DE102004054768A1 - Display device e.g. Head-Up-Display, for use in motor vehicle areas, consists of double image unit of observer projected in front of observer in visual field, and represented as virtual picture unit triplet with intensity strong component - Google Patents

Display device e.g. Head-Up-Display, for use in motor vehicle areas, consists of double image unit of observer projected in front of observer in visual field, and represented as virtual picture unit triplet with intensity strong component Download PDF

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Abstract

The device consists of image pattern with three dimensionally represented image unit in double version as a double image from original and copies. The copies are arranged adjacent to the original in the pattern. A double image unit of an observer projected in front of the observer in the visual field of the observer by an imaging system is represented as virtual picture unit triplet with a central intensity strong component (12). An independent claim is also included for use of the display device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Displayvorrichtung zur Erzeugung eines virtuellen dreidimensionalen Bildes aus einer zweidimensionalen Bildvorlage mittels eines optischen Abbildungssystems.The The invention relates to a display device for generating a virtual Three-dimensional image from a two-dimensional image template by means of an optical imaging system.

Eine derartige Displayvorrichtung kommt beispielsweise in der Stereoskopie zum Einsatz, bei der es sich um ein Verfahren zur Aufnahme und Wiedergabe von zwei Halbbildern eines Stereobildes zwecks Vermittlung einer echten Raumwahrnehmung mit Hilfe eines Stereoskops handelt. Darüber hinaus ist es bekannt, mit dieser Displayvorrichtung auf Grundlage eines Doppelbildes, welches ein dreidimensional darzustellendes Bildelement in doppelter Version phasenverschoben dargestellt umfasst, für einen Betrachter ein virtuelles dreidimensionales Bild mit Hilfe eines optischen Abbildungssystems zu erzeugen. Dieses optische Abbildungssystem umfasst zwei getrennte Abbildungskanäle, über welche das jeweilige Bildelement des Doppelbilds getrennt zu den Augen eines Betrachters übertragen wird. Eine derartige Displayvorrichtung kommt beispielsweise als so genanntes Head-Up-Display zum Einsatz, mit welchem ein auf einer zweidimensionalen Bildvorlage basierendes virtuelles dreidimensionales Bild in das Sichtfeld eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs so projiziert wird, dass es vor dem Kraftfahrzeug auf der Fahrbahn zu sehen ist. Ein Beispiel dieser Displayvorrichtung ist aus der US-A-5,883,739 bekannt. Diese bekannte Displayvorrichtung arbeitet mit zwei getrennten Kanälen eines Abbildungssystems, das Videokameras enthält, um den linken und rechten Augen eines Betrachters getrennt Bildinformation zuzuführen. Zusätzlich zu den Videokameras umfassen die beiden Kanäle des Abbildungssystems einen Bildprozessor, einen Mikrocomputer und einen Bildsynthetisierer. Diese bekannte Displayvorrichtung ist schon aufgrund der zahlreichen zum Einsatz kommenden Elemente aufwändig und teuer.A Such display device comes, for example, in stereoscopy used, which is a method of recording and playback of two fields of a stereo image for the purpose of teaching a real spatial perception with the help of a stereoscope. Furthermore It is known with this display device based on a Double image, which is a three-dimensional image element to be displayed in a double version out of phase, for one Viewer a virtual three-dimensional image with the help of a to produce optical imaging system. This optical imaging system comprises two separate imaging channels, over which the respective picture element of the double image rendered separately to the eyes of a viewer becomes. Such a display device is for example as so-called head-up display used with which one on a two-dimensional image template based virtual three-dimensional image in the field of view of a Driver of a motor vehicle is projected so that it before the Motor vehicle can be seen on the road. An example of this Display device is known from US-A-5,883,739. This known Display device works with two separate channels Imaging system that includes video cameras around the left and right Eyes of a viewer separately to supply image information. In addition to The video cameras include the two channels of the imaging system Image processor, a microcomputer and an image synthesizer. This known display device is already due to the numerous used elements consuming and expensive.

