WO2003005102A1 - Head-up display system und verfahren zur ortskorrrekten darstellung eines objekts im aussenraum eines fahrzeugs in bezug auf die fahrerposition - Google Patents

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Holger Janssen
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a head-up display system, in particular for use in a navigation system and a system for automatic cruise control, and to a corresponding method and computer program product.
  • So-called head-up display systems are known per se for use in military combat aircraft.
  • a display system for the pilot of an aircraft with a head-up display is known from US-A-6 161 062.
  • An artificial horizon is shown to the pilot, for example, and flight data, e.g. B. regarding the flight altitude and speed, which are recorded by sensors.
  • optical systems with a laser beam are proposed for the corresponding correction of the display.
  • a warning system for displaying information on a head-up display in a vehicle is known from US-A 5519 536. Such a warning is displayed, for example, when the distance to a vehicle in front falls below a minimum distance, the size of the warning notice displayed being the smaller the distance becomes
  • a system for driver assistance is known from US Pat. No. 5,969,969, which detects objects in the vicinity of the vehicle and uses it to generate corresponding information for the driver. This information can be shown on a head-up display.
  • the invention is based on the object of an improved head-up display
  • the invention allows objects in the vehicle exterior to be represented for one or more occupants of a vehicle, in particular for the driver and / or the front passenger, in such a way that the objects are perceived in the correct position, that is to say the occupant of the vehicle concerned is looking through the head - Up display like through glasses on the real vehicle exterior.
  • the correct one is to say the occupant of the vehicle concerned is looking through the head - Up display like through glasses on the real vehicle exterior.
  • the invention enables the correct representation by detecting the position of the occupant concerned.
  • the position of the head is preferably detected. Particularly good results are obtained if the position of the eyes or the direction of the eyes are recorded.
  • the driver moves his head by turning or bending, or if the driver's line of sight changes, this is detected by appropriate sensors in the vehicle interior and the display on the head-up display is adjusted accordingly.
  • the invention makes it possible, for example, to align the virtual representation shown on the head-up display with the current road traffic scene.
  • the projection of the head-up display and the viewed real scene fit together so that the driver is given optimal help.
  • the head-up display also provides information which, although directly recognizable by the driver, may have been overlooked. For example, warning signs, speed limits or other traffic information can be projected onto the head-up display for the driver. In addition, such notices, warnings and indications of hazards can also be passed on to the driver in addition to the display in the head-up display by means of further visual, acoustic or haptic messages, for example via a vibrating steering wheel.
  • the curvature of the windshield is also taken into account when calculating the location-correct image projection data.
  • Traffic signs such as speed limits, to which the driver has not yet reacted by adjusting their speed, can be marked correctly on the head-up display.
  • the position of the carriageway can also be shown in an advantageous manner with corresponding markings on the head-up display. If you are about to leave the lane, an additional warning can be displayed.
  • driver's assistance can be displayed, such as the display of aids when changing lanes or when threading into turning lanes (e.g. in front of traffic lights or on motorway exits). Even warnings of tight bends can be efficient in that correct head-up display. Additional information such as B. the distance to the right edge of the road can be visualized in a suitable manner on the head-up display.
  • Display of wild animals in the dark which are located on the edge of the lane or run over the lane, can be interpreted very quickly by the driver due to the correct fade-in.
  • So-called night vision sensors for example infrared cameras, can be used to detect such invisible obstacles.
  • the system according to the invention can output additional warnings and information to the driver via the head-up display. For example, if there is a risk of a collision with another object, e.g. B. a pedestrian, a child, another road user or animals, the system can highlight and / or highlight the corresponding objects at risk in the display.
  • another object e.g. B. a pedestrian, a child, another road user or animals
  • a possible evasive maneuver or several alternative evasive maneuvers can be calculated automatically and shown in the head-up display.
  • the driver is made aware of the dangerous situation and can, for example, select the evasive maneuver by means of a confirmation, which is then carried out automatically by the vehicle.
  • the driver can choose between them.
  • the advantage of using a head-up display with a correct display in this situation is in particular that the driver can immediately interpret the information content of the display and can independently select critical evasive maneuvers. The responsibility remains with the driver, but he can only be assisted by a collision avoidance assistant as a maximum for difficult evasive maneuvers.
  • the invention is also suitable for realizing various
  • navigation information is shown directly in the head-up display with information that fits into the current street scene. This has the advantage that the
  • Navigation information can be understood directly by the driver without the need to interpret a pictogram or the like.
  • the street into which the vehicle is about to turn can be marked with correct location on the head-up display, so that the driver is guided immediately without having to transfer the display on a separate navigation display to the current driving situation.
  • Another advantage is that you can use such a navigation system without the usual adjustment period.
  • Another preferred embodiment of the invention relates to automatic cruise control.
  • a vehicle driving in front is shown correctly on the head-up display.
  • This vehicle can be selected as a reference object for the automatic cruise control as a so-called "real target" and highlighted accordingly in the head-up display.
  • films or the like are shown on the head-up display in a traffic jam, for example.
  • information services or, for example, that Internet can be used.
  • the display can be divided for the driver and for the driver, so that both have their "own" screen.
  • FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a head-up display system according to the invention.
  • Fig. 2 is a partial side view of a vehicle with a head-up
  • FIG. 3 shows the interior of a vehicle with a head-up display system
  • FIG. 5 shows a block diagram of a second preferred embodiment of a head-up display system according to the invention
  • Fig. 6 is an illustration on a head-up display system from the perspective of a
  • FIG. 8 shows a further exemplary illustration from the point of view of a vehicle driver.
  • 1 shows a head-up display system with a head-up display 100.
