzeuginformationssystems umgesetzt werden. Ist auf diese Weise die gewünschte Funktion dargestellt, kann beispielsweise eine sich auf die Radar-Sensorelemente zu bewegende Fingerspitze in ein Bestätigungssignal zur Auswahl der dargestellten Funktion umgesetzt werden. Ein erneutes Hand-Wischen kann beispielsweise in ein Verwerfen der letzten Auswahl umgesetzt werden. Eine Bewegung der ausgestreckten Benutzerhandfläche von oben nach unten kann beispielsweise in ein Steuersignal zur Reduzierung eines aktuellen Werts in der aktuell ausgewählten Funktion, beispielsweise der Lautstärke eines Audiosignalwidergabe umgesetzt werden.
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Die Bedien-Gesten können dabei sowohl hinsichtlich ihrer Vielzahl als auch ihrer Komplexität umfangreicher als die Einschalt-Gesten ausfallen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass durch die Mehrzahl, im vorstehenden Beispiel der 1 von 3 Radar-Sensorelementen 101, 102, und 103 auch Annäherungsrichtungen oder Bewegungsrichtungen von im Erfassungsraum 100 durchgeführten Gesten sicher erfasst und ausgewertet werden können. Zudem wird dies dadurch ermöglicht, dass für die eigentliche Auswertung der Gesten bzw. der von den Radar-Sensorelementen erfassten Radarsignale eine gegenüber dem ersten Erkennungsmodus erhöhte Rechenleistung vom Prozessor der Gesten-Bedieneinrichtung 1 zur Verfügung gestellt wird. Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass Radar-Signale nicht nur von einer Sende-Antenne 105, sondern von einer Mehrzahl von beispielsweise drei Sende-Antennen 105 abgestrahlt werden (311). Vorzugsweise werden die Radar-Signale dabei auf unterschiedlichen Frequenzen gesendet und/oder mit unterschiedlichen, beispielsweise Pseudo-Zufalls-Mustern beaufschlagt, was eine weitere Verfeinerung der Gestenerkennung ermöglicht. Diese Maßnahmen gehen gegenüber dem ersten Erkennungsmodus mit einem erhöhten Ressourcen- und Energieverbrauch einher, sind aber erfindungsgemäß auf den Regel-Betriebszustand der Gesten-Bedieneinrichtung 1 beschränkt.
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Wie bereits erwähnt können als Bedien-Muster-Gesten beispielsweise die Gesten der bei Sprach- und/oder Gehörlosen üblichen Gebärdensprache hinterlegt sein und für die Bedienung der Geräte-Einrichtung verwendet werden. Dabei kann den Gesten durchaus eine von der Gebärdensprache abweichende Bedeutung zugeordnet werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Einschalt-Geste auch als Authentifizierungs-Geste im Sinne einer Zugangs- oder Zugriffsbeschränkung dienen. Damit kann die Gesten-Bedieneinrichtung 1 nur durch einen Benutzer in den erweiterten Erkennungs-Modus versetzt werden, dem die Authentifizierungs-Geste bekannt ist.
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Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen sein, dass mehrere verschiedene Einschalt-Gesten vorgesehen werden, wobei sich verschiedene Benutzer mittels der ihnen zugeordneten Einschalt- bzw. Authentifizierungsgeste an der Gesten-Bedieneinrichtung anmelden und damit den erweiterten Erkennungsmodus freischalten. Dies geht mit dem Vorhalten einer entsprechenden Anzahl von Einschalt-Muster-Gesten bzw. Authentifizierungs-Gesten auf Seiten der Auswertung einher.
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Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der erweiterte Erkennungsmodus in Abhängigkeit des Benutzers bzw. der erkannten Authentifizierungs-Geste verschiedene Funktionsumfänge freischaltet oder auch verschiedene Bedienabläufe oder verschiedene Gesten-Interpretationen freischaltet, so dass beispielsweise dieselbe weitere Bedien-Geste je nach Benutzer verschiedene Steuerungssignale und damit Funktionen an der Geräte-Einrichtung bewirkt. Im Falle mehrerer mit der Gesten-Bedieneinrichtung verbundener Geräte kann so auch vorgesehen sein, dass verschiedene Einschalt- oder Authentifizierungs-Gesten verschiedene Geräte der Geräte-Einrichtung einschalten und für die weitere Benutzung freigeben.
