DE102009054231A1 - Head-up-display for information indication in motor vehicle, comprises indicating unit, which has display unit, in which lighting points are produced - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Head-up-Display zur Informationsanzeige in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a head-up display for displaying information in a motor vehicle.
Moderne Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit so genannten Head-up-Displays ausgerüstet, welche es erlauben, optische Information in die Windschutzscheibe des jeweiligen Kraftfahrzeugs einzuspiegeln. Der Fahrer „sieht” diese Information in der Regel als außerhalb des Kraftfahrzeugs über oder knapp vor der Motorhaube schwebend, wodurch die Akkomodation entfällt, die beispielsweise beim wechselnden Betrachten von Anzeigeeinheiten im Fahrzeuginneren und der Fahrbahn entsteht.Modern motor vehicles are increasingly being equipped with so-called head-up displays, which allow optical information to be reflected in the windshield of the respective motor vehicle. As a rule, the driver "sees" this information as hovering outside the motor vehicle or just ahead of the engine hood, which eliminates the accommodation that arises, for example, from changing viewing of display units in the vehicle interior and the roadway.
Aus dem Dokument
Auch elektronische Verfahren zum Eliminieren von Bildverzerrungen bei einem herkömmlichen Head-up-Display sind aus dem Stand der Technik bekannt, etwa aus den Dokumenten
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Head-up-Display zur Verfügung zu stellen.It is an object of the invention to provide an improved head-up display.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Head-up-Display gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a head-up display according to
Zur verständlichen Darstellung der Erfindung wird angeknüpft an eine technische Lehre betreffend ein neuartiges Head-up-Display zur stereoskopischen Informationsanzeige in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung ergänzt sich besonders vorteilhaft mit einem solchen Stereo-Head-up-Display. Jedoch sind nicht zwingend alle technischen Merkmale eines solchen Stereo-Head-up-Displays erforderlich, um die Erfindung umzusetzen. Insbesondere ist die Erfindung auch auf ein Mono-Head-up-Display anwendbar. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird dennoch zunächst näher auf die das neuartige Stereo-Head-up-Display (und verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen desselben eingegangen), um die Erfindung anschließend insbesondere unter Bezugnahme auf die Gemeinsamkeiten und Differenzen zur technischen Lehre, welche diesem neuartigen Stereo-Head-up-Display zugrundeliegt, zu beschreiben.For a clear description of the invention, reference is made to a technical teaching relating to a novel head-up display for stereoscopic information display in a motor vehicle. The invention complements particularly advantageous with such a stereo head-up display. However, not all technical features of such a stereo head-up display are required to implement the invention. In particular, the invention is also applicable to a mono-head-up display. For a better understanding of the invention is still closer to the novel stereo head-up display (and various embodiments and developments of the same), to the invention then in particular with reference to the similarities and differences to the technical teaching, which this novel stereo Head-up display underlying, describe.
Die technische Lehre, welche dem neuartigen Stereo-Head-up-Display zugrundeliegt wird im Folgenden als Referenzlehre bezeichnet. Um Missverständnissen vorzubeugen, sei an dieser Stelle erwähnt, dass diese Referenzlehre nach Kenntnisstand der Anmelderin nicht zum Stand der Technik gehört. Vielmehr wird die Referenzlehre in einer parallelen Patentanmeldung von der Anmelderin verfolgt.The technical teaching on which the novel stereo head-up display is based is referred to below as reference theory. In order to prevent misunderstandings, it should be mentioned at this point that to the knowledge of the applicant this reference teaching does not belong to the state of the art. Rather, the reference theory is pursued in a parallel patent application by the applicant.
Einschub REFERENZLEHRE:Inset REFERENCE:
Die Referenzlehre betrifft ein Head-up-Display zur stereoskopischen Informationsanzeige in einem Kraftfahrzeug, welches die folgenden Bestandteile aufweist: Anzeigemittel mit einer Anzeigeeinheit, auf welcher Leuchtpunkte erzeugbar sind, deren Lichtstrahlen durch Spiegelung an der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs für einen Insassen des Kraftfahrzeugs sichtbar sind; Ablenkmittel, die im Strahlengang des Head-up-Displays zwischen der Anzeigeeinheit und der Windschutzscheibe angeordnet sind und Lichtstrahlen unterschiedlicher Leuchtpunkte in unterschiedliche Abstrahlrichtungen ablenken; Bilderzeugungsmittel zur Erzeugung zweier unterschiedlicher, für die beiden Augen des Insassen bestimmter Einzelbilder einer stereoskopischen Informationsanzeige; Bildpunktzuordnungsmittel zur Zuordnung von Bildpunkten der Einzelbilder zu Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit. Dabei sind die Ablenkmittel und die Anzeigeeinheit (insbesondere eine Anzeigefläche dieser Anzeigeeinheit) derart beschaffen und zueinander angeordnet und die Bildpunkte der Einzelbilder sind den Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit derart durch die Bildpunktzuordnungsmittel zuordbar, dass bei auf dieser Zuordnung basierender Erzeugung der Leuchtpunkte für das linke Auge des Insassen die Bildpunkte des für das linke Auge bestimmten Einzelbildes sichtbar sind und für das rechte Auge des Insassen die Bildpunkte des für das rechte Auge bestimmten Einzelbildes sichtbar sind.The reference teaching relates to a head-up display for stereoscopic information display in a motor vehicle, comprising the following components: display means with a display unit on which luminous points can be generated, the light rays are visible by reflection on the windshield of the motor vehicle for an occupant of the motor vehicle; Deflection means, which are arranged in the beam path of the head-up display between the display unit and the windshield and deflect light beams of different luminous dots in different emission directions; Image generating means for generating two different frames of a stereoscopic information display intended for the two eyes of the occupant; Pixel allocation means for assigning pixels of the individual images to luminous points of the display unit. In this case, the deflection means and the display unit (in particular a display surface of this display unit) are arranged and arranged relative to one another and the pixels of the individual images can be assigned to the illuminated points of the display unit by the pixel allocation means such that the generation of the luminance points for the left eye of the occupant the pixels of the individual image intended for the left eye are visible and the pixels of the individual image intended for the right eye are visible to the right eye of the occupant.
Die Bildpunkte der Einzelbilder können dabei, müssen jedoch nicht notwendigerweise, in einem regelmäßigen Raster angeordnet sein. Entscheidend für den Erfolg der Referenzlehre ist, dass die gewünschten Einzelbilder in einzelne Bildpunkte zerlegt werden, die jeweils durch einen Leuchtpunkt der Anzeigeeinheit erzeugt werden können. Insoweit können die Bildpunktzuordnungsmittel auch Bildzerlegungsmittel umfassen, durch welche eine Zerlegung in solche Bildpunkte vornehmbar ist. Alternativ können die Einzelbilder zunächst (außerhalb der Bildpunktzuordnungsmittel) durch eigenständige Bildzerlegungsmittel in geeignete Bildpunkte zerlegt werden, welche dann von den Bildpunktzuordnungsmitteln den Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit zugeordnet werden. Die Bildpunktzuordnungsmittel und die Bildzerlegungsmittel können dabei selbstverständlich durch ein und dieselbe Recheneinheit implementiert werden.The pixels of the individual images can thereby, but not necessarily, be arranged in a regular grid. Decisive for the success of the reference theory is that the desired individual images are decomposed into individual pixels, which can each be generated by a luminous dot of the display unit. In that regard, the pixel allocation means may also comprise image decomposition means by which a decomposition into such pixels is vornehmbar. Alternatively, the individual images can first (apart from the pixel allocation means) be decomposed by independent image decomposition means into suitable pixels, which are then assigned by the pixel allocation means to the luminous points of the display unit. The pixel allocation means and the Of course, image decomposition means can be implemented by one and the same arithmetic unit.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Referenzlehre (die in der parallelen Patentanmeldung zur Referenzlehre als abhängige Ansprüche verfolgt werden) betreffen die Ausbildung eines solchen Stereo-Head-up-Displays derart,
- • dass ortsabhängige Unterschiede des Strahlengangs ausgleichbar sind, indem die Zuordnung durch die Bildpunktzuordnungsmittel in Abhängigkeit von einer Beschaffenheit, insbesondere der Wölbung, reflektierender Flächen des Head-up-Display, insbesondere der Windschutzscheibe, vornehmbar ist; und/oder
- • dass die Bildpunktzuordnungsmittel eine Zuordnungsvorschrift für die Zuordnung von Bildpunkten der Einzelbilder zu Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit anwenden, welche in einem Kalibrationsvorgang ermittelt worden ist, der die Ansteuerung ausgewählter Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit und die zeitsynchronisierte kamerabasierte Erfassung der jeweils resultierenden in der Windschutzscheibe reflektierten Abbildung umfasst; und/oder
- • dass die Ablenkmittel als Matrix optischer Körper ausgebildet sind; und/oder
- • dass die Anzeigeeinheit als TFT-Display oder LCD-Display oder Plasma-Display und/oder als Durchlicht-Display ausgebildet sind; und/oder
- • dass die Zuordnung durch die Bildpunktzuordnungsmittel auf veränderlichen, insbesondere in Abhängigkeit von einer Geometrie der Windschutzscheibe und/oder von der Verbauposition der Teile des Head-Up-Displays veränderlichen, Zuordnungsparametern basiert; und/oder
- • dass die Zuordnung durch die Bildpunktzuordnungsmittel in Abhängigkeit von der Kopfposition und/oder Augenposition des Insassen variierbar ist; und/oder
- • dass durch die Bilderzeugungsmittel für einen ersten Insassen des Kraftfahrzeugs, insbesondere den Fahrer, und einen zweiten Insassen des Kraftfahrzeugs, insbesondere den Beifahrer, zumindest jeweils ein Einzelbild erzeugbar ist, und dass die Ablenkmittel und die Anzeigeeinheit derart beschaffen und zueinander angeordnet sind und die Bildpunkte der Einzelbilder den Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit derart durch die Bildpunktzuordnungsmittel zuordbar sind, dass für den ersten Insassen die Bildpunkte des für den ersten Insassen bestimmten Einzelbildes sichtbar sind und dass für den zweiten Insassen die Bildpunkte des für den zweiten Insassen bestimmten Einzelbildes sichtbar sind; und/oder
- • dass zur Vermeidung von Doppelbildern die Einzelbilder erzeugbar sind, indem auf Basis eines als Einzelbild darzustellenden Nutzbildes zumindest ein zu erwartendes Störbild bestimmt wird, indem dem darzustellenden Nutzbild ein im Wesentlichen helligkeitskonstantes Ausleuchtungsniveau hinzugefügt wird und indem das zumindest eine Störbild von dem Nutzbild bzw. von dem hinzugefügten Ausleuchtungsniveau bzw. von der Summe aus Nutzbild und hinzugefügtem Ausleuchtungsniveau im Wesentlichen abgezogen wird; und/oder
- • dass durch die Anzeigemittel und/oder durch zusätzliche Kompensationsmittel Kompensationslichtstrahlen erzeugbar sind, die zumindest teilweise gegenphasig kohärent zu den für die Darstellung eines Nutzbilds erzeugten Lichtstrahlen der Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit sind, dass auf Basis des Nutzbilds zumindest ein zu erwartendes Störbild bestimmbar ist und dass das Störbild zumindest teilweise durch die Kompensationslichtstrahlen kompensierbar ist.
- • that location-dependent differences of the beam path are compensated by the assignment by the Bildpunktzuordnungsmittel depending on a nature, in particular the curvature, reflective surfaces of the head-up display, in particular the windshield, vornehmbar; and or
- • that the pixel allocation means apply an assignment rule for the assignment of pixels of the individual images to display points that has been determined in a calibration process, which comprises the activation of selected display pixel and the time-synchronized camera-based detection of the respective resulting image reflected in the windscreen; and or
- • that the deflection means are formed as a matrix of optical bodies; and or
- • that the display unit as a TFT display or LCD display or plasma display and / or as a transmitted light display are formed; and or
- The assignment by the pixel allocation means is based on variable assignment parameters which vary, in particular, depending on a geometry of the windshield and / or on the installation position of the parts of the head-up display; and or
- The assignment by the pixel allocation means being variable in dependence on the head position and / or eye position of the occupant; and or
- • that by the image generating means for a first occupant of the motor vehicle, in particular the driver, and a second occupant of the motor vehicle, in particular the passenger, at least one individual image can be generated, and that the deflection means and the display unit arranged and arranged to each other and the pixels the individual images are assignable to the illuminated points of the display unit by the pixel allocation means such that the pixels of the individual image intended for the first occupant are visible to the first occupant and the pixels of the individual image intended for the second occupant are visible to the second occupant; and or
- • that to avoid double images, the individual images can be generated by at least one expected image is determined on the basis of an image to be displayed as a single image by the image to be displayed a substantially constant brightness level is added and by the at least one image from the Nutzbild or of is essentially subtracted from the added illumination level or from the sum of the utility image and the added illumination level; and or
- Compensation light beams can be generated by the display means and / or by additional compensating means which are at least partially coherent in phase opposition to the light beams of the display unit's luminous points generated for the representation of a useful image, that on the basis of the useful image at least one predicted glitch can be determined and that the Image is at least partially compensated by the compensation light beams.
Die Anzeigeeinheit kann dabei im Wesentlichen eben ausgestaltet sein. Insbesondere kann sie als ein im Wesentlichen ebenes Display, z. B. TFT, LCD oder Plasmadisplay ausgestaltet sein. Alternativ kann die Anzeigeeinheit ausgestaltet sein als Einheit zur Ausgabe eines oder mehrerer ablenkbarer Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen.The display unit can be designed substantially planar. In particular, it can be used as a substantially planar display, e.g. B. TFT, LCD or plasma display be designed. Alternatively, the display unit may be configured as a unit for outputting one or more deflectable light beams, in particular laser beams.
Durch das Head-up-Display gemäß Referenzlehre wird unter den schwierigen physikalischen Gegebenheiten des Prinzips Head-up-Display eine von diesen Gegebenheiten unverfälschte stereoskopische Informationsanzeige ermöglicht.Due to the head-up display according to reference theory, a stereoscopic information display that is unadulterated by these conditions is made possible under the difficult physical conditions of the head-up display principle.
Die Anzeigeeinheit kann insbesondere als selbst leuchtende Anzeigeeinheit ausgebildet sein, beispielsweise als TFT-Display oder LCD-Display oder Plasma-Display. Sie kann aber auch als Durchlicht-Display (z. B. DLP-Modul) ausgebildet sein. Die Anzeigeeinheit kann im Wesentlichen derjenigen eines konventionellen Head-up-Displays entsprechen.The display unit can in particular be designed as a self-illuminating display unit, for example as a TFT display or LCD display or plasma display. However, it can also be designed as a transmitted-light display (eg DLP module). The display unit may substantially correspond to that of a conventional head-up display.
