DE112014003826T5

DE112014003826T5 - System und Vefahren zum Bereitstellen einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE112014003826T5
Application number: DE112014003826.1T
Authority: DE
Inventors: Sebastian Steinhorst; Kai Xiang Wang; Philipp Mundhenk; Martin Lukasiewycz
Original assignee: Turn Create Ltd
Current assignee: Turn Create Ltd
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-06-02
Also published as: WO2015026296A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Fahrzeugs weist auf eine Eingabeeinrichtung, die dafür konfiguriert ist, Eingabedaten bereitzustellen, die gemäß einer Außenumgebung des Fahrzeugs variieren; eine Verarbeitungseinrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Eingabedaten zu verarbeiten, um Eigenschaften der bereitzustellenden Beleuchtung zu bestimmen; und eine Ausgabeeinrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Beleuchtung mit den bestimmten Eigenschaften für den Innenraum des Fahrzeugs bereitzustellen; wobei die Eigenschaften der durch die Ausgabeeinrichtung bereitgestellten Beleuchtung den Eigenschaften der Außenumgebung des Fahrzeugs angepasst sind, wenn die Beleuchtung bereitgestellt wird; und wobei die Eigenschaften Farben und Beleuchtungsstärke aufweisen.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Fahrzeugs.
Hintergrund der Erfindung
Aktuelle Statistiken zeigen, dass Fahrzeuge eine zunehmend wichtige Rolle im Leben der Menschen spielen. Die Zahl der in den letzten zehn Jahren weltweit verkauften Autos zeigt ein kontinuierliches Wachstum in den Verkaufszahlen. Beispielsweise wurden im Jahr 2011 58,89 Millionen Autos verkauft, was einem Wachstum von 3,64% im Vergleich zu der Anzahl der im Jahr 2010 verkauften Autos entspricht [Sta]. Darüber hinaus wurde im Jahr 2010 die eine Milliarde-Einheiten-Marke im weltweiten Autoabsatz erreicht, und das OECD-Verkehrsforum erwartet eine Gesamtzahl von 2,5 Milliarden Autos weltweit im Jahr 2050 [Ten13].
Menschen verbringen immer mehr Zeit in ihren Autos [Vie]. Mit anderen Worten, das Auto wird mehr und mehr zum vorübergehenden Aufenthaltsraum. Daher gewinnt das Design des Fahrzeuginnenraums an Bedeutung. Automobilhersteller können beispielsweise das Erscheinungsbild der Innenumgebung des Autos durch Auswahl hochwertiger Materialien oder die Gestaltung ansprechender Arrangements verbessern. Außerdem ist die Einbeziehung von Beleuchtungsquellen ein wichtiger Teil des Interieur-Designs der Fahrzeuge. Dies liegt daran, dass sie die Wahrnehmung des Fahrzeuginnenraums beeinflusst, wodurch eine positiv oder negativ wahrgenommene Umgebung für die Fahrzeuginsassen erzeugt wird [PZB04, KP99]. Daher kann die Entwicklung eines Innenbeleuchtungskonzepts, das auf die menschliche Psychologie abzielt, eine Fahrzeugumgebung schaffen, die das Wohlbefinden der Fahrzeuginsassen verbessert [WBWH07].
Allerdings ist bis jetzt das Thema Innenbeleuchtung von den Automobilherstellern meist vernachlässigt worden. Mehrere Autodesigner haben meist nur ein oder zwei Hauptquellen für die Beleuchtung in Betracht gezogen [WR10, PW00]. Darüber hinaus dienen diese Beleuchtungsquellen hauptsächlich funktionellen Zwecken und nicht dazu, die menschliche Physiologie und Psychologie zu verbessern. Erst vor Kurzem haben Automobilhersteller die Bedeutung der Bereitstellung einer ansprechenden Innenbeleuchtung erkannt [WBWH07, WR10].
Die meisten Autos sind heute nur mit einer zentralen Hauptlampe ausgestattet [WR10, WBWH07], die hauptsächlich funktionellen Zwecken dient, beispielsweise um die Helligkeit des Fahrgastraums zu erhöhen. Es gibt heute eine kleine Anzahl von Fahrzeugen, die mit einer weiterentwickelten Innenbeleuchtung ausgestattet sind. Allerdings dienen die meisten derartigen Innenbeleuchtungen vor allem dazu, Individualität zu schaffen, um die Unverwechselbarkeit der Fahrzeuge zu erhöhen [KP99, Kno08].
Einer der jüngsten Trends bei der Innenbeleuchtung von Fahrzeugen ist die Implementierung einer Umgebungsbeleuchtung [Rei11]. Ein anderer Trend ist die Implementierung sich dynamisch anpassender Beleuchtungen [WR10, KP99]. Derartige Beleuchtungen können dazu beitragen, den Fahrer von zusätzlichen Steuerungsaufgaben zu entlasten. Insbesondere passen sich derartige Beleuchtungen automatisch allgemeinen Umgebungslichtbedingungen an (d. h. an die Helligkeit der Außenumgebung des Fahrzeugs). Sie lenken den Fahrer nicht von der eigentlichen Fahraufgabe ab, sondern tragen stattdessen dazu bei, eine Umgebung zu schaffen, die es ermöglicht, dass die Fahrzeuginsassen sich weniger müde und wohl fühlen [KP99, WBWH07].
Bei gegenwärtigen Innenbeleuchtungen in Fahrzeugen treten mehrere Nachteile auf. Erstens passen sich gegenwärtige Innenbeleuchtungen in Fahrzeugen nicht dynamisch an die Fahrsituation an. Zweitens dienen gegenwärtige Innenbeleuchtungen hauptsächlich dazu, die Orientierung und die Wahrnehmung des Fahrgastraums zu Zeiten mit wenig Licht und nicht zu anderen Zeiten zu verbessern.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges und zweckdienliches System und Verfahren zum Bereitstellen einer Beleuchtung für den Innenraum eines Fahrzeugs bereitzustellen.
Allgemein ausgedrückt wird durch die Erfindung vorgeschlagen, dass eine Beleuchtung mit Eigenschaften, die mit der Außenumgebung des Fahrzeugs variieren, für den Innenraum des Fahrzeugs bereitgestellt wird.
Insbesondere ist ein erster Aspekt der Erfindung eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Eingabeeinrichtung, die dafür konfiguriert ist, Eingabedaten bereitzustellen, die gemäß einer Außenumgebung des Fahrzeugs variieren;
eine Verarbeitungseinrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Eingabedaten zu verarbeiten, um Eigenschaften der bereitzustellenden Beleuchtung zu bestimmen; und
eine Ausgabeeinrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Beleuchtung mit den bestimmten Eigenschaften für den Innenraum des Fahrzeugs bereitzustellen,
wobei die durch die Ausgabeeinrichtung bereitgestellten Eigenschaften der Beleuchtung den Eigenschaften der Außenumgebung des Fahrzeugs angepasst sind, wenn die Beleuchtung bereitgestellt wird, und wobei die Eigenschaften sowohl Farben als auch eine Beleuchtungsstärke aufweisen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bereitstellen von Eingabedaten, die gemäß einer Außenumgebung des Fahrzeugs variieren;
Verarbeiten der Eingabedaten zum Bestimmen von Eigenschaften der bereitzustellenden Beleuchtung; und
Bereitstellen der Beleuchtung mit den bestimmten Eigenschaften für den Innenraum des Fahrzeugs;
wobei die Eigenschaften der durch die Ausgabeeinrichtungen bereitgestellten Beleuchtung den Eigenschaften der Außenumgebung des Fahrzeugs angepasst sind, wenn die Beleuchtung bereitgestellt wird; und
wobei die Eigenschaften sowohl Farben als auch die Beleuchtungsstärke aufweisen.
Die Erfindung trägt dazu bei, die Psychologie der Passagiere im Fahrzeug auf eine positive Weise zu beeinflussen. Beispielsweise kann sie bestimmte Gefühle und Stimmungen in den Passagieren hervorrufen. Die Erfindung verbessert auch das Erlebnis der Passagiere, indem sie eine intensivere und natürlichere Wahrnehmung der Außenumgebung des Fahrzeugs ermöglicht, weil sie die Wiedergabe der Umgebungslichtverhältnisse im Inneren des Fahrzeugs ermöglicht. Diese Wahrnehmung wird ansonsten durch kleine oder getönte Scheiben geschmälert. Daher ermöglicht die Erfindung die Projektion von Information in das Blickfeld der Insassen, die sonst für sie nicht zu sehen ist. Eine Konfiguration der Beleuchtungen derart, dass die Farben dieser Beleuchtungen den Farben der Umgebung entsprechen, trägt auch dazu bei, das Gefühl der Geräumigkeit im begrenzten Fahrgastraum eines Fahrzeugs zu erhöhen.
Insbesondere erzielt die Erfindung einen visuellen Wahrnehmungserweiterungseffekt, weil sich die im Innenraum der Fahrzeuge bereitgestellten Lampen in Echtzeit den Eigenschaften (Farbe und Beleuchtungsstärke) der Außenumgebung des Fahrzeugs anpassen. Beispielsweise können die Lampen um ein bestimmtes Fenster herum angeordnet sein, und wenn die Farben der Lampen dem Blick aus dem Fenster entsprechen, nimmt man das farbige Licht als eine Erweiterung des Fensters wahr und empfindet somit das Fenster als größer. Aufgrund des visuellen Wahrnehmungserweiterungseffekts ist die Vorrichtung für den Betrieb bei Tageslicht geeignet.
Der visuelle Wahrnehmungserweiterungseffekt wird durch das inhomogene Sichtfeld von Menschen verursacht. Dies ergibt sich aufgrund der Verteilung der Zapfenzellen. Insbesondere sind die Zapfenzellen in einem bestimmten Bereich des Auges, der Fovea, konzentriert. 1 zeigt die Sehschärfe des menschlichen Auges bezüglich des Foveaabstands [KGS05]. Wie in 1 dargestellt ist, hat die Sehschärfe ihr Maximum von einer Bogenminute in dem Bereich, in dem die Zapfenzellen konzentriert sind. Nur 10° entfernt nimmt die Sehschärfe auf 0,1 Bogenminuten ab [Gre08]. Aus diesem Grund ist das Bild auf dem Rest der Netzhaut verschwommen. Um das wahrgenommene Bild zu erzeugen, verarbeitet das Gehirn die durch das Auge bereitgestellten Signale. Dabei folgt das Gehirn bestimmten Muster, die durch die Theorien der Gestaltpsychologie beschrieben werden. Demnach werden Bereiche, die nahe beieinander liegen oder die gleiche Farbe haben, zusammen gruppiert, was zu einer Erweiterung der Wahrnehmungssicht führt [Roc97]. Es ist in vielen Untersuchungen nachgewiesen worden [SVK07, KP99], dass durch die visuelle Wahrnehmungserweiterung mehrere positive Effekte erzielt werden. Einer dieser Effekte ist die Minderung von Augenbeschwerden [BA06].
Es ist nicht ganz unbekannt, den visuellen Wahrnehmungserweiterungseffekt zu nutzen, um das Erlebnis eines Benutzers zu verbessern. Beispielsweise ist ein solcher Effekt im Ambilight TV-Gerät enthalten (das von der niederländischen Firma Philips im Jahr 2004 eingeführt wurde). Die Entwicklung dieses TV-Geräts basierte auf der Idee, Produkte zu entwickeln, die sich nicht nur auf funktionale Vorteile konzentrieren, sondern auch ansprechende und angenehme Erlebnisse hervorrufen [DH07]. Insbesondere verwendet das Ambilight TV-Gerät LEDs, die auf seiner Rückseite montiert sind. Diese LEDs dienen dazu, eine Überanstrengung der Augen sowie Sehbeschwerden zu reduzieren und die visuelle Wahrnehmung zu erweitern. Eines der neueren Modelle, die Serie 6000, weist 10 LEDs auf, die auf beiden Seiten des TV-Geräts montiert sind. Die LEDs leuchten in der gleichen Farbe wie das aktuelle Bild auf dem TV-Gerät. Um dies zu erreichen, wird integrierte Elektronik zur Echtzeitanalyse des Eingangsvideosignals verwendet, um die Farbe für jede LED zu bestimmen. Das farbige Licht wird von der Wand hinter dem TV-Gerät reflektiert, wodurch eine wahrgenommene Erweiterung des TV-Bildes erzeugt wird [vdH08]. Beispielsweise erleidet man, wenn das TV-Gerät die Hauptlichtquelle in einem dunklen Raum ist, oft Sehbeschwerden vom Fernsehen. Um diese Sehbeschwerden zu mindern, wirken die LEDs des Ambilight TV-Geräts neben dem eigentlichen TV-Bildschirm als eine zusätzliche Beleuchtung, so dass die Änderung der Helligkeit geringer wird. Die Pupille der gerade das Ambilight TV-Gerät betrachtenden Person, die sich kontinuierlich den Lichtverhältnissen anpasst, wird daher nicht so stark beansprucht wie ohne die LEDs [vdH08].
Es gibt jedoch bis heute kein Fahrzeug mit einer darin installierten Innenraumbeleuchtung, die sich mit der Fahrzeugumgebung ändern kann, so dass der visuelle Wahrnehmungserweiterungseffekt erzielt wird. Anders als beim Ambilight TV-Gerät, muss man, um den visuellen Wahrnehmungserweiterungseffekt in einem Fahrzeug zu erzielen, die Perspektive jedes Insassen im Fahrzeug berücksichtigen. Dies ist nicht einfach, da sich die Farben und die Beleuchtung der Bilder, die der Insasse über unterschiedliche durchsichtige Scheiben sieht, mit der Bewegung des Fahrzeugs ändern (d. h., diese sind ”dynamische Live”-Bilder).
Die durch die vorliegende Erfindung erzeugte Erweiterung der visuellen Wahrnehmung kann dazu beitragen, die durch die Klimaanlage im Fahrzeug verbrauchte Energie zu reduzieren. Dies ist besonders nützlich in tropischen Metropolen, wo die Klimaanlage im Fahrzeug normalerweise während der gesamten Autofahrt eingeschaltet ist, um den Innenraum des Fahrzeugs zu kühlen. Dieser Vorteil wird wie folgt erklärt.
Eine Reduzierung der tatsächlichen Fenstergröße kann dazu beitragen, den Wärmefluss zu vermindern. Dies ist jedoch in der Regel nicht durchführbar, da eine verminderte Fenstergröße die Sicht des Insassen einschränkt. Infolgedessen wird der Komfort des Insassen negativ beeinflusst.
Mit dem durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten visuellen Wahrnehmungserweiterungseffekt kann die tatsächliche Fenstergröße jedoch reduziert werden und wird der Insasse dennoch nicht wesentlich beeinträchtigt, da er oder sie das Fenster größer als in seiner tatsächlichen Größe wahrnimmt. Daher kann mit der vorliegenden Erfindung die Fenstergröße und damit der Energieverbrauch der Klimaanlage reduziert werden, ohne den Komfort der Insassen zu beeinträchtigen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung, die als Beispiele anzusehen sind, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
1 die Sehschärfe des menschlichen Auges bezüglich des Foveaabstands;
2 eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3(a)–(c) Komponenten der Vorrichtung von 2;
4 die relative Lichtintensität einer LED als Funktion des Scanwinkels;
5 eine beispielhafte Weise einen LED-Streifen der Vorrichtung von 2 in einem Fahrzeug zu installieren;
6 die Schnittstellen zwischen einer Verarbeitungseinrichtung und einer Ausgabeeinrichtung der Vorrichtung von 2;
7 ein Datenpaket gemäß dem RGB-Datenübertragungsprotokoll, das zur Farbdatenübertragung in der Vorrichtung von 2 verwendet wird;
8 die Codierung der LED-Nummerierung als einzelne Bits eines Bytes im Übertragungsprotokoll von 19;
9 die Basisstruktur des zum Übertragen von Farbdaten für eine LED in der Vorrichtung von 2 verwendeten Einzelübertragungsprotokolls;
10 das in der Vorrichtung von 2 verwendete Initialisierungsprotokoll;
11 das in der Vorrichtung von 2 verwendete Verzögerungsmessprotokoll;
12 die durch die Vorrichtung von 2 nach ihrer Konfigurierung und Initialisierung ausgeführten Aufgaben;
13 die Aufgaben von 12 zusammen mit zwei weiteren Blöcken zum Konfigurieren und Initialisieren der Vorrichtung;
14 den Informationsfluss in der Vorrichtung von 2;
15 eine schematische Darstellung der in der Vorrichtung von 2 implementierten Prozessstruktur;
16 mit und ohne eine vorausgehende Umwandlung der Bilddaten in den HSB-Raum bestimmte repräsentative Farben; und
17 eine Situation, in der Farben der durch die Vorrichtung von 2 bereitgestellten Beleuchtung nicht der Umgebung angepasst sind, und eine Situation, in der Farben der durch die Vorrichtung von 2 bereitgestellten Beleuchtung der Umgebung angepasst sind.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
A) Überblick über das CELS 200-System
2 zeigt eine Vorrichtung 200 zum Bereitstellen einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 200 kann als ein Car Environment Light System (CELS 200) bezeichnet werden.
Das CELS 200 kann als ein Modell beschrieben werden, das:

