DE19921997A1 - Verfahren zur Steuerung der Leuchtdichte einer Anzeigeeinheit in einem Fahrzeug und Vorrichtung zu dessen Ausführung - Google Patents
Verfahren zur Steuerung der Leuchtdichte einer Anzeigeeinheit in einem Fahrzeug und Vorrichtung zu dessen AusführungInfo
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Abstract
Die Leuchtdichte von Anzeigeeinheiten (23, 26) im Inneren von Fahrzeugen (1) muß an die Umgebungsleuchtdiode angepaßt werden, damit der Fahrzeugführer die Anzeige entsprechend dem Adaptationszustand seines Auges optimal erkennen kann. Bekannt ist die Erfassung der Umgebungsleuchtdiode mittels Fotosensoren. Durch Verwendung von Videokameras (3, 5, 10, 18) kann die Erfassung der Umgebungsleuchtdiode genauer an den Blickwinkel des Fahrzeugführers angeglichen und die Anpassung der Leuchtdichte der Anzeigeeinheit (23, 26) an den Adaptationszustand verbessert werden. Bevorzugt kann der Bildaufnahmewinkel einer in Fahrtrichtung (6) ausgerichteten Videokamera (3, 10) abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit (13) verändert werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Leuchtdichte einer Anzeigeeinheit in
einem Fahrzeug in Abhängigkeit von der Leuchtdichte der Umgebung sowie eine Vorrichtung
zur Ausführung dieses Verfahrens.
Um dem Führer eines Fahrzeugs wichtige Informationen zu übermitteln, werden neuerdings
flächige Anzeigeeinheiten, sogenannte Displays, verwendet. Dies können sowohl passive
Einheiten, die eine sekundäre Lichtquelle benötigen, wie Flüssigkristallanzeigen (LCD), als
auch aktive Einheiten, wie Vakuumfluoreszenzanzeigen (VFD) oder Kathodenstrahlröhren,
sein. Die zu übermittelnde Information umfaßt beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit,
die Motordrehzahl und -temperatur, Abstände und Relativgeschwindigkeiten zu anderen
Fahrzeugen sowie ggf. deren Abbildung, Beleuchtungsstatus, Uhrzeit, Position des
Fahrzeugs auf einer Kartendarstellung.
Damit der Führer die Anzeige jederzeit richtig erkennen kann, muß ihre Leuchtdichte an den
Adaptationszustand seines Auges angepaßt sein. Wenn beispielsweise bei geringer
Leuchtdichte der Umgebung die Anzeigeeinheit zu hell leuchtet, wird der Führer geblendet
und an der Erkennung der Situation außerhalb des Fahrzeugs gehindert. Umgekehrt ist die
Anzeigeeinheit nicht ablesbar, wenn sie bei heller Umgebung zu dunkel erscheint.
In der EP-A-0115575 wird daher vorgeschlagen, die Leuchtdichte der Anzeige abhängig von
dem aus dem Beobachtungsraum auf die Anzeige gelangenden Lichts und von der
Leuchtdichte des Umfelds in der Blickrichtung des Fahrers zu steuern. Zur Messung der
Leuchtdichte ist ein Fotodetektor vorgesehen, dem Licht aus dem Beobachtungsraum und
aus dem Raum vor dem Fahrzeug mit Hilfe von Lichtleitern zugeführt wird. Der von dieser
Vorrichtung für die Messung der Umgebungsheiligkeit in Betracht gezogene Bereich ist
jedoch nur ungenau bestimmt und entspricht im allgemeinen nicht den auf den
Fahrzeugführer einwirkenden wechselnden Beleuchtungseinflüssen.
Bei der in der EG-A-0795433 beschriebenen Vorrichtung wird die Leuchtdichte der
Anzeigeeinheit immer dann herabgesetzt, wenn diese in das Blickfeld des Führers gelangt,
wie es beispielsweise bei einer Kurvenfahrt vorkommen kann. Diese Vorrichtung eignet sich
jedoch nur für die Anzeige von Information, die für den Fahrbetrieb weniger wichtig ist und
vom Führer nicht ständig überwacht zu werden braucht.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren für die Regelung der Leuchtdichte einer
Anzeigeeinheit in einem Fahrzeug anzugeben, welches die auf den Fahrzeugführer
einwirkenden Beleuchtungseinflüsse möglichst vollständig und selektiv erfaßt, so daß die
Helligkeit der Anzeige stets dem Adaptationszustand des Auges angepaßt ist. Des weiteren
ist eine Vorrichtung für die Ausführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Hauptanspruch und eine Vorrichtung
nach dem Anspruch 9 gelöst.