Die Ablenkmittel sind vorzugsweise als Matrix bzw. matrixartige Anordnung optischer Körper ausgebildet. Die optischen Körper können insbesondere kleine Linsen sein und/oder kleine Kunststoffkörper, die insbesondere einen halbkreisförmigen Schnitt besitzen. Insbesondere können diese als sogenannten zylindrischen Linsen ausgestaltet sein. Die Matrix bzw. matrixartige Anordnung ist vorzugsweise im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet, im Folgenden als Verteilungsebene bezeichnet. Die optischen Körper können im Wesentlichen gleichartig und vorzugsweise identisch bezüglich der Verteilungsebene angeordnet sein, was z. B. für eine kostengünstige Herstellung des Ablenkmittels vorteilhaft ist. Insbesondere können die optischen Körper rotationssymmetrisch bezüglich einer Senkrechten der Verteilungsebene ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind die Spalten der Matrix im Wesentlichen äquidistant angeordnet. Vorzugsweise sind auch die Zeilen der Matrix im Wesentlichen äquidistant angeordnet.The deflection means are preferably formed as a matrix or matrix-like arrangement of optical bodies. The optical bodies may in particular be small lenses and / or small plastic bodies, which in particular have a semicircular section. In particular, these can be configured as so-called cylindrical lenses. The matrix or matrix-like arrangement is preferably arranged essentially in one plane, hereinafter referred to as distribution plane. The optical bodies may be substantially similar and preferably identical with respect to Distribution level be arranged what z. B. is advantageous for a cost-effective production of the deflection. In particular, the optical bodies can be configured rotationally symmetrical with respect to a vertical of the distribution plane. Preferably, the columns of the matrix are arranged substantially equidistantly. Preferably, the rows of the matrix are arranged substantially equidistantly.
Alternativ können die optischen Körper ungleichmäßig oder bereichsmäßig ungleichmäßig verteilt sein. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, da für unterschiedliche Bereiche der Windschutzscheibe im Mittel eine unterschiedlich starke Ablenkung der Strahlen und eine unterschiedliche Auflösung notwendig ist. Die optischen Körper, die hauptsächlich für die Erzeugung der Abbildungen in unterschiedlichen Richtungen genutzt werden, können auch unterschiedliche Form besitzen.Alternatively, the optical bodies may be unevenly or regionally distributed unevenly. This may be particularly advantageous, since for different areas of the windshield on average a different levels of deflection of the beams and a different resolution is necessary. The optical bodies, which are mainly used for the generation of images in different directions, may also have different shapes.
Vorteilhafterweise können die optischen Körper des Ablenkmittels mit der Anzeigeeinheit und/oder untereinander und/oder mit einem gemeinsamen lichtdurchlässigen Bodenteil verbunden sein. Dies kann z. B. realisiert werden, indem sie kostengünstig mittels einer Form zu einer Einheit gepresst werden. Somit kann das Ablenkmittel besonders kostengünstig hergestellt werden.Advantageously, the optical bodies of the deflection means may be connected to the display unit and / or to one another and / or to a common translucent bottom part. This can be z. B. can be realized by being cost-effectively pressed by means of a mold into one unit. Thus, the deflection can be made particularly inexpensive.
Die Verteilungsebene verläuft vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einer Ebene, in der sich die im Wesentlichen ebene Anzeigeeinheit erstreckt. Die Matrix bzw. matrixartige Anordnung optischer Körper liegt dabei vorzugsweise mit geringem Abstand über einer aus Leuchtpunkten zusammengesetzten Anzeigefläche der Anzeigeeinheit. The distribution plane is preferably substantially parallel to a plane in which the substantially planar display unit extends. The matrix or matrix-like arrangement of optical bodies preferably lies at a short distance above a display surface composed of luminous points of the display unit.
Dabei sind die optischen Körper vorzugsweise derart bemessen und gegenüber der Anzeigeeinheit angeordnet, dass durch einen einzigen optischen Körper die Lichtstrahlen mehrerer Leuchtpunkte in unterschiedliche Richtungen abgelenkt werden.In this case, the optical bodies are preferably dimensioned and arranged relative to the display unit such that the light beams of a plurality of luminous spots are deflected in different directions by a single optical body.
Die Bilderzeugungsmittel erzeugen – im einfachsten Fall in an sich bekannter Weise – zwei unterschiedliche, für die beiden Augen des Insassen bestimmte Einzelbilder einer stereoskopischen Informationsanzeige. Die Augen des Insassen erreichen die Einzelbilder jedoch erst nach einer Reflektion an der Windschutzscheibe. Die Information kann z. B. Symbole, numerische Anzeigen, Objekte und Objektkonstellationen umfassen, die von dem Insassen als räumlich wahrgenommen werden sollen bzw. werden.The image generating means generate - in the simplest case in a manner known per se - two different individual images of a stereoscopic information display intended for the two eyes of the occupant. However, the eyes of the inmate reach the frames only after a reflection on the windshield. The information can z. As symbols, numeric displays, objects and object constellations, which should be perceived by the occupant as being spatially.
Besonderes Augenmerk ist bei der Referenzlehre auf die Rolle der Bildpunktzuordnungsmittel zu legen. Sie sorgen für die Zuordnung von Bildpunkten der Einzelbilder zu Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit. Diese Zuordnung kann als eine Art Kodierung verstanden werden, in welcher die physikalischen Gegebenheiten des Head-up-Displays Berücksichtigung finden und in gewissem Sinne umgekehrt werden. Ein für das linke Auge des Betrachters bestimmtes Einzelbild wird beispielsweise nicht unmittelbar durch zusammenhängende bzw. benachbarte Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit ausgegeben, sondern es werden diejenigen Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit angesteuert, deren emittiertes Licht – nach Beeinflussung durch diverse optische Elemente des Head-up-Displays, insbesondere Ablenkung durch die Ablenkmittel und Spiegelung an mehreren Spiegeln sowie der Windschutzscheibe – ein aus der Perspektive des linken Auges des Betrachters zusammenhängendes Bild ergeben. Die von den Bildpunktzuordnungsmitteln vorgenommene Kodierung wird gewissermaßen von der nachfolgenden physikalisch-optischen Abbildung entflochten bzw. dekodiert.Particular attention should be paid to the role of the pixel allocation means in the reference theory. They ensure the assignment of pixels of the individual images to luminous points of the display unit. This assignment can be understood as a kind of coding in which the physical conditions of the head-up display are taken into account and reversed in a certain sense. For example, a single image intended for the viewer's left eye is not emitted directly by contiguous or adjacent luminous dots of the display unit, but rather those luminous points of the display unit are driven whose emitted light is influenced, in particular, by various optical elements of the head-up display Distraction by the deflection means and reflection on several mirrors as well as the windshield - a coherent from the perspective of the left eye of the observer result image. The coding made by the pixel allocation means is effectively unbundled from the subsequent physical-optical mapping.
Dabei werden vorzugsweise ortsabhängige Unterschiede des Strahlengangs ausgeglichen, indem die Zuordnung durch die Bildpunktzuordnungsmittel in Abhängigkeit von einer Beschaffenheit (insbesondere der lokalen Wölbung) reflektierender Flächen (insbesondere der Windschutzscheibe oder weiterer eventuell vorhandenen optischer Körper, z. B. krummer Spiegel) des Head-up-Displays vorgenommen wird.In this case, preferably, location-dependent differences of the beam path are compensated by the assignment by the pixel allocation means as a function of a nature (in particular of the local curvature) of reflective surfaces (in particular of the windshield or any further optical body, eg a crooked mirror) of the head-up Displays is made.
Eine von den Bildpunktzuordnungsmitteln anzuwendende Zuordnungsvorschrift kann beispielsweise auf der Basis geometrischer Modelle und physikalisch-optischer Abbildungsgesetze berechnet werden, wenn alle geometrischen Gegebenheiten bekannt sind.An assignment rule to be applied by the pixel allocation means can for example be calculated on the basis of geometric models and physical-optical mapping laws, if all geometrical conditions are known.
Alternativ kann eine Zuordnungsvorschrift in einem Kalibrationsvorgang ermittelt werden. Auch eine Mischform, d. h. eine Zuordnungsvorschrift, die initial auf geometrischen Überlegungen basiert und in einem Kalibrationsvorgang verfeinert wird, ist denkbar.Alternatively, an assignment rule can be determined in a calibration process. Also a mixed form, d. H. An assignment rule that is based initially on geometric considerations and refined in a calibration process is conceivable.
Im einfachsten Fall kann zu Kalibrierungszwecken folgendermaßen vorgegangen werden: Es werden sämtliche Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit einzeln (oder es werden ausgewählte örtlich repräsentative Leuchtpunkte für eine Gruppe der Leuchtpunkte) in einer bestimmten Reihenfolge zum Leuchten gebracht. Eine Kamera, die in einer typischen Position eines Auges des Fahrers angeordnet ist, wird mit der Ansteuerung der Anzeigeeinheit synchronisiert und erfasst die resultierende in der Windschutzscheibe reflektierte Abbildung. Durch Auswertung der aufgenommenen Bilder kann dann einfach bestimmt werden, welche Leuchtpunkte in den aufgenommenen Bildern sichtbar sind und an welcher Stelle, d. h. auf welchem Bildpunkt, sie im jeweiligen aufgenommenen Bild erscheinen. Außerdem kann ein Maß für die Fokussierung der resultierenden Abbildung, z. B. anhand des Winkels, unter welchem das Licht von jeweiligen Leuchtpunkten an der Kamera eintrifft, gemessen werden. Somit kann z. B. sichergestellt werden, ob für einen Teil der Abbildung insbesondere im Bezug auf eine bestimmte Beobachtungsposition eine hinreichende bzw. nicht hinreichende Fokussierung vorliegt.In the simplest case, the following procedure can be used for calibration purposes: All the luminous dots of the display unit are lit individually (or selected locally representative luminous dots for a group of the luminous dots) are lit in a specific sequence. A camera, which is located in a typical position of an eye of the driver, is synchronized with the drive of the display unit and detects the resulting image reflected in the windshield. By evaluating the recorded images, it is then possible to easily determine which luminous points are visible in the recorded images and at which position, ie at which pixel, they appear in the respective recorded image. In addition, a measure of the focusing of the resulting image, for. B. based on the angle at which the light from each luminance points arrives at the camera, are measured. Thus, z. For example, it can be ensured that sufficient or insufficient focusing is present for a part of the image, in particular with respect to a specific observation position.
Die Umkehrung der so gewonnenen Zuordnung zwischen Leuchtpunkten und Bildpunkten stellt eine einfache Zuordnungsvorschrift für die Bildpunktzuordnungsmittel dar. Ein solcher Kalibrationsvorgang kann nacheinander oder (z. B. bei Verwendung zweier Kameras) gleichzeitig für die typischen Positionen beider Augen des Fahrers durchgeführt werden.The inversion of the thus obtained association between luminous dots and pixels represents a simple assignment rule for the pixel allocation means. Such a calibration procedure can be carried out successively or (eg when using two cameras) simultaneously for the typical positions of both eyes of the driver.
Durch die Nutzung von Vorwissen über die geometrisch-optischen Verhältnisse der Gesamtanordnung kann ein Prozess zur Gewinnung einer Zuordnungsvorschrift definiert werden, der einfacher bzw. weniger aufwändig ist als der oben beschriebene Kalibrationsvorgang. Beispielsweise wird die Gesamtanordnung in der Regel so gestaltet sein, dass aufgrund der geometrischen Verhältnisse dieser Gesamtanordnung für bestimmte Bildpunkte im für ein bestimmtes Auge erzeugten Einzelbild nur die Leuchtpunkte einer auf der Anzeigeeinheit bzw. Anzeigefläche benachbarten Gruppe von Leuchtpunkten „in Frage kommen”. Es müssen dann selbstverständlich nur die Leuchtpunkte dieser Gruppe auf ihre Eignung zur Erzeugung des entsprechenden Bildpunkts im für dieses Auge erzeugten Einzelbild überprüft werden. Zudem kann es beispielsweise aufgrund der räumlichen Anordnung bezüglich eines darüber liegenden optischen Körpers für bestimmte Leuchtpunkte ausgeschlossen sein, dass ihr Licht im stellvertretend für ein bestimmtes Auge aufgenommenen Bild erscheint. Solche Leuchtpunkte müssen dann für dieses Auge nicht überprüft werden.By using prior knowledge of the geometrical-optical conditions of the overall arrangement, a process for obtaining an assignment rule can be defined which is simpler or less complicated than the calibration procedure described above. For example, the overall arrangement will generally be designed so that due to the geometric relationships of this overall arrangement for certain pixels in the individual image generated for a particular eye only the luminous points of a group of luminous points adjacent to the display unit or display surface "come into question". Of course, then only the luminous points of this group must be checked for their suitability for generating the corresponding pixel in the individual image generated for this eye. In addition, due to the spatial arrangement with respect to an overlying optical body, it can be ruled out for certain luminous points, for example, that its light appears in the image taken on behalf of a specific eye. Such luminous points then need not be checked for this eye.
Durch die Erzeugung ganzer Muster und/oder Testbilder (statt einzelner leuchtender Leuchtpunkte) kann der Kalibrationsprozess erheblich beschleunigt werden. Unter Nutzung von Vorwissen über die geometrisch-optischen Verhältnisse der Gesamtanordnung und/oder den exakten Aufbau des Musters/Testbilds ist nämlich auch bei gleichzeitiger oder nicht zeitlich aufgelöster Belichtung mehrerer Bildpunkte eine Zuordnung zu den die Belichtung verursachenden Leuchtpunkten möglich.By generating entire patterns and / or test images (instead of individual luminous luminous dots), the calibration process can be significantly accelerated. By using prior knowledge of the geometrical-optical conditions of the overall arrangement and / or the exact structure of the pattern / test image, an association with the lighting points causing the exposure is possible even with simultaneous or non-temporally resolved exposure of several pixels.
Vorteilhafterweise können mehrere Punkte oder Punktgruppen mit unterschiedlichem zeitlichen Verhalten versehen werden, z. B. gepulst oder mit einem bestimmten Pulsmuster kodiert werden. Somit kann das z. B. mit einer Kamera erfasste Licht von unterschiedlichen Pixeln voneinander unterschieden werden. Somit kann der Kalibrierungsvorgang extrem beschleunigt werden, da die Vermessung der Abstrahlwinkel für mehrere oder alle Bildpunkte quasi gleichzeitig erfolgen kann.Advantageously, a plurality of points or groups of points can be provided with different temporal behavior, for. B. pulsed or encoded with a specific pulse pattern. Thus, the z. B. detected with a camera light from different pixels are distinguished from each other. Thus, the calibration process can be extremely accelerated because the measurement of the radiation angle for several or all pixels can be done virtually simultaneously.
Ein Kalibrationsverfahren kann auch – etwa auf Basis eines Suchschrittverfahrens umgekehrt ablaufen: Eine Kamera nimmt ein Bild auf, das mit einem gewünschten Einzelbild verglichen wird. Abhängig vom Ergebnis des Vergleichs wird die Zuordnungsvorschrift schrittweise solange verändert bis sich ein Minimum der Abweichung zwischen aufgenommenem Bild und gewünschtem Einzelbild ergibt.A calibration method can also run in reverse, for example on the basis of a search step method: A camera records an image which is compared with a desired individual image. Depending on the result of the comparison, the assignment rule is changed step by step until there is a minimum of the deviation between the recorded image and the desired individual image.