i. von seiner Umgebung isoliert sein kann (d. h. das CELS 200 kann als ein Super-System bezeichnet werden)
ii. Beziehungen zwischen verschiedenen Attributen (Eingaben, Ausgaben, Zustände, etc.) enthält
iii. aus miteinander verbundenen Komponenten oder Teilsystemen besteht.

Insbesondere zeigt 2 das CELS 200 mit seiner Eingabe und Ausgabe. Aufgrund der Wechselwirkung mit seiner Umgebung wird das CELS 200 als offenes System betrachtet. Das CELS 200 passt sich an die Umgebung an, die als Eingabe des CELS 200 dient. Außerdem gibt das CELS 200 durch Emission von Licht eine Ausgabe an die Umgebung zurück.
Wie in 3(a) dargestellt ist, wird eine Szene, die einer durch eine Person durch ein Fenster des Fahrzeugs gesehenen Szene entspricht, erfasst, wobei diese Szene, die der Außenumgebung des Fahrzeugs entspricht, in ein digitales Bild digitalisiert wird. Dieses digitale Bild wird dann verarbeitet, um eine kontext-sensitive Beleuchtung zu erhalten, die in einem Innenraum des Fahrzeugs ausgegeben werden soll.
Um mit der Umgebung in Wechselwirkung zu treten, müssen im CELS 200 Schnittstellen mit der Umgebung bereitgestellt werden. Wie in den 3(b) und 3(c) dargestellt ist, weist das CELS 200 eine Eingabeeinrichtung 202, eine Verarbeitungseinrichtung 204 und eine Ausgabeeinrichtung 206 auf. Die Beziehungen zwischen diesen drei Komponenten 202, 204, 206 sind durch die Pfeile in den 3(b) und (c) dargestellt. Diese Komponenten 202, 204, 206 des CELS 200 kommunizieren über Kommunikationssysteme miteinander.
Insbesondere sind die Eingabeeinrichtungen 202 dafür konfiguriert, Eingabedaten bereitzustellen, die gemäß einer Außenumgebung des Fahrzeugs variieren. Wie in 3(a) dargestellt ist, können diese Eingabeeinrichtungen 202 Farb-/Lichtsensoren aufweisen.
Die Verarbeitungseinrichtungen 204 sind dafür konfiguriert, die Eingabedaten zu verarbeiten, um Eigenschaften der bereitzustellenden Beleuchtung zu bestimmen. Insbesondere dienen die Verarbeitungseinrichtungen 204 dazu, die digitale Darstellung der von der Eingabeeinrichtung 202 empfangenen Szene zu verarbeiten, um die Eingabeattribute (Farben und Beleuchtungsstärke) der Szene in gewünschte Ausgabeattribute (Farben und Beleuchtungsstärke) umzuwandeln. Die verarbeitete Information wird dann den im Fahrzeuginnenraum montierten Ausgabeeinrichtungen 206 zugeführt.
Die Ausgabeeinrichtungen 206 sind dafür konfiguriert, die Beleuchtung mit den bestimmten Eigenschaften für den Innenraum des Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere weisen sie Lampen auf (kontext-sensitive Beleuchtung), deren Farben und Beleuchtungsstärke auf den verarbeiteten Informationen basieren. Die durch die Ausgabeeinrichtungen 206 bereitgestellte Beleuchtung entspricht der Außenumgebung des Fahrzeugs derart, dass die Eigenschaften der Beleuchtung zu den Eigenschaften der Außenumgebung des Fahrzeugs passen, wenn die Beleuchtung bereitgestellt wird.
In dieser Ausführungsform hat das Fahrzeug die Form eines Autos, sind die Ausgabeeinrichtungen 206 entlang der Länge des Dachhimmels im Fahrzeuginnenraum angeordnet und wird die durch die Eingabeeinrichtung 202 bereitgestellte Information durch die Scheiben des Fahrzeugs erfasst. Das Fahrzeug kann ein Elektrotaxi sein, das für den Betrieb in tropischen Metropolen geeignet ist, da es spezifische Herausforderungen, wie beispielsweise den permanenten Betrieb einer Klimaanlage aufgrund der klimatischen Bedingungen, berücksichtigt [Wit13].
In alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug andere Formen haben, beispielsweise ein Flugzeug sein, und kann die Ausgabeeinrichtung 206 entlang anderer Teile des Fahrzeugs angeordnet sein. Beispielsweise können die Eingabedaten über eine andere durchsichtige Platte des Flugzeugs erfasst werden. Diese Platte ist durch eine Begrenzung definiert, und die Ausgabeeinrichtungen können entlang der Begrenzung der Platte angeordnet sein.
Außerdem kann eine Steuereinheit 208 vorgesehen sein. Diese Steuereinheit 208 kann verwendet werden, um die Bestimmung der Eigenschaften der zu projizierenden Beleuchtung zu beeinflussen und/oder um zusätzliche Information zu überlagern. Beispielsweise kann diese Steuereinheit 208 die Form einer Benutzerschnittstelle haben, um es dem Benutzer zu ermöglichen, die Ausgabebeleuchtung basierend auf seinen oder ihren persönlichen Präferenzen einzustellen. In einigen Ausführungsformen wird das CELS verwendet, um zusätzliche Information für die Insassen innerhalb des Fahrzeugs bereitzustellen oder die Aktionen von Insassen unterschwellig zu beeinflussen. Beispielsweise kann die Ausgabeeinrichtung 206 in der Nähe einer Fahrzeugtür montiert sein, wobei sie in diesem Fall zusammen mit der Steuereinheit 208 verwendet werden kann, um situationsabhängige Informationen anzuzeigen (z. B. ob es sicher ist, aus der Tür des Fahrzeugs auszusteigen).
Die Eingabeeinrichtung 202, die Verarbeitungseinrichtung 204 und die Ausgabeeinrichtung 206 des CELS 200 werden nun näher beschrieben.
B) Ausgestaltung der CELS-Komponenten 202, 204, 206
B-1) Ausgestaltung der Eingabeeinrichtung 202
In diesem Abschnitt werden mögliche Komponenten beschrieben, die verwendet werden können, um die Eingabeeinrichtung 202 des CELS 200 zu implementieren.
Mögliche Bildquellen sind Kameras (Echtzeit) oder Bildersammlungen. Letztere liefern normalerweise nur Bilder der Vergangenheit und sind für den Einsatz in einem System, das laufende Veränderungen berücksichtigt, nicht geeignet. Allerdings gibt es einige Bildersammlungen, die als Echtzeit-Datenquelle betrachtet werden können. Dies wird im Folgenden erläutert.
B-1-1) Bilddatenbanken als Eingabeeinrichtung 202
Im Internet können mehrere Bildersammlungen gefunden werden, die meisten dieser Sammlungen sind jedoch nicht auf strukturierte und systematische Weise gespeichert. Allerdings gibt es einige Bilddatenbanken, die strukturierte Bildersammlungen enthalten, beispielsweise von Google bereitgestellte Street-View-Bilder. Insbesondere sind die Street-View-Bilder systematisch aufgenommen und gespeichert, und jedem Bild sind geographische Parameter (z. B. die GPS-Koordinaten und die Himmelsrichtung) des Ortes zugeordnet, an dem das Bild aufgenommen wurde. Daher können die Bilder auf gezielte Weise genutzt werden [Goo12]. Beispielsweise kann unter Verwendung der folgenden eindeutigen Parameter: Länge: 103,854189; Breite: 1,287802; Fahrtrichtung: 110°; Steigung: 0°; Sichtfeld: 110°; Größe: 640 × 640, das entsprechende, eindeutige, diesen Parametern zugeordnete Bild heruntergeladen werden. Die Tatsache, dass die Street-View-Bilder nur Bereiche in der Nähe von Straßen abdecken, beeinträchtigt den Zweck des CELS 200 nicht. Außerdem deckt die Street-View-Datenbank die meisten Straßen in vielen Ländern, darunter Singapur, ab und erlaubt damit einen möglichen Betrieb des CELS 200 unter Verwendung von Street-View-Bildern in diesen Ländern. Daher ist es möglich, die Google Street-View-Bildersammlung (oder jedwede andere strukturierte Bildersammlung mit Online-Bildern möglicher Umgebungen des Fahrzeugs, z. B. Bing Maps), als Echtzeit-Eingabedaten für das CELS 200 zu verwenden.
Um zu entscheiden, ob Kameras oder Google Street View als die Eingabeeinrichtungen 202 verwendet werden sollen, ist ein Bewertungskriterium das Ausmaß des erforderlichen Integrationsaufwands. Der größte Teil des Integrationsaufwands, der erforderlich ist, wenn Kameras verwendet werden, betrifft den mechanischen Bereich. Insbesondere müssen der Installationsraum, die Position und die Befestigung der Kameras berücksichtigt werden. Im Gegensatz dazu betrifft der größte Teil des Integrationsaufwands bei der Verwendung von Google Street View den Softwarebereich. Weil die Street-View-Bilder online gespeichert sind, ist ein Internetzugang erforderlich, falls die Bilder aus dem Internet heruntergeladen werden sollen. In diesem Fall dient eine zum Herunterladen der Street-View-Bilder konfigurierte Vorrichtung als Eingabeeinrichtung 202. Diese Vorrichtung ist in der Lage, einen Internetzugang über eine Verbindung bereitzustellen und kann eine fahrzeugeigene Mensch-Maschine-Schnittstelle sein, die einen Internetzugang über eine 3G-Verbindung bereitstellen kann.