Die erfindungsgemäß als lichtempfindliche Vorrichtung verwendete Videokamera erfaßt nur
die Helligkeit in einem bestimmten Bildaufnahmewinkel. Dieser wird bestimmt durch die
Abbildungseigenschaften, insbesondere die Brennweite des optischen Systems sowie die
Größe der Bildaufnahmefläche, beispielsweise einer CCD-Anordnung. Jedes Bildelement
(Pixel) in dieser Bildaufnahmefläche gibt ein Signal entsprechend der Helligkeit des auf ihm
abgebildeten Raumwinkelbereichs ab. Zur Steuerung der Helligkeit der Anzeige kann nun ein
Helligkeitssignal als Mittelwert über alle Pixel gebildet werden. Dies geschieht in einer der
Videokamera nachgeschalteten Auswerteeinheit.
In einer Steuereinheit wird nun durch das von der Auswerteeinheit der Videokamera
erzeugte Helligkeitssignal, beispielsweise mittels einer gespeicherten Kennlinie, ein Signal
erzeugt, welches die Helligkeit der Anzeige bestimmt. Dies kann z. B. für passive Anzeigen
wie LCDs der Strom der Beleuchtungsvorrichtung sein oder für aktive Anzeigen wie VFD die
Gitterspannung.
Vorteilhaft kann aber die Leuchtdichte so berechnet werden, daß die Pixel in der Nähe der
optischen Achse der Videokamera bei der Summierung über die Bildaufnahmefläche mit
einem größeren Gewicht als die Pixel in dem Randbereichen angesetzt werden. Auf diese
Weise wird berücksichtigt, daß auch die Netzhaut des menschlichen Auges in der Nähe der
optischen Achse empfindlicher ist als in entfernteren Bereichen. Die auf das Auge
einwirkenden Helligkeitseinflüsse werden so noch genauer simuliert. Daher kann auch die
Leuchtdichte der Anzeige noch besser an den Adaptationszustand des Auges angepaßt
werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens eine erste
Videokamera in Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet, so daß sie den vor dem Fahrzeug
liegenden Bereich erfaßt. Da im allgemeinen der Führer des Fahrzeugs in Fahrtrichtung nach
vorn blickt, verlaufen die optischen Achsen seines Auges und der ersten Videokamera
näherungsweise parallel und der Bildaufnahmewinkel entspricht dem Blickwinkel des
Führers.
Der Fahrzeugführer hat jedoch im allgemeinen nicht nur den Raum vor dem Fahrzeug zu
überwachen, sondern er muß sein Augenmerk auch auf den Bereich hinter dem Fahrzeug
richten. Hierzu dienen ihm Spiegel, die auch als "elektronische Spiegel", d. h. als Kombination
einer Videokamera mit einer Anzeigeeinheit, ausgebildet sein können. Da das über die
Rückspiegel auf das Auge einwirkende Licht ebenfalls den Adaptationszustand beeinflußt,
wird zur Steuerung der Leuchtdichte der Anzeige bevorzugt auch mindestens eine zweite
Videokamera entgegengesetzt zur Fahrtrichtung ausgerichtet, so daß sie den Raum hinter
dem Fahrzeug überwacht. Auch das von dieser zweiten Videokamera abgegebene Signal
wird der Auswerteeinheit zugeführt und neben dem von der ersten Videokamera gelieferten
Signal in die Berechnung des Signals zur Steuerung der Leuchtdichte der Anzeigeeinheit
einbezogen.
Neben dem wie beschrieben erzeugten und verarbeiteten Signals zur Steuerung der
Leuchtdichte des Displays können auch die Bildsignale der Videokameras aufgenommen
und auf der Anzeigeeinheit bildmäßig dargestellt werden. Dabei kann für jede Videokamera
eine gesonderte Anzeigeeinheit mit erfindungsgemäß gesteuerter Leuchtdichte verwendet
werden. Die Anzeigeeinheit für die zweite Videokamera funktioniert dann als Rückspiegel.
Beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit, beispielsweise auf Schnellstraßen und Autobahnen,
muß der Führer des Fahrzeugs seinem Blick auf entfernte Bereiche konzentrieren. Dabei
verkleinert sich sein Blickwinkel, d. h. daß er mehr seitlich gelegene Bereiche nicht
beobachtet. Umgekehrt muß er bei niedriger Geschwindigkeit, wie im Stadtverkehr, auch die
seitlichen Bereiche im Auge behalten, d. h. sein Blickwinkel ist größer. Beim
erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nun diese Unterschiede leicht simulieren, wenn
der Bildaufnahmewinkel der ersten Videokamera gegensinnig zur Geschwindigkeit verändert
wird.
Bevorzugt wird der Bildaufnahmewinkel der ersten Videokamera verändert, indem bei der
Berechnung der Leuchtdichte bestimmte Pixel der Bildaufnahmefläche ausgewählt werden
und die anderen unberücksichtigt bleiben. Dies kann in der Auswerteeigenheit der
Videokamera geschehen, die von einem Geschwindigkeitssensor (Tachometer) mit einem
Geschwindigkeitssignal versorgt wird. Beispielsweise werden bei hohen Geschwindigkeiten
nur zentrale Pixel in die Berechnung einbezogen, wodurch der effektive Bildaufnahmewinkel
kleiner ist, als bei niedrigen Geschwindigkeiten, wenn mehr oder alle Pixel der
Bildaufnahmefläche berücksichtigt werden. Die für die Auswahl der Pixel maßgebliche
Funktion der Geschwindigkeit kann in der Auswerteeinheit gespeichert sein.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Bildaufnahmewinkel der ersten
Videokamera in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verändert, indem der
Abbildungsmaßstab des optischen Systems verändert wird. Hierzu kann beispielsweise ein
Zoomobjektiv verwendet werden, welches durch eine Einstellvorrichtung, auf die das
Geschwindigkeitssignal einwirkt, verstellt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
die in Fahrtrichtung ausgerichtete erste Videokamera entsprechend dem Einschlag des
Lenkrades um eine senkrechte Achse gedreht. Hierdurch erreicht man, daß der von der
ersten Videokamera erfaßte Bereich dem Blickwinkel des Fahrzeugführers bei Kurvenfahrt
angepaßt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Leuchtdichte der Anzeigeeinheit
dynamisch an rasch wechselnde Umgebungsleuchtdichten anzupassen, wie sie beim Ein-
und Ausfahren in Tunneln, unter Wolken oder auch durch Reflexion an der nassen
Fahrbahn, besonders bei Nacht, auftreten. Da die Adaptation des Auges mit einer gewissen
zeitlichen Verzögerung erfolgt, kann bei der Erzeugung des Luminanzsignals in der
Auswerteeinheit eine Zeitfunktion überlagert werden, wie beispielsweise aus US-A-5617112
bekannt. Eine gewisse zeitliche Verzögerung wird jedoch auch schon durch Verwendung von
zwei Videokameras erreicht, da die Änderung der Umgebungsleuchtdichte im Fahrbetrieb
gewöhnlich die vor bzw. hinter dem Fahrzeug befindlichen Bereiche zeitlich nacheinander
erfaßt. Durch Anwendung eines geeigneten Algorithmus bei der Berechnung des
Luminanzsignals in der Auswerteeinheit aus den Signalen der nach vorn und nach hinten
gerichteten Videokamera ergibt sich eine zeitliche Verzögerung in der Änderung des
Luminanzsignals und die Verwendung einer besonderen Zeitfunktion wird entbehrlich.
Eine Anzeigevorrichtung zur Verwendung im Inneren eines Fahrzeugs gemäß der
vorliegenden Erfindung umfaßt eine Anzeigeeinheit, mindestens eine auf die Umgebung des
Fahrzeugs gerichtete Videokamera, mindestens eine Auswerteeinheit zur Berechnung eines
Luminanzsignals und mindestens eine Steuereinheit, welche die Luminanzsignale der
Auswerteeinheit aufnimmt und die Leuchtdichte der Anzeigeeinheit steuert, indem sie ein für
diese geeignetes Signal abgibt. Ein solches Signal kann beispielsweise ein Strom für die
Beleuchtungslampe eines LCD oder eine Gitterspannung für ein VFD sein.