Auch durch die Nutzung von Interpolationsverfahren kann ein Prozess zur Gewinnung einer Zuordnungsvorschrift definiert werden, der einfacher bzw. weniger aufwändig ist als der oben beschriebene Kalibrationsvorgang. Beispielsweise kann ein Kalibrationsprozess lediglich Stützpunkte für eine Zuordnungsvorschrift liefern, während Zwischenpunkte durch Spline-Interpolation oder ein anderes Interpolationsverfahren bestimmt werden.Also by the use of interpolation methods, a process for obtaining an assignment rule can be defined which is simpler or less complicated than the calibration procedure described above. For example, a calibration process may only provide vertices for an assignment rule, while intermediate points are determined by spline interpolation or another interpolation method.
Vorzugsweise basiert die Zuordnung durch die Bildpunktzuordnungsmittel auf veränderlichen, insbesondere in Abhängigkeit von einer Geometrie der Windschutzscheibe und/oder Verbautoleranzen im jeweiligen Fahrzeug veränderlichen, Zuordnungsparametern. So können gleichartige Systeme in unterschiedlichen Fahrzeugmodellen und/oder trotz Fertigungstoleranzen in unterschiedlichen Einzelfahrzeugen desselben Fahrzeugmodells eingesetzt werden. Die Zuordnungsparameter können dann im Rahmen einer modellspezifischen oder fahrzeugspezifischen Kalibrierung bestimmt werden. Liegt ausreichendes Modellwissen über alle geometrischen Gegebenheiten vor, können die Zuordnungsparameter auch auf der Basis geometrischer Modelle und physikalisch-optischer Abbildungsgesetze berechnet werden.Preferably, the assignment by the pixel allocation means is based on variable, in particular depending on a geometry of the windshield and / or installation tolerances in the respective vehicle variable, assignment parameters. Thus, similar systems can be used in different vehicle models and / or despite manufacturing tolerances in different vehicles of the same vehicle model. The assignment parameters can then be determined as part of a model-specific or vehicle-specific calibration. If there is sufficient model knowledge of all geometric conditions, the assignment parameters can also be calculated on the basis of geometric models and physical-optical mapping laws.
Vorzugsweise ist die Zuordnung durch die Bildpunktzuordnungsmittel in Abhängigkeit von der Kopfposition und/oder Augenposition des Insassen variierbar. So kann eine Toleranz der Anzeige gegenüber Kopf- und Augenbewegungen des Betrachters erreicht werden.The assignment by the pixel allocation means is preferably variable in dependence on the head position and / or eye position of the occupant. Thus, a tolerance of the display against head and eye movements of the viewer can be achieved.
Die Kopfposition und/oder die Augenposition des Insassen wird bei solcher Ausführung vorzugsweise in an sich bekannter Weise erfasst.The head position and / or the eye position of the occupant is preferably detected in such a manner in a conventional manner.
Für eine gegenüber der Normalposition veränderte Kopfposition und/oder Augenposition können eigene vollständige Zuordnungsvorschriften bzw. ein vollständiger Satz von Zuordnungsparametern bestimmt werden – in Kalibrationsverfahren oder modellbasiert. Die Gewinnung von Zuordnungsvorschriften bzw. Zuordnungsparametern kann sich abermals auf ausgewählte Stützpunkte beschränken, während für Zwischenpositionen ein Interpolationsverfahren Anwendung findet.For a head position and / or eye position that has been changed compared to the normal position, one can determine complete complete assignment rules or a complete set of assignment parameters-in calibration procedures or model-based. The acquisition of assignment rules or assignment parameters can again be limited to selected interpolation points, while For intermediate positions, an interpolation method is used.
Statt einer eigenen vollständigen Zuordnungsvorschrift bzw. einem vollständigen Satz von Zuordnungsparametern für gegenüber der Normalposition veränderte Kopfpositionen und/oder Augenpositionen können auch lediglich (Zuordnungs-)Veränderungsvorschriften definiert werden, gemäß welcher eine Zuordnungsvorschrift im Falle von Veränderungen der Kopfposition und/oder Augenposition gegenüber der Normalposition zu verändern ist, um eine gegenüber Kopf- und Augenbewegungen des Betrachters tolerante Darstellung zu erreichen.Instead of a separate complete assignment rule or a complete set of assignment parameters for compared to the normal position changed head positions and / or eye positions also (assignment) change rules can be defined, according to which an assignment rule in case of changes in the head position and / or eye position relative to the normal position is to be changed in order to achieve a tolerant to head and eye movements of the viewer representation.
Im Idealfall wird aus Sicht des Betrachters eine von Kopf- und/oder Augenbewegungen des Betrachters (solange diese in gewissen Grenzen bleiben) unbeeinflusste Darstellung erreicht.Ideally, from the viewer's point of view, an unaffected representation of head and / or eye movements of the observer (as long as they remain within certain limits) is achieved.
Die Eignung des Head-up-Displays gemäß Referenzlehre, für unterschiedliche Blickwinkel unterschiedliche Bilder darzustellen, kann gemäß einer Weiterbildung der Referenzlehre auch dazu eingesetzt werden, unterschiedliche Insassen, insbesondere Fahrer und Beifahrer, mit unterschiedlichen Informationsanzeigen zu versorgen.According to a development of the reference theory, the suitability of the head-up display according to reference teaching to represent different images for different viewing angles can also be used to supply different occupants, in particular drivers and front-seat passengers, with different information displays.
Die Darstellung an den zweiten Insassen, in der Regel wird dies der Beifahrer sein, kann dabei – wie auch die Darstellung für den ersten Insassen – ebenfalls stereoskopisch erfolgen. Es werden dann von dem Head-up-Display insgesamt vier Einzelbilder erzeugt und für den jeweils geeigneten Blickwinkel dargestellt: jeweils ein Bild für jedes Auge des ersten Insassen und jeweils ein Bild für jedes Auge des zweiten Insassen.The presentation to the second occupant, usually this will be the passenger, it can - as well as the representation for the first occupant - also done stereoscopically. A total of four individual images are then generated by the head-up display and displayed for the respectively suitable viewing angle: one image for each eye of the first occupant and one image for each eye of the second occupant.
Die Darstellung an den zweiten Insassen kann jedoch der Einfachheit halber auch monoskopisch erfolgen. Es werden dann von dem Head-up-Display insgesamt drei Einzelbilder erzeugt und für den jeweils geeigneten Blickwinkel dargestellt: jeweils ein Bild für jedes Auge des ersten Insassen und ein drittes Bild für den zweiten Insassen.However, the representation at the second occupant can also be monoscopic for the sake of simplicity. There are then generated by the head-up display a total of three frames and displayed for each suitable angle: one image for each eye of the first occupant and a third image for the second occupant.
Wird nur ein einziges Bild für den Beifahrer erzeugt, ist dafür Sorge zu tragen, dass die verwendeten Ablenkmittel so gestaltet sind, insbesondere im seitlichen Abstrahlbereich so große „Öffnungswinkel” besitzen, dass Leuchtpunkte, deren Licht in Richtung des Beifahrers abgelenkt wird, für beide Augen des Beifahrers sichtbar sind.If only a single image is generated for the passenger, it must be ensured that the deflection means used are designed to have such large "opening angles", especially in the lateral emission area, that light points whose light is deflected in the direction of the passenger for both eyes of the passenger are visible.
Werden zwei getrennte Bilder für den Beifahrer erzeugt, ist hingegen dafür Sorge zu tragen, dass die verwendeten Ablenkmittel so gestaltet sind, insbesondere auch im seitlichen Abstrahlbereich so kleine „Öffnungswinkel” besitzen, dass Leuchtpunkte, deren Licht in Richtung des Beifahrers abgelenkt wird, jeweils nur für ein Auge des Beifahrers sichtbar sind.If two separate images are generated for the passenger, on the other hand, care must be taken to ensure that the deflection means used are designed to have such small "opening angles" in the lateral emission area that luminous points whose light is deflected in the direction of the passenger are only ever are visible to an eye of the passenger.
Das Head-Up-Display gemäß Referenzlehre erlaubt auch eine Einstellung des subjektiv wahrgenommenen Abbildungsabstandes, in dem die resultierende Abbildung erscheint. Darüber hinaus kann dieser im Falle zweier unterschiedlichen Insassen für jeden von Ihnen separat eingestellt werden.The head-up display according to reference teaching also allows adjustment of the subjectively perceived image distance in which the resulting image appears. In addition, in the case of two different occupants, this can be set separately for each of you.
Gemäß zweier anderer – alternativ oder zusätzlich anwendbarer – Weiterbildungen der Referenzlehre werden parasitäre Doppelbilder bzw. Mehrfachbilder auf unterschiedliche Art und Weise kompensiert. Gemäß einem ersten Ansatz zur Kompensation solcher parasitärer Effekte wird einem (eigentlich darzustellenden) Nutzbild ein konstantes (Umgebungs-)Ausleuchtungsniveau hinzugefügt. Darunter ist ein Bild mit im Wesentlichen konstanter Helligkeit im gesamten Bildbereich zu verstehen, gewissermaßen ein Helligkeits-Offset. Das Ausleuchtungsniveau wird vorzugsweise so gewählt, dass seine Helligkeit in etwa der maximalen Helligkeit der zu kompensierenden parasitären Effekte entspricht. Gelingt es nun, die parasitären Effekte anhand des Nutzbilds zu prognostizieren, kann das Ausleuchtungsniveau bzw. die Summe aus Nutzbild und Ausleuchtungsniveau um gerade diese parasitären Effekte reduziert werden. Im Ergebnis wird das Nutzbild also mit einer Art Negativbild der parasitären Doppelbilder bzw. Mehrfachbilder überlagert. Somit wird dem Nutzbild zwar ein (an sich in der Regel unerwünschtes) (Umgebungs-)Ausleuchtungsniveau hinzugefügt. Die parasitären Doppelbilder bzw. Mehrfachbilder werden jedoch kompensiert und somit für den Betrachter unsichtbar.According to two other - alternatively or additionally applicable - developments of the reference theory parasitic double images or multiple images are compensated in different ways. According to a first approach to compensate for such parasitic effects, a constant (ambient) level of illumination is added to a payload (actually displayed). This is to be understood as an image with a substantially constant brightness in the entire image area, in a sense a brightness offset. The illumination level is preferably chosen so that its brightness corresponds approximately to the maximum brightness of the parasitic effects to be compensated. If it is now possible to predict the parasitic effects on the basis of the useful image, the level of illumination or the sum of the useful image and the level of illumination can be reduced by precisely these parasitic effects. As a result, the useful image is superimposed with a kind of negative image of the parasitic double images or multiple images. Thus, although a (generally undesirable) (ambient) level of illumination is added to the payload. However, the parasitic double images or multiple images are compensated and thus invisible to the viewer.
Gemäß einem zweiten Ansatz zur Kompensation solcher parasitärer Effekte wird mit einer kohärenten Lichtquelle gegenphasiges Licht erzeugt, das die Doppelbilder bzw. Mehrfachbilder selektiv eliminiert bzw. kompensiert.In accordance with a second approach to compensate for such parasitic effects, a coherent light source generates anti-phase light which selectively eliminates the double images.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Referenzlehre beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Referenzlehre. Im Einzelnen zeigen schematischIn the following, a preferred embodiment of the reference teaching will be described with reference to the accompanying drawings. This results in further details, preferred embodiments and refinements of the reference theory. In detail, show schematically
Verfahren zur Stereografie bzw. stereoskopischen Fotografie sind im Stand der Technik wohlbekannt. Eine zufriedenstellende Umsetzung solcher Verfahren im Anwendungsumfeld von Head-Up-Displays in Kraftfahrzeugen ist hingegen nicht bekannt. Bekannte Verfahren zur Stereografie bzw. stereoskopischen Fotografie sind beispielsweise
- – Anaglyphenverfahren: Die „Verteilung” unterschiedlicher Bilder (aus unterschiedlichen Perspektiven) auf die beiden Augen eines Betrachters basiert dabei auf einer Farbkodierung und nachfolgender Dekodierung mittels einer Rot-Grün-Brille.
- – Verfahren auf Basis einer Shutterbrille: Die „Verteilung” unterschiedlicher Bilder auf die beiden Augen eines Betrachters basiert dabei auf deren zeitlicher Abfolge im Bildstrom und dem mit dieser Abfolge synchronisierten Verschlussmechanismus der einzelnen Brillengläser:
- – Holografieverfahren: Die „Verteilung” unterschiedlicher Bilder auf die beiden Augen eines Betrachters basiert dabei auf Interferenz- und Defraktionseffekten, die mittels kohärenter Lichtquellen erzeugt werden.
- – Lentikularverfahren: Die „Verteilung” unterschiedlicher Bilder auf die beiden Augen eines Betrachters basiert dabei auf optischer bzw. räumlicher Kodierung der Information und ihrer Dekodierung mittels zylindrischer Linsen.
- - Anaglyph method: The "distribution" of different images (from different perspectives) on the two eyes of a viewer based on a color coding and subsequent decoding using a red-green glasses.
- - Methods based on a shutter glasses: The "distribution" of different images on the two eyes of a viewer based on their temporal sequence in the image stream and synchronized with this sequence shutter mechanism of the individual lenses:
- - Holographic method: The "distribution" of different images on the two eyes of a viewer based on interference and Defraktionseffekten, which are generated by means of coherent light sources.
- Lenticular method: The "distribution" of different images onto the two eyes of a viewer is based on optical or spatial coding of the information and its decoding by means of cylindrical lenses.
Im Folgenden wird noch näher auf Lentikularverfahren eingegangen: Bekannt ist die Anwendung von Lentikularverfahren für so genannte „Wackelbilder” und/oder Stereografie. Lentikularverfahren sind zum Erzielen eines Stereoeffekts ohne Hilfsmittel, die den Betrachter „belasten” (wie etwa eine Spezialbrille) geeignet.Lenticular procedures are described in more detail below: The application of lenticular procedures for so-called "wobbly images" and / or stereography is known. Lenticular procedures are suitable for achieving a stereo effect without aids that "load" the viewer (such as special goggles).
Das auf eine spezielle Art und Weise kodierte Bild wird bei bekannten Lentikularverfahren typischerweise mittels einer Reihe halbzylindrischer Linsen dekodiert, die in einer sehr großen Dichte (40–90 Stück pro Zoll) aneinander gereiht sind. In der Regel werden diese zusammen mit dem „Unterboden” aus durchsichtigem Kunststoff hergestellt und zu einer flexiblen Folie/Schicht verarbeitet.The image coded in a specific manner is typically decoded in known lenticular processes by means of a series of semi-cylindrical lenses which are lined up in a very high density (40-90 pieces per inch). As a rule, these are produced together with the "underbody" of transparent plastic and processed into a flexible film / layer.
