WO2024126352A1 - Verfahren und system zum erfassen von benutzereingaben - Google Patents

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WO2024126352A1
WO2024126352A1 PCT/EP2023/085082 EP2023085082W WO2024126352A1 WO 2024126352 A1 WO2024126352 A1 WO 2024126352A1 EP 2023085082 W EP2023085082 W EP 2023085082W WO 2024126352 A1 WO2024126352 A1 WO 2024126352A1
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WO
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hand
area
input surface
user
control
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/085082
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Inventor
Cornelius REINFELDT
Finn Jacobsen
Original Assignee
Gestigon Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/017—Gesture based interaction, e.g. based on a set of recognized hand gestures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/22—Display screens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00—Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/11—Instrument graphical user interfaces or menu aspects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K2360/00—Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/141—Activation of instrument input devices by approaching fingers or pens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00—Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/146—Instrument input by gesture
    • B60K2360/1464—3D-gesture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K2360/00—Indexing scheme associated with groups B60K35/00 or B60K37/00 relating to details of instruments or dashboards
    • B60K2360/20—Optical features of instruments
    • B60K2360/21—Optical features of instruments using cameras

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for detecting user inputs in an input device, in particular in a vehicle.
  • user inputs in a vehicle can be detected without contact.
  • Modern vehicles usually have at least one control unit installed, which the driver of the vehicle or other passengers can use to control various functions. These can be various vehicle or comfort functions, such as settings for the navigation system, the air conditioning, seat settings, lighting settings and the like. Various functions of an infotainment system can also be operated, such as playing music, making phone calls and the like.
  • Conventional control units can be controlled using corresponding control buttons.
  • Modern systems usually have at least one display, which can be located centrally in the dashboard, for example.
  • the individual functions, menus and the like can be shown here.
  • These displays are often touch-sensitive, i.e. they are designed as touchscreens so that the desired function can be controlled by touching the screen.
  • the control elements are designed in such a way that they can be reached and operated with a finger.
  • a function can be called up when the corresponding area of the touch-sensitive screen is touched.
  • Other control options can also be provided, such as holding and dragging a control element, swiping gestures and the like.
  • control units require a touch-sensitive display and are therefore limited in their design.
  • Modern vehicles often have multiple displays and increasingly larger displays.
  • space is limited and the shape of the displays is usually essentially flat and rectangular and they cannot be distributed arbitrarily in a vehicle. They must be accessible to a user with their hand in order to be able to control a function by touch.
  • Other surfaces in the vehicle without a display are not available for user input.
  • it is also known to control certain functions contactlessly using gestures without reference to a display. To do this, a user performs certain predefined gestures in free space, for example in an area of the vehicle cabin above the center console or in front of the dashboard.
  • Gestures in free space can be used to control functions of the infotainment system, for example, or other vehicle functions such as opening and closing a sunroof. While these gestures can be learned, they are performed in free space and a user does not receive immediate feedback, for example where or how exactly a certain gesture should be performed so that it successfully and reliably controls the desired function. Users are therefore often unsure and it can be difficult to perform the gestures correctly until they are recognized by the system.
  • the present invention is based on the object of improving the detection of user inputs in an input device, in particular in a vehicle.
  • contactless detection of user inputs is to be improved.
  • a first aspect of the invention relates to a method, in particular a computer-implemented method, for detecting user inputs in an input device, wherein the input device has an input surface on which a graphical user interface is displayed, and a detection device.
  • a hand of a user is detected by means of the detection device and a position of the hand in a detection area is determined, wherein the detection area is a three-dimensional spatial area which is assigned to the input surface.
  • the activation area is a part of the detection area which is arranged at a distance from the input surface, and it is determined whether the user's hand is User's hand is in a control region, the control region being a portion of the sensing region disposed between the input surface and the activation region.
  • the aforementioned method according to the first aspect is therefore based in particular on the fact that user inputs are recorded without contact.
  • the position of the hand is determined in a three-dimensional spatial area that is assigned to the input surface, for example a spatial area that is located in front of the input surface.
  • a detection area is divided into two areas.
  • An activation area is arranged at a distance from the input surface. If the hand is in this area, no control takes place, but only the graphic representation of the user interface is adjusted. The method therefore gives the user early feedback about an interaction with the user interface.
  • control takes place.
  • the user does not have to touch the input surface for this, but it is sufficient if the hand is in the control area to control a corresponding function.
  • a special touch-sensitive display is therefore not necessary, which allows a flexible design of the input surface.
  • the possibility of contactless interaction means that areas can also be provided as input surfaces which are not suitable for operation that would require touching corresponding sensors. It goes without saying, however, that the user can still touch the input surface with his hand. However, this has no influence on the control within the meaning of the invention.
  • Such an input surface can be located in a vehicle in particular.
  • the term "user interface” or “graphical user interface” used here refers in particular to a graphical representation of controls that are linked to a specific function and allow a user to control the function.
  • the user interface (“UI” or “graphical user interface” - GUI) can contain “controls"("UIelements”) such as input areas, buttons, symbols, buttons, icons, sliders, toolbars, selection menus and the like. which a user can operate, particularly in the sense of the present invention, without touching it.
  • the (graphical) user interface can also be referred to as a (graphical) user interface.
  • the term "input surface” used here refers in particular to any surface, especially in a vehicle, on which the user interface can be graphically displayed. It can be a display or a projection surface as described in more detail below.
  • the input surface can have any design. It can be flat, level and rectangular, or it can have any shape. In particular, however, a point on the input surface can be described with two-dimensional coordinates.
  • detection device refers in particular to a device that can detect objects in three-dimensional space without contact and determine their position.
  • the detection device can detect and localize a user's hand.
  • optical methods can be used to detect a user's hand in space.
  • the detection device can consist of one part or several parts, which can depend on which detection area is to be covered.
  • one camera can be provided, or several cameras.
  • three-dimensional spatial area refers in particular to an area that can be described by three-dimensional coordinates.
  • a position in the three-dimensional spatial area has unique three-dimensional coordinates.
  • the coordinate system can be chosen arbitrarily.
  • a coordinate system of the detection device can be selected, or a coordinate system relating to the input surface.
  • vehicle refers in particular to a passenger car, including all types of motor vehicles, hybrid and battery-powered electric vehicles, as well as vehicles such as sedans, vans, buses, trucks, delivery vans and the like.
  • function used here refers in particular to technical features which can be present in a vehicle, for example in the interior, in order to be controlled by a corresponding control system. In particular, these can be functions of the vehicle and/or an infotainment system, such as lighting, audio output (e.g. volume), air conditioning, telephone, etc.
  • a condition A or B is satisfied by one of the following conditions: A is true (or exists) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or exists), and both A and B are true (or exists).
  • the term "configured” or “set up” to perform a specific function (and respective modifications thereof) is to be understood in the sense of the invention that the corresponding device is already in a configuration or setting in which it can perform the function or it is at least adjustable - i.e. configurable - so that it can perform the function after the corresponding setting.
  • the configuration can be carried out, for example, by setting parameters of a process sequence or switches or the like to activate or deactivate functionalities or settings.
  • the device can have several predetermined configurations or operating modes, so that Configuration can be done by selecting one of these configurations or operating modes.
  • the control area has a base area which contains at least the input surface and the control area extends from the base area to a cover area, wherein a distance between the base area and the cover area of the control area corresponds to the distance between the input surface and the activation area.
  • the base area can also correspond substantially to the input surface.
  • the base area and cover area can be the same size.
  • the control area can be cuboid-shaped with the input surface as the base area. The control area thus directly adjoins the input surface and occupies the space in front of the input surface, in particular over the entire area of the input surface.
  • the distance can be selected according to requirements, for example about 2 cm to about 5 cm, such as about 3 cm.
  • control area is the area in the immediate vicinity of the input surface. So if a user moves his hand close to the input surface (or touches it), i.e. into the control area, a function can be controlled. If the hand remains outside the control area, in other words, further away than the distance (or the “depth” of the control area), no control or “release” of the user interface occurs.
  • the activation area borders on the control area, wherein the activation area has a base area that contains at least the top surface of the control area.
  • the base area of the activation area can correspond to the top surface of the control area.
  • the activation area can be cuboid-shaped, for example.
  • the activation area thus forms an area that is further away from the input surface than the control area. If a user approaches the input surface with his hand, he will typically first reach the activation area with his hand and only then the control area. If the hand is in the activation area, this can be used, for example, to "wake up" the user interface, which can be displayed visually. The user This means that the user receives early feedback before the actual execution of the control when his hand is in the activation area. This can make subsequent control easier because the user can see that his hand has been properly detected, which can make navigation easier. This can be particularly helpful because the user can move his hand freely in the space in front of the input surface.
  • a distance between the base and the top surface of the activation area is greater than the distance between the input surface and the activation area.
  • the activation area is thus larger than the control area. This means that feedback can be given to the user in a larger area, while the actual control or operation of the user interface takes place in a smaller area near the input surface. Depending on the application, the dimensions can be adjusted accordingly.
  • the activation area can, for example, have a depth of 10 cm or more.
  • a position of a pointer on the input surface is further determined, the position of the pointer being determined by projecting the position of the hand onto the input surface when the position of the hand is detected in the detection area.
  • the projection can in particular be an orthogonal projection, the position of the hand in three-dimensional space being mapped onto two-dimensional coordinates of the input surface.
  • a pointer can be determined. This indicates in particular a location on the input surface, which is determined from the position of the hand.