Die Anzeigevorrichtung umfaßt bevorzugt eine Auswerteeinheit, die die Pixelsignale der
Videokamera in ein Luminanzsignal umrechnet, wobei die Signale nach dem Abstand der
Pixel von der optischen Achse und gemäß einer gespeicherten Funktion gewichtet werden.
Weiter bevorzugt ist in der Auswerteeinheit eine Funktion gespeichert, nach der in
Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitssignal bestimmte Pixel für die Berechnung des
Luminanzsignals ausgewählt werden.
Alternativ dazu ist die erste Videokamera mit Mitteln zur Veränderung des
Abbildungsmaßstabs ausgerüstet, die durch ein Geschwindigkeitssignal betätigt werden
können. Dies kann beispielsweise ein mittels eines Schrittmotors verstellbares Zoomobjektiv
sein.
Eine erste Videokamera der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist so am Fahrzeug
angebracht, daß sie in der Fahrtrichtung ausgerichtet ist und den Raum vor dem Fahrzeug
aufnimmt.
Bevorzugt ist eine zweite Videokamera vorhanden, welche vorzugsweise am Heck des
Fahrzeugs angebracht, entgegen zur Fahrtrichtung ausgerichtet ist und den Raum hinter
dem Fahrzeug aufnimmt. Bevorzugt werden die Signale beider Kameras in einer
gemeinsamen Auswerteeinheit in ein Luminanzsignal umgerechnet. Die Auswerteeinheit ist
mit der Steuereinheit verbunden. Wenn man das Bildsignal der zweiten Videokamera auf der
Anzeigeeinheit bildmäßig darstellt, wird damit die Funktion eines Rückspiegels
wahrgenommen. Vorzugsweise ist für diese bildmäßige Darstellung eine zweite
Anzeigeeinheit mit erfindungsgemäß gesteuerter Leuchtdichte vorhanden.
Ebenfalls bevorzugt ist die erste Videokamera um eine senkrechte Achse drehbar und mit
Mitteln versehen, welche die Kamera entsprechend dem Lenkradeinschlag drehen können.
Solche Mittel können z. B. Winkelgeber am Lenkrad und ein Schrittmotor an der Videokamera
sein.
Erfindungsgemäß können weitere Videokameras vorhanden sein, die andere, beispielsweise
seitliche Bereiche der Fahrzeugumgebung erfassen.
Die Auswerteeinheit und die Steuereinheiten können auch in einer besonderen oder in einer
ohnehin vorhandenen Datenverarbeitungseinheit eingegliedert sein, wobei die Funktionen
der Einheiten durch geeignete Software realisiert werden.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Fahrzeugs von oben,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist ein Pkw 1 mit einer ersten Videokamera 3 versehen, die am oberen Rand der
Windschutzscheibe 2 angebracht und in Fahrtrichtung 6 ausgerichtet ist. Der
Bildaufnahmewinkel der Kamera 3, bezogen auf eine horizontale Ebene, kann zwischen
einem kleinsten Wert a und einem größten Wert b kontinuierlich verändert werden. Am Heck
4 befindet sich eine zweite Videokamera 5, die entgegengesetzt zur Fahrtrichtung 6
ausgerichtet ist.
In Fig. 2 ist eine erste Videokamera 10 dargestellt, deren Bildsignal 11 der Auswerteeinheit
12 zugeführt wird. Diese erhält auch ein Geschwindigkeitssignal 13 vom Tachometer 14. Die
Kamera 10 wird durch Einwirkung der Mittel 17, die durch ein Signal 16 von der Lenkung 15
betätigt werden, um eine senkrechte Achse geschwenkt. Eine zweite Videokamera 18 liefert
ebenfalls ein Bildsignal 19 an die Auswerteeinheit 12. Diese erzeugt ein Luminanzsignal 20
und überträgt es zur Steuereinheit 21. Diese erzeugt einen Speisestrom 22 für die
Beleuchtungsvorrichtung des LCD 23, auf dem verschiedene Daten zur Information des
Fahrzeugführers angezeigt werden. Eine zweite Steuereinheit 24 erzeugt aus dem
Luminanzsignal 20 eine Gitterspannung 25 für das VFD 26. Auf diesem wird das Bildsignal
19 der zweiten Videokamera 18 bildlich dargestellt.