Eine weitere Displayvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-A1 37 12 170 bekannt. Auch dieses bekannte System arbeitet mit zwei Abbildungssystemkanälen. Um das dreidimensionale virtuelle Bild auf Grundlage einer zweidimensionalen Bildvorlage in verschiedenen Entfernungen vor einem Betrachter aufscheinen zu lassen, wird bei dieser bekannten Vorrichtung der Entfernungseindruck für den Betrachter in erster Linie durch eine Querdisparation hervorgerufen, die auf einer Vielzahl von seitlich versetzt in der Bildvorlage angeordneten identischen Bildelementen basiert, die mit Hilfe einer ebenso großen Anzahl von Kanälen des Abbildungssystems für den Betrachter abgebildet wird. Auch diese Displayvorrichtung ist aufwändig und teuer und damit für den Einsatz insbesondere in Kraftfahrzeugen weniger geeignet.A Another display device of the type mentioned is from the DE-A1 37 12 170 known. This known system also works with two Imaging system channels. To the three-dimensional virtual image based on a two-dimensional Picture template in different distances in front of a viewer appear to let, in this known device of the distance impression for the Viewer caused primarily by a transverse disparity, on a variety of laterally offset in the image template arranged identical picture elements, with the help of an equally huge Number of channels of the imaging system for the viewer is pictured. This display device is also costly and expensive and therefore for the use especially in motor vehicles less suitable.

Aus der US-A-435,502 ist es bekannt, einen stereoskopischen Effekt dadurch zu erzielen, dass eine zweidimensionale Bildvorlage, aus der ein dreidimensionales Bild erzeugt werden soll, unmittelbar vor den Augen eines Betrachters angeordnet wird, der zugunsten des dreidimensionalen Bildeindrucks seine Augen auf Unendlich fokussiert. Eine derartige Anordnung der zweidimensionalen Bildvorlage direkt vor den Augen eines Betrachters ist für den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich ungeeignet.Out US-A-435,502 discloses a stereoscopic effect thereby to achieve that a two-dimensional image template, from the one three-dimensional image is to be generated, immediately in front of the Eyes of a viewer is arranged, in favor of the three-dimensional Impression focuses his eyes on infinity. Such an arrangement the two-dimensional image template in front of the eyes of a beholder is for the use in the automotive sector unsuitable.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Displayvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei geringem Systemaufwand insbesondere für den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich ein virtuelles dreidimensionales Bild aus einer zweidimensionalen Bildvorlage zu erzeugen vermag.Of the The present invention is therefore based on the object, a display device to create the type mentioned, the low system cost especially for the use in the automotive sector, a virtual three-dimensional image from a two-dimensional image template is able to produce.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Displayvorrichtung zur Erzeugung eines virtuellen dreidimensionalen Bildes mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Is solved This object is achieved by a display device for generating a virtual three-dimensional image with the characteristics of the claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of Dependent claims.

Mit anderen Worte beruht die Erfindung darauf, in geeigneter Weise aus einem zweidimensionalen Original und dessen Kopie ein Doppelbild zu gewinnen, das dreidimensionale Wirkung erlangt, wenn es in das Gesichtsfeld eines Betrachters abgebildet wird, der seine Augen auf Unendlich fokussiert hat. Insbesondere nimmt der Betrachter diese Vorlage als ein sich in die Raumtiefe erstreckendes virtuelles dreidimensionales Bild wahr. Dieses Bild besteht aus einem Bildelement-Triplett mit einer zentralen intensitätsstarken Komponente, die von zwei intensitätsschwachen Komponenten flankiert ist. Der Nutzeffekt besteht in der zentralen intensitätsstarken Komponente, während die beiden intensitätsschwachen Komponenten als Nebeneffekt bzw. nicht unterdrückbare Störungen aufgenommen werden. Aufgrund des großen Intensitätsunterschieds zwischen Nutzkomponenten und Nebenkomponenten ist die dreidimensionale Bildwirkung durchaus akzeptabel, zumal im Hinblick auf den hierfür erforderlichen geringen Systemaufwand, der mit einem einzigen Abbildungssystem bzw. Kanal eines Abbildungssystems den gesuchten Effekt erzeugt.With other words, the invention is based on it, in an appropriate manner a two-dimensional original and its copy a double image to gain three-dimensional effect when it enters the Visual field of an observer is pictured, his eyes focused on infinity. In particular, the viewer takes this template as a virtual three-dimensional extending into the depth of space Picture true. This image consists of a pixel triplet with a central high-intensity Component flanked by two low-intensity components is. The benefit is the central high-intensity Component while the two low-intensity components be recorded as a side effect or not suppressed interference. Because of the big one Intensity difference between useful components and secondary components is the three-dimensional Picture effect quite acceptable, especially with regard to the required low overhead, with a single imaging system or channel of an imaging system generates the desired effect.