Bei niedriger Verbindungssignalstärke oder sogar vollständigem Verlust des Mobil- oder des GPS-Signals, stehen die Street-View-Bilder jedoch möglicherweise nicht zur Verfügung. Dies führt zu asynchronen Daten, was die Leistungsfähigkeit des CELS 200 beeinträchtigen kann.
Ein anderer Weg der Verwendung von Google Street View besteht darin, die Street-View-Bilder im Voraus herunterladen. In diesem Fall weist die Eingabeeinrichtung 202 eine Vorrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, die vorab geladenen Bilder möglicher Außenumgebungen des Fahrzeugs zu speichern. Die Vorrichtung kann auch verwendet werden, um die Bilder im Voraus aus dem Internet herunterzuladen, oder alternativ kann eine andere Vorrichtung zum Herunterladen verwendet werden und werden die Bilder an die Eingabeeinrichtung 202 übertragen. Derartige Vorrichtungen können entweder entwickelt oder gekauft werden, falls sie verfügbar sind. Da die Street-View-Bilder allgemein nicht häufig aktualisiert werden, ist es möglich, die Bilder von der vollständigen Street-View-Datenbank im Voraus zu verarbeiten. Mit anderen Worten, die Verarbeitungseinrichtung kann jedes vorab geladene Bild verarbeiten, um die Eigenschaften der Beleuchtung zu bestimmen, bevor sich das Fahrzeug durch die im vorab geladenen Bild dargestellte Umgebung bewegt. Daher kann die erforderliche Rechenleistung für den Betrieb des CELS 200 in diesem Fall vermindert werden.
Ein Google Street-View-Bild ist zu einer bestimmten Tageszeit (z. B. morgens) und bei einer bestimmten Wetterlage (z. B. sonnig) aufgenommen. Daher enthält ein vorab geladenes Bild keine Information über die Intensität der Umgebungsbeleuchtung zu dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug sich an dem im Bild dargestellten Ort befindet. Um dem zu begegnen, kann im CELS 200 ferner ein Umgebungslichtsensor zum Erfassen der Intensität der Umgebungsbeleuchtung des Fahrzeugs integriert sein. Beispielsweise erfasst der Umgebungslichtsensor an bewölkten Tagen eine Umgebungsbeleuchtung mit einer geringeren Intensität, während der Umgebungslichtsensor an sonnigen Tagen eine Umgebungsbeleuchtung mit einer höheren Intensität erfasst. Die Eigenschaften der im Innenraum des Fahrzeuges bereitgestellten Beleuchtung werden dann nicht nur auf den Farben im vorgeladenen Google Street-View-Bild, sondern auch auf der Intensität der durch den Umgebungslichtsensor erfassten Umgebungsbeleuchtung basierend bestimmt.
Im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Ansatz der Verwendung von Street-View-Bildern kann die Integration einer oder mehrerer Kameras als unverhältnismäßig erscheinen. Für die Integration der Kameras müssen geeignete Installationsräume und -stellen gefunden werden. Beispielsweise müssen die Kameras derart angeordnet werden, dass sie ein freies Sichtfeld haben, ohne dass sie das Erscheinungsbild des Fahrzeuginnenraums nachteilig beeinflussen.
Weil sich bewegende Objekte, wie beispielsweise benachbarte Fahrzeuge in Bewegung, nicht in den Street-View-Bildern enthalten sind, ist es bevorzugt, die Kamera zu verwenden, so dass dynamische Merkmale der Umgebung in der Datenverarbeitung berücksichtigt werden (ansonsten könnte die Erweiterung der visuellen Wahrnehmung beeinträchtigt werden). Daher wird die Eingabeeinrichtung 202 in der CELS 200-Ausführungsform durch Kameras realisiert und weisen die Eingabedaten Bilder der Außenumgebung des Fahrzeugs auf. Anstelle von Bildern kann die Kamera verwendet werden, um Videodaten zu erfassen, und in diesem Fall können Bilder aus einem aufgezeichneten Video (d. h. Einzelbilder des aufgezeichneten Videos) als Eingabedaten bereitgestellt werden. Ferner können eine oder mehrere Kameras verwendet werden, und können andere Quellen außer Kameras im CELS 200 integriert sein. Street-View-Bilder können auch zusammen mit von der/den Kamera(s) aufgenommenen Bildern und/oder Videos als die Eingabedaten verwendet werden.
B-1-2) Kamera als die Eingabeeinrichtung 202
Probleme, die die Leistungsfähigkeit des CELS 200 beeinträchtigen können, werden nachstehend identifiziert und erörtert. Nachstehend wird auch beschrieben, wie die Kamera konfiguriert werden kann, um diesen Problemen zu begegnen.
Niedrige Lichtintensität. Weil ein Bild erhalten wird, indem einzelne Fotoelemente Licht ausgesetzt werden, kann sich eine niedrige Lichtintensität negativ auf die Bildqualität auswirken. Die Lichtmenge, der die Fotoelemente ausgesetzt sind, kann durch die Verwendung einer Linse mit einer hohen Lichtstärke erhöht werden. Außerdem kann die Lichtempfindlichkeit der Kamera durch die Verwendung eines Bildsensors mit einem hohen Füllfaktor und einem größeren Bildsensorformat verbessert werden. Ferner kann die Lichtmenge, der die Fotoelemente ausgesetzt sind, während des Betriebs durch Vermindern der Blendenstufe und Verlängern der Belichtungszeit dynamisch eingestellt werden.
Weitwinkelabdeckung. Um eine Weitwinkelabdeckung zu erreichen, ist der Sichtwinkel der Linse vorzugsweise groß. Dadurch wird ermöglicht, einen großen Bereich der Außenumgebung zu erfassen, was wiederum ermöglicht, einen kleineren Bereich von Interesse für die Weiterverarbeitung auszuwählen.
Sich schnell ändernde Lichtverhältnisse. Sich schnell ändernde Lichtverhältnisse treten z. B. auf, wenn das Fahrzeug mit dem CELS in einen Tunnel einfährt. Um dieses Problem anzugehen, kann die Belichtungszeit eingestellt werden. Alternativ kann die Lichtintensität, der der Bildsensor in der Kamera ausgesetzt ist, reduziert werden. Dies kann durch Einstellen der Blendengröße unter Verwendung einer gesteuerten Gleichstrom-Irislinse erfolgen. Insbesondere kann ein integrierter Gleichstrommotor verwendet werden, um die Blende gemäß Motorsteuersignalen, die von einer Schaltung innerhalb der Kamera übertragen werden, kontinuierlich einzustellen.
Eigenbewegung. Die Bewegung der Kamera (aufgrund der Bewegung des Fahrzeugs) oder die Bewegung des Objekts, das die Kamera versucht aufzunehmen, kann verschiedene Kameraeigenschaften beeinflussen, die nachstehend beschrieben werden.
Eigenbewegung verursacht Artefakte aufgrund des Rolling-Shutter-Effekts und/oder des Zeilensprungverfahrens. Um diese Artefakte zu vermeiden, können ein globaler Verschluss und Progressive Scanning (Vollbildverfahren) verwendet werden. Bewegungsunschärfe kann durch Verringern der Belichtungszeit auf den niedrigstmöglichen Wert reduziert werden. Um diese Verminderung der Belichtungszeit auszugleichen, sind Eigenschaften bevorzugt, die die Gesamtlichtempfindlichkeit verbessern, wie beispielsweise eine größere Blenden- oder Sensorgröße. Darüber hinaus bewirkt das sich bewegende Fahrzeug, dass die Kamera vibriert, so dass es bevorzugt sein kann, einen Bildstabilisator einzubinden.
Ausgabeformat. Vorzugsweise wird basierend auf dem Ausgabeformat bewertet, ob die Anwendung eines bestimmten Komprimierungstyps angemessen ist. Zu diesem Zweck wird die bereits ausgeführte Berechnung der Datenrate mit den kurz zuvor festgelegten Werten wiederholt. Unter der Annahme einer Auflösung von 1280×720 Pixel bei einer Bildrate von 25 Bildern pro Sekunde (BpS) und 24 Bit/Pixel, addiert sich die resultierende Datenrate zu fast 66 MByte/s. Mit Ausnahme von USB 2.0 könnte diese Datenrate durch die Kommunikationsschnittstellen gehandhabt werden. Hinsichtlich der Tatsache, dass das CELS 200 vorzugsweise nicht nur eine, sondern zwei Seiten beleuchtet, sind jedoch wahrscheinlich mindestens drei Kameras bevorzugt. Dies kann einige einschränkende Auswirkungen auf den Datenbus und die CPU-Last des Computers haben. Daher ist die Anwendung einer Komprimierung, wie beispielsweise H.264 oder M-JPEG, bevorzugt.