  • the position of the pointer can be determined by an orthogonal projection of the position of the hand from three-dimensional space onto the two-dimensional input surface.
  • the position of the hand can be defined by a point on the hand that is closest to the input surface, as explained below. This can also be a fingertip that points in the direction of the input surface.
  • an orthogonal projection it can also be provided to determine a pointing direction of a finger, for example an outstretched index finger, and to determine the position of the pointer on the input surface by extending it in the pointing direction.
  • the function of the user interface is controlled depending on the position of the pointer when the position of the hand is detected in the control area.
  • the pointer reflects the position of the hand from the three-dimensional space on the input surface, ie on the graphical user interface.
  • the pointer can be moved once the hand is in the detection area.
  • a function can be selected depending on the location of the pointer.
  • the representation of the user interface indicates the position of the pointer when the position of the hand is detected in the detection area.
  • the representation can show the pointer itself, e.g. as a point on the input surface.
  • it can also be provided to display the pointer in another way, for example by highlighting an area in which the pointer is located, such as a button which is located in the area of the pointer. This serves to give the user appropriate feedback as to where the pointer is located on the input surface in order to simplify operation.
  • the area in which the pointer is located becomes the focus for the user, so that the activation area can also be referred to as the “focus area”.
  • the position of the user's hand is determined as a position of a point on the user's hand that is closest to the input surface.
  • a point on the hand is advantageously selected that represents the position of the hand.
  • any point on the hand can be selected as the position of the hand, such as a center of the hand.
  • the frontmost point of the hand can be considered particularly relevant from the user's perspective for the input on the input surface.
  • detecting the user's hand includes determining whether at least one finger of the hand is pointing towards the input surface.
  • the position of the hand can be arbitrary and the position of the hand can be determined in the detection area as described above. For a more precise determination, however, it can be determined whether the user is extending a finger towards the input surface, for example the index finger.
  • This hand position can a user can use it intuitively to operate it. It can then be intended to control a function only when the user makes a pointing movement, for example by extending his index finger. If the user does not make a pointing movement, the control of a function can be suppressed, since in such a case the user may not intend to control a function.
  • Determining the hand position can therefore improve the accuracy of operation.
  • the position of a fingertip can be determined with greater accuracy. This position can then be assumed to be the relevant position of the hand, especially if the tip of the extended finger is the point on the hand that is closest to the input surface, as described above.
  • the function of the user interface is activated when it is determined that the hand enters the control area and deactivated when the hand leaves the control area.
  • a control surface of the graphical user interface can be pressed when the user enters the control area with his hand (or his fingertip), i.e. comes very close to the input surface (or touches it).
  • the control surface can then be held, for example. It can then be released when the user withdraws his hand, i.e. when the hand (or the fingertip) leaves the control area.
  • the entry and exit of the hand into the control area can thus be advantageously used for interaction with the user interface. Further possibilities for how different events that can be triggered by the position of the hand, more precisely the distance of the hand from the input surface, can be explained below.
  • At least one transition event is further determined.
  • a transition event can be determined when the hand passes from one of the areas to another, i.e. leaves one area and enters another. This can be the case in particular when it is determined that: the hand enters the control area, the hand leaves the control area, the hand enters the activation area, the hand leaves the activation area, the hand leaves the detection area, or the hand enters the detection area. Together with the position on the input surface, i.e. the pointer position as explained above, complete control of the user interface can be implemented in this way.
  • a second aspect of the invention relates to a system for data processing, comprising at least one processor configured to carry out the method according to the first aspect of the invention.
  • the system also has at least one display device which is configured to display a graphical user interface on an input surface, and a detection device which is configured to detect a hand of a user in a three-dimensional spatial area and to determine a position of the hand in the three-dimensional spatial area.
  • the display device comprises a projection device which is set up to project a representation of the graphical user interface onto a surface.
  • a projection device which is set up to project a representation of the graphical user interface onto a surface.
  • This allows the user interface to be freely displayed on any surface onto which the user interface can be projected.
  • areas of the dashboard of a vehicle can be used to display the user interface without having to be equipped with a display or the like.
  • Other areas, such as the center console or the A-pillar of a vehicle can also be used flexibly to display the user interface.
  • a projector can be located in the roof liner, e.g. in the area of the interior mirror, and project the user interface onto any surface, which can then be used as an input surface for contactless control as described above.
  • the display device can also be designed as a display, which, however, does not have to be touch-sensitive in the sense of the invention.
  • the detection device comprises at least one image detection device, in particular a camera.
  • the position of a user's hand in three-dimensional space can be determined in a simple manner using a camera.
  • One camera or several cameras can be provided.
  • the camera can be an infrared camera.
  • the at least one camera is advantageously a time-of-flight camera (ToF camera).
  • TOF camera time-of-flight camera
  • a third aspect of the invention relates to a computer program with instructions which, when executed on a system according to the second aspect, cause the system to carry out the method according to the first aspect.
  • the computer program can in particular be stored on a non-volatile data carrier. This is preferably a data carrier in the form of an optical data carrier or a flash memory module. This can be advantageous if the computer program as such is to be handled independently of a processor platform on which the one or more programs are to be executed.
  • the computer program can be present as a file on a data processing unit, in particular on a server, and can be downloaded via a data connection, for example the Internet or a dedicated data connection, such as a proprietary or local network.
  • the computer program can have a plurality of interacting individual program modules.
  • the system according to the second aspect can accordingly have a program memory in which the computer program is stored.
  • the system can also be set up to access an external computer program, for example on one or more servers or other data processing units, via a communication connection, in particular to exchange data with it that are used during the execution of the method or computer program or represent outputs of the computer program.
  • Fig. 1 schematically shows an input device according to an embodiment with an input surface, a display device and a detection device;
  • Fig. 2 schematically shows a three-dimensional view of a detection area in front of an input surface
  • Fig. 3 schematically shows a side view of a detection area in front of an input surface (hand in the focus area);
  • Fig. 4 schematically shows a side view of a detection area in front of an input surface (hand in the control area);
  • Fig. 5 shows schematically a control element with a pointer in different positions.
  • Fig. 1 shows an input device for detecting a user input.
  • a graphical user interface (GUI) is shown on an input surface 1. This can be projected onto the input surface 1 by means of a projector 2.
  • the input surface 1 can also be formed by a screen, such as a conventional display, which does not have to be a touch-sensitive display.
  • any surface can be used to detect proximity, for example any surface in a vehicle.
  • a detection device 3 is provided as a sensor, which detects a user's hand and determines its position in three-dimensional space.
  • the detection device 3 can, for example, be a 3D sensor, such as a time-of-flight camera, or can comprise optical 2D sensors.
  • the system enables the user to touch the input surface 1 (or possibly a screen) if he or she wishes to do so. In this way, a similar experience to conventional touchscreens can be achieved, but with certain differences in behavior. However, control is basically possible without touching.
  • the detection device 3 forms a hand recognition system that detects a person's hand in real time in a suitable field of view (the detection area) with a suitable level of detail. This means that the detection device 3 can be able to detect positions of fingertips in a defined 3D world coordinate system (which may or may not correspond to the sensor coordinate system). In addition, it can be provided that a classification is made as to whether an extended (pointing) finger is present or not, ie whether a detected hand is currently making a pointing gesture.
  • a control unit (“controller”; not shown) can also be provided that calibrates the system. In particular the controller knows the physical position and size of the input surface 1 (in world coordinates) so that it can geometrically relate the recognition data of a hand (eg finger positions) to the surface positions. The controller receives the inputs from the recognition system and converts them into suitable inputs for the GUI application.
  • the system enables the user to control a pointer 9 that represents a logical position on the input surface 1 or the user interface 4.
  • the pointer 9 may have a visual appearance, but does not have to. It may be represented as a point, for example, or it may be invisible per se.
  • the pointer 9 can be logically activated or deactivated at any time. The pointer 9 is deactivated when the hand is not currently in the vicinity of the input surface 1, i.e. outside the detection area 10, is not in a pointing position (so that no pointing finger can be detected) or for other reasons that are not currently detected by the hand recognition.
  • the user is provided to control the pointer 9 with a hand 7 that is in a pointing position, i.e. with an extended index finger 8 that is located near the input surface 1.
  • the user can trigger a control (analogous to a mouse click) that is determined by the distance of the hand from the input surface 1.
  • a control analogous to a mouse click
  • the position of the index finger 8, as detected by the detection device 3, determines the position of the pointer 9 on the input surface 1.
  • the finger position is a position in three-dimensional space (detection area 10)
  • the pointer position is a value in two-dimensional space (input surface 1 or screen).
  • a simple and effective variant of the assignment is an orthogonal projection of the position of the hand 7 (ie the tip of the index finger 8) onto the input surface 1.
  • the detection device 3 detects a pointing finger 8 and the position of its tip.
  • the position of the pointer 9 can then simply be the orthogonal projection of the position of the fingertip onto the input surface 1. If no pointing finger is detected, the pointer can be deactivated.
  • a further simplified variant of this solution can consist in simply detecting the position of a hand tip, ie the frontmost point of the hand in a certain forward direction, and interpreting this as the finger pointing position. If the forward direction is suitably chosen (e.g. orthogonal to the screen or input surface 1 ), then this detected position is actually the index finger position when the user points at the screen. In this way, no classification of the finger or pointing position is required.
  • the detection device 3 recognizes a pointing finger 8 including its pointing direction.
  • an index finger beam is determined that begins at the lower end of the finger and runs along the finger direction.