  • the head-up display 100 is controlled by a computer 102.
  • the image data of the objects to be displayed on the head-up display 100 are generated by the computer 102.
  • the computer 102 is connected to an interior sensor system 104.
  • the interior sensor system 104 includes at least one sensor for detecting the position of at least one occupant of the vehicle. At least one position of the driver and / or the front passenger is preferably detected. The detection of the respective head position and / or the is particularly advantageous
  • the computer 102 also receives data from at least one detection sensor 106 for detecting an object in an exterior of the vehicle.
  • the object can be any relevant traffic information, for example another road user, a pedestrian, child, cyclist or animal on the road, traffic signs, road markings and the like.
  • the computer 102 is also connected to a database 108.
  • Database is also connected to a database 108.
  • the computer 102 may include navigation data, for example.
  • the computer 102 generates image data from the navigation data for correct display in the head-up display 100 in order to give the driver e.g. B. display the direction of travel.
  • the computer 102 can show a marking for a street into which the turn is to be made, on the head-up display 100, in a correct location superimposed on the street.
  • the database 108 can also include video information, such as. B. contain movies or the like stored on DVD. Such video data can also be displayed on the display 100 via the computer 102.
  • the computer 102 takes into account the position of the vehicle occupant supplied by the interior sensor system 104, so that the display on the head-up display 100 takes place correctly.
  • the computer 102 adjusts the calculation of the image data to be displayed in each case to the current position supplied by the interior sensor system 104.
  • the interior sensor system 104 detects the driver's head position, for example, the driver receives a location-correct representation of the driver
  • Traffic information on the head-up display 100 even if it changes its head position.
  • the street scene in front of the vehicle is characterized by one or more
  • Detection sensors 1 added. These are used to record the vehicle exterior.
  • a detection sensor 1 can be, for example, a camera system with one or more cameras, one or more range sensors or one or more radar systems. In the example considered here, the detection sensor is behind the windshield
  • the detection sensor or sensors can also be arranged at any other desired location on the vehicle.
  • the position of the driver and in particular his head position 4 is recorded by a system 2, which is directed into the interior of the vehicle.
  • This system 2 can also be implemented, for example, by means of a video range or radar sensors.
  • a head-up display is carried out on the windshield 5 by a projection unit 3 in the driver's field of vision.
  • the projection unit 3 is from a computer controlled (see. Computer 102 of FIG. 1), which is connected to the detection sensors 1 and the system 2 to z. B. projected by the detection sensors 1 objects in the vehicle exterior correctly on the windshield 5, according to the head position 4th
  • the image data generated by the computer are thus superimposed on the windshield 5 of the real road scene by means of correctly projected objects in such a way that the driver has an intuitive interpretation of the information provided by the computer.
  • the 3 shows the interior of a vehicle with a detection area 6 of the system 2.
  • the detection area 6 is the area within which the system 2 can determine a position of the driver and / or the front passenger, for example, and the corresponding head positions.
  • FIG. 1 shows the example of FIG. 1
  • the system 2 determines the head positions 4a and 4b of the driver or the passenger in the interior of the vehicle in the detection area 6.
  • FIG. 4 shows a vehicle 7.
  • a pair of detection sensors 1 a and 1 b These have a detection area 8 in the exterior of the vehicle.
  • the detection sensors 1a and 1b can be designed as stereo sensors for generating three-dimensional image data.
  • FIGS. 2, 3 and 4 correspond to the same reference numerals.
  • the system of FIG. 5 includes detection sensors 1a and 1b for the vehicle exterior.
  • the system also includes other environment detection sensors of system 2 (see FIGS. 2 and 3), ie the interior sensors 2a and 2b.
  • the data supplied by the detection sensors 1 a and 1 b are processed by a computing and algorithm unit 9. Due to the processing in the computing and algorithmic unit 9, the data determined by the detection sensors 1a and 1b are assigned to one or more patterns of the exterior of the vehicle 7. This can be, for example, a pattern for
  • Act traffic signs for vehicles in front (see FIG. 7), for pedestrians (see FIG. 8) and / or for the course of the road or for other objects in the exterior of the vehicle 7.
  • the data supplied by the detection sensors 1a and 1b are assigned to one or more of the patterns by means of a pattern recognition. In this way, for example, traffic signs depicted by the constitution sensors 1a and 1b can be recognized in the exterior of the vehicle and visualized correctly.
  • a model 10 of the outside space results from this pattern recognition.
  • the head-up display system also assigns interior sensors 2a and 2b
  • the data supplied by the interior sensors 2a and 2b are processed by a computing and algorithm unit 11.
  • the computing and algorithm unit 11 By means of a pattern recognition, the computing and algorithm unit 11 generates a model 12 of the vehicle interior, in particular with regard to the position of the driver's head and optionally the
  • model of the vehicle interior can also be more
  • the model of the vehicle interior can Eye position of one or more of the occupants, in particular the driver and / or the passenger, as well as the respective viewing direction.
  • the models 10 and 12 of the vehicle exterior or the vehicle interior are used by a calculation unit 13 to determine driver-relevant
  • the location-correct display of information from the vehicle surroundings takes place based on the processing of object positions in the vehicle surroundings and the position of at least one of the occupants, that is to say, for example, the position of the driver's eyes.
  • Controller 14 supplied, which can intervene in the calculation unit 13 and which further information and / or warnings about suitable output devices 15 - z.
  • Fig. 6 shows the driver's view through the windshield 5 on a
  • Street scene 16 In the street scene 16 there is, for example, a traffic sign 17 that is detected by the detection sensors 1. Taking into account the head position of the driver 4, the projection unit 3 projects a mark 18 around the traffic sign onto the windshield 5 in order to emphasize the traffic sign.