Das Prinzip, auf welchem die lentikulare Stereografie basiert, nämlich das Prinzip einer Ablenkung von Lichtstrahlen in unterschiedliche Richtungen mittels einer Matrix von optischen Körpern, zeigt
Bei stereoskopischen Lentikularverfahren wird die Bildinformation auf die Streifen in verschiedenen Teilen des Lentikularbildes derart „sortiert”, dass dem rechten und dem linken Auge des Betrachters jeweils ein Bild in der entsprechenden Perspektive auf die Szene bzw. das Objekt dargestellt wird. Somit sieht der Betrachter die derart dargestellte Szene räumlich. Es sind Darstellungen von Objekten in unterschiedlichen Tiefen erzeugbar, d. h. von Objekten, die sich virtuell hinter der Oberfläche des Streifenbildes befinden, und von Objekten, die sich virtuell von der Fläche des Streifenbildes abheben, d. h. vor der Bildebene gesehen werden. Bei einer Änderung des Sichtwinkels, z. B. durch Kopfbewegung und/oder Augenbewegung, können mehrere Bildpaare nacheinander gesehen werden.In stereoscopic lenticular imaging, the image information is "sorted" onto the strips in different parts of the lenticular image such that the viewer's right and left eyes are each presented with an image in the corresponding perspective on the scene or object. Thus, the viewer sees the scene represented spatially. There are representations of objects in different depths generated, d. H. objects that are virtually behind the surface of the stripe image and objects that virtually stand out from the surface of the stripe image, d. H. be seen in front of the picture plane. When changing the viewing angle, z. B. by head movement and / or eye movement, several pairs of images can be seen in succession.
Bei den heute bekannten Head-up-Displays (HUD) in Kraftfahrzeugen wird der Eindruck des Fahrers, dass ein mittels des HUD dargestelltes virtuelles Objekt in ca. 2 bis 2,5 Meter Entfernung vor dem Fahrer schwebt, dadurch erzeugt, dass das Bild von einem Display mit mehreren Spiegel „gefaltet” (d. h. mehrfach gespiegelt) wird. Es werden dabei oft hochpräzise und kostspielige gekrümmte Spiegel eingesetzt. Das Funktionsprinzip heutiger Head-up-Displays eignet sich nicht für eine Darstellung von Objekten oder Bildern, die aus Sicht des Betrachters große Teile der Windschutzscheibe abdecken bzw. abdecken sollen, da hierfür eine extrem komplexe und aufwändige Optik erforderlich wäre. Derzeit erlauben Head-up-Displays in Kraftfahrzeugen insbesondere die Darstellung von Piktogrammen und Symbolen, die vom Betrachter als in einem bestimmten virtuellen Abstand „in der Luft hängend” wahrgenommen werden. Head-up-Displays zur Darstellung dreidimensionaler Objekte und/oder zur gleichzeitigen Darstellung mehrerer ebener Objekte in unterschiedlichen Tiefenebenen sind nicht marktverfügbar. Ein Nachteil mancher marktverfügbarer Head-up-Displays ist ein störender Doppelbildeffekt, verursacht durch parasitäre Reflexionen. Solche parasitäre Reflexionen entstehen insbesondere bei Nutzung normaler Glasscheiben als Combiner des Head-up-Displays. Sie werden derzeit, wenn überhaupt, durch eine sehr aufwändige und kostspielige Methode eliminiert, nämlich durch das Vorsehen eines keilförmigen Verlaufs einer in die Windschutzscheibe eingearbeiteten Zwischenschicht.In today's known head-up displays (HUD) in motor vehicles, the driver's impression that a virtual object represented by means of the HUD hovers in front of the driver at a distance of about 2 to 2.5 meters is generated by the fact that the image of a display with multiple mirrors "folded" (ie mirrored several times). Often, highly precise and costly curved mirrors are used. The functional principle of today's head-up displays is not suitable for displaying objects or images that are intended to cover or cover large parts of the windshield as far as the observer is concerned, since this would require an extremely complex and complex optical system. Currently, head-up displays in motor vehicles in particular allow the display of pictograms and symbols, which are perceived by the viewer as "suspended in the air" at a certain virtual distance. Head-up displays for displaying three-dimensional objects and / or for simultaneously displaying a plurality of planar objects in different depth levels are not available on the market. A disadvantage of some marketable head-up displays is a disturbing double image effect, caused by parasitic reflections. Such parasitic reflections arise in particular when using normal glass panes as a combiner of the head-up display. They are currently being eliminated, if at all, by a very elaborate and costly method, namely the provision of a wedge-shaped course of an intermediate layer incorporated into the windshield.
Gemäß der hier vorgestellten Ausführungsform der Referenzlehre wird eine Head-Up-Abbildung in einem Kraftfahrzeug mit einer Matrix aus optischen Körpern erzeugt. Die optischen Körper brechen das durch bestimmte Leuchtelemente bzw. Leuchtpunkte erzeugte Licht in derartige Abstrahlungsrichtungen, dass diese Strahlen nach der Reflektion an der Windschutzscheibe die Ansichten auf die abzubildende Szene aus mehr als einer Perspektive ergeben. In anderen Worten: die optischen Körper stellen Ablenkmittel dar, die im Strahlengang des Head-up-Displays zwischen einer Anzeigeeinheit, die hier im Wesentlichen als eine Matrix von Leuchtpunkten betrachtet wird, und der Windschutzscheibe angeordnet sind, und die optischen Körper lenken Lichtstrahlen unterschiedlicher Leuchtpunkte in unterschiedliche Abstrahlrichtungen ab; die optischen Körper und die Anzeigeeinheit sind dabei derart beschaffen und zueinander angeordnet und auf der Anzeigeeinheit werden derartige Bildinformationen erzeugt, dass für das linke Auge eines Fahrzeuginsassen ein für das linke Auge bestimmtes Einzelbild sichtbar ist und dass für das rechte Auge des Fahrzeuginsassen ein für das rechte Auge bestimmtes Einzelbild sichtbar ist.According to the embodiment of the reference teaching presented here, a head-up image is generated in a motor vehicle with a matrix of optical bodies. The optical bodies break the light generated by certain light-emitting elements or luminous dots in such directions of radiation that these rays after reflection on the windshield yield the views of the scene to be imaged from more than one perspective. In other words, the optical bodies represent deflection means which are arranged in the beam path of the head-up display between a display unit, which is essentially considered here as a matrix of luminous dots, and the windshield, and the optical bodies deflect light beams of different luminous spots in different directions from; The optical body and the display unit are arranged and arranged to one another and on the display unit such image information is generated that for the left eye of a vehicle occupant a particular image intended for the left eye is visible and that for the right eye of the vehicle occupant for the right Eye specific frame is visible.
Um dies zu bewirken, muss die abzubildende Szene geeignet in ein von der Anzeigeeinheit auszugebendes Bild kodiert werden. Dies muss derart geschehen, dass die Verteilung der Leuchtintensität und Farbe für jedes Leuchtelement bzw. jeden Leuchtpunkt der Anzeigeeinheit in Abhängigkeit von dem zu erzielendem Abstrahlwinkel ausgestaltet ist.To effect this, the scene to be imaged must be appropriately encoded into an image to be output from the display unit. This must be done in such a way that the distribution of the luminous intensity and color for each luminous element or each luminous point of the display unit is configured as a function of the radiation angle to be achieved.
Es erfolgt bei dem hier beispielhaft vorgestellten Head-up-Display also eine Projektion einer für zumindest einen Fahrzeuginsassen sichtbaren Abbildung unter Einbezug einer Matrix optischer Körper, welche die Strahlen von verschiedenen Leuchtpunkten in verschiedene ihnen zugewiesene Abstrahlrichtungen lenkt. Die zu projizierende Szene wird dabei derart in das von der Anzeigeeinheit auszugebende Bild umgesetzt, gewissermaßen derart kodiert, dass die sich nach der Reflexion an der Windschutzscheibe ergebenden Strahlenwinkel jeden Punkt der Szene für den Betrachter in einer – der Dreidimensionalität der Szene entsprechenden – Tiefe erscheinen lassen. Thus, in the case of the head-up display presented here by way of example, a projection of a map visible to at least one vehicle occupant takes place, taking into account a matrix of optical bodies which direct the beams from different luminous points into different emission directions assigned to them. In this case, the scene to be projected is converted into the image to be output by the display unit, so to speak encoded such that the resulting after the reflection on the windshield beam angle each point of the scene for the viewer in a - corresponding to the three-dimensionality of the scene - depth appear ,
Im Gegensatz zu marktverfügbaren 3D-Displays werden bei dem hier anhand eines Beispiels erläuterten Verfahren gemäß Referenzlehre die besonderen optischen Verhältnisse eines Head-up-Displays, insbesondere die Reflexion an der Windschutzscheibe berücksichtigt. Ein Kerngedanke der Referenzlehre ist also nicht nur darin zu sehen, ein stereoskopisches Bild bzw. Video als solches zu erzeugen, sondern darin, eine stereoskopische Reflexion an der Windschutzscheibe entsprechend den realen Fahrzeuggegebenheiten – wie auch der Beschaffenheit der Windschutzscheibe – zu erzeugen. Dazu wird zum einen ein Satz von Abstrahlwinkeln derart zwischen den Abstrahlrichtungen kodiert, dass sich nach der Reflexion an der Windschutzscheibe die gewünschte stereoskopische Abbildung für den Benutzer ergibt. Zum anderen wird der Besonderheit Rechnung getragen, dass bei einem herkömmlichen 3D-Display der Abstrahlwinkelunterschied für das rechte und linke Auge für eine bestimmte Abbildungstiefe immer konstant ist, was bei Reflexion an einer in sich gekrümmten bzw. gewölbten Windschutzscheibe nicht der Fall ist.In contrast to market-available 3D displays, the particular optical conditions of a head-up display, in particular the reflection on the windshield, are taken into account in the method explained here by way of example with reference to an example. A core idea of the reference theory is therefore not only to be seen in producing a stereoscopic image or video as such, but in creating a stereoscopic reflection on the windshield according to the real vehicle conditions - as well as the nature of the windshield. For this purpose, on the one hand, a set of emission angles is coded between the emission directions in such a way that the desired stereoscopic image results for the user after reflection on the windscreen. On the other hand, the special feature is taken into account that in a conventional 3D display, the beam angle difference for the right and left eye is always constant for a specific imaging depth, which is not the case with reflection on a curved or arched windshield.
Der Begriff Kodierung des Bildes steht hier für die Ermittlung der Leuchtwerte der Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit für eine darzustellende resultierende Abbildung. Diese Kodierung kann ausgestaltet sein durch eine Zuordnung der Bildelemente zu den entsprechenden benötigten Abstrahlwinkeln und Ermittlung der zu betätigenden Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit, damit sich mittels der Strahlenablenkung im Ablenkmittel die benötigten Strahlenwinkel ergeben. Im Wortlaut der Patentansprüche besteht die Kodierung in der Zuordnung von Bildpunkten der (den einzelnen Augen im Ergebnis darzustellenden) Einzelbilder zu Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit.The term coding of the image here stands for the determination of the luminous values of the luminous dots of the display unit for a resulting image to be displayed. This coding can be configured by an assignment of the picture elements to the corresponding required emission angles and determination of the luminous points of the display unit to be actuated so that the required beam angles result by means of the beam deflection in the deflection means. In the wording of the claims, the coding consists in the assignment of pixels of the (the individual eyes to be displayed in the result) individual images to luminous points of the display unit.
Die Tiefe, in der jeder Punkt einer Szene beispielsweise vom Fahrer gesehen wird, ist vom Winkel zwischen den Strahlen abhängig, die in das rechte und linke Auge des Fahrers eintreffen (Triangulation).The depth at which each point of a scene is seen by the driver, for example, depends on the angle between the rays entering the right and left eyes of the driver (triangulation).
Das vorgestellte Verfahren eignet sich sowohl als – insbesondere kostengünstige und Platz sparende – Variante eines konventionellen Head-up-Displays als auch zur Darstellung mehrerer unterschiedlich weit vom Fahrer entfernt befindlicher virtueller Objekte. Dabei kann zu Gunsten einer einfachen Realisierung gegebenenfalls auch die Anzahl der unterschiedlichen Tiefenebenen – im Gegensatz zu einer vollwertigen 3D-Darstellung – gering gehalten werden.The presented method is suitable both as - in particular cost-effective and space saving variant of a conventional head-up display as well as representing multiple virtual objects located far from the driver. In this case, the number of different depth levels - in contrast to a full-fledged 3D display - may also be kept low in favor of a simple implementation.
Zwei bevorzugte Ausgestaltungsvarianten für das Verfahren gemäß Referenzlehre werden im Folgenden dargestellt.Two preferred embodiments of the method according to reference theory are shown below.
Ausgestaltungsvariante
Die Matrix optischer Körper
Sie sind rotationssymmetrisch bezüglich einer Senkrechten dieser Verteilungsebene. Die Spalten der Matrix sind hier äquidistant angeordnet, ebenso die Zeilen der Matrix. Die Ebene mit den optischen Körpern verläuft parallel zu der Ebene des Displays und die optischen Körper liegen mit geringem Abstand über den Pixeln des Displays. Dabei werden durch einen einzigen optischen Körper die Lichtstrahlen mehrerer Pixel in unterschiedliche Richtungen abgelenkt.They are rotationally symmetric with respect to a vertical of this distribution plane. The columns of the matrix are arranged equidistant here, as are the rows of the matrix. The plane with the optical bodies is parallel to the plane of the display and the optical bodies are at a small distance above the pixels of the display. In this case, the light beams of several pixels are deflected in different directions by a single optical body.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung kann (bei beiden Ausgestaltungsvarianten) so ausgestaltet sein, dass jeder optische Körper eine Gruppe von 4 (= 2×2) oder 9 (= 3×3) oder 16 (= 4×4) oder 25 (= 5×5) oder 36 (= 6×6) oder 49 (= 7×7) oder 64 (= 8×8) oder 81 (= 9×9) oder 100 (= 10×10) Leuchtpixeln bzw. Durchlichtpixeln abdeckt und somit für diese Pixel die Kodierung des Bildes zur Abstrahlung unterschiedlicher Bildinformation in unterschiedliche Richtungen erlaubt.The method or the device may be configured (in both embodiments) such that each optical body has a group of 4 (= 2 × 2) or 9 (= 3 × 3) or 16 (= 4 × 4) or 25 (= 5 × 5) or 36 (= 6 × 6) or 49 (= 7 × 7) or 64 (= 8 × 8) or 81 (= 9 × 9) or 100 (= 10 × 10) light pixels and / or transmitted light pixels Thus, for these pixels, the coding of the image to the radiation of different image information in different directions allowed.
Vorteilhafterweise können – aufgrund der konkreten Anwendungssituation beim HUD im Kraftfahrzeug, in welcher die Anforderungen an die Auflösung in Richtung quer zur Fahrtrichtung im Hinblick auf die Bildcodierung deutlich höher sind als vertikal – die von einem optischen Körper
Die optischen Körper
Bei den meisten heute marktverfügbaren Head-up-Displays wird eine an der Windschutzscheibe entstehende Verzeichnung bzw. Verzerrung des Bildes mittels eines hochwertigen verkrümmten Spiegels ausgeglichen, was sehr kostspielig ist. Dies ist noch praktizierbar bei relativ kleinen Abbildungsflächen des HUD, für große Abbildungsflächen erscheint dieser Ansatz jedoch inpraktikabel und unangemessen teuer. Die Korrektur der Verbautoleranzen und Fokussierung werden dabei durch sehr aufwendige mechanische Justage optischer Elemente erreicht.Most of today's marketable head-up displays compensate for distortion of the image due to a high-quality curved mirror, which is very costly. This is still practicable with relatively small imaging surfaces of the HUD, but for large imaging surfaces this approach appears impractical and unreasonably expensive. The correction of installation tolerances and focusing are achieved by very complex mechanical adjustment of optical elements.