  • the pointer position 9 is then the intersection point of the index beam with the input surface 1.
  • this requires that an index finger is reasonably straight and a pointing direction can be assigned. If this is not the case, the recognition system would reject the input and the pointer would be deactivated.
  • the 3D finger position not only determines the pointer position, but also (when interpreted in a temporal context) a control or a trigger that leads to the control of a function.
  • the detection area 10 in front of the input surface 1 can be divided into two three-dimensional spatial areas, which are referred to here as the control area 5 and the activation area 6. In the simplest case, these areas are cuboid-shaped boxes, as shown in Fig. 2.
  • the control area 5 can also be referred to as the “trigger box” and the activation area 6 as the “focus box”. However, these areas can also take on other shapes depending on the shape of the input surface 1.
  • the sizes given are only examples and can vary depending on the circumstances or the application, for example depending on the position and size of the input surface 1, content of the GUI, etc.
  • the base area of the control area 5 corresponds to the input surface 1.
  • the depth of the control area 5 can be selected appropriately, for example about 2 to 3 cm.
  • the activation area 6 is another area that is located "in front of” or “above” the control area 5 and whose depth can also be selected appropriately, for example about 10 cm.
  • the hand 7 has a certain approximation state with respect to the input surface 1 and thus the GUI at any time, which is determined by the presence or absence of the hand 7 in the detection area 10 or, more precisely, activation area 6 and control area 5. This can be one of three defined states, as explained below, and is determined by the position of the index finger 8 (if a pointing hand is detected).
  • the position of the index finger 8 is in the activation area 6 (the “focus box”), this state can be referred to as “focus”. If, as shown in Fig. 4, the position of the index finger 8 is in the control area 5 (the “trigger box”), this state can be referred to as “trigger”.
  • the “idle” state can be a situation in which the position of the index finger 8 is not in any of the fields, i.e. outside the detection area 10. This is especially true if no hand or index finger is detected at all. It is useful to apply a filter to avoid flickering between the states at times when the detected finger position is close to the box boundaries. A hysteresis, for example, is a suitable filter.
  • the hand input relevant to the system is completely described by the current pointer position (x and y coordinates) and the current approach state (z coordinate).
  • This data a pair of pointer position and approach state, can be referred to as the control state.
  • the information within the control state is conceptually the same as the (relevant) information about the detected hand, but is fully expressed in screen coordinates (or logical, non-geometric information) and no longer depends on the geometric setup and calibration of the system (position of the sensor, etc.). Therefore, the control state is a self-sufficient input to a graphical user interface (GUI) that provides complete information about a pointing device, similar to a mouse or touch input.
  • GUI graphical user interface
  • transition events can be defined, which correspond to state changes and can be relevant for controlling the functions of the user interface.
  • the transition event “TriggerStateEnterEvent” is triggered when the state changes to "trigger”.
  • the transition event “TriggerStateLeaveEvent” is triggered when the state "trigger” changes to any other state.
  • the transition event “FocusStateEnterEvent” is triggered when the state changes to "Focus”.
  • the transition event “FocusStateLeaveEvent” is triggered when the state changes from “Focus” to any other state.
  • the transition event “IdleStateEnterEvent” is triggered when the state changes to "Idle”.
  • the transition event “IdleStateLeaveEvent” is triggered when the state changes from "Idle” to any other state.
  • Such feedback is particularly beneficial in a situation where a user is sitting in a vehicle and wants to interact with virtually displayed objects on a dashboard.
  • clickable elements can appear larger and be easily highlighted. If they then move their finger over one of these elements, it can be additionally highlighted by a "hover effect". If they now click on the element, it can visually appear like a real button for clicking down. Over time, the user learns to interact better and better so that their "click" is recognized by the system.
  • acoustic feedback can also be provided, for example various clicking noises.
  • Fig. 5 shows a schematic of a control element 13, which is shown in the form of a round button and is thus visible to a user as part of the user interface 4.
  • the visible area of the control element 13 is surrounded by an area 14.
  • this is square along the x and y coordinates.
  • On the left a situation is shown in which the pointer 9 is outside the control element 13 and in particular also outside the area 14.
  • the control element 13 is not addressed. However, if the pointer 9 is within the area 14, as shown on the right in Fig. 5, the control element 13 is addressed.
  • the pointer 9 is regarded as “on the control element 13” if its position is at least in the area 14.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erfassen von Benutzereingaben in einer Eingabeeinrichtung beschrieben, wobei die Eingabeeinrichtung eine Eingabeoberfläche (1), auf welcher eine grafische Benutzerschnittstelle (4) dargestellt wird, und eine Erfassungseinrichtung (3) aufweist. Bei dem Verfahren wird eine Hand (7) eines Benutzers mittels der Erfassungseinrichtung (3) erfasst und eine Position (8) der Hand (7) in einem Erfassungsbereich (10) bestimmt, wobei der Erfassungsbereich (10) ein dreidimensionaler Raumbereich ist, welcher der Eingabeoberfläche (1) zugeordnet ist. Es wird bestimmt, ob sich die Hand (7) des Benutzers in einem Aktivierungsbereich (6) befindet, wobei der Aktivierungsbereich (6) ein Teil des Erfassungsbereichs (10) ist, welcher in einem Abstand (11) zur Eingabeoberfläche (1) angeordnet ist, und es wird bestimmt, ob sich die Hand (7) des Benutzers in einem Steuerbereich (5) befindet, wobei der Steuerbereich (5) ein Teil des Erfassungsbereichs (10) ist, welcher zwischen der Eingabeoberfläche (1) und dem Aktivierungsbereich (6) angeordnet ist. Wenn bestimmt wird, dass sich die Hand (7) des Benutzers im Aktivierungsbereich (6) befindet, wird eine Darstellung der Benutzerschnittstelle (4) auf der Eingabeoberfläche (1) angepasst, und, wenn bestimmt wird, dass sich die Hand (7) des Benutzers im Steuerbereich (5) befindet, wird eine Funktion der Benutzerschnittstelle (4) gesteuert.

Description

VERFAHREN UND SYSTEM ZUM ERFASSEN VON BENUTZEREINGABEN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zum Erfassen von Benutzereingaben in einer Eingabevorrichtung, insbesondere in einem Fahrzeug. Insbesondere können Benutzereingaben in einem Fahrzeug berührungslos erfasst werden.
In modernen Fahrzeugen ist meist zumindest eine Bedieneinheit verbaut, über welcher der Fahrer des Fahrzeugs oder andere Passagiere verschiedene Funktionen steuern können. Dies können verschiedene Fahrzeug- oder Komfortfunktionen sein, wie Einstellungen des Navigationssystems, der Klimaanlage, Sitzeinstellungen, Beleuchtungseinstellungen und der dergleichen. Auch lassen sich verschiedene Funktionen eines Infotainmentsystems bedienen, wie beispielsweise das Abspielen von Musik, Führen von Telefonaten und dergleichen.
Herkömmliche Bedieneinheiten lassen sich über entsprechende Bedientasten steuern. Moderne Systeme verfügen meist über mindestens ein Display, welches sich beispielsweise zentral im Armaturenbrett befinden kann. Hier können die einzelnen Funktionen, Menüs und dergleichen dargestellt sein. Diese Displays sind oftmals berührungsempfindlich, d.h. sie sind als Touchscreens ausgebildet, so dass die gewünschte Funktion durch Berühren des Bildschirms gesteuert werden kann. Die Bedienelemente sind zu diesem Zweck derart gestaltet, dass sie mit einem Finger erreicht und bedient werden können. Es kann eine Funktion aufgerufen werden, wenn der entsprechende Bereich des berührungsempfindlichen Bildschirms berührt wird. Es können auch weitere Möglichkeiten der Steuerung vorgesehen sein, wie das Halten und Ziehen eines Bedienelements, Wischgesten und dergleichen.
Derartige Bedieneinheiten erfordern jedoch ein berührungsempfindliches Display und sind daher in ihrer Gestaltung begrenzt. Moderne Fahrzeuge weisen zwar oftmals mehrere Displays und immer größere Displays auf. Jedoch sind ist das Platzangebot begrenzt und die Formgebung der Displays ist üblicherweise im Wesentlichen flach und rechteckig und sie können nicht beliebig in einem Fahrzeug verteilt werden. Sie müssen durch einen Benutzer mit der Hand erreichbar sein, um eine Funktion durch Berühren steuern zu können. Andere Oberflächen im Fahrzeug ohne Display stehen nicht für eine Benutzereingabe zur Verfügung. In Fahrzeugen ist auch bekannt, bestimmte Funktionen berührungslos durch Gesten ohne Bezug zu einem Display zu steuern. Dazu führt ein Benutzer bestimmte vorgegebene Gesten im freien Raum aus, beispielsweise in einem Raumbereich der Fahrzeugkabine über der Mittelkonsole oder vor dem Armaturenbrett. Durch Gesten im freien Raum lassen sich beispielsweise Funktionen des Infotainmentsystems steuern, oder andere Fahrzeugfunktionen, wie das Öffnen und Schließen eines Schiebedachs. Während diese Gesten zwar erlernbar sein können, werden diese jedoch im freien Raum ausgeführt und ein Benutzer erhält kein unmittelbares Feedback, beispielsweise wo oder wie genau eine bestimmte Geste auszuführen ist, damit sie erfolgreich und zuverlässig die gewünschte Funktion steuert. Benutzer sind daher oftmals unsicher und es kann schwierig sein, die Gesten korrekt auszuführen, bis sie vom System erkannt werden.