  • the driver can be shown an additional suitable warning in his direct field of vision on the head-up display.
  • the recognized traffic sign 17 is shown again as a symbol 19. This can happen, for example, if the driver does not observe the speed limit.
  • FIG. 7 A further application is shown in the illustration in FIG. 7.
  • a vehicle 20, which is located within the current street scene 16 is highlighted by a marking 21 in the projection of the head-up display.
  • Additional information about the vehicle 20 in front can be displayed in a window 22 below the vehicle 20 in the driver's direct field of vision. This can be, for example, the distance to the vehicle 20 in front and / or the differential speed.
  • the driver can select the vehicle 20 driving ahead with the marking 21 so that it serves as a reference object for an automatic cruise control system.
  • FIG. 8 shows a further application situation in which a pedestrian 23 in the current street scene comes, for example, from the right into the driving area of the vehicle. This can seriously endanger the pedestrian as well as the vehicle and the driver.
  • a suitable warning is shown in the driver's field of vision by a symbol 25 and
  • Pedestrians 23 are faded in by a correct representation via the projection unit 3.
  • a frame 24 can be faded in around the pedestrian 23 in order to emphasize the latter.
  • a possible evasive maneuver can be displayed via the projection unit 3 head-up via a symbol 27. It can also be a or several alternative evasive maneuvers can be shown using additional symbols. If the driver selects one of the offered evasive maneuvers, this is carried out automatically by the vehicle.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Head-Up Display System zur Darstellung eines Objekts eines Fahrzeugaussenraums mit Mitteln (104) zur Erfassung einer Position eines Insassen des Fahrzeugs und Mitteln (102) zur ortskorrekten Darstellung des Objekts in Bezug auf die Fahrerposition. Von besonderem Vorteil ist die Anwendung des erfindungsgemässen Head-Up Display Systems für Navigationssysteme und automatische Cruise Control Systeme.

Description

HEAD-UP DISPLAY SYSTEM UND VERFAHREN ZUR ORTSKORREKTEN DARSTELLUNG EINES OBJEKTS IM AUSSENRAUM EINES FAHRZEUGS IN BEZUG AUF DIE FAHRERPOSITION
Die Erfindung betrifft ein Head-Up Display System, insbesondere zur Anwendung in einem Navigationssystem und einem System für automatische Cruise Control, sowie ein entsprechendes Verfahren und Computerprogrammprodukt.
Sogenannte Head-Up Display Systeme sind an sich zur Anwendung für militärische Kampfflugzeuge bekannt. Beispielsweise ist aus US-A-6 161 062 ein Anzeigesystem für den Piloten eines Flugzeugs mit einem Head-Up Display bekannt. Über das Head-Up Display wird dem Piloten beispielsweise ein künstlicher Horizont eingeblendet sowie Flugdaten, z. B. betreffend die Flughöhe und Geschwindigkeit, die von Sensoren aufgenommen werden.
Aus US-A-4 775 218 und US-A- 5 572 203 ist das Problem der korrekten Überlagerung von zu projizierenden Symbolen in einem Militärflugzeug bekannt.
Zur Lösung dieses Problems werden unter anderem optische Systeme mit einem Laserstrahl für die entsprechende Korrektur der Darstellung vorgeschlagen.
In Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, erfolgt dagegen die Darstellung von Informationen für den Fahrer im Allgemeinen über das Armaturenbrett und über die Anzeige eines Navigationssystems. Nachteilig hierbei ist, dass der Fahrer seinen Blick kurzfristig von der Fahrbahn ablenken muss, um die entsprechenden Information aufzunehmen.
Aus der US-A 5519 536 ist ein Warnsystem zur Anzeige von Informationen auf einem Head-Up Display in einem Fahrzeug bekannt. Eine solche Warnung wird beispielsweise bei Unterschreiten eines Mindestabstands zu einem vorausfahrenden Fahrzeugs angezeigt, wobei die Größe des angezeigten Wamhinweises mit kleiner werdendem Abstand steint Aus US-A- 5 969 969 ist ein System zur Fahrerassistenz bekannt, welches Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs erfasst und daraus für den Fahrer entsprechende Informationen generiert. Diese Informationen können auf einem Head-Up Display angezeigt werden.
Verschiedene Head-Up Display Systeme sind ferner aus US-A-5 812 332, US-A 5719 567 und US-A-5 801 667 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Head-Up Display
System für ein Fahrzeug, insbesondere ein verbessertes Navigationssystem und ein System zur automatischen Cruise Control, sowie ein entsprechendes Verfahren und Computerprogrammprodukt zu schaffen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüche angegeben.
Die Erfindung erlaubt es Objekte im Fahrzeugaußenraum für einen oder mehrere Insassen eines Fahrzeugs, insbesondere für den Fahrer und / oder den Beifahrer, so darzustellen, dass die Objekte an der korrekten Position wahrgenommen werden, das heißt, dir betreffende Insasse des Fahrzeugs blickt durch das Head- Up Display wie durch eine Brille auf den realen Fahrzeugaußenraum. Die korrekte
Überlagerung der projizierten Objekte mit dem realen Fahrzeugaußenraum wird im weiteren als ortskorrekte Darstellung bezeichnet. Die Erfindung ermöglicht die ortskorrekte Darstellung durch die Erfassung der Position des betreffenden Insassen. Vorzugsweise wird dabei die Position des Kopfes erfasst. Besonders gute Ergebnisse erhält man, wenn die Position der Augen bzw. die Blickrichtung der Augen erfasst wird.