Ein Beispiel für die in der CELS 200-Ausführungsform verwendete Komprimierungstechnik und die zugeordnete Kommunikationsschnittstelle ist in der nachstehenden Tabelle 1 dargestellt.

Parameter	Eigenschaften	Spezifikation
Bildsensor	Format	Größer
	Technologie	CCD
	Scan-Technik	Progressiv
	Auflösung	≥ 1 Megapixel
	Verschlusstyp	Global
Linse	Blende	Klein
	Brennweite	Kurz
	Automatische Belichtung	Ja
Unterstützte	Bildstabilisierung	Ja
Merkmale	Bildrate	≥ 25 BpS
Technische Daten	Größe	Klein
	Gewicht	Niedrig
	Energieverbrauch	Niedrig
	Energieversorgung	12 V–13,8 V
	Betriebstemperatur	> 30°
	Feuchtigkeit im Betrieb	Bis zu 100%
	On-Board M-JPEG-Komprimierung	Ja

Tabelle 1

B-2) Ausgestaltung der Verarbeitungseinrichtung 204
In der CELS 200-Ausführungsform wird ein Computer als die Verarbeitungseinrichtung verwendet. Die Verarbeitungseinrichtung kann jedoch alternativ feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) aufweisen.
B-3) Ausgestaltung der Ausgabeeinrichtungen 206
Die Ausgabeeinrichtungen 206 erfüllen vorzugsweise die folgenden Anforderungen.
Farbtiefe. Vorzugsweise sind die Lichtquellen in der Lage, Farbtreue zu gewährleisten, so dass ein visueller Wahrnehmungserweiterungseffekt effektiv erzielt werden kann. Gemäß [MT08] kann das menschliche Auge etwa 380000 verschiedene Farben unterscheiden. Angenommen, dass die Endfarbe des emittierten Lichtes durch Mischen der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau (RGB) erzeugt wird, so kann die erforderliche Anzahl von Farbstufen für jede Grundfarbe, die erforderlich ist, um 380000 verschiedene Farben zu erhalten, zu
berechnet werden. Diese Anforderung bedeutet, dass die Fähigkeit, die Beleuchtungsstärke zu ändern (d. h. dimmbar zu sein), um verschiedene Abstufungen zu erzeugen, ein Faktor ist, der bei der Entscheidung, welche Lichtquelle verwendet werden soll, berücksichtigt werden muss.
Lichtausbeute. Vorzugsweise hat die Ausgabeeinrichtung 206 eine hohe Lichtausbeute (je näher die Lichtausbeute dem Maximalwert von 683 lm/W (100%) ist, desto besser). Dies führt zu einer hohen Effizienz. Insbesondere wird die Lichtausbeute als das Verhältnis des emittierten Lichtstroms zur durch die Lichtquelle verbrauchten Energie berechnet [JRAA00].
Installationsraum. In dieser Ausführungsform sind die Ausgabeeinrichtungen 206 entlang der Länge des Dachhimmels im Fahrzeuginnenraum montiert. Um den Integrationsaufwand zu minimieren, ist es bevorzugt, eine Lichtquelle zu verwenden, die nur wenig Raum für ihre Installation erfordert. Daher ist es bevorzugt, die Anzahl erforderlicher Zusatzvorrichtungen zu reduzieren.
In der CELS 200-Ausführungsform wird ein LED-Streifen (mit einer Reihe anorganischer LEDs entlang seiner Länge) als die Ausgabeeinrichtungen 206 gewählt, weil er die vorstehend erwähnten erwünschten Eigenschaften erfüllte. Andere mögliche verwendbare Ausgabeeinrichtungen schließen jegliche Form von Beleuchtungskomponenten ein, die derart konfigurierbar sind, dass Intensität und Farben variiert werden können, wie beispielsweise Glühlampen, Kaltkathoden-Leuchtstofflampen und Festkörperlichtquellen (z. B. anorganische LEDs, organische LEDs (OLEDs) und Elektrolumineszenz).
B-3-1) LED-Streifen als die Ausgabeeinrichtung 206
RGB-LEDs. Um Lichtfarben zu erhalten, die mit der Außenumgebung des Fahrzeugs variieren, ist es bevorzugt, wenn die LEDs in der Lage sind, Licht mit verschiedenen Farben zu emittieren. Zu diesem Zweck verwendet der LED-Streifen im CELS 200 RGB-LEDs, die in der Lage sind, durch Mischen der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau bis zu 16,7 Millionen verschiedene Farben darzustellen.
Einzeln adressierbar. Die LEDs des im CELS 200 verwendeten LED-Streifens sind einzeln ansteuerbar, um eine flüssige Lichtfarbenanpassung über den gesamten Dachhimmel zu ermöglichen. Daher können sowohl die Helligkeit als auch die Farbe jeder einzelnen LED unabhängig gesteuert werden.
12 V Eingangsspannung. Um das Erfordernis zusätzlicher Vorrichtungen, wie beispielsweise Spannungswandler, zu vermeiden, werden im CELS 200 LEDs verwendet, die mit dem 12 V-Hilfsstromnetz kompatibel sind.
Anzahl von LEDs pro Meter. Eine Eigenschaft der LED ist die Emission von Licht. 4 zeigt die relative Lichtintensität einer LED als Funktion des Scanwinkels [Roh11]. Wie in 4 dargestellt ist, nimmt die relative Lichtintensität der LED mit dem Scanwinkel ab. Daher bestimmt die Anzahl von LEDs entlang des LED-Streifens, ob eine nahtlose Lichtemission bereitgestellt werden kann. Insbesondere ist, um eine relative Intensität von 50% bei einem Abstand von 15 mm zwischen der LED und dem Diffusor zu erhalten, ein Lichtkegelradius von tan (55°) × 15 mm = 21,4 mm erforderlich. Dies bedeutet, dass der Abstand zwischen zwei beliebigen LEDs entlang des LED-Streifens 42,8 mm oder weniger betragen muss, um eine relative Intensität von 50% zu erreichen. D. h., um eine relative Intensität von 50% zu erreichen, bedarf es mindestens 24 LEDs entlang jedes Meters des LED-Streifens. Obwohl ein LED-Streifen mit ungleichmäßig verteilten LEDs verwendet werden kann, ist dies nicht bevorzugt, weil dies die Implementierung des CELS 200 erschwert. Andererseits ist die Implementierung des CELS 200 mit einem LED-Streifen mit gleichmäßig verteilten LEDs einfacher, weil dieser Fall planbarer ist. Um den in dieser Ausführungsform verwendbaren LED-Streifen zu bestimmen (insbesondere die Anzahl von LEDs entlang des LED-Streifens), werden zwei Parameter betrachtet, nämlich die LED-Dichte und die Gesamtlänge des Dachhimmels.
5 zeigt eine beispielhafte Weise den LED-Streifen in einem Fahrzeug zu installieren. In diesem Beispiel ist der LED-Streifen 1000 entlang des Dachhimmels des Fahrzeugs installiert, mit Ausnahme des Teils des Dachhimmels entlang der Vorderseite des Fahrzeugs (dies dient dazu, zu vermeiden, dass der Fahrer abgelenkt wird).
C) Schnittstellen zwischen der Verarbeitungseinrichtung 204 und der Ausgabeeinrichtung 206
6 zeigt die Schnittstellen zwischen der Verarbeitungseinrichtung 204 in der Form eines Computers 204 und der Ausgabeeinrichtung 206 in der Form des LED-Streifens. Wie in 6 dargestellt ist, wird der Informationsfluss zwischen dem Computer und der Ausgabeeinrichtung 206 durch eine Kommunikationsschnittstelle und mehrere LED-Treiber ermöglicht.
C-1) LED-Treiber
Im CELS 200 ist jeder LED-Treiber dafür konfiguriert, eine LED entlang des LED-Streifens zu steuern. Jeder LED-Streifen weist eine Steuerschnittstelle auf, um mit den LED-Treibern zu kommunizieren. Farbdaten (d. h. Eigenschaften der bereitzustellenden Beleuchtung) werden von den LED-Treibern an die individuell ansteuerbaren LEDs übertragen. Die LED-Treiber werden unter Verwendung integrierter Schaltungen (ICs) im CELS 200 implementiert.
C-2) Kommunikationsschnittstelle
In einem Beispiel ist der LED-Treiber unter Verwendung des Worldsemi WS2801 LED-Treibers implementiert, der unter Verwendung des SPI-Schnittstellenbusses angesteuert wird, und ist die Kommunikationsschnittstelle eine SPI-Schnittstelle mit einem Mikrocontroller (MCU), wie beispielsweise einem ATmega328.
Der WS2801 LED-Treiber kann Datenkaskadierung unterstützen, so dass mehrere Treiber und LEDs in Reihe geschaltet werden können. Die SPI-Schnittstelle dient als SPI-Master-Vorrichtung. Die SPI-Master-Vorrichtung empfängt Signale von der Verarbeitungseinrichtung 204, z. B. über USB, Ethernet oder dergleichen, wandelt die Signale in SPI-Signale um und überträgt die Signale an den ersten LED-Treiber des LED-Streifens. Gleichzeitig leitet jeder LED-Treiber die SPI-Signale, die er in einem vorangehenden Taktimpuls (falls vorhanden) empfängt, an einen nachfolgenden LED-Treiber weiter.
Diese Weiterleitung von SPI-Signalen wird so lange fortgesetzt, wie die Datenübertragung von der Verarbeitungseinrichtung 204 andauert. Sobald die Datenübertragung beendet ist, steuert jeder angesteuerte Treiber (d. h. jeder Treiber, der SPI-Signale empfangen hat) seine LED derart an, dass sie gemäß den SPI-Signalen betrieben wird, die er empfängt. Daher können die LEDs derart eingestellt werden, dass sie gleichzeitig in ihren vorgesehenen Farben leuchten. Die Anzahl leuchtender LEDs hängt von der Anzahl der angesteuerten Treiber ab, die wiederum von der Menge der übertragenen Daten abhängt.
Im CELS 200 werden für jede Datenübertragung die ersten von der SPI Master-Vorrichtung gesendeten SPI-Signale immer vom ersten LED-Treiber empfangen, der der ersten LED entlang des LED-Streifens zugeordnet ist. Außerdem ist das CELS 200 derart konfiguriert, dass kein LED-Treiber übersprungen wird, wenn die Datenübertragung ausgeführt wird. Dies ist jedoch nicht notwendig, und in anderen Ausführungsformen können die ersten SPI-Signale von einem LED-Treiber empfangen werden, der einer LED weiter stromabwärts im LED-Streifen zugeordnet ist, und/oder einige LED-Treiber können übersprungen werden, so dass die ihnen zugeordneten LEDs nicht aufleuchten.
C-3) Spezifikation der Kommunikationsprotokolle
C-3-1) Übertragungsprotokoll
Es wird ein Übertragungsprotokoll für das CELS 200 entwickelt, um die Farbdaten zu übertragen, sodass der Computer in der Lage ist, die berechnete repräsentative Farbe an die Kommunikationsschnittstelle zu übertragen, die sie wiederum über die LED-Treiber an den LED-Streifen weiter überträgt. Vorzugsweise ermöglicht das Protokoll die Erfassung möglicher Übertragungsfehler. Außerdem ist das Protokoll vorzugsweise so kurz wie möglich. Zum Unterstützen der Gesamtgröße der zu übertragenden Daten, während ein relativ kurzes Protokoll verwendet wird, sind die Verarbeitungseinrichtungen 204 im CELS 200 dafür konfiguriert, die Farbdaten in Teilen an die Ausgabeeinrichtungen 206 zu übertragen.
7 veranschaulicht ein Datenpaket gemäß dem für die Übertragung von Farbdaten im CELS 200 verwendeten RGB-Daten-Übertragungsprotokoll. Der Übertragungs-Header dient dazu, dieses Datenpaket von anderen Datenpaketen, die auf anderen Protokolltypen basieren, zu unterscheiden. Der Adressierungsbereich des Datenpakets, der den Streifen-Teiler und die LED-Nummer enthält, dient dazu, die folgenden beiden Funktionen zu implementieren.
Wie vorstehend erwähnt wurde, sind die Verarbeitungseinrichtungen 204 dafür konfiguriert, die Farbdaten in Teilen an die Ausgabeeinrichtungen 206 zu übertragen. Insbesondere werden die Farbdaten für einen Abschnitt des LED-Streifens getrennt von denjenigen für andere Abschnitte des LED-Streifens übertragen (d. h., der LED-Streifen wird virtuell in mehrere Teile geteilt). Der Streifen-Teiler gibt die Anzahl der Teile an, in die der LED-Streifen virtuell aufgeteilt ist. Da der Streifen-Teiler eine Länge von 1 Byte (8 Bit) hat, beträgt die maximale Zahl, die der Streifen-Teiler annehmen kann, 2⁸ = 256. Mit anderen Worten, der LED-Streifen kann virtuell in höchstens 256 Teile geteilt werden. Die Anzahl der LEDs in jedem Teil beträgt Gesamtanzahl von LEDs imLED-Streifen / Streifen-Teiler .
Da jede LED nur 3 Byte an RGB-Daten benötigt (1 Byte für jeden der R-, G- und B-Werte), kann die Länge eines Datenpaketes durch das virtuelle Teilen des LED-Streifens deutlich verringert werden. Die Übertragungsfrequenz gleicht dann dem Streifen-Teiler-Wert.
Im CELS 200 wird jede LED durch die LED-Nummer im Adressierungsabschnitt separat angesteuert. Insbesondere sind die LEDs entlang des LED-Streifens nummeriert. Dies ermöglicht es, bestimmte LEDs von einer Aktualisierung auszuschließen. Insbesondere werden nur LEDs aktualisiert, deren Farben geändert werden sollen, so dass weniger Daten (und damit weniger Pakete) übertragen werden müssen. Beispielsweise muss, wenn keine LED in einem bestimmten Abschnitt aktualisiert werden muss, das Paket für diesen Abschnitt nicht übertragen werden. Die Nummerierung der LEDs entlang des bestimmten Abschnitts des LED-Streifens ist unter der ”LED-Nummer” im Datenpaket für diesen Abschnitt gespeichert. Die Gesamtgröße dieser Information, d. h. die „Größe (LED-Nummer)” ist variabel und wird wie in Gleichung (1) dargestellt berechnet. Aufgrund der in 8 dargestellten Codierung der LED-Nummern ist die Zahl ”8” im Nenner von Gleichung (1) enthalten. In 7 ist die ”Größe (LED-Nummer)” durch ”1 + n” Bytes angegeben. Größe (LED-Nummer) = Gesamtanzahl von LEDs / Streifen-Teiler × 8 (1)
Eine spezifische LED kann daher basierend auf dem Abschnitt des LED-Streifens, dem sie zugehörig ist, und ihrer Position in diesem Abschnitt angesteuert werden. Beispielsweise ergäben sich bei insgesamt 96 LEDs entlang des LED-Streifens und einem Streifen-Teiler von 4 4 Abschnitte mit jeweils 24 LEDs. Die 56. LED wäre dem 3. Abschnitt zugehörig, der mit der 49. LED beginnt. Daher kann die 56. LED durch das 7. Bit des Datenpakets angesteuert werden, das für den 3. Abschnitt des LED-Streifens übertragen wird.
8 zeigt die Codierung der einzelnen LEDs. Insbesondere entspricht jede LED einem einzelnen Bit eines Bytes der LED-Nummer. Ein 0-Bit zeigt an, dass keine Farbdaten für die entsprechende LED vorliegen und es nicht notwendig ist, diese bestimmte LED zu aktualisieren. Die Zahl im unteren Bereich von 8 zeigt die entsprechende Dezimaldarstellung jedes der Bytes.
C-3-2) Andere Kommunikationsprotokolle
Abgesehen von dem Übertragungsprotokoll werden auch andere Protokolle im CELS 200 verwendet. Die gemäß diesen Protokollen übertragenen Datenpakete weisen verschiedene Header auf, die die Datenpakete von anderen Datenpaketen unterscheiden, die basierend auf anderen Protokollen übertragen werden. Die Protokolle werden nachstehend beschrieben.
Einzelübertragungsprotokoll. Das Einzelübertragungsprotokoll wird auch für die Übertragung von RGB-Daten verwendet, aber nur für eine LED. Die Grundstruktur dieses Protokolls ist dem vorstehend beschriebenen, in 9 dargestellten Übertragungsprotokoll ähnlich.
Dieses Einzelübertragungsprotokoll dient dazu, es zu ermöglichen, bestimmten LEDs spezifische Aufgaben zuzuordnen. Beispielsweise kann eine LED, die Teil des CELS 200 ist, gleichzeitig als Leselampe dienen. Wenn der Benutzer die Leseleuchte anschaltet, wird das Einzelübertragungsprotokoll verwendet, um nur diese spezifische LED anzusteuern und ihre R, G-, B-Werte auf Werte für eine maximale Beleuchtung zu schalten.
Initialisierungsprotokoll. Das Initialisierungsprotokoll wird verwendet, um die Kommunikation zwischen der Kommunikationssteuereinheit und dem Computer zu initialisieren. 10 zeigt das Initialisierungsprotokoll und zeigt die Parameter, die über dieses Protokoll eingestellt werden können.
Verzögerungsmessprotokoll. Das Verzögerungsmessprotokoll dient zum Übertragen der durch die Kommunikationsschnittstelle gemessenen Verzögerung. Weil ein Byte nur Werte bis 255 darstellen kann, verwendet das Protokoll eine Vier-Byte-Darstellung einer ganzen Zahl (Integer) mit Vorzeichen. Daher ist es möglich, Verzögerungswerte von bis zu 2,1 Milliarden Mikrosekunden zu übertragen. 11 zeigt das Verzögerungsmessprotokoll.