Generell ist für die Benutzerfreundlichkeit eine angemessene Rückmeldung (Feedback) sehr hilfreich. Insbesondere bei der berührungslosen Interaktion besteht ein Problem darin, dem Benutzer nützliches, unterstützendes Feedback zu geben. Der Benutzer fühlt sich oft verloren, weiß nicht, wie er interagieren soll und was das System eigentlich erkennt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Erfassen von Benutzereingaben in einer Eingabevorrichtung insbesondere in einem Fahrzeug zu verbessern. Insbesondere soll eine berührungslose Erfassung von Benutzereingaben verbessert werden.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein, insbesondere computerimplementiertes, Verfahren zum Erfassen von Benutzereingaben in einer Eingabeeinrichtung, wobei die Eingabeeinrichtung eine Eingabeoberfläche, auf welcher eine grafische Benutzerschnittstelle dargestellt wird, und eine Erfassungseinrichtung aufweist. Bei dem Verfahren wird eine Hand eines Benutzers mittels der Erfassungseinrichtung erfasst und eine Position der Hand in einem Erfassungsbereich bestimmt, wobei der Erfassungsbereich ein dreidimensionaler Raumbereich ist, welcher der Eingabeoberfläche zugeordnet ist. Es wird bestimmt, ob sich die Hand des Benutzers in einem Aktivierungsbereich befindet, wobei der Aktivierungsbereich ein Teil des Erfassungsbereichs ist, welcher in einem Abstand zur Eingabeoberfläche angeordnet ist, und es wird bestimmt, ob sich die Hand des Benutzers in einem Steuerbereich befindet, wobei der Steuerbereich ein Teil des Erfassungsbereichs ist, welcher zwischen der Eingabeoberfläche und dem Aktivierungsbereich angeordnet ist. Wenn bestimmt wird, dass sich die Hand des Benutzers im Aktivierungsbereich befindet, wird eine Darstellung der Benutzerschnittstelle auf der Eingabeoberfläche angepasst, und, wenn bestimmt wird, dass sich die Hand des Benutzers im Steuerbereich befindet, wird eine Funktion der Benutzerschnittstelle gesteuert.
Das vorgenannte Verfahren nach dem ersten Aspekt beruht folglich insbesondere darauf, dass Benutzereingaben berührungslos erfasst werden. Die Position der Hand wird in einem dreidimensionalen Raumbereich bestimmt, welcher der Eingabeoberfläche zugeordnet ist, beispielsweise ein Raumbereich, der sich vor der Eingabeoberfläche befindet. Ein Erfassungsbereich ist dabei in zwei Bereiche aufgeteilt. Mit einem Abstand zur Eingabeoberfläche ist ein Aktivierungsbereich angeordnet. Wenn sich die Hand in diesem Bereich befindet, findet keine Steuerung statt, sondern es wird lediglich die grafische Darstellung der Benutzerschnittstelle angepasst. Das Verfahren gibt dem Benutzer daher frühzeitig eine Rückmeldung über eine Interaktion mit der Benutzerschnittstelle.
Befindet sich die Hand dann in dem Steuerbereich, welcher zwischen dem Aktivierungsbereich und der Eingabeoberfläche angeordnet ist, also näher an der Eingabeoberfläche liegt, erfolgt eine Steuerung. Der Benutzer muss dazu die Eingabeoberfläche nicht berühren, sondern es ist ausreichend, wenn sich die Hand im Steuerbereich befindet, um eine entsprechende Funktion zu steuern. Es ist somit kein spezielles berührungsempfindliches Display notwendig, was eine flexible Gestaltung der Eingabeoberfläche erlaubt. Durch die Möglichkeit der berührungslosen Interaktion können auch Flächen als Eingabeoberflächen vorgesehen werden, welche nicht für eine Bedienung geeignet sind, die eine Berührung entsprechender Sensoren erfordern würde. Es versteht sich jedoch, dass der Benutzer mit seiner Hand die Eingabeoberfläche trotzdem berühren kann. Dies hat im Sinne der Erfindung jedoch keinen Einfluss auf die Steuerung. Eine solche Eingabeoberfläche kann sich insbesondere in einem Fahrzeug befinden.
Der hier verwendete Begriff „Benutzerschnittstelle“ bzw. „grafische Benutzerschnittstelle“ bezieht sich insbesondere auf eine grafische Darstellung von Steuerelementen, welche mit einer bestimmten Funktion verknüpft sind und es einem Benutzer erlauben, die Funktion zu steuern. Die Benutzerschnittstelle („user interface“ - „Ul“ bzw. „graphical user interface“ - GUI) kann „Steuerelemente“ („Ul-Elemente“), wie Eingabeflächen, Schaltflächen, Symbole, Buttons, Icons, Schieberegler, Symbolleisten, Auswahlmenüs und dergleichen enthalten, die ein Benutzer betätigen kann, insbesondere im Sinne der vorliegenden Erfindung, ohne diese zu berühren. Die (grafische) Benutzerschnittstelle kann auch als (grafische) Benutzeroberfläche bezeichnet werden.
Der hier verwendete Begriff „Eingabeoberfläche“ bezieht sich insbesondere auf eine beliebige Oberfläche, insbesondere in einem Fahrzeug, auf welcher die Benutzeroberfläche grafisch darstellbar ist. Es kann sich um ein Display handeln oder eine auch eine Projektionsfläche wie nachfolgend genauer beschrieben. Die Eingabeoberfläche kann eine beliebige Gestaltung aufweisen. Sie kann flach, eben und rechteckig sein, oder auch eine beliebige Gestalt aufweisen. Insbesondere lässt sich ein Punkt auf der Eingabeoberfläche jedoch mit zweidimensionalen Koordinaten beschreiben.
Der hier verwendete Begriff „Erfassungseinrichtung“ bezieht sich insbesondere auf eine Einrichtung, welche kontaktlos Objekte im dreidimensionalen Raum erfassen und dessen Position bestimmen kann. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung eine Hand eines Benutzers erfassen und lokalisieren. Beispielsweise können optische Verfahren angewandt werden, um eine Hand eines Benutzers im Raum zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung kann aus einem Teil oder mehreren Teilen bestehen, was abhängig davon sein kann, welcher Erfassungsbereich abgedeckt werden soll. Beispielsweise kann eine Kamera vorgesehen sein, oder mehrere Kameras.
Der hier verwendete Begriff „dreidimensionaler Raumbereich“ bezieht sich insbesondere auf einen Bereich, welcher durch dreidimensionale Koordinaten beschrieben werden kann. Eine Position in dem dreidimensionalen Raumbereich hat eindeutige dreidimensionale Koordinaten. Das Koordinatensystem kann beliebig gewählt werden. Es kann beispielsweise ein Koordinatensystem der Erfassungseinrichtung gewählt werden, oder ein Koordinatensystem bezüglich der Eingabeoberfläche. Es besteht insbesondere ein Bezug zwischen dem Erfassungsbereich und der Eingabeoberfläche, um die Position der Hand entsprechenden Stellen auf der Eingabeoberfläche zuordnen zu können.
Der hier verwendete Begriff „Fahrzeug“ bezieht sich insbesondere auf einen Pkw, einschließlich aller Arten von Kraftfahrzeugen, Hybrid- und batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen sowie Fahrzeuge wie Limousinen, Vans, Busse, Lkw, Lieferwagen und dergleichen. Der hier verwendete Begriff „Funktion“ bezieht sich insbesondere auf technische Merkmale, welche insbesondere in einem Fahrzeug, beispielsweise im Innenraum vorhanden sein können, um durch eine entsprechende Steuerung gesteuert zu werden. Insbesondere können dies Funktionen des Fahrzeugs und/oder eines Infotainmentsystems sein, wie Beleuchtung, Audioausgabe (z.B. Lautstärke), Klima, Telefon, usw.
Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.
Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe "ein anderer" und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.
Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.
Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon) ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Steuerbereich eine Grundfläche auf, welche zumindest die Eingabeoberfläche enthält und sich der Steuerbereich von der Grundfläche bis zu einer Deckfläche erstreckt, wobei ein Abstand zwischen der Grundfläche und der Deckfläche des Steuerbereichs dem Abstand zwischen der Eingabeoberfläche und dem Aktivierungsbereich entspricht. Die Grundfläche kann auch im Wesentlichen der Eingabeoberfläche entsprechen. Die Grundfläche und Deckfläche können gleich groß sein. Beispielsweise kann der Steuerbereich quaderförmig mit der Eingabefläche als Grundfläche ausgebildet sein. Der Steuerbereich schließt somit direkt an die Eingabeoberfläche an und nimmt den Raumbereich vor der Eingabeoberfläche ein, insbesondere auf der gesamten Fläche der Eingabeoberfläche. Der Abstand kann entsprechend den Anforderungen gewählt werden, beispielsweise etwa 2 cm bis etwa 5 cm, wie etwa 3 cm. Mit anderen Worten, der Steuerbereich ist der Bereich in unmittelbarer Nähe zur Eingabeoberfläche. Wenn sich also ein Benutzer mit seiner Hand in die Nähe der Eingabeoberfläche begibt (oder diese berührt), d.h. in den Steuerbereich hinein, kann eine Funktion gesteuert werden. Bleibt die Hand außerhalb des Steuerbereichs, mit anderen Worten, weiter weg als der Abstand (bzw. die „Tiefe“ des Steuerbereichs), erfolgt keine Steuerung oder ein „Loslassen“ der Benutzerschnittstelle.