Bewegt beispielsweise der Fahrer seinen Kopf durch Drehen oder durch eine Beugebewegung oder verändert sich die Blickrichtung des Fahrers, so wird dies durch entsprechende Sensoren im Fahrzeuginnenraum erfasst und die Darstellung auf dem Head-Up Display entsprechend angepasst.
Aufgrund dessen ermöglicht die Erfindung beispielsweise die auf dem Head-Up Display gezeigte virtuelle Darstellung auf die aktuelle Straßenverkehrsszene auszurichten. Die Projektion des Head-Up Display und die betrachtete reale Szene passen also zueinander, so dass dem Fahrer eine optimale Hilfestellung gegeben wird.
Dies ist insbesondere in kritischen Fahrsituation von großer Wichtigkeit. Beispielsweise kann von Sensoren zur Erfassung des Fahrzeugaußenraums ein Wildtier im Dunkeln, z. B. mittels eines Infrarotsensors, erfasst werden. Ein das Wildtier repräsentierendes Symbol wird dann auf dem Head-Up Display ortskorrekt dargestellt, so dass der Fahrer hierauf unmittelbar reagieren kann, ohne dass der Fahrer hierzu zunächst andere Anzeigegeräte interpretieren muss. Aufgrund dessen ist sichergestellt, dass keine wertvolle Zeit für eine schnelle Reaktion verloren geht.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die ortskorrekte Darstellung in Abhängigkeit von der Position des betreffenden Insassen ein direkter Zusammenhang zwischen der realen Fahrzeugaußenwelt und einer überlagerten virtuellen Darstellung hergestellt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden über das Head-Up Display auch Hinweise gegeben, die zwar vom Fahrer unmittelbar erkennbar sind, aber möglicherweise übersehen worden sind. Beispielsweise können für den Fahrer Warnschilder, Geschwindigkeitsbeschränkungen oder andere Verkehrsinformationen als zusätzlicher Hinweis auf das Head-Up Display projiziert werden. Daneben können solche Hinweise, Warnungen und Anzeigen von Gefährdungen auch neben der Anzeige im Head-Up Display durch weitere optische, akustische oder haptische Meldungen - beispielsweise über ein vibrierendes Lenkrad - an den Fahrer weitergegeben werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch die Krümmung der Windschutzscheibe bei der Berechnung der ortskorrekten Bildprojektionsdaten mit berücksichtigt.
Darüber hinaus erlaub die Erfindung die Implementierung von verschiedenen
Sicherheitsfunktionen:
Verkehrszeichen, wie beispielsweise Geschwindigkeitsbeschränkungen, auf die der Fahrer noch nicht durch Anpassung seiner Geschwindigkeit reagiert hat, können auf dem Head-Up Display ortskorrekt markiert werden.
Auch die Position der Fahrbahn kann in vorteilhafter Weise mit entsprechenden Markierungen auf dem Head-Up Display angezeigt werden. Bei einem drohenden Verlassen der Fahrbahn kann ein zusätzlicher Warnhinweis angezeigt werden.
Ferner können weitere Informationen zur Assistenz des Fahrers eingeblendet werden, wie beispielsweise Einblendungen von Hilfen beim Spurwechsel oder beim Einfädeln in Abbiegespuren (z. B. vor Ampeln oder auf Autobahnausfahrten). Auch Warnungen vor engen Kurven können effizient in das ortskorrekte Head-Up Display eingeblendet werden. Dabei können auch Zusatzinformationen, wie z. B. der Abstand zum rechten Fahrbahnrand, in geeigneter Weise auf dem Head-Up Display visualisiert werden.
Die Einblendung von für den Fahrer unsichtbaren Hindernissen, wie z. B. die
Anzeige von Wildtieren im Dunkeln, die sich am Rand der Fahrbahn befinden oder über die Fahrbahn laufen, kann durch die ortskorrekte Einblendung vom Fahrer sehr schnell interpretiert werden. Zur Erfassung solcher unsichtbaren Hindernisse können sogenannte Night-Vision Sensoren, beispielsweise Infrarotkameras, verwendet werden.
Ferner kann das erfindungsgemäße System zusätzliche Warnhinweise und Informationen an den Fahrer über das Head-Up Display ausgeben. Droht beispielsweise eine Kollision mit einem anderen Objekt, wie z. B. einem Fußgänger, einem Kind, einem anderen Verkehrsteilnehmer oder Tieren, so kann das System die entsprechenden gefährdeten Objekte in der Anzeige besonders markieren und / oder hervorheben.
Zusätzlich kann ein mögliches Ausweichmanöver oder mehrere alternative Ausweichmanöver automatisch berechnet werden und in das Head-Up Display eingeblendet werden. Der Fahrer wird auf diese Art und Weise auf die gefährliche Situation aufmerksam gemacht und kann beispielsweise durch eine Bestätigung das Ausweichmanöver auswählen, das dann automatisch von dem Fahrzeug durchgeführt wird.
Falls mehrere Ausweichmanöver zur Auswahl stehen, kann der Fahrer sich zwischen diesen entscheiden. Der Vorteil des Einsatzes eines Head-Up Displays mit ortskorrekter Anzeige in dieser Situation ist insbesondere, dass der Fahrer den Informationsgehalt der Anzeige unmittelbar interpretieren kann und kritische Ausweichmanöver eigenverantwortlich auswählen kann. Die Verantwortung verbleibt nach wie vor beim Fahrer, er kann jedoch bezüglich schwieriger Ausweichmanöver maximal von einem Kollisions-Vermeidungs-Assistenten unterstützt werden.