Bestätigungsprotokoll. Ein auf einem Bestätigungsprotokoll basierendes Bestätigungspaket wird von der Kommunikationsschnittstelle an den Computer gesendet, um den Empfang von auf den vorstehend beschriebenen Protokollen basierenden Paketen zu bestätigen. Die Größe jedes basierend auf diesem Bestätigungsprotokoll gesendeten Datenpakets ist auf drei Bytes festgelegt, und nur die Bestätigungsmeldung ändert sich gemäß dem speziellen Fall. Tabelle 2 zeigt die verschiedenen Bestätigungsmeldungen, die in jedes Bestätigungsdatenpaket eingefügt werden sollen. Diese Meldungen zeigen die erfolgreiche oder fehlgeschlagene Übertragung eines Datenpakets an.

Meldung	Zweck
MCU verfügbar	Die MCU hat ihre Boot-Sequenz beendet
MCU bereit	Die MCU hat das Initialisierungsprotokoll empfangen und erfolgreich verarbeitet
MCU-Initialisierung fehlgeschlagen	Die MCU-Verarbeitung des Initialisierungsprotokolls ist fehlgeschlagen
Korrekte Übertragung	Das Übertragungsprotokoll ist empfangen und erfolgreich verarbeitet worden
Fehlerhafter Start	Das Start-Byte des Übertragungsprotokolls konnte nicht gefunden werden
Fehlerhafte Adressierung	Die Größe des Adressierungsabschnitts war falsch
Fehlerhafte RGB-Daten	Die RGB-Daten sind kein Vielfaches von 3 Byte
Fehlerhafter Streifen-Teiler	Der Streifen-Teiler ist zu groß
Daten verblieben	Es sind Daten im Puffer verblieben, obwohl das gesamte Protokoll verarbeitet wurde
Fehlerhaftes Ende	Das Stop-Byte konnte nicht gefunden werden