Bei einigen Ausführungsformen grenzt der Aktivierungsbereich an den Steuerbereich an, wobei der Aktivierungsbereich eine Grundfläche aufweist, welche zumindest die Deckfläche des Steuerbereichs enthält. Die Grundfläche des Aktivierungsbereichs kann der Deckfläche des Steuerbereichs entsprechend. Der Aktivierungsbereich kann beispielsweise quaderförmig sein. Der Aktivierungsbereich bildet somit einen Bereich, der von der Eingabeoberfläche weiter weg ist als der Steuerbereich. Nähert sich ein Benutzer mit seiner Hand der Eingabeoberfläche, wird er typischerweise mit seiner Hand also zuerst in den Aktivierungsbereich gelangen, erst dann in den Steuerbereich. Wenn die Hand im Aktivierungsbereich ist, kann dies beispielsweise dazu genutzt werden, um die Benutzerschnittstelle „aufzuwecken“, was optisch angezeigt werden kann. Der Benutzer erhält somit vor der eigentlichen Ausführung der Steuerung Frühzeit ein Feedback, wenn sich seine Hand im Aktivierungsbereich befindet. Dies kann die darauffolgende Steuerung erleichtern, da der Benutzer erkennen kann, dass seine Hand ordnungsgemäß detektiert wurde, was die Navigation erleichtern kann. Insbesondere da der Benutzer seine Hand frei im Raum vor der Eingabeoberfläche bewegt, kann dies hilfreich sein.
Bei einigen Ausführungsformen ist ein Abstand zwischen der Grundfläche und der Deckfläche des Aktivierungsbereichs größer als der Abstand zwischen der Eingabeoberfläche und dem Aktivierungsbereich. Der Aktivierungsbereich ist somit größer als der Steuerbereich. Dadurch kann in einem größeren Bereich bereits eine Rückmeldung für den Benutzer gegeben werden, während die eigentliche Steuerung oder Bedienung der Benutzerschnittstelle in einem kleineren Bereich nahe der Eingabeoberfläche stattfindet. Je nach Anwendungsfall können die Abmessungen entsprechend angepasst werden. Der Aktivierungsbereich kann beispielsweise eine Tiefe von 10 cm oder mehr aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen wird des Weiteren eine Position eines Zeigers auf der Eingabeoberfläche bestimmt, wobei die Position des Zeigers durch Projektion der Position der Hand auf die Eingabeoberfläche bestimmt wird, wenn die Position der Hand in dem Erfassungsbereich erkannt wird. Bei der Projektion kann es sich insbesondere um eine orthogonale Projektion handeln, wobei die Position der Hand im dreidimensionalen Raum auf zweidimensionale Koordinaten der Eingabeoberfläche abgebildet wird. Neben einem Abstand der Hand von der Eingabeoberfläche, welcher wie oben beschrieben bestimmt werden kann, insbesondere mit Hilfe des Aktivierungsbereichs und des Steuerbereichs, kann ein Zeiger bestimmt werden. Dieser gibt insbesondere eine Stelle auf der Eingabeoberfläche an, welche aus der Position der Hand bestimmt wird. So kann durch Bewegen des Zeigers durch entsprechende Bewegung der Hand eine Funktion auf der grafischen Benutzeroberfläche ausgewählt werden.
Die Position des Zeigers kann wie erwähnt durch eine orthogonale Projektion der Position der Hand aus dem dreidimensionalen Raum auf die zweidimensionale Eingabeoberfläche erfolgen. Die Position der Hand kann durch einen Punkt der Hand definiert sein, welcher am nächsten zur Eingabeoberfläche liegt, wie nachfolgend erläutert. Dies kann auch eine Fingerspitze sein, die in Richtung der Eingabeoberfläche zeigt. Statt einer orthogonalen Projektion kann auch vorgesehen sein, eine Zeigerichtung eines Fingers, beispielsweise eines ausgestreckten Zeigefingers zu ermitteln und die Position des Zeigers auf der Eingabeoberfläche durch Verlängerung in Zeigerichtung zu ermitteln. Bei einigen Ausführungsformen wird die Funktion der Benutzerschnittstelle abhängig von der Position des Zeigers gesteuert, wenn die Position der Hand in dem Steuerbereich erkannt wird. Der Zeiger spiegelt die Position der Hand aus dem dreidimensionalen Raum auf der Eingabeoberfläche, d.h. auf der grafischen Benutzeroberfläche wider. Der Zeiger kann bewegt werden, sobald sich die Hand im Erfassungsbereich befindet. Wenn die Hand im Steuerbereich ist, kann eine Funktion ausgewählt werden, abhängig von der Stelle, an der sich der Zeiger dann befindet.
Bei einigen Ausführungsformen gibt die Darstellung der Benutzerschnittstelle die Position des Zeigers an, wenn die Position der Hand in dem Erfassungsbereich erkannt wird. Die Darstellung kann dabei den Zeiger selbst anzeigen, z.B. als Punkt auf der Eingabeoberfläche. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, den Zeiger auf andere Weise anzuzeigen, beispielsweise durch Hervorheben eines Bereichs, in dem sich der Zeiger befindet, wie beispielsweise eine Schaltfläche, welche sich im Bereich des Zeigers befindet. Dies dient dazu, dem Benutzer entsprechende Rückmeldung zu geben, wo sich der Zeiger auf der Eingabeoberfläche befindet, um die Bedienung zu vereinfachen. Mit anderen Worten, der Bereich, in dem sich der Zeiger befindet, rückt für den Benutzer in den Fokus, sodass der Aktivierungsbereich auch als „Fokusbereich“ bezeichnet werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen wird als die Position der Hand des Benutzers eine Position eines Punktes der Hand des Benutzers bestimmt, welcher am nächsten zur Eingabeoberfläche ist. Um eine eindeutige Positionsbestimmung der Hand des Benutzers zu erlauben, wird vorteilhaft ein Punkt der Hand ausgewählt, welcher die Position der Hand repräsentiert. Als Position der Hand kann zwar prinzipiell ein beliebiger Punkt der Hand gewählt werden, wie z.B. ein Zentrum der Hand. Es ist jedoch vorteilhaft, denjenigen Punkt der Hand für die Positionsbestimmung heranzuziehen, welcher der Eingabeoberfläche am nächsten ist. Dies erleichtert die Berechnung der Position der Hand. Außerdem kann der vorderste Punkt der Hand aus Sicht des Benutzers für die Eingabe auf der Eingabeoberfläche als besonders relevant angesehen werden.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Erfassen der Hand des Benutzers ein Bestimmen, ob zumindest ein Finger der Hand in Richtung der Eingabeoberfläche weist. Prinzipiell kann die Stellung der Hand beliebig sein und die Position der Hand wie oben beschrieben in dem Erfassungsbereich bestimmt werden. Für eine genauere Bestimmung kann jedoch bestimmt werden, ob der Benutzer einen Finger in Richtung der Eingabeoberfläche ausstreckt, beispielsweise den Zeigefinger. Diese Handstellung kann ein Benutzer intuitiv zur Bedienung anwenden. Es kann dann vorgesehen sein, eine Funktion nur dann zu steuern, wenn der Benutzer eine Zeigebewegung macht, indem er z.B. seinen Zeigefinger ausstreckt. Wenn der Benutzer keine Zeigebewegung macht, kann die Steuerung einer Funktion unterdrückt werden, da es in einem solchen Fall sein kann, dass der Benutzer nicht beabsichtigt, eine Funktion zu steuern. Das Bestimmen der Handstellung kann daher die Genauigkeit der Bedienung verbessern. Außerdem lässt sich die Position einer Fingerspitze mit höherer Genauigkeit bestimmen. Diese Position kann dann also die maßgebliche Position der Hand angenommen werden, insbesondere wenn die Fingerspitze des ausgestreckten Fingers derjenige Punkt der Hand ist, welcher der Eingabeoberfläche am nächsten ist, wie oben beschrieben.
Bei einigen Ausführungsformen wird die Funktion der Benutzerschnittstelle aktiviert, wenn bestimmt wird, dass die Hand in den Steuerbereich eintritt, und deaktiviert, wenn die Hand den Steuerbereich verlässt. Beispielsweise kann eine Bedienfläche der grafischen Benutzerschnittstelle gedrückt werden, wenn der Benutzer mit seiner Hand (oder seiner Fingerspitze) in den Steuerbereich eindringt, also der Eingabeoberfläche sehr nahe kommt (oder sie berührt). Solange die Hand in dem Steuerbereich ist, kann die Bedienfläche dann beispielsweise gehalten werden. Sie kann dann losgelassen werden, wenn der Benutzer seine Hand zurückzieht, d.h. wenn die Hand (oder die Fingerspitze) den Steuerbereich verlässt. Das Eintreten und Verlassen der Hand in den Steuerbereich kann so vorteilhaft für die Interaktion mit der Benutzeroberfläche genutzt werden. Weitere Möglichkeiten, wie verschiedene Ereignisse, welche durch die Position der Hand, genauer den Abstand der Hand zur Eingabeoberfläche, ausgelöst werden können, werden nachfolgend erläutert.