Zur Erzeugung des für die dreidimensionale Wirkung geeigneten Doppelbilds aus Original und Kopie wird bevorzugt eine Rechenroutine eines Rechners genutzt, der dieses Doppelbild als einzige Komponente der zweidimensionalen Bildvorlage erzeugt. Mittels einer geeigneten Rechenroutine lässt sich das Ausgangsbild des Abbildungssystems, welches das Doppelbild abbildet, an die geometrischen Verhältnisse am Abbildungsort anpassen, beispielsweise an die gekrümmte Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, wobei zusätzlich die Projektionsabstände entsprechend angepasst werden.In order to generate the double image of original and copy which is suitable for the three-dimensional effect, a computer routine is preferably used which generates this double image as the only component of the two-dimensional image original. By means of a suitable calculation routine, the output image of the imaging system, wel Ches the double image maps, adapt to the geometric conditions at the imaging location, for example, the curved windshield of a vehicle, in addition, the projection distances are adjusted accordingly.

Das erfindungsgemäße System ist mit weniger Systemaufwand deutlich einfacher und preiswerter zu gestalten als die Doppelprojektion gemäß dem Stand der Technik mit getrennten Abbildungskanälen.The inventive system is much easier and cheaper with less system overhead to design as the double projection according to the prior art with separate imaging channels.

Im Einzelnen wird die Tiefenwirkung aus dem zweidimensionalen Bildelement dadurch erzielt, dass aus dem Original dieses Bildelements eine Kopie erzeugt wird, die horizontal und vertikal versetzt zu dem Original in der zweidimensionalen Bildvorlage positioniert wird. Die Versetzung muss so gestaltet sein, dass die Augen eines Betrachters, die unter Betrachtung der Umgebung quasi auf Unendlich fokussiert sind, das Doppelbild aus den beiden Bildelementen so übereinander liegend sehen, dass ein Triplett dreidimensionaler Bildkomponenten entsteht mit dem zentralen intensitätsstarken Bildelement, das seitlich von zwei intensitätsschwachen Bildelementen flankiert ist.in the The depth effect becomes individual from the two-dimensional picture element achieved by the fact that from the original of this picture element a Copy is created that is offset horizontally and vertically from the Original is positioned in the two-dimensional image template. The displacement must be such that the eyes of an observer, which focuses on infinity, considering the environment are, the double image of the two pixels on top of each other lying, see that a triplet of three-dimensional image components arises with the central high-intensity picture element, the side of two low-intensity Flanked image elements.

Die erfindungsgemäße Displayvorrichtung eignet sich insbesondere zum Einsatz dort, wo ein Betrachter seine Augen ohnehin quasi auf Unendlich fokussiert hat, also beispielsweise beim Führen eines Kraftfahrzeugs.The inventive display device is suitable especially for use where a viewer's eyes anyway almost focused on infinity, so for example while guiding of a motor vehicle.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. In dieser zeigen:following The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawing. In show this:

1 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen aus Original und Kopie bestehenden Doppelbilds zur Abbildung durch ein optisches Abbildungssystem der erfindungsgemäßen Displayvorrichtung; 1 schematically an embodiment of an inventive original and copy double image for imaging by an optical imaging system of the display device according to the invention;

2 das Doppelbild von 1 in nicht korrelierter Projektion in das Gesichtsfeld eines Betrachters, und 2 the double image of 1 in uncorrelated projection in the field of view of a viewer, and

3 die erfindungsgemäß korrelierte Projektion des Doppelbildelements von 1 zur Erzielung eines dreidimensionalen Abbilds des Bildelements der Bildvorlage. 3 the present invention correlated projection of the double pixel of 1 to obtain a three-dimensional image of the image element of the image template.