Um eine Verzeichnung bzw. Verzerrung des dem Betrachter dargebotenen Bildes anderweitig zu vermeiden, wird vorgeschlagen, bei der Kodierung des Bildes nicht nur die Stereobasis für die Abbildung zu erzeugen, sondern auch den Einfluss der Krümmung der Windschutzscheibe auf die Fokussierung elektronisch auszugleichen. Somit können auch Einflüsse unterschiedlich verbauter oder unterschiedlich gekrümmter Windschutzscheiben auf die Fokussierung großformatiger Inhalte sehr viel einfacher korrigiert werden, als dies z. B. durch weitere optische Körper und deren Justage möglich wäre.To otherwise distort a distortion of the image presented to the viewer To avoid this, it is proposed not only to generate the stereo base for the image when coding the image, but also to electronically compensate the influence of the curvature of the windshield on the focusing. Thus, influences of differently built or differently curved windshields on the focusing of large-format content can be corrected much easier than z. B. by further optical body and their adjustment would be possible.
Insbesondere wird der ortsabhängige Unterschied des Strahlengangs aufgrund der Beschaffenheit reflektierender Flächen, insbesondere der Windschutzscheibe, zumindest teilweise durch die Kodierung des Bildes ausgeglichen.In particular, the location-dependent difference of the beam path due to the nature of reflective surfaces, in particular the windshield, at least partially offset by the coding of the image.
Das so geschaffene Verfahren bzw. eine so geschaffene Vorrichtung erlaubt es, jeden Teil des Bildes nicht nur mit einer bestimmten Helligkeit und Farbe darzustellen, sondern auch mehrere Teilabbildungen nach Abstrahlwinkeln zu „sortieren”. Daher ist es auch möglich, den ortsabhängigen Unterschied im Strahlengang der an der Windschutzscheibe entsteht, mittels der Berücksichtigung einer entsprechenden Umkehrfunktion bei der Kodierung (Bildaufbereitung) der darzustellenden Szene auszugleichen (vgl.
Das hier vorgestellte Verfahren unterscheidet sich von bekannten Verfahren zur elektronischen Entzerrung, z. B. eines Kamerabilds, insbesondere darin, dass die Korrekturfunktion sich nicht nur auf die Position eines Punktes auf einem Display, sondern alternativ oder zusätzlich auf die Einkodierung des Abstrahlwinkels bezieht, was selbstverständlich nicht dasselbe ist.The method presented here differs from known methods for electronic equalization, z. As a camera image, in particular, that the correction function is not only the position of a point on a display, but alternatively or additionally refers to the encoding of the emission angle, which is of course not the same.
Das hier vorgestellte Verfahren wird insbesondere zusätzliche Relevanz gewinnen, wenn der zu erwartende funktionale Zuwachs im Bereich der Head-up-Display-Anzeigen zukünftig den Wunsch bzw. die Nachfrage nach größeren Anzeigeflächen von Head-up-Displays wecken wird, z. B. für Fahrerassistenzsysteme mit einer vollflächigen und/oder kontaktanalogen Informationsdarstellung auf der gesamten Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs. Da es weder praktikabel noch bezahlbar wäre, einen – auch hinsichtlich lokaler Krümmungsunterschiede – entsprechend gekrümmten Spiegel in der erforderlichen Größe und Güte bereitzustellen, ist das oben beschriebene Verfahren für große Flächen wesentlich einfacher umsetzbar. Geeignete Projektions- und/oder Ablenkmittel können dabei beispielsweise entlang des Armaturenbretts „ausgerollt” oder zumindest mit geringer Eindringtiefe in das Armaturenbrett integriert werden.The method presented here will in particular gain additional relevance if the expected functional growth in the field of head-up display displays will in future arouse the desire or demand for larger display areas of head-up displays, eg. B. for driver assistance systems with a full-surface and / or contact-analog information display on the entire windshield of a motor vehicle. Since it would be neither practicable nor affordable to provide a correspondingly curved mirror of the required size and quality, even with regard to local differences in curvature, the method described above is much simpler to implement for large areas. Suitable projection and / or deflection means can, for example, be "rolled out" along the dashboard or at least integrated with a low penetration depth into the dashboard.
Bei heute bekannten bzw. marktverfügbaren HUDs wird oft eine sehr komplexe Kalibrierung durchgeführt, die darin besteht, bestimmte optische Teile bzw. das eigentliche HUD-Modul, derart auszurichten, dass Fertigungstoleranzen des Fahrzeugs und der Windschutzscheibe ausgeglichen werden und ein wie gewünscht positioniertes, scharfes Bild für den Betrachter erreicht wird.In today known or marketable HUDs often a very complex calibration is performed, which is to certain optical parts or the actual HUD module, align such that manufacturing tolerances of the vehicle and the windshield are compensated and positioned as desired, sharp picture is reached for the viewer.
Vorzugsweise wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren mittels einer geeigneten Anpassung, insbesondere automatischen Ermittlung, softwaremäßiger Parameter der Bild-Kodierung eine Kalibrierung auf das jeweilige individuelle Fahrzeug durchgeführt, durch welche Fertigungstoleranzen des Fahrzeugs und der Windschutzscheibe ausgeglichen werden. Somit können identische oder ähnliche Vorrichtungen der vorgeschlagenen Art (d. h. dasselbe Produkt) für verschiedene Fahrzeugmodelle mit verschiedenen Windschutzscheibenkrümmung Anwendung finden, wobei lediglich bestimmte (ggf. auch alle) Parameter der Winkelkodierung fahrzeugindividuell per Software angepasst werden. Vorzugsweise erfolgt die Kalibrierung der Vorrichtung in einem Fahrzeug mittels einer automatischen Ermittlung der Kodierparameter. Solche Kodierparameter können insbesondere Parameter für die Verteilung der Helligkeit und/oder Farbe auf die Pixel der Vorrichtung sein, die erforderlich sind, um eine darzustellende Szene und/oder ein darzustellendes Objekt nach der Reflexion an der Windschutzscheibe in der vorgegebenen Tiefe und Abbildungsschärfe erscheinen zu lassen.Preferably, in the proposed method by means of a suitable adaptation, in particular automatic determination, Software parameters of the image encoding carried out a calibration to the respective individual vehicle, by which manufacturing tolerances of the vehicle and the windscreen are compensated. Thus, identical or similar devices of the proposed type (ie, the same product) for different vehicle models with different windshield curvature apply, with only certain (possibly all) parameters of the angle encoding vehicle-individually adjusted by software. The calibration of the device in a vehicle preferably takes place by means of an automatic determination of the coding parameters. Such coding parameters may in particular be parameters for the distribution of the brightness and / or color on the pixels of the device which are required to make a scene to be displayed and / or an object appear after reflection on the windshield at the predetermined depth and sharpness of image ,
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens bzw. der beschriebenen Vorrichtung ist die beschriebene Art der Kompensation optischer Eigenschaften der Windschutzscheibe auf Basis einer Look-up-Tabelle ausgeführt, welche die erforderliche Abstrahlwinkelveränderung für bestimmte Stützpunkte im Bild enthält.According to a preferred embodiment of the described method or the described device, the described type of compensation of optical properties of the windshield is carried out on the basis of a look-up table which contains the required change in the beam angle for certain reference points in the image.
Diese Punkte können nur repräsentativ für einen bestimmten Bereich des Bildes sein. Für die Ermittlung der Winkelveränderung für Punkte die sich zwischen den Stützpunkten befinden, kann dann ein Interpolationsverfahren, beispielsweise eine Spline-Interpolation, angewandt werden. Eine solche Look-up-Tabelle kann im Rahmen des oben beschriebenen Kalibriervorgangs selbst geändert werden und/oder es können die sich – gegenüber einer unveränderlichen Bezugstabelle – ergebenden Unterschiede gesondert gespeichert werden. Eine solche Handhabung der Kodierwerte verringert die erforderliche Rechenleistung und die erforderliche Speichergröße eines entsprechenden Bildaufbereitungssystems.These points can only be representative of a specific area of the image. For the determination of the angle change for points which are located between the interpolation points, an interpolation method, for example a spline interpolation, can then be used. Such a look-up table can be changed in the context of the above-described calibration procedure itself and / or the differences resulting from a fixed reference table can be stored separately. Such handling of the encoding values reduces the required computational power and memory size of a corresponding rendering system.
Wie bereits diskutiert, ist es für bestimmte Fahrerassistenzsysteme, insbesondere solche, die auf der Anzeige kontaktanaloger Information basieren, vorteilhaft, wenn das verwendete HUD eine möglichst große effektive Anzeigefläche besitzt. Bei solchen Fahrerassistenzsystemen können dann im Sinne einer Augmentierung des Realbilds der Fahrzeugumgebung bestimmte Symbole ins HUD eingeblendet werden, die eng mit der realen Welt korrespondieren, z. B. können Navigationspfeile eines Navigationssystems dann derart eingeblendet werden, dass diese mit den realen Fahrspuren der Fahrbahn übereinstimmen und/oder es können Hindernisse in der realen Welt „markiert” werden. Wie ebenfalls bereits diskutiert, ist eine bloße flächenmäßige Vergrößerung eines HUD nach heutigem Stand der Technik jedoch schwer realisierbar und finanzierbar. Zudem hätte die bloße flächenmäßige Vergrößerung eines HUD nach heutigem Stand der Technik aber den Nachteil, dass die Position einer durch das HUD erzeugten Anzeige in Bezug auf die reale Welt von der Augenposition des Fahrers abhängig wäre, d. h. eine unabhängig von der Kopf-/Augenposition des Betrachters erzeugte Anzeige würde aus Sicht des Betrachtes in der realen Welt wandern und/oder die Korrektur von Spiegelungsverzeichnungen an der Windschutzscheibe würde nur für bestimmte Kopf-/Augenpositionen zufriedenstellend funktionieren.As already discussed, it is advantageous for certain driver assistance systems, in particular those based on the display of contact-analogue information, if the HUD used has the largest possible effective display area. In such driver assistance systems, in the sense of an augmentation of the real image of the vehicle environment, certain symbols can be superimposed into the HUD, which correspond closely with the real world, for example, in the HUD. B. navigation arrows of a navigation system can then be displayed such that they match the real lanes of the road and / or obstacles in the real world can be "marked". As already discussed, however, a mere areal enlargement of a HUD according to the current state of the art is difficult to realize and affordable. Moreover, the mere areal magnification of a prior art HUD would have the disadvantage that the position of a display generated by the HUD in relation to the real world would depend on the driver's eye position, i. H. an indication generated independently of the observer's head / eye position would migrate from the point of view of the real world and / or the correction of mirror distortion on the windshield would only work satisfactorily for certain head / eye positions.
Um dies zu verhindern, ist es bekannt, das vom HUD dargestellte Bild permanent auf die Position der Augen bzw. des Kopfes des Betrachters anzupassen.In order to prevent this, it is known to permanently adapt the image represented by the HUD to the position of the eyes or the head of the observer.
Als Weiterbildung des Verfahrens gemäß Referenzlehre wird vorgeschlagen, dementsprechend den Strahlengang des HUD permanent auf die Position der Augen des Benutzers anzupassen. In anderen Worten, d. h. im Anspruchswortlaut, wird die Zuordnung durch die Bildpunktzuordnungsmittel in Abhängigkeit von der Kopfposition und/oder Augenposition des Insassen variiert. Mittels des Head-Up-Displays gemäß Referenzlehre kann dies derart erfolgen, dass das Winkelverhältnis zwischen den Strahlen konstant bleibt oder sich nach vorbestimmten Kriterien verändert. Die Position der Augen des Betrachters, insbesondere des Fahrers, kann hierzu mittels einer Innenraumkamera in einem Eye-Tracking-Verfahren erfasst werden oder es kann im vereinfachten Fall der Strahlengang abhängig von der Sitzposition und/oder von persönlichen Einstellungen des Benutzers angepasst werden. Dies kann bei dem Verfahren gemäß Referenzlehre deswegen besonders vorteilhaft und einfach durchgeführt werden, weil die maßgeblichen Parameter sehr schnell per Software verstellt werden können. Insbesondere kann die Bildkodierung auf die aktuelle Kopfposition des Betrachters adaptiert werden, indem – sofern eine solche Tabelle Verwendung findet – die Werte der oben genannten Look-up-Tabelle oder einer anderen Stützpunktetabelle entsprechend adaptiert werden.As a development of the method according to the reference theory, it is proposed to adapt the beam path of the HUD permanently to the position of the user's eyes accordingly. In other words, d. H. in the claim text, the assignment is varied by the pixel allocation means in dependence on the head position and / or eye position of the occupant. By means of the head-up display according to reference theory, this can be done in such a way that the angular relationship between the beams remains constant or changes according to predetermined criteria. The position of the eyes of the observer, in particular of the driver, can be detected by means of an interior camera in an eye-tracking method or it can be adapted in the simplified case, the beam path depending on the seating position and / or personal settings of the user. This can be carried out particularly advantageous and simple in the method according to reference theory because the relevant parameters can be adjusted very quickly by software. In particular, the image coding can be adapted to the current head position of the observer by - if such a table is used - the values of the above look-up table or another interpolation table are adapted accordingly.
Ein weiterer Vorteil einer solchen Ausgestaltung der Referenzlehre betrifft den Fall der Informationsdarstellung an mehrere Betrachter, insbesondere Fahrer und Beifahrer. Die zu Fahrer und Beifahrer gerichteten Bilder können so nämlich getrennt voneinander, d. h. für jeden Betrachter separat und in Abhängigkeit von dessen jeweiliger aktueller Situation und Sitzposition, auskorrigiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass eine bloße Verschiebung des Bildinhalts bei der Darstellung einer 3D-Szene hierzu nicht ausreicht; erforderlich ist alternativ oder zusätzlich vielmehr eine Winkeländerung. Dies ist auf Basis der oben beschriebenen Adaption der Kodierung einfach machbar, indem die Adaption für jeden Betrachter separat durchgeführt wird.Another advantage of such a refinement of the reference theory relates to the case of the presentation of information to a plurality of observers, in particular driver and front passenger. The images directed towards the driver and front passenger can thus be corrected separately from one another, ie separately for each observer and depending on their respective current situation and sitting position. It should be noted that a mere shift of the image content in the representation of a 3D scene is not sufficient for this purpose; required is alternatively or additionally rather an angle change. This is based on the above-described adaptation of the coding simply feasible by performing the adaptation separately for each viewer.
Im Fall der Informationsdarstellung an mehrere Betrachter, insbesondere Fahrer und Beifahrer, kann diesen mehreren Betrachtern im einfachsten Fall dieselbe Anzeige präsentiert werden. Ein Head-up-Display der vorgestellten Art erlaubt es jedoch auch, unterschiedliche Bildinhalte für unterschiedliche Abstrahlrichtungen darzustellen. Somit können auch unterschiedlichen Benutzern unterschiedliche Bildinhalte dargeboten werden, d. h. aus verschiedenen Beobachtungspositionen im Kraftfahrzeug sind unterschiedliche Bildinhalte zu sehen.In the case of information presentation to a plurality of viewers, in particular driver and front passenger, the same view can be presented to these multiple viewers in the simplest case. However, a head-up display of the type presented also makes it possible to represent different image contents for different radiation directions. Thus, different image content can also be presented to different users, i. H. from different observation positions in the motor vehicle, different image contents can be seen.