Bei einigen Ausführungsformen wird des Weiteren zumindest ein Übergangsereignis bestimmt. Ein Übergangsereignis kann festgestellt werden, wenn die Hand von einem der Bereiche in einen anderen übertritt, also einen Bereich verlässt und in einen anderen eintritt. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn bestimmt wird, dass: die Hand in den Steuerbereich eintritt, die Hand den Steuerbereich verlässt, die Hand in den Aktivierungsbereich eintritt, die Hand den Aktivierungsbereich verlässt, die Hand den Erfassungsbereich verlässt oder die Hand in den Erfassungsbereich eintritt. Zusammen mit der Position auf der Eingabeoberfläche, d.h. der Zeigerposition wie oben erläutert, kann so eine vollständige Steuerung der Benutzerschnittstelle implementiert werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur Datenverarbeitung, aufweisend zumindest einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er das Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung ausführt. Das System weist zudem zumindest eine Anzeigeeinrichtung auf, welche eingerichtet ist, eine grafische Benutzerschnittstelle auf einer Eingabeoberfläche anzuzeigen, und eine Erfassungseinrichtung, welche eingerichtet ist, eine Hand eines Benutzers in einem dreidimensionalen Raumbereich zu erfassen und eine Position der Hand in dem dreidimensionalen Raumbereich zu bestimmen.
Bei einigen Ausführungsformen des Systems umfasst die Anzeigeeinrichtung eine Projektionseinrichtung, welche eingerichtet ist, eine Darstellung der grafischen Benutzerschnittstelle auf eine Oberfläche zu projizieren. Dies erlaubt eine freie Gestaltung der Anzeige der Benutzerschnittstelle auf jeglichen Oberflächen, auf welche die Benutzeroberfläche projiziert werden kann. Beispielsweise können so Bereiche des Armaturenbretts eines Fahrzeugs für die Anzeige der Benutzerschnittstelle genutzt werden, ohne dass diese mit einem Display oder dergleichen ausgestattet werden müssen. Auch andere Bereiche, wie die Mittelkonsole oder auch beispielsweise die A-Säule eines Fahrzeugs können so flexibel für die Anzeige der Benutzerschnittstelle genutzt werden. Ein Projektor kann sich beispielsweise im Dachhimmel, z.B. im Bereich des Innenspiegels befinden, und die Benutzerschnittstelle auf beliebige Oberflächen projizieren, welche dann als Eingabeoberfläche für eine berührungslose Steuerung wie oben beschrieben genutzt werden können. Es versteht sich, dass die Anzeigeeinrichtung auch als Display ausgebildet sein, welches jedoch im Sinne der Erfindung nicht berührungsempfindlich sein muss.
Bei einigen Ausführungsformen des Systems umfasst die Erfassungseinrichtung zumindest eine Bilderfassungseinrichtung, insbesondere eine Kamera. Mittels einer Kamera kann auf einfache Weise die Position der Hand eines Benutzers im dreidimensionalen Raum bestimmt werden. Es kann eine Kamera oder es können mehrere Kameras vorgesehen sein. Die Kamera kann eine Infrarot-Kamera sein. Vorteilhaft ist die zumindest eine Kamera eine Time-of-Flight-Kamera (ToF-Kamera). Durch Verwendung einer solchen 3D- Sensoreinrichtung können direkt die Position der Hand im dreidimensionalen Raum und ihre Bewegung erfasst werden. Es können auch 2D-Sensoren kombiniert werden, um die Position der Hand im dreidimensionalen Raum zu erfassen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm mit Instruktionen, die bei ihrer Ausführung auf einem System nach dem zweiten Aspekt dieses veranlassen, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert sein. Bevorzugt ist dies ein Datenträger in Form eines optischen Datenträgers oder eines Flashspeichermoduls. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das Computerprogramm als solches unabhängig von einer Prozessorplattform gehandelt werden soll, auf der das ein bzw. die mehreren Programme auszuführen sind. In einer anderen Implementierung kann das Computerprogramm als eine Datei auf einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere auf einem Server vorliegen, und über eine Datenverbindung, beispielsweise das Internet oder eine dedizierte Datenverbindung, wie etwa ein proprietäres oder lokales Netzwerk, herunterladbar sein. Zudem kann das Computerprogramm eine Mehrzahl von zusammenwirkenden einzelnen Programmodulen aufweisen.
Das System nach dem zweiten Aspekt kann entsprechend einen Programmspeicher aufweisen, in dem das Computerprogramm abgelegt ist. Alternativ kann das System auch eingerichtet sein, über eine Kommunikationsverbindung auf ein extern, beispielsweise auf einem oder mehreren Servern oder anderen Datenverarbeitungseinheiten verfügbares Computerprogramm zuzugreifen, insbesondere um mit diesem Daten auszutauschen, die während des Ablaufs des Verfahrens bzw. Computerprogramms Verwendung finden oder Ausgaben des Computerprogramms darstellen.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren Aspekte der Erfindung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch eine Eingabeeinrichtung gemäß einer Ausführungsform mit einer Eingabeoberfläche, einer Anzeigeeinrichtung und einer Erfassungseinrichtung;
Fig. 2 schematisch eine dreidimensionale Ansicht eines Erfassungsbereichs vor einer Eingabeoberfläche;
Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht eines Erfassungsbereichs vor einer Eingabeoberfläche (Hand im Fokusbereich); Fig. 4 schematisch eine Seitenansicht eines Erfassungsbereichs vor einer Eingabeoberfläche (Hand im Steuerbereich); und
Fig. 5 schematisch ein Steuerelement mit einem Zeiger in unterschiedlichen Positionen.
In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
In Fig. 1 ist eine Eingabeeinrichtung zum Erfassen einer Benutzereingabe veranschaulicht. Auf einer Eingabeoberfläche 1 wird eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) dargestellt. Diese kann mittels eines Projektors 2 auf die Eingabeoberfläche 1 projiziert werden. Alternativ kann die Eingabeoberfläche 1 auch durch einen Bildschirm, wie ein herkömmliches Display gebildet werden, welches kein berührungsempfindliches Display sein muss. Somit kann jede Oberfläche zur Erkennung von Annäherung verwendet werden, beispielsweise eine beliebige Oberfläche in einem Fahrzeug. Wie nachfolgend erläutert, werden Benutzereingaben berührungslos erfasst, und der Benutzer kann eine entsprechende Rückmeldung des Systems erhalten, um die Bedienung der Benutzeroberfläche zu vereinfachen. Dazu ist als Sensor eine Erfassungseinrichtung 3 vorgesehen, welche eine Hand eines Benutzers erfasst und deren Position im dreidimensionalen Raum bestimmt. Die Erfassungseinrichtung 3 kann beispielsweise ein 3D-Sensor, wie eine Time-of-Flight-Kamera sein, oder kann optische 2D-Sensoren umfassen. Das System ermöglicht es dem Benutzer, die Eingabeoberfläche 1 (oder gegebenenfalls einen Bildschirm) zu berühren, wenn er dies möchte. Auf diese Weise kann ein ähnliches Erlebnis wie bei herkömmlichen Touchscreens, aber mit gewissen Unterschieden im Verhalten erreicht werden. Die Steuerung ist aber grundsätzlich ohne Berührung möglich.
Die Erfassungseinrichtung 3 bildet ein Handerkennungssystem, das in einem geeigneten Sichtfeld (dem Erfassungsbereich) die Hand einer Person in Echtzeit in geeigneter Detailgenauigkeit erkennt. Das bedeutet, dass die Erfassungseinrichtung 3 in der Lage sein kann, Positionen von Fingerspitzen in einem definierten 3D-Weltkoordinatensystem (das mit dem Sensorkoordinatensystem übereinstimmen kann oder auch nicht) zu erkennen. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass eine Klassifizierung erfolgt, ob ein gestreckter (zeigender) Finger vorhanden ist oder nicht, d.h. ob eine erkannte Hand gerade eine Zeigegeste macht. Es kann zudem noch eine Steuereinheit („Controller“; nicht dargestellt) vorgesehen sein, der eine Kalibrierung des Systems vornimmt. Insbesondere ist dem Controller die physische Position und Größe der Eingabeoberfläche 1 (in Weltkoordinaten) bekannt, sodass er die Erkennungsdaten einer Hand (z.B. Fingerpositionen) geometrisch mit den Oberflächenpositionen in Beziehung setzen kann. Der Controller empfängt die Eingaben des Erkennungssystems und setzt sie in geeignete Eingaben für die GUI-Anwendung um.
Wie im Folgenden insbesondere auch mit Bezug auf Fig. 2, 3 und 4 erläutert werden wird, ermöglicht das System dem Benutzer, einen Zeiger 9 zu steuern, der eine logische Position auf der Eingabeoberfläche 1 bzw. der Benutzeroberfläche 4 darstellt. Der Zeiger 9 kann ein visuelles Erscheinungsbild haben, muss es aber nicht. Er kann z.B. als Punkt dargestellt werden, oder er ist an sich unsichtbar. Außerdem kann der Zeiger 9 jederzeit logischerweise aktiviert oder deaktiviert werden. Der Zeiger 9 ist deaktiviert, wenn sich die Hand gerade nicht in der Nähe der Eingabeoberfläche 1 befindet, d.h. außerhalb des Erfassungsbereichs 10, nicht in einer zeigenden Haltung ist (so dass kein zeigender Finger erkannt werden kann) oder aus anderen Gründen, die von der Handerkennung gerade nicht erkannt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn vorgesehen ist, dass der Benutzer den Zeiger 9 mit einer Hand 7 steuert, die sich in einer zeigenden Haltung befindet, d.h. mit einem gestreckten Zeigefinger 8, der sich in der Nähe der Eingabeoberfläche 1 befindet. Außerdem kann der Benutzer eine Steuerung (analog zum Mausklick) auslösen, die durch den Abstand der Hand zur Eingabeoberfläche 1 bestimmt wird. Die verschiedenen Abstandsbereiche vor der Eingabeoberfläche 1 werden nachfolgend erläutert.