Ebenso eignet sich die Erfindung zur Realisierung verschiedener
Komfortfunktionen, von denen nachfolgenden einige beispielhaft erwähnt werden:
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Navigationsinformationen direkt in das Head-Up Display mit Hinweisen, die in die aktuelle Straßenszene passen, eingeblendet. Dies hat den Vorteil, dass die
Navigationsinformationen unmittelbar vom Fahrer verstanden werden, ohne dass die Interpretation eines Piktogramms oder dergleichen erforderlich ist.
Beispielsweise kann die Straße, in die eingebogen werden soll, unmittelbar im Head-Up Display ortskorrekt markiert werden, so dass der Fahrer unmittelbar geführt wird, ohne die Anzeige auf einem gesonderten Navigationsdisplay auf die aktuelle Fahrsituation transferieren zu müssen. Ein weiterer Vorteil ist dabei, dass man ein solches Navigationssystem ohne die sonst erforderliche Eingewöhnungszeit benutzten kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft das automatische Cruise Control. Ein vorausfahrendes Fahrzeug wird dabei in dem Head-Up Display ortskorrekt dargestellt. Dieses Fahrzeug kann als Referenzobjekt für das automatische Cruise Control als sogenanntes „real target" ausgewählt werden und in dem Head-Up Display entsprechend hervorgehoben markiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden beispielsweise im Stau Filme oder dergleichen über das Head-Up Display eingeblendet. Alternativ können Informationsdienste oder beispielsweise das Internet genutzt werden. Das Display kann in solchen Fällen für den Fahrer und für den Fahrer geteilt werden, so dass beide ihren „eigenen" Bildschirm haben.
Im Weiteren wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Head-Up Display Systems,
Fig. 2 eine seitliche Teildarstellung eines Fahrzeugs mit einem Head-Up
Display System,
Fig. 3 den Innenraum eines Fahrzeugs mit einem Head-Up Display System,
Fig. 4 die Anordnung von Sensoren zur Erfassung des Fahrzeugaußenraums,
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Head-Up Display Systems,
Fig. 6 eine Darstellung auf einem Head-Up Display System aus Sicht eines
Fahrzeugführers,
Fig. 7 eine weitere beispielhafte Darstellung aus Sicht eines Fahrzeugführers,
Fig. 8 eine weitere beispielhafte Darstellung aus Sicht eines Fahrzeugführers. Die Fig. 1 zeigt ein Head-Up Display System mit einem Head-Up Display 100. Das Head-Up Display 100 wird von einem Rechner 102 angesteuert. Ebenso werden die Bilddaten der auf dem Head-Up Display 100 darzustellenden Objekte von dem Rechner 102 generiert.
Der Rechner 102 ist mit einem Innenraumsensierungssystem 104 verbunden. Das Innenraumsensierungssystem 104 beinhaltet mindestens einen Sensor zur Erfassung der Position zumindest eines Insassen des Fahrzeugs. Vorzugsweise wird zumindest eine Position des Fahrers und / oder des Beifahrers erfasst. Besonders vorteilhaft ist die Erfassung der jeweiligen Kopfposition und / oder die
Position der Augen und der Blickrichtung.
Der Rechner 102 empfängt ferner Daten von zumindest einem Erfassungssensor 106 zur Erfassung eines Objekts in einem Außenraums des Fahrzeugs. Bei dem Objekt kann es sich um jede relevante Verkehrsinformation handeln, beispielsweise einen anderen Verkehrsteilnehmer, einen Fußgänger, Kind, Radfahrer oder Tier auf der Fahrbahn, Verkehrsschilder, Fahrbahnmarkierungen und dergleichen.
Ferner ist der Rechner 102 mit einer Datenbank 108 verbunden. Die Datenbank
108 kann beispielsweise Navigationsdaten beinhalten. In diesem Fall generiert der Rechner 102 aus den Navigationsdaten Bilddaten zur ortskorrekten Anzeige in dem Head-Up Display 100, um dem Fahrer z . B. die Fahrtrichtung anzuzeigen. Beispielsweise kann der Rechner 102 eine Markierung für eine Straße, in die abgebogen werden soll, auf dem Head-Up Display 100 ortskorrekt mit der Straße überlagert einblenden.
Ferner kann die Datenbank 108 auch Videoinformationen, wie z. B. auf DVD gespeicherte Spielfilme oder dergleichen beinhalten. Auch solche Videodaten können über den Rechner 102 auf dem Display 100 zur Anzeige gebracht werden. Bei der Berechnung der Bilddaten zur Anzeige auf dem Head-Up Display 100 berücksichtigt der Rechner 102 die von dem Innneraumsensierungssystem 104 gelieferte Position des Fahrzeuginsassen, so dass die Anzeige auf dem Head-Up Display 100 ortskorrekt erfolgt. Der Rechner 102 passt dabei die Berechnung der anzuzeigenden Bilddaten jeweils der aktuellen von dem Innenraumsensierungssystem 104 gelieferten Position an.
Wenn das Innenraumsensierungssystem 104 beispielsweise die Kopfposition des Fahrers erfasst, erhält dieser eine ortskorrekte Darstellung der betreffenden
Verkehrsinformation auf dem Head-Up Display 100, auch wenn er seine Kopfposition verändert.
Die Fig. 2 zeigt die Seitenansicht eines Fahrers in einem Fahrzeug. Die Straßenszene vor dem Fahrzeug wird durch einen oder mehrere
Erfassungssensoren 1 aufgenommen. Diese dienen zur Erfassung des Fahrzeugaußenraums. Bei einem Erfassungssensor 1 kann es sich beispielsweise um ein Kamerasystem mit einer oder mehreren Kameras handeln, ein oder mehrere Range-Sensoren oder ein oder mehrere Radarsysteme. In dem hier betrachteten Beispiel ist der Erfassungssensor hinter der Windschutzscheibe
5 angeordnet. Dies ist jedoch nicht zwingend; der oder die Erfassungssensoren können auch an anderer beliebiger Stelle des Fahrzeugs angeordnet werden.