Somit könnte beispielsweise eine Anzeigeform erreicht werden, bei welcher der – sich überwiegend der Fahraufgabe widmende – Fahrer die für diese Fahraufgabe relevanten Navigationspfeile formatfüllend auf der Windschutzscheibe sieht, während dem Beifahrer die Anzeigen eines Bordcomputers, eines Reiseführers oder die Grafikausgabe eines Videospiels – ebenfalls formatfüllend – auf der Windschutzscheibe dargestellt werden. Die Bildinhalte für unterschiedliche Betrachter können also vollständig voneinander abweichen; sie können freilich auch ähnlicher Art, jedoch mit betrachterindividuellen Zusätzen/Optionen ausgestaltet sein.Thus, for example, a display form could be achieved in which the - predominantly the driving task dedicates - driver relevant for this driving task navigational arrows on the windscreen, while the passenger the displays of an onboard computer, a travel guide or the graphics output of a video game - also format filling - be displayed on the windshield. The image content for different viewers can therefore be completely different; Of course, they can also be of similar type, but with viewer-specific additions / options.
Ein nach dem vorgeschlagenen Verfahren gestaltete Abbildungsvorrichtung kann sehr flach ausgestaltet werden, vgl.
Lassen sich parasitäre Doppel- oder Mehrfachbilder nicht oder nur unzureichend durch die Struktur der Windschutzscheibe vermeiden, werden gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Referenzlehre Spiegeleffekte an der Windschutzscheibe dadurch unterdrückt, dass die Projektionsfläche innerhalb des Nutzabstrahlwinkels, in anderen Worten der Winkelbereich, in dem zu Darstellungszwecken projiziert wird, mit einer Offsetlichtstärke beleuchtet wird. An Stellen, wo – ohne weitere Maßnahmen – ein Doppelbild entstehen würde, kann dieses von dem zu projizierendem Bild rechnerisch, insbesondere in einer Bildvorverarbeitung abgezogen, d. h. subtrahiert, werden. Ein Doppelbild an der Windschutzscheibe wird gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung der Referenzlehre also zumindest teilweise kompensiert, indem einem darzustellenden Nutzbild ein weitgehend konstantes Ausleuchtungsniveau hinzugefügt wird und von dem Ergebnis das vorausberechnete Doppelbild rechnerisch subtrahiert wird. Analog kann mit anderen Störbildern, insbesondere Mehrfachbildern und/oder mehrfach reflektierten parasitären Abbildungen verfahren werden.If parasitic double or multiple images can not or only insufficiently be avoided by the structure of the windshield, according to a preferred development of the reference theory, mirror effects on the windscreen are suppressed by projecting the projection surface within the useful radiation angle, in other words the angular range in which for illustration purposes is illuminated with an offset light intensity. In places where - without further measures - a double image would arise, this can be deducted from the image to be projected mathematically, in particular in an image preprocessing, d. H. be subtracted. A double image on the windshield is thus at least partially compensated according to this preferred development of the reference theory by adding a largely constant illumination level to a displayed payload image and subtracting the precalculated double image by calculation from the result. Analogously, it is possible to proceed with other interference images, in particular multiple images and / or multiply reflected parasitic images.
Eine solche Weiterbildung der Referenzlehre kann auch zusammen mit dem oben genannten – auf dem Profil der Windschutzscheibe basierenden – bekannten optischen Verfahren zur Vermeidung parasitärer Doppel- oder Mehrfachbilder angewandt werden. Such a refinement of the reference theory can also be used together with the above-mentioned - based on the profile of the windshield - known optical methods for avoiding parasitic double or multiple images.
Die elektronische Kompensation muss sich dann „nur noch” auf restliche, nach der optischen Kompensation noch verbleibende (und für die menschliche Wahrnehmung noch relevante) parasitäre Doppel- oder Mehrfachbilder beziehen.The electronic compensation must then "only" refer to remaining parasitic double or multiple images remaining after optical compensation (and still relevant to human perception).
Da das Doppelbild im Vergleich zum Nutzbild geringfügig anders gekrümmt ist, ist die kompensierende Subtraktion des vorausberechneten Doppelbildes vorteilhafterweise abstrahlwinkelabhängig auszuführen.Since the double image is slightly differently curved compared to the payload, the compensating subtraction of the pre-calculated double image is advantageously carried out depending on the emission angle.
Bei Ausführung der Referenzlehre gemäß der obigen Weiterbildung würde die erzeugte Gesamtabbildung auch außerhalb des Nutzbildes leicht – mit der Helligkeit des konstanten Ausleuchtungsniveaus – „leuchten”, was insbesondere bei Nacht störend wirken kann.When carrying out the reference teaching according to the above development, the overall image produced would also "outside" the Nutzbildes easily - with the brightness of the constant illumination levels - "shine", which can be particularly disturbing at night.
Um dies zu vermeiden kann folgendermaßen vorgegangen werden. Die Leuchtpunkte werden mittels einer oder mehrerer kohärenter Lichtquellen ausgestaltet. Somit kann der Wert der Ausleuchtung an einer bestimmten Stelle grundsätzlich – wie beispielsweise an sich aus der Holographie bekannt ist – mit gegenphasigem kohärenten Licht neutralisiert werden.To avoid this, you can proceed as follows. The luminous dots are designed by means of one or more coherent light sources. Thus, the value of the illumination at a certain point in principle - as is known, for example, from holography - be neutralized with antiphase coherent light.
Unter Anwendung dieses Prinzips können im Falle der Verwendung kohärenter Lichtquellen, beispielsweise Laserdioden, Störbilder mittels eines in der Phase verschobenen Bildes ausgelöscht, d. h. selektiv subtrahiert werden. Eine Offsetbeleuchtung wird dann nicht benötigt.Using this principle, in the case of using coherent light sources, such as laser diodes, clutter images can be canceled out by means of a phase shifted image, i. H. be selectively subtracted. Offset lighting is not required.
Eine praktische Umsetzung ist bereits unter Nutzung einer einzigen Laserlichtquelle technisch und wirtschaftlich realisierbar, beispielsweise gemäß der Anordnung aus
Ende des Einschubs REFERENZLEHRE.End of the module REFERENCE.
Die Erfindung knüpft an die obige Referenzlehre an bzw. stimmt in vielen (jedoch nicht notwendigerweise allen) Einzelheiten mit dieser Referenzlehre überein. Besonders vorteilhaft erscheint eine Kombination der Erfindung mit der Referenzlehre bzw. mit den oben beschriebenen einzelnen Ausführungsformen und/oder Weiterbildungen der Referenzlehre.The invention follows on from the above reference teaching, or in many (but not necessarily all) details is consistent with this reference teaching. A combination of the invention with the reference teaching or with the individual embodiments and / or further developments of the reference teaching described above appears to be particularly advantageous.
Die Erfindung sieht ein Head-up-Display zur Informationsanzeige in einem Kraftfahrzeug vor, welches Anzeigemittel aufweist mit einer Anzeigeeinheit, auf welcher Leuchtpunkte erzeugbar sind, deren Lichtstrahlen durch Spiegelung an der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs für einen Insassen des Kraftfahrzeugs sichtbar sind, welches Ablenkmittel aufweist, die im Strahlengang des Head-up-Displays zwischen der Anzeigeeinheit und der Windschutzscheibe angeordnet sind und Lichtstrahlen unterschiedlicher Leuchtpunkte in unterschiedliche Abstrahlrichtungen ablenken, welches Bilderzeugungsmittel aufweist zur Erzeugung zumindest eines für ein Auge des Insassen bestimmten Einzelbilds einer Informationsanzeige und welches Bildpunktzuordnungsmittel aufweist zur Zuordnung von Bildpunkten des Einzelbilds zu Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit. Erfindungsgemäß sind die Ablenkmittel und die Anzeigeeinheit derart beschaffen und zueinander angeordnet und die Bildpunkte der Einzelbilder sind den Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit derart durch die Bildpunktzuordnungsmittel zuordbar, dass sich die auf der Retina des Auges des Insassen auftreffenden Lichtstrahlen mehrerer unterschiedlicher Leuchtpunkte im Wesentlichen in einem Auftreffpunkt überlagern.The invention provides a head-up display for displaying information in a motor vehicle, which has display means with a display unit on which luminous points can be generated whose light beams are visible by reflection on the windshield of the motor vehicle for an occupant of the motor vehicle, which has deflection means, which are arranged in the beam path of the head-up display between the display unit and the windshield and deflect light beams of different luminous dots in different radiation directions, which image generating means for generating at least one specific to an eye of the occupant frame of an information display and which Bildpunktzuordnungsmittel comprises for the assignment of pixels of the single image to luminous points of the display unit. According to the invention, the deflection means and the display unit are arranged and arranged relative to one another and the pixels of the individual images can be assigned to the luminous points of the display unit by the pixel association means such that the light beams of a plurality of different luminous points impinging on the retina of the occupant's eye are substantially superimposed at a point of impact.
Insbesondere kann das Head-up-Display (bzw. dessen Komponenten und deren relative Anordnung) so ausgestaltet werden, dass Lichtstrahlen unterschiedlicher Leuchtpunkte, die an unterschiedlichen Punkten der Windschutzscheibe gespiegelt werden, sich bei ihrem Auftreffen auf der Retina des Auges des Insassen im Wesentlichen in einem Auftreffpunkt überlagern.In particular, the head-up display (or its components and their relative arrangement) can be configured such that light beams of different luminous spots, which are mirrored at different points of the windshield, substantially coincide with their impact on the retina of the occupant's eye superimpose a point of impact.
Werden die mehreren unterschiedlichen Leuchtpunkte, deren Lichtstrahlen sich überlagern, im Wesentlichen gleichartig angesteuert, so kann eine von dem Insassen intensiviert wahrnehmbare Informationsanzeige erreicht werden. Werden die unterschiedlichen Leuchtpunkte in unterschiedlicher Art und Weise, insbesondere in unterschiedlichen Farben angesteuert, so kann alternativ oder zusätzlich eine verbesserte Farbdarstellung erreicht werden. In beiden genannten Fällen vermag die Erfindung die Darstellungsqualität der Informationsanzeige durch das Head-up-Display zu steigern.If the plurality of different luminous points, whose light beams are superimposed, are driven in a substantially similar manner, then an information display which can be intensified by the occupant can be achieved. If the different luminous dots are driven in different ways, in particular in different colors, an improved color representation can alternatively or additionally be achieved. In both said cases, the invention is able to increase the display quality of the information display by the head-up display.
Die oben zur Referenzlehre gemachten Ausführungen zur bevorzugten Gestaltung und Anordnung der Ablenkmittel gelten gleichermaßen für die Erfindung. Insbesondere können die Ablenkmittel als Matrix optischer Körper ausgebildet und/oder in einer Ebene angeordnet sein. Auch die übrigen oben zur Referenzlehre gemachten Ausführungen zur bevorzugten gegenständlichen Gestaltung des Head-up-Displays gelten gleichermaßen für die Erfindung.The statements made above for the reference teaching on the preferred design and arrangement of the deflection means apply equally to the invention. In particular, the deflection means may be formed as a matrix of optical bodies and / or arranged in a plane. The other remarks made above regarding the reference teaching on the preferred representational design of the head-up display apply equally to the invention.
Besonderes – gegebenenfalls gegenüber der Referenzlehre erhöhtes – Augenmerk ist bei der Erfindung auf die Bildzerlegungsmittel zu richten. Die Bildzerlegungsmittel können (wie bei der Erfindung) als eigenständig oder als Teil der Bildzuordnungsmittel verstanden werden. Die Bildzerlegung in Bildpunkte erfolgt bei der Erfindung notwendigerweise anders als im Stand der Technik üblich, nämlich in sich überlagernde (d. h. an derselben Position im Einzelbild angeordnete) Bildpunkte.Particular attention may be paid in the case of the invention to the image decomposing means - possibly increased in relation to the reference theory. The image decomposition means can be understood as standalone or as part of the image allocation means (as in the invention). The image decomposition into pixels in the invention necessarily takes place differently than is customary in the prior art, namely superimposed (that is to say at the same position in the individual image) pixels.
Im einfachsten Fall sind die Bildpunkte, in welche das zumindest eine Einzelbild zerlegt wird, auf sämtliche Rasterpunkte eines regelmäßigen zweidimensionalen Rasters verteilt. Im abermals einfachsten Unterfall dieses einfachsten Falles treffen auf jeden der Rasterpunkte gleich viele Bildpunkte, z. B. drei Bildpunkte. Beispielsweise kann in einem solchen Unterfall das Einzelbild in ein Rot-Bild, ein Grün-Bild und ein Blau-Bild zerlegt werden, die alle dieselbe räumliche Bildpunktanzahl und Bildpunktverteilung besitzen. Es überlagern sich somit an jedem Rasterpunkt ein Rot-Bildpunkt, ein Grün-Bildpunkt und ein Blau-Bildpunkt. In komplexeren Fällen bzw. Unterfällen können die Bildpunkte, in welche das Einzelbild zerlegt wird jedoch auch unregelmäßig verteilt sein und/oder es können sich wechselnde Anzahlen von Bildpunkten überlagern. Das Einzelbild kann auch derart zerlegt werden, dass sich nur ein Teil der Bildpunkte mit anderen Bildpunkten überlagert, während der andere Teil der Bildpunkte jeweils als einziger Bildpunkt eine bestimmte Position innerhalb des Einzelbilds innehat. So kann beispielsweise die Darstellungsqualität bestimmter ausgewählter Bereiche innerhalb des Einzelbilds durch Überlagerung von Bildpunkten verbessert werden.In the simplest case, the pixels into which the at least one single image is decomposed are distributed to all raster points of a regular two-dimensional raster. In once again simplest case of this simplest case meet the same number of pixels on each of the halftone dots, z. B. three pixels. For example, in such an instance, the frame may be decomposed into a red image, a green image, and a blue image, all having the same spatial pixel count and pixel distribution. Thus, at each grid point, a red pixel, a green pixel and a blue pixel are superimposed. However, in more complex cases, the pixels into which the frame is decomposed may be distributed irregularly and / or varying numbers of pixels may overlap. The individual image can also be decomposed in such a way that only a part of the pixels overlaps with other pixels, while the other part of the pixels each have a specific position within the individual image as the only pixel. Thus, for example, the display quality of certain selected areas within the frame can be improved by superposition of pixels.
Die Überlagerung der Lichtstrahlen mehrerer Leuchtpunkte in einem Auftreffpunkt der Retina mag unter Umständen zunächst (insbesondere unter Zuhilfenahme der gängigen vereinfachten optischen Modelle des menschlichen Auges, z. B. Lochkameramodell) als nicht realisierbar erscheinen, lässt sich bei entsprechend exakter Modellierung des menschlichen Auges bzw. des menschlichen Sehapparats jedoch erklären und umsetzen. In erster Linie lässt sie sich dadurch erklären, dass die Pupille und die Linse des menschlichen Auges anders als häufig vereinfachend modelliert – eben nicht punktförmig sind (z. B. ist die Augenlinse des Menschen ca. 10–14 mm groß).The superimposing of the light rays of a plurality of luminous dots in a point of impact of the retina may initially appear to be unrealisable (in particular with the aid of the common simplified optical models of the human eye, eg a perforated camera model), can be achieved with a correspondingly exact modeling of the human eye or of the human visual system, however, explain and implement. First and foremost, it can be explained by the fact that the pupil and the The lens of the human eye is modeled differently than often simplistic - not just punctiform (for example, the human eye lens is about 10-14 mm in size).