Die Position des Zeigefingers 8, wie sie von der Erfassungseinrichtung 3 erkannt wird, bestimmt die Position des Zeigers 9 auf der Eingabeoberfläche 1. Es gibt mehrere Varianten, wie eine Zuordnung realisiert werden kann. Insbesondere ist zu beachten, dass die Fingerposition eine Position im dreidimensionalen Raum (Erfassungsbereich 10) ist, während die Zeigerposition ein Wert im zweidimensionalen Raum (Eingabeoberfläche 1 bzw. Bildschirm) ist.
Eine einfache und effektive Variante der Zuordnung ist eine orthogonale Projektion der Position der Hand 7 (d.h. der Spitze des Zeigefingers 8) auf die Eingabeoberfläche 1. Die Erfassungseinrichtung 3 erkennt einen zeigenden Finger 8 und die Position seiner Spitze. Die Position des Zeigers 9 kann dann einfach die orthogonale Projektion der Position der Fingerspitze auf die Eingabeoberfläche 1 sein. Wenn kein zeigender Finger erkannt wird, kann der Zeiger deaktiviert werden. Eine weiter vereinfachte Variante dieser Lösung kann darin bestehen, dass einfach die Position einer Handspitze, d.h. des vordersten Punktes der Hand in einer bestimmten Vorwärtsrichtung, erkannt wird und dies als Fingerzeigposition interpretiert wird. Wenn die Vorwärtsrichtung geeignet gewählt ist (etwa orthogonal zum Bildschirm bzw. zur Eingabeoberfläche 1 ), dann ist diese erkannte Position tatsächlich die Zeigefingerposition, wenn der Benutzer auf den Bildschirm zeigt. Auf diese Weise ist keine Klassifizierung der Finger- oder Zeigeposition erforderlich.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Erfassungseinrichtung 3 einen zeigenden Finger 8 einschließlich seiner Zeigerichtung erkennt. Dabei wird ein Zeigefingerstrahl ermittelt, der am unteren Ende des Fingers beginnt und entlang der Fingerrichtung verläuft. Die Zeigerposition 9 ist dann der Schnittpunkt des Zeigestrahls mit der Eingabeoberfläche 1 . Dies setzt jedoch voraus, dass ein Zeigefinger einigermaßen gerade ist und eine Zeigerichtung zugewiesen werden kann. Ist dies nicht der Fall, würde das Erkennungssystem die Eingabe ablehnen und der Zeiger würde deaktiviert werden.
Die 3D-Fingerposition bestimmt nicht nur die Zeigerposition, sondern auch (bei Interpretation im zeitlichen Kontext) eine Steuerung bzw. einen Auslöser („Trigger“), der zu einer Steuerung einer Funktion führt. Dazu kann der Erfassungsbereich 10 vor der Eingabeoberfläche 1 in zwei dreidimensionale Raumbereiche aufgeteilt werden, welche hier als Steuerbereich 5 und Aktivierungsbereich 6 bezeichnet werden. Diese Bereiche sind im einfachsten Fall, wie in Fig. 2 dargestellt, quaderförmige Boxen. Der Steuerbereich 5 kann auch als „Triggerbox“ und der Aktivierungsbereich 6 als „Fokusbox“ bezeichnet werden. Diese Bereiche können jedoch abhängig von der Gestalt der Eingabeoberfläche 1 auch andere Formen annehmen. Die angegebenen Größen sind lediglich beispielhaft und können abhängig von den Gegebenheiten oder dem Anwendungsfall variieren, beispielsweise abhängig von der Lage und Größe der Eingabeoberfläche 1 , Inhalt der GUI, usw.
Die Grundfläche des Steuerbereichs 5 entspricht der Eingabeoberfläche 1. Die Tiefe des Steuerbereichs 5 kann angemessen gewählt werden, beispielsweise etwa 2 bis 3 cm. Der Aktivierungsbereich 6 ist ein weiterer Bereich, der sich „vor“ oder „über“ dem Steuerbereich 5 befindet und dessen Tiefe ebenfalls angemessen gewählt werden kann, beispielsweise etwa 10 cm. Nun hat die Hand 7 zu jedem Zeitpunkt einen bestimmten Annäherungszustand bezüglich der Eingabeoberfläche 1 und damit der GUI, welcher sich über die Anoder Abwesenheit der Hand 7 im Erfassungsbereich 10 bzw. genauer gesagt Aktivierungsbereich 6 und Steuerbereich 5 ausdrücken lässt. Dies kann einer von drei definierten Zuständen sein, wie nachfolgend erläutert, und wird durch die Position des Zeigefingers 8 bestimmt (wenn eine zeigende Hand erkannt wird).
Wenn sich, wie in Fig. 3 dargestellt, die Position des Zeigefingers 8 im Aktivierungsbereich 6 (der „Fokusbox“) befindet, kann dieser Zustand als „Fokus“ bezeichnet werden. Wenn sich, wie in Fig. 4 dargestellt, die Position des Zeigefingers 8 im Steuerbereich 5 (der „Triggerbox“) befindet, kann dieser Zustand als „Auslöser“ oder „Trigger“ bezeichnet werden. Als Zustand „Leerlauf“ kann eine Situation bezeichnet werden, in der sich die Position des Zeigefingers 8 in keinem der Felder, also außerhalb des Erfassungsbereichs 10 befindet. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass überhaupt keine Hand oder kein Zeigefinger erkannt wird. Es ist sinnvoll, einen Filter anzuwenden, um ein Flackern zwischen den Zuständen zu Zeiten zu vermeiden, in denen die erkannte Fingerposition nahe an den Boxgrenzen liegt. Als Filter eignet sich beispielsweise eine Hysterese.
Zu jedem Zeitpunkt (bzw. jedem Frame) ist die für das System relevante Handeingabe vollständig durch die aktuelle Zeigerposition (x- und y-Koordinaten) und den aktuellen Annäherungszustand (z-Koordinate) beschrieben. Diese Daten, ein Paar aus Zeigerposition und Annäherungszustand, können als Kontrollzustand bezeichnet werden. Es ist zu beachten, dass die Informationen innerhalb des Kontrollzustands konzeptionell die gleichen sind wie die (relevanten) Informationen über die erkannte Hand, aber vollständig in Bildschirmkoordinaten (bzw. logischen, nicht-geometrischen Informationen) ausgedrückt werden und nicht mehr von der geometrischen Einrichtung und Kalibrierung des Systems (Position des Sensors usw.) abhängen. Daher ist der Steuerzustand eine autarke Eingabe für eine grafische Benutzeroberfläche (GUI), die vollständige Informationen über ein Zeigegerät liefert, ähnlich wie bei einer Maus oder einer Touch- Eingabe.
Besonders relevant für die Steuerung sind nun die Momente, in denen sich der Zustand der Annäherung ändert, d.h. wenn die Position der Hand einen der Bereiche verlässt und/oder in einen der Bereiche eintritt. Die (zeitliche) Erkennung der Handposition kann auf Frames basieren, so dass eine Zustandsänderung der Annäherung dann eintritt, wenn der im Frame n+1 ermittelte Kontrollzustand einen anderen Zustand in der Annäherung ergibt als der vorherige Frame n. Daher können die folgenden Übergangsereignisse definiert werden, die Zustandsänderungen entsprechen, und für die Steuerung der Funktionen der Benutzeroberfläche relevant sein können. Das Übergangsereignis „TriggerStateEnterEvent“ wird ausgelöst, wenn der Zustand zu „Auslöser“ wechselt. Das Übergangsereignis „TriggerStateLeaveEvent“ wird ausgelöst, wenn der Zustand „Auslöser“ in einen beliebigen anderen Zustand wechselt. Diese beiden Übergangsereignisse können für die Auswahl von Funktionen genutzt werden, ähnlich wie ein Mausklick oder das Berühren eines Touchscreens. Auf diese Weise kann auch eine Drag-and-Drop-Funktionalität realisiert werden. Solange die Hand (bzw. die Spitze des Zeigefingers 8) im Steuerbereich 5 verbleibt, wird ein Objekt der Benutzeroberfläche gehalten und dann losgelassen, wenn die Hand 7 den Steuerbereich 5 verlässt.
Zusätzlich können die folgenden Ereignisse definiert werden. Das Übergangsereignis „FocusStateEnterEvent“ wird ausgelöst, wenn der Zustand zu „Fokus“ wechselt. Das Übergangsereignis „FocusStateLeaveEvent“ wird ausgelöst, wenn der Zustand von „Fokus“ in einen beliebigen anderen Zustand wechselt. Das Übergangsereignis „IdleStateEnterEvent“ wird ausgelöst, wenn der Zustand in „Leerlauf“ wechselt. Das Übergangsereignis „IdleStateLeaveEvent“ wird ausgelöst, wenn der Zustand von „Leerlauf“ in einen beliebigen anderen Zustand wechselt. Diese Ereignisse ermöglichen die Implementierung zusätzlicher Funktionen. Beispielsweise kann die Darstellung der Benutzerschnittstelle auf die Tatsache reagieren, dass der Benutzer sich nicht mit der steuernden Hand in der Nähe der Eingabeoberfläche 1 befindet, sich jedoch aber der Eingabeoberfläche 1 nähert, indem er mit seiner Hand in den Aktivierungsbereich 6 eindringt. So erhält der Benutzer ein Feedback, dass das System auf seine Hand 7 erfolgreich reagiert und er kann die Bedienung fortsetzen.