Die Position des Fahrers und insbesondere dessen Kopfposition 4 wird durch ein System 2 erfasst, welches in den Innenraum des Fahrzeugs gerichtet ist. Auch dieses System 2 kann beispielsweise durch Video-Range oder Radarsensoren realisiert werden.
Auf der Windschutzscheibe 5 erfolgt durch eine Projektionseinheit 3 im Sichtbereicht des Fahrers ein Head-Up Display. Die Projektionseinheit 3 wird von einem Rechner gesteuert (vgl. Rechner 102 der Fig. 1 ), der mit den Erfassungssensoren 1 und dem System 2 verbunden ist, um z. B. von den Erfassungssensoren 1 detektierte Objekte im Fahrzeugaußenraum ortskorrekt auf die Windschutzscheibe 5 zu projizieren, und zwar entsprechend der Kopfposition 4.
Die von dem Rechner erzeugten Bilddaten werden also durch ortskorrekte Projektionen auf die Windschutzscheibe 5 der Realstraßenszene so überlagert, dass sich für den Fahrer eine intuitive Interpretation der von dem Rechner zur Verfügung gestellte Informationen ergibt.
Die Fig. 3 zeigt den Innenraum eines Fahrzeugs mit einem Erfassungsbereich 6 des System 2. Der Erfassungsbereich 6 ist derjenige Bereich, innerhalb dessen das System 2 eine Position beispielsweise des Fahrers und / oder des Beifahrers sowie der entsprechenden Kopfpositionen ermitteln kann. In dem Beispiel der Fig.
3 ermittelt das System 2 in dem Erfassungsbereich 6 die Kopfpositionen 4a und 4b des Fahrers bzw. des Beifahrers im Innenraum des Fahrzeugs.
Die Fig. 4 zeigt ein Fahrzeug 7. In einem Bereich hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs 7 befindet sich ein Paar Erfassungssensoren 1 a und 1 b. Diese haben einen Erfassungsbereich 8 im Außenraum des Fahrzeugs. Die Erfassungssensoren 1a und 1 b können als Stereosensoren zur Erzeugung von dreidimensionalen Bilddaten ausgebildet sein.
Die Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm zur Realisierung einer weiteren
Ausführungsform eines Head-Up Display Systems. Elemente der Fig. 5, die
Elementen der Figuren 2, 3 und 4 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Das System der Fig. 5 beinhaltet Erfassungssensoren 1a und 1 b für den Fahrzeugsaußenraum. Ferner beinhaltet das System weitere Umfelderfassungssensoren des Systems 2 (vgl. Fig. 2 und 3), d.h. die Innenraumsensoren 2a und 2b.
Die von den Erfassungssensoren 1 a und 1b gelieferten Daten werden von einer Rechen- und Algorithmikeinheit 9 verarbeitet. Aufgrund der Verarbeitung in der Rechen- und Algorithmikeinheit 9 werden die von den Erfassunssensoren 1a und 1b ermittelten Daten einem oder mehreren Mustern des Außenraums des Fahrzeugs 7 zugeordnet. Hierbei kann es sich beispielsweise um Muster für
Verkehrszeichen (vgl. Fig. 6), für vorausfahrenden Fahrzeuge (vgl. Fig. 7), für Fußgänger (vgl. Fig. 8) und / oder für den Straßenverlauf oder für andere Objekte im Außenraum des Fahrzeuges 7 handeln. Die von den Erfassungssensoren 1a und 1 b gelieferten Daten werden mittels einer Mustererkennung einem oder mehreren der Muster zugeordnet. Auf diese Art und Weise können beispielsweise von den Verfassungssensoren 1a und 1 b abgebildete Verkehrszeichen im Außenraum des Fahrzeugs erkannt und ortskorrekt visualisiert werden. Aus dieser Mustererkennung resultiert ein Modell 10 des Aussenraums.
Das Head-Up Display System weist ferner Innenraumsensoren 2a und 2b zur
Erfassung des Fahrzeuginnenraums auf. Die von den Innenraumsensoren 2a und 2b gelieferten Daten werden von einer Rechen- und Algorithmikeinheit 11 verarbeitet. Mittels einer Mustererkennung wird durch die Rechen- und Algorithmikeinheit 11 ein Modell 12 des Fahrzeuginnenraums erzeugt, insbesondere hinsichtlich der Position des Fahrerkopfs und optional des
Beifahrerkopfes.
Das Modell des Fahrzeuginnenraums kann jedoch auch noch weitere
Komponenten beinhalten, die in weiteren Verfahrensschritten ausgewertet werden können. Insbesondere kann das Modell des Fahrzeuginnenraums die Augenposition eines oder mehrere der Insassen, insbesondere des Fahrers und / oder des Beifahrers, sowie die jeweilige Blickrichtung beinhalten.
Die Modelle 10 und 12 des Fahrzeugaußenraums bzw. des Fahrzeuginnenraums werden von einer Berechnungseinheit 13 genutzt, um fahrerrelevante
Informationen an ortskorrekten Positionen über die Projektionseinheit 3 anzuzeigen. Die ortskorrekte Anzeige von Informationen aus dem Fahrzeugumfeld erfolgt basierend auf der Verarbeitung von Objektpositionen im Fahrzeugumfeld und der Position zumindest einer der Insassen, das heißt, beispielsweise der Position der Augen des Fahrers.