Zur Gewinnung der für die Umsetzung der Erfindung erforderlichen Fakten kann eine Modellierung des menschlichen Auges unter Nutzung bekannter physiologischer und anatomischer Fakten vorgenommen werden und/oder es kann auf bekannte existierende Modelle zurückgegriffen werden. Es kann jedoch auch empirisch in Versuchsreihen oder in einem Kalibrierungsverfahren, etwa unter Nutzung eines künstlichen gegenständlichen Augenmodells (z. B. mit Glaslinse und teiltransparenter Kunststoff-Retina), Modellwissen gewonnen werden. Hierauf wird an späterer Stelle noch detaillierter eingegangen.In order to obtain the facts necessary for the implementation of the invention, a modeling of the human eye can be carried out using known physiological and anatomical facts and / or existing models can be used. However, model knowledge can also be obtained empirically in test series or in a calibration method, for example using an artificial objective eye model (eg with glass lens and partially transparent plastic retina). This will be discussed in more detail later.
Besonders vorteilhaft erscheint es – angesichts der Verkettung der schwer mathematisch modellierbaren Streckenteile (a) Head-up-Display und (b) menschliches Auge – in Versuchsreihen zu ermitteln, auf welche Auftreffpunkte der Retina die Lichtstrahlen der einzelnen Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit abgebildet werden (nach ihrer Ablenkung durch die Ablenkmittel und nach ihrer Verarbeitung durch mehrerer optische Mittel, z. B. Spiegel, im Head-up-Display und nach ihrem Eintritt ins Auge). Aus der Umkehrung dieses Zusammenhangs kann abgeleitet werden, welche Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit – bei ansonsten als gegeben und unveränderlich angesehenen Komponenten des Head-up-Displays – in welcher Art und Weise angesteuert werden müssen, um ein bestimmtes Bild auf der Retina zu erzeugen.In view of the concatenation of difficult to mathematically modelable track parts (a) head-up display and (b) human eye, it appears to be particularly advantageous to determine in test series on which points of impact of the retina the light beams of the individual luminous dots of the display unit are imaged (according to their Deflection by the deflection means and after their processing by several optical means, eg mirrors, in the head-up display and after their entry into the eye). From the reversal of this relationship it can be deduced which luminous points of the display unit-with components of the head-up display otherwise considered to be given and unchangeable-have to be controlled in which way to produce a specific image on the retina.
Der Erfindung liegt die Prämisse zugrunde, dass die Anzahl und Dichte bzw. räumliche Auflösung der Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit so hoch (bzw. das räumliche Auflösungsvermögen der menschlichen Sehwahrnehmung so gering) ist, dass (bei Verwendung von in ihrer Gesamtheit nicht zu stark streuenden Ablenkmitteln) auf einen (in der menschlichen Sehwahrnehmung auflösbaren) Auftreffpunkt jeweils Lichtstrahlen mehrerer Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit abgelenkt werden. Die hierfür durch physiologische und gegebenenfalls anatomische Voraussetzungen des menschlichen Sehapparats gestellten Randbedingungen hinsichtlich beispielsweise der erforderlichen Genauigkeit bezüglich Eintrittswinkel und Versatz können durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf Basis heute marktverfügbarer Komponenten, insbesondere Anzeigekomponenten, eingehalten werden. Die Pixelgrößen gängiger Displays liegen heute bei etwa 0,25 mm (bei Spezialdisplays sogar noch darunter). Die erzeugbare Winkelauflösung reicht somit zur Umsetzung der Erfindung spielend aus.The invention is based on the premise that the number and density or spatial resolution of the luminous dots of the display unit is so high (or the spatial resolution of human visual perception is so low) that (when using deflecting means that are not too strong in their entirety) in each case light beams of a plurality of illuminated points of the display unit are deflected onto a point of incidence (which can be resolved in human visual perception). The boundary conditions imposed by physiological and possibly anatomical prerequisites of the human visual system with respect to, for example, the required accuracy with regard to angle of entry and offset can be maintained by a device according to the invention based on components which are currently available on the market, in particular display components. The pixel sizes of common displays today are about 0.25 mm (even lower for special displays). The producible angular resolution is thus sufficient for implementing the invention.
Angesichts der oben ausgeführten physikalischen Machbarkeit der Überlagerung der Lichtstrahlen jeweils mehrerer Leuchtpunkte lässt sich in der Wahrnehmung des Insassen ein Einzelbild erzeugen durch Zusammensetzung aus Bildpunkten, von denen jeweils mehrere an derselben Position innerhalb des wahrgenommenen Einzelbilds angeordnet sind, die aber von unterschiedlichen Leuchtpunkten erzeugt werden.In view of the above-described physical feasibility of superimposing the light beams in each case a plurality of luminous points can be in the perception of the occupant create a single image by composition of pixels, each of which are arranged at the same position within the perceived single image, but which are generated by different luminous points.
Wie bereits oben ausgeführt, zerlegen bei der Erfindung Bildzerlegungsmittel ein darzustellendes Einzelbild in Bildpunkte, von denen jeweils mehrere an derselben Position innerhalb des Einzelbilds angeordnet sind. Die Erfindung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn eine geschickte Bildzerlegung eines dem Insassen darzustellenden Einzelbilds vorgenommen wird.As already explained above, in the invention image decomposition means decomposes a single image to be displayed into pixels, each of which is arranged at the same position within the individual image. The invention proves to be particularly advantageous when a skilled image decomposition of a single image to be displayed to the occupant is made.
Erfolgt die Zerlegung beispielsweise derart, dass sich als Ergebnis der Zerlegung (an ein und derselben Position innerhalb des Einzelbilds) im Wesentlichen gleichartige, insbesondere gleichfarbige Bildpunkte ergeben, so kann dadurch (gegenüber einem Einzelbild, das aus nicht überlagerten bzw. nicht überlappenden Bildpunkten zusammengesetzt wird) ein Helligkeitsgewinn des Einzelbilds erzielt werden.If the decomposition takes place, for example, in such a way that substantially uniform, in particular the same color, pixels result as a result of the decomposition (at one and the same position within the individual image), this (compared to a single image composed of non-overlapping or non-overlapping pixels ) a brightness gain of the frame can be achieved.
Erfolgt die Zerlegung farbiger Einzelbilder derart, dass sich als Ergebnis der Zerlegung (an ein und derselben Position innerhalb des Einzelbilds) unterschiedlich monochrome Bildpunkte ergeben, so kann dadurch eine Aufwandsreduktion bezüglich der Erzeugung von Farbbildern erreicht werden. Zur Erzeugung der Bildpunkte farbiger Einzelbilder würden dann nämlich monochrome Leuchtpunkte (z. B. eines LED-Displays) ausreichen.If the decomposition of colored individual images takes place in such a way that different monochrome pixels result as a result of the decomposition (at one and the same position within the individual image), then a reduction in expenditure with regard to the generation of color images can be achieved. In this case, monochrome luminous dots (eg of an LED display) would suffice for generating the pixels of colored individual images.
Erfolgt die Zerlegung farbiger Einzelbilder mit hoher Farbtiefe derart, dass sich als Ergebnis der Zerlegung (an ein und derselben Position innerhalb des Einzelbilds) unterschiedliche Bildpunkte mit jeweils geringer Farbtiefe ergeben, so kann dadurch ebenfalls eine Aufwandsreduktion bezüglich der Erzeugung von Farbbildern erreicht werden.If the decomposition of colored individual images with high color depth such that result as the result of the decomposition (at one and the same position within the frame) different pixels with low color depth, this can also be achieved a reduction in the cost of generating color images.
Da der Erfolg bzw. die Umsetzbarkeit der Erfindung in erster Linie vom Zusammenhang zwischen der Abstrahlposition auf der Anzeigeeinheit und dem durch die Bildpunktzuordnungsmittel zugeordneten Abstrahlwinkel gewährleistet wird, stehen auch Bewegungen des Auges der Ausführbarkeit der Erfindung nicht entgegen. Der genannte Zusammenhang kann auch bei Bewegungen (zumindest bei geringfügigen Bewegungen) des Auges gewahrt werden. Bei größeren Verschiebungen der Augen- bzw. Kopf- bzw. Beobachtungsposition, die messtechnisch in an sich bekannter Weise erfassbar sind, kann in Abhängigkeit von dieser Augen- bzw. Kopf- bzw. Beobachtungsposition eine Anpassung der Bildpunkt-Leuchtpunkt-Zuordnung vorgenommen werden.Since the success or the feasibility of the invention is primarily ensured by the relationship between the emission position on the display unit and the emission angle assigned by the pixel allocation means, movements of the eye do not preclude the feasibility of the invention. The said relationship can also be observed during movements (at least with slight movements) of the eye. For larger displacements of the eye or head or observation position, which can be detected metrologically in a conventional manner, an adjustment of the pixel-luminous point assignment can be made depending on this eye or head or observation position.
Der exakte Auftreffpunkt, an dem ein in das menschliche Auge einfallender Lichtstrahl auf die Retina auftrifft, hängt unter anderem auch von dem aktuellen Fokussierungszustand des Auges ab, insbesondere von der muskulär veränderbaren Krümmung der Augenlinse. Vorzugsweise ist die Bildpunktzuordnung durch die Bildpunktzuordnungsmittel derart ausführbar, dass für verschiedene Fokussierungszustände des menschlichen Auges eine scharfe Abbildung auf der Retina erreicht wird, d. h. dass für verschiedene Fokussierungszustände gewährleistet wird, dass die gemäß Bildzerlegung positionsgleichen Bildpunkte Leuchtpunkten zugeordnet werden, deren Lichtstrahlen sich beim Auftreffen auf die Retina im Wesentlichen in einem Auftreffpunkt überlagern. Vorzugsweise ist die Bildzerlegung dabei unabhängig vom Fokussierungszustand, während die Bildpunktzuordnung an die variablen optischen Eigenschaften (veränderte Linsenkrümmung) des menschlichen Auges angepasst wird. Die variablen optischen Eigenschaften finden vorzugsweise in einem gegebenenfalls verwendeten Augenmodell bzw. in einem gegebenenfalls verwendeten kombinierten optischen Modell für Head-up-Display und Auge Berücksichtigung. The exact point of impact at which a light beam incident on the human eye strikes the retina depends inter alia also on the current focusing state of the eye, in particular on the muscularly variable curvature of the eye lens. Preferably, the pixel assignment by the pixel allocation means is executable such that for different focusing states of the human eye, a sharp image on the retina is achieved, ie that ensures for different focusing states that the image-like positionally identical pixels are assigned to luminous points whose light rays are incident upon essentially overlaying the retina at a point of impact. In this case, the image decomposition is preferably independent of the focusing state, while the pixel assignment is adapted to the variable optical properties (changed lens curvature) of the human eye. The variable optical properties are preferably taken into account in an optionally used eye model or in a possibly used combined optical model for head-up display and eye.
Die Erfindung erlaubt eine Fokussierung der von dem Insassen wahrnehmbaren Einzelbilder ohne eine (gemäß Stand der Technik in der Regel vorzunehmende und in der Regel – besonders bei großflächigen, z. B. kontaktanalogen Head-Up-Displays – extrem aufwändige) optische Fokussierung. Vorzugsweise werden – im Falle einer Bilddarstellung sowohl an einen Fahrer als auch an einen Beifahrer – für den Fahrer und für den Beifahrer und/oder ihre unterschiedliche Sitz- bzw. Kopfpositionen unterschiedliche Fokussierungen eingestellt.The invention makes it possible to focus the individual images perceivable by the occupant without optical focusing (which is generally to be carried out according to the prior art and usually extremely complex, especially in the case of large-area, eg contact-analogue head-up displays). Preferably, in the case of an image display both to a driver and to a front passenger, different focusses are set for the driver and for the front passenger and / or their different seat or head positions.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die von den Bildzuordnungsmitteln vorgenommene Zuordnung von Bildpunkten des Einzelbildes der Anzeigeeinheit in Abhängigkeit von dem erfassten Blickverlauf des Insassen vorgenommen. Dies kann insbesondere derart geschehen, dass der aktuelle Fokussierungszustand in Abhängigkeit von der Entfernung des Objekts oder der Objekte angenommen wird, auf das/die der Blick des Insassen gerichtet ist oder, z. B. in den letzten Sekunden, gerichtet war.In a preferred refinement of the method according to the invention, the assignment of pixels of the individual image of the display unit made by the image association means is carried out as a function of the detected visual course of the occupant. This can in particular be done in such a way that the current focus state is assumed as a function of the distance of the object or of the objects to which the view of the occupant is directed or z. B. in the last seconds, was directed.
Die Fokussierung bzw. die zur Fokussierung beitragende Bildpunktzuordnung kann auch ortsabhängig, d. h. für unterschiedliche Bereiche des definierten Sichtfeldes separat, durchgeführt werden. D. h. es ist vorzugsweise für unterschiedliche Bildteile des Einzelbilds eine Anpassung der Zuordnung auf unterschiedliche Fokussierungszustände des Auges vornehmbar. Insbesondere sind vorzugsweise gleichzeitig zwei oder mehr unterschiedliche Bildteile im Head-up-Display darstellbar, die bei Fokussierung bzw. Akkomodation des Auges des Insassen auf unterschiedliche Entfernungen fokussiert bzw. schart erscheinen. So können beispielsweise gleichzeitig zwei unterschiedliche Bildteile, insbesondere Anzeigen von Fahrerassistenzsystemen mit unterschiedlichen Bedeutungen, z. B. bezogen auf das Nahfeld oder Fernfeld, im Head-up-Display dargestellt werden, von denen ein erster Bildteil in der Wahrnehmung des Insassen bei Akkomodation auf den Nahbereich scharf dargestellt wird und ein zweiter Bildteil in der Wahrnehmung des Insassen bei Akkomodation auf den Fernbereich scharf dargestellt wird. Daraus ergeben sich große Vorteile insbesondere in Augmented-Reality-Anwendungen, in welchen unterschiedliche Objekte in der Fahrzeugumgebung, die unterschiedlich weit vom Fahrzeug entfernt sind, durch Einblendungen ins Head-up-Display markiert werden sollen. Vorzugsweise wird für die fokussierte Einblendung solcher Markierungen daher messtechnisch die Entfernung jedes zu markierenden Objekts vom Fahrzeug bestimmt. Mit anderen Worten besitzt das Head-up-Display vorzugsweise die Eignung, zumindest zwei Objekte in der Fahrzeugumgebung, deren Entfernung zwischen dem Objekt und einem Bezugspunkt am Kraftfahrzeug messtechnisch erfassbar ist, gleichzeitig in von der erfassten Entfernung abhängiger Fokussierung zu augmentieren.The focusing or the pixel assignment contributing to the focusing can also be location-dependent, d. H. be performed separately for different areas of the defined field of view. Ie. It is preferably for different parts of the image frame of the image, an adaptation of the assignment to different focusing states of the eye vornehmbar. In particular, two or more different parts of the image are preferably simultaneously displayable in the head-up display, which focus or focussed on different distances when the occupant's eye is focused or accomodated. Thus, for example, two different image parts, in particular displays of driver assistance systems with different meanings, eg. B. in relation to the near field or far field, are displayed in the head-up display, of which a first image part in the perception of the occupant in accommodation to the near area is sharply displayed and a second image part in the perception of the occupant in accommodation in the long-range is shown sharply. This results in great advantages, in particular in augmented reality applications, in which different objects in the vehicle environment, which are at different distances from the vehicle, are to be marked by insertions into the head-up display. Therefore, the distance of each object to be marked from the vehicle is preferably determined metrologically by the vehicle for the focused insertion of such markings. In other words, the head-up display preferably has the ability to at least two objects in the vehicle environment, the distance between the object and a reference point on the motor vehicle can be detected metrologically, to augment at the same time depending on the detected distance focusing.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Bildpunktzuordnung bzw. bei einem zugrundeliegenden Augenmodell eine Sehschwäche (insbesondere Kurzsichtigkeit mit bekannter Dioptrienstärke) des Insassen berücksichtigt und es wird die Bildpunktzuordnung in Abhängigkeit von der Sehschwäche des Insassen vorgenommen. Dieser Aspekt der Erfindung vermag allerdings nichts bzw. keine Lösung beizutragen zu einer Verbesserung des Blicks eines Insassen mit Sehschwäche auf das Verkehrsgeschehen.According to a preferred embodiment of the invention, a visual impairment (in particular short-sightedness with a known diopter power) of the occupant is taken into account in the pixel assignment or in an underlying eye model, and the pixel assignment is made as a function of the visual impairment of the occupant. However, this aspect of the invention can contribute nothing or no solution to improve the view of a visually impaired in the traffic.