Tabelle 2

Im Falle einer fehlgeschlagenen oder unvollständigen Übertragung werden die gespeicherten Farbdaten durch die zuvor empfangenen Farbdaten überschrieben. Daher werden möglicherweise fehlerhafte Daten nicht an den LED-Streifen übertragen und spiegeln sich somit nicht in der Ausgabe des LED-Streifens wider. Darüber hinaus kann durch Überschreiben der gespeicherten Farbdaten, selbst wenn die Übertragung fehlschlägt oder unvollständig ist, die Aktualisierungsrate des LED-Streifens konstant gehalten werden. Andernfalls wird, wenn der LED-Streifen erst nach einer Neuübertragung der fehlerhaften Daten aktualisiert wird, wahrscheinlich eine Verzögerung bei der Aktualisierung des LED-Streifens auftreten.
D) Programmrahmen des CELS 200
12 zeigt die durch das CELS 200 nach der Konfiguration und Initialisierung des CELS 200 ausgeführten Aufgaben. Insbesondere werden zunächst Eingabedaten in Form eines Bildes erfasst. Dieses Bild wird dann zur Weiterverarbeitung in ein anderes Format konvertiert. Dann werden die repräsentativen Farben im Bild bestimmt, und dann überträgt die Kommunikationsschnittstelle diese repräsentativen Farben über die LED-Treiber an die LEDs entlang des LED-Streifens, wie vorstehend beschrieben wurde.
13 zeigt die durch das CELS 200 ausgeführten Aufgaben von 12 zusammen mit zwei weiteren Blöcken 1302 und 1304. Es gibt zwei Möglichkeiten das CELS 200 zu konfigurieren. Die erste Möglichkeit beinhaltet nur Block 1302, bei dem das CELS 200 initialisiert wird, bevor ein Bild aufgenommen wird, und während des anschließenden Betriebs des CELS 200 nicht neu konfiguriert wird. Die zweite Möglichkeit verwendet beide Blöcke 1302 und 1304, wobei das CELS 200 nicht nur initialisiert, sondern auch während des Betriebs gesteuert wird.
E) Prozessstruktur der Verarbeitungsvorrichtung
Die Prozessstruktur der Verarbeitungsvorrichtung erfüllt vorzugsweise die folgenden Anforderungen:
Den Zugriff auf die Eingabedaten für andere Anwendungen ermöglichen. Vorzugsweise wird ein Verfahren implementiert, das es anderen Anwendungen ermöglicht, auf die Eingabedaten zuzugreifen.
Die neuesten Daten verarbeiten. Um eine asynchrone LED-Farbanzeige zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das CELS 200 die aktuellsten Informationen verarbeitet. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn jede nachfolgende Aufgabe Zugriff auf die durch die vorherige Aufgabe bereitgestellten aktuellen Daten hat. Darüber hinaus ist dies vorzugsweise unabhängig von jeglicher Diskrepanz in der Verarbeitungszeit zwischen den verschiedenen Aufgaben erfüllt.
Die Prozessstruktur der Verarbeitungsvorrichtung ist vorzugsweise wie folgt konfiguriert.
Nebenläufiges threadsicheres Framework (concurrent thread-safe framework). Um die durch die Verarbeitung der Aufgaben verursachte Verzögerung zu reduzieren, arbeitet das CELS 200 die Aufgaben vorzugsweise mit einer hohen Effizienz ab. Daher ist im CELS 200 vorzugsweise ein Multi-Thread-Framework implementiert, in der unterschiedliche Aufgaben nebenläufig in ihrem eigenen Thread ausgeführt werden können. Mechanismen, die eine Datenverfälschung aufgrund dieser Nebenläufigkeit vermeiden, werden ebenfalls vorzugsweise implementiert.
Die CELS-Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den notwendigen Ressourcen kalibrieren. Das CELS 200 kann in einer in einem Fahrzeug vorgesehenen Mensch-Maschine-Schnittstelle integriert sein. Daher wird vorzugsweise die Rechenleistung des CELS 200 bei der Ausführung der Aufgaben nicht vollständig genutzt. Um die Ressourcen zuzuweisen, werden vorzugsweise ein oder mehrere Parameter bereitgestellt, um die Leistung des CELS 200 zu beeinflussen. Dies dient dazu, die zum Ausführen der Aufgaben erforderliche Rechenleistung zu reduzieren.
Feste Datenaktualisierung des LED-Streifens. Die Farbdaten des LED-Streifens werden vorzugsweise in festen Intervallen aktualisiert, um einen glatten und einheitlichen Farbübergang zu gewährleisten. Allerdings kann die gleichzeitige Verwendung mehrerer verschiedener Eingabequellen und die mögliche Variation der Verarbeitung aufgrund der (durch das Multi-Thread-Framework erhaltenen) Nebenläufigkeit zu einer Abweichung in der Datenverarbeitungszeit der Eingabe von den verschiedenen Eingabequellen führen. Daher ist die Prozessstruktur im CELS 200 vorzugsweise dafür konfiguriert, einen Mechanismus zu implementieren, der die LED-Streifen-Daten unabhängig von den Verarbeitungszeiten der verschiedenen Eingabequellen aktualisiert.
E-1) In der Verarbeitungsvorrichtung der CELS 200-Ausführungsform implementierte Prozessstruktur
Wie in 14 dargestellt ist, ist die in der Verarbeitungsvorrichtung implementierte Prozessstruktur in vier Hauptteile geteilt, die jeweils einen eigenständigen Thread darstellen. Dies trägt dazu bei, die vorstehend beschriebenen drei Anforderungen zu erfüllen (wie nachstehend dargestellt wird).
Nebenläufiges threadsicheres Framework. Das gesamte CELS-System ist in ein nebenläufiges Framework mit vier Threads eingebettet. Jeder Thread hat seine spezifische Aufgabe und teilt Daten mit dem vorangehenden und nachfolgenden Thread. Um eine Datenverfälschung aufgrund eines gleichzeitigen Datenzugriffs zu verhindern, wird eine threadsichere Datenstruktur implementiert.
Die CELS-Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den notwendigen Ressourcen kalibrieren. Der Bildaufnahmeblock und der nachfolgende Bildkonvertierungsblock und der Block zum Bestimmen der repräsentativen Farbe sind in zwei Threads geteilt. Dies ermöglicht eine effektive Weise, die Leistungsfähigkeit des CELS 200 zu kalibrieren. Da der Verarbeitungs-Thread mit einer einstellbaren Rate periodisch ausgeführt wird, kann die notwendige Rechenleistung durch Ändern dieser Rate kalibriert werden. Daher kann, obwohl die Verarbeitung unabhängig von der Bildrate der Bildquelle ist, die Ausführungsrate der ressourcenintensiven Bildkonvertierung kalibriert werden. Diese Kalibrierung kann auf den Ressourcen basieren, die für das CELS 200 verfügbar sind (wobei berücksichtigt wird, dass eine niedrigere Ausführungsrate zu weniger häufigen Aktualisierungen der Farbdaten führt).
Feste Datenaktualisierung des LED-Streifens. Die andere Unterteilung, die den Bildkonvertierungsblock und den Block zum Bestimmen der repräsentativen Farbe vom LED-Farbeinstellungsblock und vom MCU-Kommunikationsblock trennt, trägt dazu bei, das Erfordernis einer festen Rate für die Datenaktualisierung des LED-Streifens zu erfüllen. Der LED-Farbeinstellungsblock wird ebenfalls periodisch ausgeführt. Auf diese Weise ist er von der vorherigen Bildverarbeitungsklasse entkoppelt. Insbesondere ist die Ausführung der LED-Farbeinstellungsklasse sowohl von der Anzahl der Eingabequellen als auch von den einzelnen Bildverarbeitungszeiten dieser Eingabequellen unabhängig. Daher verarbeitet die LED-Farbeinstellungsklasse die durch die vorangehenden Klassen zur Verfügung gestellten aktuellen Farbdaten. Daher wird der LED-Streifen mit einer konstanten Aktualisierungsrate aktualisiert.
F) Prozessstruktur der Kommunikationsschnittstelle
F-1) Schematische Darstellung der in der Kommunikationsschnittstelle implementierten Prozessstruktur
15 zeigt eine schematische Darstellung der durch die Kommunikationsschnittstelle im CELS 200 implementierten Prozessstruktur.
Anfangs führt die Kommunikationsschnittstelle die Initialisierungsroutine aus. In dieser Initialisierungsroutine werden mehrere Variablen festgelegt, wird die RS-232-Kommunikation auf 115200/8-N-1 gesetzt, und wird ein Überwachungszeitgeber auf zwei Sekunden eingestellt. Nach der Initialisierungsroutine verbleibt die Kommunikationsschnittstelle in einer endlosen While-Schleife. Diese While-Schleife enthält zwei If-Klauseln. Die erste If-Klausel ist erfüllt, wenn serielle Daten empfangen wurden, und die zweite If-Klausel wird zyklisch ausgeführt. Beide werden in den folgenden Unterabschnitten erläutert.
F-1-1) Farbdatenprotokollverarbeitung
Um die erste If-Klausel zu erfüllen, durchsucht das Programm die Daten, die die Kommunikationsschnittstelle empfängt, um ein Start-Byte und ein Header-Byte zu finden. Sobald diese gefunden wurden, beginnt die Verarbeitung.
Das RGB-Datenübertragungsprotokoll wird zum Übertragen jedes Datenpakets verwendet. Die Informationen über die Streifenteilung (d. h. über das Segment des LED-Streifens) und die adressierte LED werden aus dem Datenpaket extrahiert. Daher können die Farbdaten direkt vom seriellen Puffer in die bestimmte LED-Datenstruktur geschrieben werden. Die LED-Datenstruktur stellt bei erfolgreichem Empfang des gesamten Datenpakets auch ein Bestätigungspaket bereit.
F-1-2) Zyklische LED-Streifen-Aktualisierung
Die zweite If-Klausel wird zyklisch ausgeführt, und Nachfolgendes wird in jedem Zyklus ausgeführt.
Die in die Kommunikationsschnittstelle geschriebenen aktuellen Farbdaten werden mit den zuvor in die Kommunikationsschnittstelle geschriebenen Farbdaten gemischt. Dies trägt dazu bei, einen abrupten Farbwechsel zu vermeiden, d. h. die Farbänderung zu glätten. Gleichung (2) wird verwendet, um die Farben zu mischen. Insbesondere wird ein Mischfaktor im Voraus bestimmt, wobei dieser Mischfaktor die Zusammensetzung der schließlich durch die LEDs angezeigten Farben bestimmt.
In Gleichung (2) ist der ”Endgültige Farbwert” ein R-, G- oder B-Wert, der jeweils durch Verwendung von Gleichung (2) mit den aktuellen R-, G- oder B-Daten, die in die Kommunikationsschnittstelle geschrieben sind (”Aktuelle Daten”), und den vorangehenden R-, G- oder B-Daten, die in die Kommunikationsschnittstelle geschrieben wurden (”Vorangehende Daten”), bestimmt ist. Die durch die LEDs angezeigte Farbe wird dann anhand der Endgültigen Farbwerte (d. h. R-, G- und B-Werte) bestimmt, die unter Verwendung von Gleichung (2) erhalten wurden. Endgültiger Farbwert = (Mischfaktor × Aktuelle Daten) + ((1-Mischfaktor) × Vorangehende Daten) (2)