Weitere Auswertungen bezüglich der Modelle 10 und 12, Informationen aus der Berechnungseinheit 13, Daten weiterer Fahrzeugsensoren 26 betreffend das Fahrzeugumfeld sowie anderer in der Fig. 5 nicht gezeigter Sensoren die Daten hinsichtlich des Betriebs des Fahrzeugs selbst liefern, werden einem optionalen
Controller 14 zugeführt, der in die Berechnungseinheit 13 eingreifen kann und der weitere Informationen und / oder Warnungen über geeignete Ausgabegeräte 15 - z. B. akustische, visuelle und oder haptische Aktuaturen - ausgeben kann.
Die Fig. 6 zeigt den Blick des Fahrers durch die Windschutzscheibe 5 auf eine
Straßenszene 16. In der Straßenszene 16 steht beispielsweise ein Verkehrszeichen 17, das von den Erfassungssensoren 1 detektiert wird. Unter Berücksichtigung der Kopfposition des Fahrers 4 wird von der Projektionseinheit 3 ortskorrekt eine Markierung 18 um das Verkehrszeichen herum auf die Windschutzscheibe 5 projiziert, um das Verkehrszeichen hervorzuheben.
Ferner kann der Fahrer auf dem Head-Up Display eine zusätzliche geeignete Warnung in seinen direkten Sichtbereich eingeblendet bekommen. Im konkreten Fall wird das erkannte Verkehrszeichen 17 nochmals als Symbol 19 eingeblendet. Dies kann etwa dann erfolgen, wenn der Fahrer die Geschwindigkeitsbeschränkung nicht beachtet.
Eine weitere Anwendung zeigt die Darstellung der Fig. 7. Hierbei wird ein Fahrzeug 20, welches sich innerhalb der aktuellen Straßenszene 16 aufhält, durch eine Markierung 21 in der Projektion des Head-Up Display hervorgehoben. Zusätzliche Informationen über das vorausfahrende Fahrzeug 20 können in einem Fenster 22 unterhalb des Fahrzeugs 20 in direktem Sichtbereich des Fahrers angezeigt werden. Hierbei kann es sich etwa um die Entfernung zu dem vorausfahrenden Fahrzeug 20 und / oder die Differenzgeschwindigkeit handeln.
Ferner kann der Fahrer das vorausfahrende Fahrzeug 20 mit der Markierung 21 selektieren, so dass es als Referenzobjekt für ein automatische Cruise Control System dient.
Die Fig. 8 zeigt eine weitere Anwendungssituation, bei der ein Fußgänger 23 in der aktuellen Straßenszene beispielsweise von rechts in den Fahrbereich des Fahrzeugs kommt. Dies kann eine ernste Gefährdung des Fußgängers und auch des Fahrzeugs und des Fahrers bedeuten. Um beispielsweise die Aufmerksamkeit des Fahrers auf den Fußgänger zu lenken, wird im Sichtbereich des Fahrers eine geeignete Warnung durch ein Symbol 25 eingeblendet und der
Fußgänger 23 durch eine ortskorrekte Darstellung über die Projektionseinheit 3 eingeblendet.
Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn der Fußgänger 23 für den Fahrer nicht oder nur sehr schlecht aufgrund der Beleuchtungsverhältnisse erkennbar ist.
Zusätzlich kann ein Rahmen 24 um den Fußgänger 23 eingeblendet werden, um diesen besonders hervorzuheben.
Gleichzeitig kann über ein Symbol 27 ein mögliches Ausweichmanöver über die Projektionseinheit 3 Head-Up eingeblendet werden. Es können auch ein oder mehrere alternative Ausweichmanöver durch weitere Symbole eingeblendet werden. Selektiert der Fahrer eines der angebotenen Ausweichmanöver, so wird dieses von dem Fahrzeug automatisch ausgeführt.
Bezuqszeichenliste
Erfassungssensoren 1
System 2
Projektionseinheit 3
Kopfposition 4
Windschutzscheibe 5
Erfassungsbereich 6
Fahrzeug 7
Erfassungsbereich 8
Rechen- und Algorithmikeinheit 9
Modell 10
Rechen- und Algorithmikeinheit 11
Fahrzeuginnenraum 12
Berechnungseinheit 13
Controller 14
Ausgabe 15
Straßenszene 16
Verkehrszeichen 17
Markierung 18
Symbol 19
Fahrzeug 20
Markierung 21
Fenster 22
Fußgänger 23 Rahmen 24
Symbol 25
Symbol 27

Claims

Patentansprüche
1. Head-Up Display System zur Darstellung eines Objekts eines Fahrzeugsaußenraums mit
- Mitteln (2, 104) zur Erfassung einer Position zumindest einer der Insassen des Fahrzeugs und
- Mitteln (3, 13,102) zur ortskorrekten Darstellung des Objekts in Bezug auf die Position.
2. Head-Up Display System nach Anspruch 1 mit Mitteln (1 , 106) zur Erfassung des Objekts in dem Fahrzeugaußenraum.
3. Head-Up Display System nach Anspruch 2, wobei die Mittel zur Erfassung des Objekts ein oder mehrere der folgenden Sensoren aufweisen: Videokamera, Radarsensor, Lidarsensor, Range-Imager, Time-Off-Flight- Sensor, Night-Vision-Sensor, Infrarotsensor.
4. Head-Up Display System nach Anspruch 2 oder 3 mit Sensoren zur
Erzeugung eines zwei- oder dreidimensionalen Bildes eines Bereichs des Fahrzeugaußenraums, insbesondere Stereosensoren.
5. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Mittel zur Erfassung einer Postion zur Erfassung der
Kopfposition und / oder der Augenposition des Fahrers und/oder des Beifahrers ausgebildet sind.
6. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Mittel zur Erfassung einer Position eine Sensoranordnung mit mindestens einem oder mehreren Sensoren beinhaltet und als Sensoren vorzugsweise Videokameras, Radarsensoren, Lidarsensoren, Range-Imager, Time-Off-Flight-Sensoren, Night-Vision-Sensoren und
Infrarotsensoren sowie andere Sensoren zur Erzeugung eines zwei- oder dreidimensionalen Bildes des Fahrzeuginnenraums verwendet werden.
7. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 mit Mitteln (13, 102) zur Berechnung von Bilddaten für die ortskorrekte
Darstellung des Objekts basierend auf von den Mitteln zur Erfassung einer Position gelieferten Daten.
8. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 mit Mitteln zur Hervorhebung und / oder Markierung des Objekts in der
Darstellung, wobei es sich bei dem Objekt beispielsweise um eine Person in dem Fahrzeugaußenraum, insbesondere einen Fußgänger, Radfahrer oder einen anderen Verkehrsteilnehmer, Verkehrszeichen, Ampeln, Vorfahrtsstraßen, Fußgängerüberwege, Fahrbahnmarkierungen oder dergleichen handelt.
9. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Patentsprüche 1 bis 8 mit Mitteln (26) zur Generierung von Warnhinweisen, Empfehlungen und / oder Gefahrenhinweisen in Bezug auf das dargestellte Objekt.
10. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 mit Mitteln zur ortskorrekten Darstellung einer Warnung in Abhängigkeit von der Fahrsituation, insbesondere beim Verlassen der Fahrbahn.
11. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
10 mit Mitteln zur ortskorrekten Darstellung einer Assistenzfunktion in Abhängigkeit von der Fahrsituation, insbesondere zur Assistenz beim Spurwechsel und beim Wechsel auf Abbiegespuren.
12. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
11 mit Mitteln zur ortskorrekten Darstellung von Ausweichmanövern (27) beispielsweise um das Objekt herum.
13. Head-Up Display System nach Anspruch 12 mit Mitteln zur Berechnung eines Ausweichmanövers.
14. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
13 mit Mitteln zum Einblenden eines Hinweises und / oder einer Warnung, wenn sich der Kopf des Fahrers und / oder des Beifahrers insbesondere in
Bezug auf einen Airbag in einer ungünstigen Position befindet.
15. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
14 mit Mitteln zur automatische Cruise Control, wobei als Bezugsobjekt das dargestellte Objekt wählbar ist.
16. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
15 mit Rechnermitteln zur Berechnung einer Darstellung des Objekts durch Zugriff auf eine Datenbank oder eine Datei.
17. Head-Up Display System nach Anspruch 16, bei dem es sich bei der Datenbank um eine Navigationsdatenbank eines Navigationssystems handelt.
18. Head-Up Display System, bei dem es sich um Videodaten, beispielsweise einer Fernsehübertragung oder eines DVD-Abspielgerätes, oder um Videodaten eines Informationsdienstes handelt.
19. Head-Up Display System nach Anspruch 18, bei dem die Darstellung von dem System unterhalb einer maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit freigegeben ist.
20. Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
19, bei dem die Mittel zur Erfassung einer Position auch zur Erfassung zumindest einer Beifahrerposition und die Mittel zur ortskorrekten Darstellung des Objekts zumindest auch zur Darstellung in Bezug auf die Beifahrerposition ausgebildet sind.
21. Navigationssystem mit Mitteln zur Bestimmung einer Fahrzeugposition und mit einem Head-Up Display System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, wobei es sich bei dem Objekt um eine Routeninformation handelt.
22. Automatisches Cruise Control System mit Mitteln zur Erfassung eines
Abstands eines vorausfahrenden Objekts und mit einem Head-Up Display
System nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 20, wobei das vorausfahrende Objekt als Bezugspunkt für das automatische Cruise Control dient und das vorausfahrende Objekt ortskorrekt dargestellt wird.
23. Automatisches Cruise Control System nach Anspruch 22 mit Mitteln zur Auswahl eines ortskorrekt dargestellten Objekts als Bezugsobjekt.
24. Verfahren zur ortskorrekten Head-Up Darstellung eines Objekts eines Fahrzeugaußenraums auf einer Windschutzscheibe mit folgenden Schritten:
- Erfassung einer Position eines Fahrzeuginsassen, vorzugsweise des Fahrers oder des Beifahrers,
- Berechnung von Bilddaten für die ortskorrekte Darstellung des Objekts bezüglich der Position,
- Head-Up Projektion der Bilddaten.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei es sich bei der Position um eine Augenposition, vorzugsweise die Augenposition des Fahrers oder des Beifahrers handelt.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem das Objekt mittels eines oder mehrerer Sensoren im Fahrzeugsaußenraum erfasst wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Erfassung eines Objekts in dem
Fahrzeugaußenraum einer Auswerteeinheit zugeführt wird, um gegebenenfalls einen Hinweis, eine Warnung oder eine ortskorrekte Markierung Head-Up zu projizieren.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, bei dem zur Darstellung des Objekts auf eine Datenbank oder eine Datei zugegriffen wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem es sich um eine Navigationsdatenbank handelt.
30. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem es sich um Fernsehübertragungs- oder Videodaten, beispielsweise von einem DVD-Abspielgerät, oder um die Daten eines Informationsdienstes handelt.
31. Computerprogrammprodukt auf einem computerlesbaren Medium oder einer über ein Computernetzwerk übertragbaren Datei mit Programmmitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 24 bis 30, wenn das Computerprogramm auf einem elektronischen System, insbesondere einem Head-Up Display System oder einem Navigationssystem oder einem System für automatisches Cruise Control, ausgeführt wird.
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