Wie sich bereits aus der Referenzlehre erschließt, kann für die beiden Augen des Insassen jeweils ein Einzelbild erzeugt werden. Insbesondere können für die beiden Augen des Insassen unterschiedliche Einzelbilder erzeugt werden, um einen stereoskopischen Eindruck zu erwecken. Entsprechend kann eine Fokussierung und insbesondere eine Sehschwächenberücksichtigung für jedes Auge separat vorgenommen werden.As can already be seen from the reference theory, a single image can be generated for the two eyes of the occupant. In particular, different individual images can be generated for the two eyes of the occupant in order to create a stereoscopic impression. Accordingly, a focusing, and in particular a visual impairment, can be performed separately for each eye.
Es können ferner, wie ebenfalls bereits bei der Referenzlehre ausgeführt, Einzelbilder an mehrere Fahrzeuginsassen dargeboten werden. Auch dabei kann jeweils eine gesonderte Fokussierung und gegebenenfalls Sehschwächenberücksichtigung vorgenommen werden.It can also, as also already performed in the reference teaching, individual images are presented to several vehicle occupants. Here, too, a separate focusing and, if appropriate, visual impairment can be carried out in each case.
Die Fokussierung bzw. die zur Fokussierung beitragende Bildpunktzuordnung durch die Bildpunktzuordnungsmittel kann auch abhängig von einer messtechnisch erfassten Blickrichtung des Insassen angepasst werden. Je nachdem, ob der Insasse den Blick auf das Nahfeld richtet oder in die Ferne schweifen lässt, kann die Fokussierung entsprechend nachgeführt werden.The focusing or the pixel assignment by the pixel allocation means contributing to the focusing may also depend on be adapted to a metrologically detected line of sight of the occupant. Depending on whether the occupant directs the view of the near field or lets it wander into the distance, the focus can be adjusted accordingly.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine gezielte Lenkung der Aufmerksamkeit des Insassen vorgenommen werden, indem die von den Bildpunktzuordnungsmitteln vorgenommene Zuordnung von Bildpunkten des Einzelbilds zu Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit gezielt bzw. absichtlich derart verändert wird, dass sich zumindest vorübergehend eine verschlechterte Fokussierung in der Sehwahrnehmung des Insassen (genau genommen eine verschlechterte Fokussierung des Retinabilds) ergibt. Vorzugsweise wird eine solche Aufmerksamkeitslenkung dann vorgenommen, wenn in der Fahrzeugumgebung ein Objekt (oder ein sonstiger Sachverhalt) detektiert wird, auf das die Aufmerksamkeit des Insassen gerichtet werden sollte und welches sich in einer derartigen Entfernung von dem Kraftfahrzeug befindet, dass für seine scharfe, d. h. fokussierte, optische Wahrnehmung durch den Insassen eine Veränderung des aktuellen Fokussierungszustands des Auges des Insassen erforderlich erscheint. Zur Erkennung eines solchen Bedarfs einer Veränderung des Fokussierungszustands des Auges des Insassen werden vorzugsweise entsprechende Erkennungsmittel bereitgestellt. In anderen Worten weist das Head-up-Display vorzugsweise Bedarfserkennungsmittel auf und/oder ist mit solchen Bedarfserkennungsmitteln verbunden, durch welche ein Bedarf zur Veränderung des Fokussierungszustands des Auges des Insassen erkennbar ist, und die von den Bildpunktzuordnungsmitteln vorgenommene Zuordnung von Bildpunkten des Einzelbilds zu Leuchtpunkten der Anzeigeeinheit ist in Abhängigkeit von der Feststellung eines solchen Bedarfs veränderlich, um eine Lenkung der Aufmerksamkeit des Insassen zu bewirken. Die Bedarfserkennungsmittel können beispielsweise im Wesentlichen in einer Vorrichtung zur bildverarbeitungsgestützten Umfeldanalyse für das Kraftfahrzeug bestehen und einen Bedarf dann signalisieren, wenn ein Gefahrenobjekt in einer Entfernung vom Kraftfahrzeug detektiert wird, die in dem Fokussierungszustand des Auges, der bei der aktuellen Zuordnung von Bildpunkten zu Leuchtpunkten zu erwarten ist, unscharf dargestellt wird.According to one embodiment of the invention, a targeted steering of the attention of the occupant can be made by intentionally or intentionally changed the assignment made by the pixel mapping means of pixels to the luminous points of the display unit, that at least temporarily impaired focus in the visual perception of the Inmates (in fact a deteriorated focus of the retinal image) results. Preferably, such an attention steering is made when in the vehicle environment, an object (or other matter) is detected, to which the attention of the occupant should be directed and which is at such a distance from the motor vehicle that for his sharp, d , H. Focused, visual perception by the occupant a change in the current focus state of the occupant's eye appears necessary. To detect such a need to change the focus state of the occupant's eye, appropriate detection means are preferably provided. In other words, the head-up display preferably comprises on-demand detection means and / or is connected to such demand-recognition means by which a need to change the focus state of the occupant's eye is recognizable, and the assignment of image-frame pixels to luminance points by the pixel-allocation means the display unit is variable in response to the detection of such need to effect steering of the attention of the occupant. For example, the demand detection means may consist essentially in an image processing environment analysis device for the motor vehicle and signal a demand when a danger object is detected at a distance from the vehicle that is in the focus state of the eye that is in the current mapping of pixels to light spots is expected to be out of focus.
Wird beispielsweise zunächst eine Information derart im Head-up-Display dargestellt, dass sie bei Fokussierung des Auges des Insassen auf den Nahbereich scharf wahrnehmbar ist und ist zudem der aktuelle Fokussierungszustand des Auges auf diese Informationsdarstellung abgestimmt (wovon – sofern die Informationsdarstellung vom Insassen überhaupt beachtet wird – angesichts der „Autofokus”-Eigenschaften des menschlichen Auges in der Regel auszugehen ist), so wird ein Übergang zu einer Darstellung, die bei Fokussierung des Auges des Insassen auf den Fernbereich schart wahrnehmbar ist, dazu führen, dass die Augen des Insassen auf den Fernbereich akkomodieren. Es wird im vorliegenden Beispiel also die Fokussierung der Augen des Insassen und somit die Aufmerksamkeit des Insassen gezielt in die Ferne geleitet. Eine solche Aufmerksamkeitslenkung kann durch plötzliche oder allmähliche „De-Fokussierung” vorgenommen werden. Vorzugsweise wird die Zuordnung in einem oder in mehreren Schritten verändert hin zu einer Zuordnung, die mit einem Fokussierungszustand des Auges korreliert, der zur scharfen Wahrnehmung des Objekts oder des sonstigen Sachverhalts, auf den die Aufmerksamkeit des Insassen gerichtet werden soll. Jedoch kann auch ansonsten durch eine vorübergehende oder dauerhafte Defokussierung die „Autofokus”-Funktion des menschlichen Auges angeregt und somit die Wahrscheinlichkeit und/oder die Geschwindigkeit der Fokussierung auf eine in der aktuellen Situation relevante Entfernung erhöht werden.If, for example, information is first displayed in the head-up display in such a way that it is clearly perceptible when the occupant's eye is focused on the near area, and is the current focus state of the eye tuned to this information representation (of which - insofar as the information representation of the occupant even takes into account In view of the "autofocus" characteristics of the human eye, it is generally assumed that a transition to a representation perceptible when the occupant's eye is focused on the far field will cause the occupant's eyes to open to accomodate the far range. In the present example, therefore, the focusing of the eyes of the occupant and thus the attention of the occupant are deliberately directed into the distance. Such attention control can be done by sudden or gradual "de-focusing". Preferably, the association is changed in one or more steps toward an association that correlates with a focus state of the eye that is used to sharply perceive the object or other subject matter to which the attention of the occupant is to be directed. However, otherwise by a temporary or permanent defocusing the "auto-focus" function of the human eye can be stimulated and thus the likelihood and / or the speed of focusing on a relevant in the current situation distance can be increased.
Obwohl weiter oben bereits angesprochen, soll an dieser Stelle noch einmal näher eingegangen werden auf ein mögliches Verfahren zur Gewinnung einer Zuordnungsvorschrift von Bildpunkten zu Leuchtpunkten:
Wie bereits erwähnt, kann insbesondere empirisch in Versuchsreihen oder in einem Kalibrierungsverfahren, etwa unter Nutzung eines künstlichen gegenständlichen Augenmodells (z. B. mit Glaslinse und teiltransparenter Kunststoff-Retina), Modellwissen gewonnen werden.Although already mentioned above, at this point it will once again be explained in more detail about a possible method for obtaining an assignment rule from pixels to luminous points:
As already mentioned, model knowledge can be obtained in particular empirically in test series or in a calibration method, for example using an artificial objective eye model (eg with glass lens and partially transparent plastic retina).
Ein einfaches Kalibrierungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Head-up-Display kann ganz ähnlich zu dem bei der Referenzlehre beschriebenen Kalibrierungsverfahren ablaufen. Im einfachsten Fall kann zu Kalibrierungszwecken folgendermaßen vorgegangen werden: Es werden sämtliche Leuchtpunkte der Anzeigeeinheit einzeln (oder es werden ausgewählte örtlich repräsentative Leuchtpunkte für eine Gruppe der Leuchtpunkte) in einer bestimmten Reihenfolge zum Leuchten gebracht. Ein künstliches gegenständliches Augenmodell wird in einer typischen Position eines Auges des Fahrers angeordnet. Das Augenmodell umfasst eine Glaslinse und eine teiltransparente Kunststoff-Retina, so dass die auf der künstlichen Retina auftreffenden Lichtstrahlen von einer hinter dieser Retina angeordneten Kamera aufgenommen werden können. Alternativ kann auch ein Kamera-Chip direkt auf der Retina des Kunstauges angeordnet werden. Die Kamera wird mit der Ansteuerung der Anzeigeeinheit synchronisiert und erfasst die aus der Ansteuerung des bzw. der Leuchtpunkte resultierende Abbildung auf der Retina. Durch Auswertung der von der Kamera aufgenommenen Bilder kann dann einfach bestimmt werden, welche Leuchtpunkte in den aufgenommenen Bildern sichtbar sind und an welcher Stelle, d. h. auf welchem Bildpunkt, sie im jeweiligen aufgenommenen Bild erscheinen. Die Umkehrung der so gewonnenen Zuordnung zwischen Leuchtpunkten und Bildpunkten stellt eine einfache Zuordnungsvorschrift für die Bildpunktzuordnungsmittel dar. Ein solcher Kalibrationsvorgang kann nacheinander oder (z. B. bei Verwendung zweier Kameras) gleichzeitig für die typischen Positionen beider Augen des Fahrers durchgeführt werden.A simple calibration method for a head-up display according to the invention can proceed quite similarly to the calibration method described in the reference teaching. In the simplest case, the following procedure can be used for calibration purposes: All the luminous dots of the display unit are lit individually (or selected locally representative luminous dots for a group of the luminous dots) are lit in a specific sequence. An artificial objective eye model is placed in a typical position of the driver's eye. The eye model includes a glass lens and a semi-transparent plastic retina so that the light rays striking the artificial retina can be picked up by a camera located behind this retina. Alternatively, a camera chip can be arranged directly on the retina of the artificial eye. The camera is synchronized with the control of the display unit and detects the resulting on the retina from the activation of the luminous or the points. By evaluating the images taken by the camera, it can then be easily determined which luminous points are visible in the recorded images and at which position, ie on which Pixel, they appear in the respective captured image. The inversion of the thus obtained association between luminous dots and pixels represents a simple assignment rule for the pixel allocation means. Such a calibration procedure can be carried out successively or (eg when using two cameras) simultaneously for the typical positions of both eyes of the driver.
Ein solcher Kalibrationsvorgang kann nacheinander auch für verschiedene Fokussierungszustände des Auges durchgeführt werden. Dabei können beispielsweis auch verschiedene gegenständliche Augenmodelle Verwendung finden, die jeweils einen Fokussierungszustand verkörpern. Wird nur ein gegenständliches Augenmodell verwendet, so sollte dieses einen „mittleren” bzw. „durchschnittlichen” Fokussierungszustand verkörpern.Such a calibration process can also be carried out successively for different focusing states of the eye. In this case, for example, different objective eye models can be used, which each embody a focusing state. If only an objective eye model is used, then this should embody a "medium" or "average" focus state.
Mögliche Vereinfachungen des Kalibrierungsverfahrens lassen sich sinngemäß aus den Ausführungen zur Referenzlehre ableiten.Possible simplifications of the calibration method can be deduced analogously from the remarks on the reference theory.
Die in dem Kalibrierungsvorgang gewonnene Zuordnungsvorschrift wird vorzugsweise in einer Look-up-Table abgelegt und von den Bildpunktzuordnungsmitteln verwendet.The assignment rule obtained in the calibration process is preferably stored in a look-up table and used by the pixel allocation means.
Der Gedanke der Erfindung beinhaltet ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Head-Up-Display, ein Verfahren zur Informationsanzeige welches dem erfindungsgemäßen Head-Up-Display zugrunde liegt und das beschriebene Verfahren zur Kalibrierung des Head-Up-Displays.The idea of the invention includes a vehicle with the head-up display according to the invention, a method for displaying information on which the head-up display according to the invention is based and the described method for calibrating the head-up display.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnung
Der Strahlengang bei einem erfindungsgemäßen Head-up-Display ist in
Das Head-up-Display aus
Letzteres Auge ist in
Es sind in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2007/000178 A1 [0004] WO 2007/000178 A1 [0004]
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