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Die vorbeschriebenen Funktionen der Gesten-Bedieneinrichtung sind im Ausführungsbeispiel gemäß 1, also dem Beispiel des Arbeitsplatz-Rechners bzw. Personal-Computers 12 in Form von Steuerungssoftware implementiert, die durch den Prozessor des Rechners 12 abgearbeitet wird. Die Funktionen der Gestenerfassung, Gestenerkennung und der Steuereinrichtung sind dabei als Software-Funktionsblöcke ausgeführt.
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Auch bei alternativen Ausführungsbeispielen werden die Funktionsmodule der Gesten-Bedieneinrichtung in bevorzugter Ausgestaltung als von einem Prozessor abgearbeitete Software-Funktionsmodule einer Steuerungssoftware bereitgestellt.
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3 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Gesten-Bedieneinrichtung 1 als separate Komponente 1 ausgeführt ist, welche über einen Datenbus 110 mit weiteren Geräten bzw. Funktionseinheiten 15, 16 und 17 verbunden ist. Bei den Geräten oder Funktionseinheiten 15, 16 und 17 kann es sich beispielsweise um Funktionsgruppen eines Kraftfahrzeugs handeln, beispielsweise ein Fahrzeuginformationssystem 15 umfassend Rundfunkempfang, Fahrzeugnavigation und Mobiltelefonie-Funktion, eine Klimatisierungseinrichtung 16 umfassend eine Sitzheizung, einen Innenraumheizung und eine Innenraum-Kühlung sowie eine weitere Fahrzeugfunktion 17. Der Datenbus kann dabei beispielsweise als CAN-Bus ausgeführt sein.
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Die Gesten-Bedieneinrichtung 1 umfasst in diesem Fall die Radar-Sendeantenne 105 oder Sendeantennen, die Mehrzahl von Radar-Sensorelemente und einen programmgesteuerten Prozessor zur Abarbeitung der zuvor beschriebenen Abläufe.
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Im ersten Erkennungsmodus 300 stellt die Gesten-Bedieneinrichtung das Radarfeld 301 mittels der ersten Radar-Sendeantenne 105 im Fahrzeuginnenraum im Erfassungsbereich 100 in Griffweite des Fahrzeugführers und beispielsweise des Beifahrers zur Verfügung. Führt nun der Fahrzeugführer eine Geste im Erfassungsbereich 100 durch und wird diese als zulässige Einschalt-Geste erkannt (303), so geht die Gesten-Bedieneinrichtung 1 in den erweiterten, zweiten Erkennungs-Modus über, der der eigentlichen Gerätebedienung dient. Hier kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit einer von mehreren möglichen Einschaltgesten nur eine der Funktionsgruppen 15, 16 oder 17 aktiviert und für die weitere Bedienung freigeschaltet wird. Nachfolgend kann der Benutzer, hier der Fahrzeugführer, die eine oder mehreren für die Gesten-Bedienung aktivierte oder aktivieren Funktionsgruppe oder Funktionsgruppen mittels Gesten-Bedienung weitergehend bedienen, beispielsweise eine Rundfunkstation auswählen, eine Playlist eines angeschlossenen oder integrierten MP3-Players auswählen, eine Wiedergabelautstärke steuern oder dergleichen.
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Wird hingegen die Einschalt-Geste vom Beifahrer ausgeführt und als zulässige Einschalt-Geste erkannt, so kann eine oder mehrere Funktionsgruppen für die Gesten-Bedienung nur für den Beifahrer freigeschaltet werden. Die Unterscheidung zwischen Fahrzeugführer und Beifahrer kann dabei insbesondere dadurch erfolgen, dass für Fahrzeugführer und Beifahrer verschiedene Einschalt-Gesten, in diesem Fall also Authentifizierungs-Gesten vorgesehen werden, so dass Fahrzeugführer und Beifahrer anhand der unterschiedlichen Gesten erkannt werden.
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Weitergehend kann auch vorgesehen werden, dass eine Authentifizierung eines bestimmten von mehreren möglichen bzw. zulässigen Benutzern der Gesten-Bedieneinrichtung 1 bzw. der damit bedienten oder bedienbaren Geräte-Einrichtungfen mittels Authentifizierungsgeste erst in einem zweiten Schritt nach Erkennung einer zulässigen Einschalt-Geste vorgesehen wird. Demnach wird die Gesten-Bedieneinrichtung zunächst mittels Einschalt-Geste in den zweiten, erweiterten Erkennungs-Modus versetzt und erst im zweiten, erweiterten Erkennungs-Modus wird die Verifizierung der Authentifizierungs-Geste durchgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112015003655 T5 [0002]