In einem Beispiel ist der Mischfaktor auf 0,5 eingestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl in dieser Ausführungsform nur der aktuelle Datensatz und der vorangehende Datensatz gemischt werden, in anderen Ausführungsformen mehr Daten verwendet werden können, um den endgültigen Farbwert zu bestimmen. Die zu verwendenden Daten können eine beliebige Anzahl von Sätzen der aktuellen vorgegebenen Anzahl von (z. B. zehn) Datensätzen enthalten, die in die Kommunikationsschnittstelle geschrieben wurden. Wenn mehr Datensätze verwendet werden, wird der Einfluss (das Gewicht) jedes Satzes vorzugsweise derart eingestellt, dass er anzeigt, wann der Datensatz in die Kommunikationsschnittstelle geschrieben wurde. Vorzugsweise ist das den Daten zugeordnete Gewicht umso höher, je später der Datensatz geschrieben wurde. Das Gewicht jedes Satzes kann beispielsweise durch Zuordnen eines ”Alters” zum Datensatz bestimmt werden (beispielsweise wird von jedem späteren Datensatz zu einem früheren Datensatz das ”Alter” um 1 inkrementiert, d. h., das Alter des aktuellen Datensatzes = 0, das Alter des vorangehenden Datensatzes = 1, das Alter des vor dem vorangehenden Datensatz geschriebenen Datensatzes = 2, usw.). Das Gewicht für jeden Datensatz mit einem bestimmten Alter kann dann zu 1/(Alter + 2) berechnet werden.
Als Zweites werden die unter Verwendung von Gleichung (2) bestimmten endgültigen Farbwerte (R-, G- und B-Werte) über die LED-Treiber an den LED-Streifen übertragen.
Der vorstehend erwähnte Prozess wird zyklisch ausgeführt, d. h., nach jeweils einer vorgegebenen Zeitspanne (beispielsweise 80 ms). Dadurch kann eine konstante LED-Farbaktualisierungsrate erreicht werden.
Die Zykluszeit (d. h. die vorbestimmte Zeitspanne zwischen Änderungen der LED-Farben) kann unter Verwendung des in 10 dargestellten Initialisierungsprotokolls eingestellt werden. Daher steuert die Zykluszeit den Glättungsgrad der Farbumwandlung.
Obwohl es möglich ist, eine zeitgesteuerte Unterbrechung anzuwenden, anstatt die LED-Farbdaten zu aktualisieren, kann eine derartige Unterbrechung den Empfang serieller Daten stören. Dies kann zum Verlust übertragener Daten führen, wodurch das gesamte Datenpaket ungültig wird. Im Gegensatz dazu tritt der Verlust übertragener Daten unter Verwendung der If-Klauseln weniger häufig auf.
G) Berechnung der repräsentativen Farbe durch den Computer
In dieser Ausführungsform weisen die Ausgabeeinrichtungen 206 einen entlang des Dachhimmels ausgerichteten LED-Streifen auf. Ein Bild wird durch eine Kamera durch jedes Fenster wiederholt aufgenommen und einer Gruppe von LEDs entlang des Abschnitts des LED-Streifens über dem Fenster zugeordnet. Das Bild zeigt eine Ansicht durch das Fenster zu dem Zeitpunkt, zu dem es aufgenommen wurde. Das Bild ist zweidimensional mit einer Breite (die der Abmessung der Ansicht parallel zum LED-Streifen über dem Fenster entspricht) und einer Höhe. Der obere Teil des Bildes ist näher am LED-Streifen angeordnet, während der untere Teil des Bildes weiter weg vom LED-Streifen angeordnet ist.
Der Computer ist dafür konfiguriert ist, repräsentative Farben von jedem aufgenommenen Eingabebild zu bestimmen. Dies wird nachstehend näher erläutert.
G-1) Einen Bereich von Interesse auswählen
Jedes Eingabebild enthält mehrere Pixel, von denen jedes einen die Farbe repräsentierenden Pixelwert hat. Insbesondere ist jeder Pixelwert im RGB-Raum, d. h., er weist R-, G-, B-Teilwerte auf, die die Helligkeit von Rot, Grün und Blau in dem Pixel anzeigen.
Um Eigenschaften der bereitzustellenden Beleuchtung aus einem Eingabebild zu bestimmen, wird zunächst ein Bereich von Interesse aus dem Eingabebild ausgewählt. Die Farben der Beleuchtung werden dann nur aus diesem Bereich von Interesse bestimmt.
In der CELS 200-Ausführungsform weist das Eingabebild mehrere Zeilen auf, und wird der Bereich von Interesse ausgewählt, indem zunächst ein bestimmter Prozentsatz (beispielsweise 10%) der Zeilen im oberen Teil des Bildes extrahiert wird, um einen Anfangsbereich von Interesse zu bilden (z. B. kann der Anfangsbereich von Interesse die Zeilen 0–108 des Eingabebildes enthalten). Innerhalb des Anfangsbereichs von Interesse werden Zeilen zyklisch übersprungen (beispielsweise wird nur jede x-te Zeile im Anfangsbereich von Interesse ausgewählt, wobei x gleich 2 sein kann), um einen endgültigen Bereich von Interesse zu bilden. Es wird darauf hingewiesen, dass in alternativen Ausführungsformen optional kein Bereich von Interesse ausgewählt wird und das gesamte Bild verarbeitet werden kann, oder es kann ein anderes Verfahren verwendet werden, um den Bereich von Interesse auszuwählen.
Die Auswahl eines Bereichs von Interesse von dem Bild für eine Weiterverarbeitung ist vorteilhaft, weil die zu einem späteren Zeitpunkt auszuführende JPEG-Konvertierung (d. h. die Konvertierung des JPEG-Bild vom RGB-Raum in den HSV-Raum) Rechenzeit erfordert. Die Auswahl eines Bereichs von Interesse trägt dazu bei, die Menge an Bilddaten, die verarbeitet werden müssen, zu reduzieren, und aufgrund dieser Reduzierung kann die Rechenzeit reduziert werden. Tatsächlich wird die Rechenzeit nahezu um den gleichen Faktor reduziert, um den die betrachteten Bilddaten reduziert werden. Dies ist experimentell bestimmt worden.
G-2) Pixeln im Bereich von Interesse Gewicht zuweisen
Der Bereich von Interesse wird dann unter Verwendung einer Wichtungsfunktion gewichtet. Der Bereich von Interesse weist mehrere Pixel auf, die jeweilige Punkte in einer durch ein dem LED-Streifen benachbartes Fenster aufgenommenen Ansicht darstellen, und jedem Pixel wird ein Gewicht zugeordnet, das von der Nähe des Punktes, den es darstellt, vom LED-Streifen abhängt. Je näher der Punkt dem LED-Streifen ist, desto größer ist das dem Pixel zugeordnete Gewicht. In der CELS 200-Ausführungsform werden Farbdaten vom unteren Teil des Bildes, der die untere Ansicht aus dem Fenster darstellt, weniger berücksichtigt als solche vom oberen Teil des Bildes. Genauer gesagt wird der Bereich von Interesse in drei horizontale Abschnitte geteilt. Den Pixeln im oberen Drittel des Bereichs von Interesse wird ein derartiges Gewicht zugeordnet, dass sie 50% der endgültigen repräsentativen Farbe ausmachen, und den Pixeln in den unteren beiden Dritteln des Bildes wird ein derartiges Gewicht zugeordnet, dass sie 50% der endgültigen repräsentativen Farbe ausmachen. Daher verwirft dieses Wichtungsverfahren keine Daten, sondern akzentuiert jeden Abschnitt des Bereichs von Interesse mit einem durch einen Benutzer festgelegten Wichtung.
G-3) Den Bereich von Interesse in mehrere Segmente teilen
Der Bereich von Interesse wird dann in mehrere Segmente geteilt. Jedes Segment wird unabhängig verarbeitet, um die Farben der Beleuchtung zu bestimmen. Die Anzahl der Segmente gleicht der Anzahl der LEDs, die dem Bild entsprechen (die Ausgaben dieser LEDs sollen basierend auf dem Bild bestimmt werden), so dass die für jedes Segment bestimmten Beleuchtungseigenschaften durch eine zugeordnete LED entlang des LED-Streifens projiziert werden. Jedes Segment hat eine Höhe gleich der Bildhöhe (die von der Anzahl der Zeilen im Bereich von Interesse abhängt) und eine Breite gleich der Bildbreite geteilt durch die Anzahl der entsprechenden LEDs. In dieser Ausführungsform wird der Bereich von Interesse gleichmäßig geteilt, um eine Anzahl von Bildkacheln mit gleichen Breiten und Höhen zu erhalten. In anderen Ausführungsformen kann der Bereich von Interesse jedoch auf eine ungleichmäßige Weise geteilt werden, um Bildkacheln verschiedener Formen und/oder Größen zu erhalten.
G-4) Konvertieren jedes Segments in den HSB-Farbraum
Jedes Segment im Rot, Grün, Blau(RGB-)Farbraum wird dann in den HSB-(Farbwert, Sättigung, Helligkeit)Farbraum konvertiert, um die Bilddaten in dem Segment aufzuwerten. Insbesondere wird jeder Pixelwert in dem Segment in H-, S-, B-Teilwerte konvertiert, die den Farbwert, die Sättigung und die Helligkeit des Pixels anzeigen. Im Gegensatz zum RGB-Farbraum sind die Farb- und die Helligkeitsinformation im HSB-Raum getrennt. Daher ist es möglich, die Helligkeit einer bestimmten Farbe zu erhöhen, ohne die tatsächliche Farbe zu ändern. 16 zeigt repräsentative Farben, die bestimmt wurden, ohne zunächst den Bereich von Interesse in den HSB-Raum zu konvertieren (siehe Farben über der Linie), und mit der Konvertierung in den HSB-Raum (siehe Farben unter der Linie).
G-5) Die repräsentative Farbe für jedes Segment bestimmen
Dann wird die repräsentative Farbe jedes Bildsegments im HSB-Raum durch Bestimmen des Medians der Farbe des Bildsegments unter Berücksichtigung der Gewichtungen der Pixel im Bildsegment bestimmt (d. h. durch Bestimmen des gewichteten Medians der Farbe des Bildsegments). Insbesondere werden ein gewichteter H-Median, ein gewichteter S-Median und ein gewichteter B-Median erhalten, indem die gewichteten Mediane der H-, S- und B-Werte der Pixel in dem Bildsegment verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann stattdessen der gewichtete Mittelwert oder der gewichtete Modalwert der Pixelwerte in jedem Bildsegment berechnet werden.
Die gewichteten mittleren H-, S- und B-Werte werden dann in repräsentative R-, G- und B-Werte zurück konvertiert. Daher werden die Bilddaten jedes Segments in eine repräsentative Farbe zusammengefasst, die eine Mischung der drei R-, G-, B-Farben ist.
H) Die Verarbeitungsverzögerungskompensation
Weil die durch die Verarbeitungseinrichtung 204 ausgeführte Verarbeitung Zeit erfordert, entsteht eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Eingabedaten bereitgestellt werden, und dem Zeitpunkt, zu dem der LED-Streifen das farbige Licht ausgibt (obwohl die Verarbeitungszeit nicht der einzige Grund für die Verzögerung sein muss).
Daher ist der Computer dafür konfiguriert, die Verzögerung zwischen der Bereitstellung der Eingabedaten und der Bereitstellung der Beleuchtung im Innenraum des Fahrzeugs bei der Bestimmung der Eigenschaften der Beleuchtung zu berücksichtigen.
H-1) Die Zusammensetzung der Verzögerung
Die Verzögerung zwischen einer Bildaufnahme und einer Ausgabe aus dem LED-Streifen beinhaltet Verzögerungen aus den folgenden Prozessen:

• Aufnahmeverzögerung: Die Zeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein Bild aufgenommen wurde, und dem Zeitpunkt, zu dem es an den Computer übertragen wird.
• Verarbeitungsverzögerung: Die Zeit, die der Computer benötigt, um die Eingabedaten zu empfangen und zu verarbeiten, um die Farbdaten an die Kommunikationsschnittstelle zu senden.
• Kommunikationsverarbeitungsverzögerung: Die Zeit, die die Kommunikationsschnittstelle benötigt, um das festgelegte Datenprotokoll zu verarbeiten.
• Kommunikationsverzögerung: Die Zeit, die notwendig ist, um mit dem LED-Streifen-Treiber zu kommunizieren und die Farbe einzustellen.

Berücksichtigt man, dass das Fahrzeug sich bewegt, führt die vorstehend erwähnte Verzögerung zu einer unerwünschten Differenz zwischen dem tatsächlichen Blick aus dem Fenster und den Farben, die die LEDs darstellen. Dies ist in 17 (oben) dargestellt. In Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Außenumgebung können die Farben sich tatsächlich schnell ändern. Dies kann Flackern oder harte Farbänderungen verursachen. Diese asynchrone Beziehung zwischen den dargestellten Farben und der Umgebung beeinträchtigt den visuellen Wahrnehmungserweiterungseffekt. Daher muss die Verzögerung bei der Bestimmung der repräsentativen Farbe berücksichtigt werden. Das Berücksichtigen der Verzögerung trägt dazu bei, eine synchronere Beziehung zwischen den dargestellten Farben und der Umgebung zu erhalten, wie in 17 (unten) dargestellt ist.
REFERENZEN

[BA06] John D Bullough und Yukio Akashi. Impact of surrounding illumination on visual fatigue and eyestrain while viewing television. Journal of Applied Sciences 6, 2006.
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Claims

Vorrichtung zum Bereitstellen einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Eingabeeinrichtung, die dafür konfiguriert ist, Eingabedaten, die gemäß einer Außenumgebung des Fahrzeugs variieren, bereitzustellen; eine Verarbeitungseinrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Eingabedaten zu verarbeiten, um Eigenschaften der bereitzustellenden Beleuchtung zu bestimmen; und eine Ausgabeeinrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Beleuchtung mit den bestimmten Eigenschaften für den Innenraum des Fahrzeugs bereitzustellen; wobei die Eigenschaften der durch die Ausgabeeinrichtung bereitgestellten Beleuchtung den Eigenschaften der Außenumgebung des Fahrzeugs angepasst sind, wenn die Beleuchtung bereitgestellt wird; und wobei die Eigenschaften sowohl Farben als auch eine Beleuchtungsstärke aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingabedaten ein Bild der Außenumgebung des Fahrzeugs aufweisen und die Eigenschaften der Beleuchtung basierend auf Farben und Beleuchtungsstärke des Bildes bestimmt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingabeeinrichtung dafür konfiguriert ist, ein Video mit mehreren Einzelbildern aufzunehmen, und wobei die Eingabedaten ein Bild als ein Einzelbild des Videos aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Bild mehrere Pixel aufweist, wobei jedes Pixel einen Pixelwert aufweist, der seine Farbe und Beleuchtungsstärke darstellt, und wobei die Eigenschaften der Beleuchtung durch Berechnen eines Mittelwert, eines Medians oder eines Modalwertes der Pixelwerte bestimmt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–4, wobei ein Bereich von Interesse in dem Bild ausgewählt wird, und wobei die Eigenschaften der Beleuchtung nur aus dem Bereich von Interesse bestimmt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei jeder Pixelwert R-, G-, B-Teilwerte aufweist, die die Helligkeit von Rot, Grün und Blau in dem Pixel anzeigen; und wobei vor der Bestimmung der Farben der Beleuchtung der Pixelwert in H-, S-, B-Teilwerte umgewandelt wird, die Farbwert, Sättigung und Helligkeit des Pixels anzeigen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4–6, wobei jedem Pixel ein Gewicht zugeordnet wird, und wobei die Berechnung unter Berücksichtigung der Gewichte ausgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Pixel jeweilige Punkte in einer Ansicht darstellen, die durch eine der Ausgabeeinrichtung benachbarte Scheibe aufgenommen ist; und wobei das Gewicht jedes Pixels basierend auf dem Abstand des durch das Pixel repräsentierten Punktes von der Ausgabeeinrichtung bestimmt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–8, wobei das Bild in mehrere Segmente geteilt wird, und wobei jedes Segment unabhängig verarbeitet wird, um die Eigenschaften der Beleuchtung zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Ausgabeeinrichtung mehrere Beleuchtungsquellen aufweist, und wobei das Bild gemäß der Anzahl der Beleuchtungsquellen, deren Beleuchtungseigenschaften aus dem Bild bestimmt werden sollen, geteilt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Bestimmung der Eigenschaften der Beleuchtung die Verzögerung zwischen der Bereitstellung der Eingabedaten und der Bereitstellung der Beleuchtung für den Innenraum des Fahrzeugs berücksichtigt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtungen dafür konfiguriert sind: Anfangseigenschaften der Beleuchtung zu bestimmen; und die Anfangseigenschaften einzustellen, um die Eigenschaften der durch die Ausgabeeinrichtung bereitzustellenden Beleuchtung zu bestimmen, wobei durch die Einstellung Änderungen der durch die Ausgabeeinrichtung bereitgestellten Beleuchtung geglättet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Einstellung unter Verwendung zuvor bestimmter Eigenschaften der Beleuchtung ausgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Einstellung durch Mischen der Anfangseigenschaften mit den zuvor bestimmten Eigenschaften der Beleuchtung ausgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung dafür konfiguriert ist, die bestimmten Eigenschaften in Teilen an die Ausgabeeinrichtung zu übertragen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Eingabedaten vorab geladene Bilder möglicher Außenumgebungen des Fahrzeugs aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Verarbeitungseinrichtung dafür konfiguriert ist, jedes vorab geladene Bild zu verarbeiten, um die Eigenschaften der Beleuchtung zu bestimmen, bevor sich das Fahrzeug durch die in dem vorab geladenen Bild dargestellte Umgebung bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, der ferner einen Umgebungslichtsensor aufweist, der dafür konfiguriert ist, eine Intensität der Beleuchtung der Außenumgebung des Fahrzeugs zu erfassen, und wobei die Verarbeitungseinrichtung dafür konfiguriert ist, die Eigenschaften der Beleuchtung basierend auf einem vorab geladenen Bild der Außenumgebung und der Intensität der Beleuchtung der Außenumgebung zu bestimmen.
Verfahren zum Bereitstellen einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Bereitstellen von Eingabedaten, die gemäß der Außenumgebung des Fahrzeugs variieren; Verarbeiten der Eingabedaten, um Eigenschaften der bereitzustellenden Beleuchtung zu bestimmen; und Bereitstellen der Beleuchtung mit den bestimmten Eigenschaften für den Innenraum des Fahrzeugs; wobei die Eigenschaften der durch die Ausgabeeinrichtung bereitgestellten Beleuchtung den Eigenschaften der Außenumgebung des Fahrzeugs angepasst sind, wenn die Beleuchtung bereitgestellt wird; und wobei die Eigenschaften sowohl Farben als auch die Beleuchtungsstärke aufweisen.