1
Fahrzeug
2
Windschutzscheibe
3
erste Videokamera
4
Fahrzeugheck
5
zweite Videokamera
6
Fahrtrichtung
10
erste Videokamera
11
Bildsignal der Kamera
10
12
Auswerteeinheit
13
Geschwindigkeitssignal
14
Tachometer
15
Lenkung
16
Winkelsignal der Lenkung
17
Mittel zum Schwenken der Kamera
10
18
zweite Videokamera
19
Bildsignal der Kamera
18
20
Luminanzsignal
21
erste Steuereinheit
22
Beleuchtungsstrom für LCD
23
erste Anzeigeeinheit (LCD)
24
zweite Steuereinheit
25
VFD-Gitterspannung
26
zweite Anzeigeeinheit (VFD)
a kleinster Bildaufnahmewinkel
b größter Bildaufnahmewinkel der Kamera
a kleinster Bildaufnahmewinkel
b größter Bildaufnahmewinkel der Kamera
3
Claims (15)
1. Verfahren zur Steuerung der Leuchtdichte einer Anzeigeeinheit in einem Fahrzeug in
Abhängigkeit von der Umgebungsleuchtdichte, wobei die Umgebungsleuchtdichte mittels
einer oder mehrerer lichtempfindlicher Vorrichtungen gemessen und ein Signal zur
Steuerung der Leuchtdichte erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
als lichtempfindliche Vorrichtungen Videokameras (3, 5, 10, 18) verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Erzeugung des Signals zur Steuerung der
Leuchtdichte die Umgebungshelligkeit in Abhängigkeit von der Entfernung zur optischen
Achse der Videokamera gewichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine erste Videokamera (3, 10) in
Fahrtrichtung (6) ausgerichtet ist und einen Bereich vor dem Fahrzeug (1) erfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei wenigstens eine zweite Videokamera (5, 18)
entgegengesetzt zur Fahrtrichtung (6) ausgerichtet ist und einen Bereich hinter dem
Fahrzeug (1) erfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei der Bildaufnahmewinkel der in Fahrtrichtung (6)
ausgerichteten Videokamera (3, 10) verändert werden kann und abhängig von der
Fahrzeuggeschwindigkeit (13) gesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Bildaufnahmewinkel
durch Auswahl der Bildelemente in der Bildebene der Kamera verändert wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Bildaufnahmewinkel
durch Veränderung des Abbildungsmaßstabs der Videokamera verändert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, wobei die in Fahrtrichtung (6) ausgerichtete
Videokamera (3, 10) um eine senkrechte Achse entsprechend dem Lenkradeinschlag
(16) geschwenkt wird.
9. Anzeigevorrichtung im Inneren eines Fahrzeugs mit einer Anzeigeeinheit, mindestens
einer auf die Umgebung des Fahrzeugs gerichteten Videokamera (3, 5, 10, 18) mit
mindestens einer Steuereinheit (21) zur Beeinflussung der Leuchtdichte der
Anzeigeeinheit (23) und mit mindestens einer Auswerteeinheit (12), die Bildsignale der
Videokamera (3, 5, 10, 18) aufnimmt und danach ein Luminanzsignal zur Steuerung der
Anzeigeeinheit (23) abgibt.
10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Auswerteeinheit (12), welche die
Leuchtdichte der Bildpunktsignale in Abhängigkeit des Abstandes der Bildpunkte von der
optischen Achse gemäß einer gespeicherten Funktion gewichtet.
11. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Auswerteeinheit (12) die
Bildpunktsignale in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (13) gemäß einer
gespeicherten Funktion auswählt.
12. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Videokamera (3, 5, 10, 18) Mittel
zur Veränderung des Abbildungsmaßstabs aufweist, die durch ein
Geschwindigkeitssignal (13) beeinflußbar sind.
13. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9 bis 12, wobei wenigstens eine erste Videokamera
(3, 10) in Fahrtrichtung (6) und ggf. eine zweite Videokamera (5, 18) entgegengesetzt zur
Fahrtrichtung (6) ausgerichtet ist.
14. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9 bis 13 mit Mitteln zur Drehung der ersten
Videokamera (3, 10) um eine senkrechte Achse entsprechend dem Lenkradeinschlag
(16).
15. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9 bis 14, wobei eine besondere Anzeigeeinheit (26)
für die bildliche Wiedergabe des Bildsignals der zweiten Videokamera (5, 18) vorhanden
ist.
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