Generell ist für die Benutzerfreundlichkeit eine angemessene Rückmeldung (Feedback) sehr hilfreich. Insbesondere bei der berührungslosen Interaktion besteht ein Problem darin, dem Benutzer nützliches, unterstützendes Feedback zu geben. Der Benutzer fühlt sich oft verloren, weiß nicht, wie er interagieren soll und was das System eigentlich erkennt. Das hier beschriebene System kann direktes Feedback durch räumliche Informationen über die Fingerposition geben, so dass der Benutzer versteht, was das System erkennt, um darauf zu reagieren und die Fingerposition und -bewegung anzupassen. Es werden verschiedene Zustände für Steuerelemente der Benutzeroberfläche („Ul-Elemente“) beschrieben, die in Abhängigkeit von der Benutzerinteraktion Echtzeitinformationen und damit Feedback an den Benutzer zurückgeben. Das System zeigt, was es erkennt und welche Ul-Elemente bedient werden können. Bei der Interaktion mit Ul-Elementen in einem 3D-Raum muss das System sensibel auf Veränderungen der Fingerposition des Benutzers reagieren. Mehr Feedback gibt dem Benutzer mehr Sicherheit. Die Kombination aus horizontaler und vertikaler Bewegung des Fingers zusammen mit den Tiefendaten (Abstand zum Bildschirm bzw. zur Eingabeoberfläche) führt zu komplexen Zustandsänderungen, wie oben beschrieben.
Insbesondere in einer Situation, in der ein Benutzer in einem Fahrzeug sitzt und mit virtuell dargestellten Objekten auf einem Armaturenbrett interagieren will, ist ein entsprechendes Feedback vorteilhaft. Sobald er den Finger hebt, um ein Element der Benutzeroberfläche auszuwählen, können anklickbare Elemente größer erscheinen und leicht hervorgehoben werden. Fährt er nun mit dem Finger über eines dieser Elemente, kann es zusätzlich durch einen „Hover- Effekt“ hervorgehoben werden. Klickt er nun auf das Element, kann es optisch wie ein echter Button zum Herunterklicken erscheinen. Der Benutzer lernt mit der Zeit immer besser zu interagieren, so dass sein „Klick“ vom System erkannt wird. Neben einer optischen Rückmeldung kann auch eine akustische Rückmeldung vorgesehen sein, beispielsweise verschiedene Klickgeräusche.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Steuerelement 13, welches in Form einer runden Schaltfläche dargestellt ist und so für einen Benutzer als Teil der Benutzeroberfläche 4 sichtbar ist. Für die Bedienung bzw. Steuerung ist es jedoch vorteilhaft, wenn ein Benutzer mit dem Zeiger 9 das Steuerelement nicht exakt treffen muss. Zu diesem Zweck ist der sichtbare Bereich des Steuerelements 13 von einem Bereich 14 umgeben. Dieser ist der Einfachheit halber viereckig entlang der x- und y-Koordinaten. Links ist eine Situation dargestellt, in welcher der Zeiger 9 außerhalb des Steuerelements 13 und insbesondere auch außerhalb des Bereichs 14 liegt. Das Steuerelement 13 wird nicht angesprochen. Liegt der Zeiger 9 jedoch innerhalb des Bereichs 14, wie rechts in Fig. 5 dargestellt, wird das Steuerelement 13 angesprochen. Der Zeiger 9 wird als „auf dem Steuerelement 13“ angesehen, wenn sich seine Position zumindest im Bereich 14 befindet.
Während vorhergehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Eingabeoberfläche
2 Projektor
3 Erfassungseinrichtung (Kamera) 4 Benutzeroberfläche
5 Steuerbereich
6 Aktivierungsbereich
7 Hand
8 Handposition / Zeigefinger 9 Zeiger
10 Erfassungsbereich
11 Tiefe des Steuerbereichs
12 Tiefe des Aktivierungsbereichs
13 Steuerelement (sichtbar) 14 aktive Fläche des Steuerelements

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Erfassen von Benutzereingaben in einer Eingabeeinrichtung, wobei die Eingabeeinrichtung eine Eingabeoberfläche (1 ), auf welcher eine grafische Benutzerschnittstelle (4) dargestellt wird, und eine Erfassungseinrichtung (3) aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
Erfassen einer Hand (7) eines Benutzers mittels der Erfassungseinrichtung (3) und Bestimmen einer Position der Hand in einem Erfassungsbereich (10), wobei der Erfassungsbereich (10) ein dreidimensionaler Raumbereich ist, welcher der Eingabeoberfläche (1 ) zugeordnet ist;
Bestimmen, ob sich die Hand (7) des Benutzers in einem Aktivierungsbereich (6) befindet, wobei der Aktivierungsbereich (6) ein Teil des Erfassungsbereichs (10) ist, welcher in einem Abstand (1 1 ) zur Eingabeoberfläche (1 ) angeordnet ist; und Bestimmen, ob sich die Hand (7) des Benutzers in einem Steuerbereich (5) befindet, wobei der Steuerbereich (5) ein Teil des Erfassungsbereichs (10) ist, welcher zwischen der Eingabeoberfläche (1 ) und dem Aktivierungsbereich (6) angeordnet ist; wobei, wenn bestimmt wird, dass sich die Hand (7) des Benutzers im Aktivierungsbereich (6) befindet, eine Darstellung der Benutzerschnittstelle (4) auf der Eingabeoberfläche (1 ) angepasst wird, und, wenn bestimmt wird, dass sich die Hand (7) des Benutzers im Steuerbereich (5) befindet, eine Funktion der Benutzerschnittstelle (4) gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Steuerbereich (5) eine Grundfläche aufweist, welche zumindest die Eingabeoberfläche (1 ) enthält und sich der Steuerbereich (5) von der Grundfläche bis zu einer Deckfläche erstreckt, wobei ein Abstand (11 ) zwischen der Grundfläche und der Deckfläche des Steuerbereichs (5) dem Abstand (11 ) zwischen der Eingabeoberfläche (1 ) und dem Aktivierungsbereich (6) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Aktivierungsbereich (6) an den Steuerbereich (5) angrenzt, wobei der Aktivierungsbereich (6) eine Grundfläche aufweist, welche zumindest die Deckfläche des Steuerbereichs (5) enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Abstand (12) zwischen der Grundfläche und der Deckfläche des Aktivierungsbereichs (6) größer als der Abstand (11) zwischen der Eingabeoberfläche (1 ) und dem Aktivierungsbereich (6) ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend: Bestimmen einer Position eines Zeigers (9) auf der Eingabeoberfläche (1), wobei die Position des Zeigers (9) durch Projektion der Position der Hand (7) auf die Eingabeoberfläche (1 ) bestimmt wird, wenn die Position der Hand (7) in dem Erfassungsbereich (10) erkannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Funktion der Benutzerschnittstelle abhängig von der Position des Zeigers (9) gesteuert wird, wenn die Position der Hand (7) in dem Steuerbereich (5) erkannt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Darstellung der Benutzerschnittstelle die Position des Zeigers (9) angibt, wenn die Position der Hand in dem Erfassungsbereich (10) erkannt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als die Position der Hand (7) des Benutzers eine Position eines Punktes der Hand (7) des Benutzers bestimmt wird, welcher am nächsten zur Eingabeoberfläche (1 ) ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassen der Hand (7) des Benutzers ein Bestimmen umfasst, ob zumindest ein Finger (8) der Hand (7) in Richtung der Eingabeoberfläche (1) weist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funktion der Benutzerschnittstelle (4) aktiviert wird, wenn bestimmt wird, dass die Hand (7) in den Steuerbereich (5) eintritt, und deaktiviert wird, wenn die Hand (7) den Steuerbereich (5) verlässt.
11 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend: Bestimmen eines Übergangsereignisses, wenn bestimmt wird, dass: die Hand in den Steuerbereich (5) eintritt; die Hand den Steuerbereich (5) verlässt; die Hand in den Aktivierungsbereich (6) eintritt; die Hand den Aktivierungsbereich (6) verlässt; die Hand den Erfassungsbereich (10) verlässt; oder die Hand in den Erfassungsbereich (10) eintritt. System zur Datenverarbeitung, aufweisend zumindest einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt, sowie zumindest eine Anzeigeeinrichtung (2), welche eingerichtet ist, eine grafische Benutzerschnittstelle (4) auf einer Eingabeoberfläche (1 ) anzuzeigen, und eine Erfassungseinrichtung (3), welche eingerichtet ist, eine Hand (7) eines Benutzers in einem dreidimensionalen Raumbereich zu erfassen und eine Position der Hand in dem dreidimensionalen Raumbereich zu bestimmen. System nach Anspruch 12, wobei die Anzeigeeinrichtung eine Projektionseinrichtung (2) umfasst, welche eingerichtet ist, eine Darstellung der grafischen Benutzeroberfläche (4) auf eine Oberfläche (1 ) zu projizieren. System nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Erfassungseinrichtung (3) zumindest eine Kamera umfasst. Computerprogramm mit Instruktionen, die bei ihrer Ausführung auf einem System nach einem der Ansprüche 12 bis 14 dieses veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
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