In 1 ist mit dem Bezugszeichen A eine Bildvorlage bezeichnet, die mittels eines nicht gezeigten optischen Abbildungssystems in ein virtuelles dreidimensionales Bild B (siehe 3) überführt werden soll. Die Bildvorlage A umfasst ein Original 10, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen nach rechts gekrümmt verlaufenden Pfeil, der beispielsweise den Abbiegepfeil für ein Verkehrsleitsystem bzw. ein Navigationssystem bilden soll. Der Abbiegepfeil wird in das Gesichtsfeld eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs so projiziert, dass er es mit dreidimensionaler Wirkung, also mit ausgeprägtem Tiefeneindruck auf die Fahrbahn vor der Motorhaube des Kraftfahrzeugs, projiziert sieht.In 1 is denoted by the reference numeral A an image template, which by means of an optical imaging system, not shown in a virtual three-dimensional image B (see 3 ) is to be transferred. The image template A includes an original 10 in the illustrated embodiment, a curved to the right arrow to form, for example, the turn-off arrow for a traffic control system or a navigation system. The turn-off arrow is projected into the field of vision of a driver of a motor vehicle so that he sees it projected with a three-dimensional effect, that is, with a pronounced impression of depth on the road ahead of the hood of the motor vehicle.

Während eine solche durch Projektion erzeugte dreidimensional wirkende Darstellung einer zweidimensionalen Bildvorlage im Stand der Technik mit Hilfe eines über getrennte Abbildungsoptiken den rechten und linken Augen eines Betrachters getrennt zugeführte Bildelemente eines Doppelbilds erzeugbar ist, geht die Erfindung einen anderen Weg, der es gestattet, einen dreidimensionalen Eindruck von der zweidimensionalen Bildvorlage mit Hilfe einer Einfachprojektion zu erzeugen.While one Such three-dimensional representation generated by projection a two-dimensional image template in the prior art with the help one over separate imaging optics the right and left eyes of a viewer supplied separately Picture elements of a double image can be generated, the invention goes another way that allows a three-dimensional impression from the two-dimensional image template using a single projection to create.

Zu diesem Zweck wird von dem Original 10 des Bildelements "Rechtsabbiegepfeil" eine identische Kopie erstellt, die auf derselben Bildvorlage A vertikal und horizontal versetzt zu dem Original 10 angeordnet wird. Diese Kopie des Originals 10 ist in 1 mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet. Die Relativlage von Original 10 und Kopie 11 ist so gewählt, dass, wenn diese Bildvorlage A in das Gesichtsfeld eines Betrachters projiziert wird, der Betrachter mit seinen auf Unendlich fokussierten Augen ein virtuelles Bildelement mit Tiefenwirkung, in Sichtrichtung mit Abstand vor dem Betrachter liegend, wahrnimmt. Bei erfindungsgemäßer Korrelation von Original 10 und Vorlage 11 ergibt sich für den Betrachter, dessen Augen auf Unendlich fokussiert sind, ein sich in die Raumtiefe erstreckendes virtuelles Bildelement-Triplett 12, 13, 14 mit einer zentralen intensitätsstarken Komponente 12, die von zwei im Wesentlichen vernachlässigbaren identitätsschwachen Komponenten 13, 14 flankiert ist, wie aus 3 hervorgeht.For this purpose is from the original 10 of the right-turn arrow image element creates an identical copy that is vertically and horizontally offset on the same image template A from the original 10 is arranged. This copy of the original 10 is in 1 with the reference number 11 designated. The relative position of original 10 and copy 11 is chosen so that when this image template A is projected into the field of view of a viewer, the viewer, with its eyes focused on infinity, perceives a virtual image element with depth effect, lying in the viewing direction with distance in front of the viewer. With inventive correlation of original 10 and template 11 results for the viewer whose eyes are focused on infinity, extending into the depth of space virtual pixel triplet 12 . 13 . 14 with a central high-intensity component 12 that of two essentially negligible identity-weak components 13 . 14 flanked, how out 3 evident.

Diese Art der Erzeugung eines virtuellen dreidimensionalen Bildes B (3) aus einer zweidimensionalen Bildvorlage A mittels eines optischen Abbildungssystems nutzt die bekannte Wirkung der defokussierten Betrachtung von zwei identischen Gegenständen, die bei korrelierter bzw. geeigneter Ausrichtung der Elemente zueinander, d. h. bei geeignetem gegenseitigen Abstand sowie geeignetem Abstand zu den Augen eines Betrachters, zur Ausbildung von drei virtuellen Komponenten des Bildelements führt, die in 3 mit 12, 13 und 14 bezeichnet sind. Erreichbar ist diese Art einer optischen Überlagerung auch ohne spezielles Abbildungssystem, indem man sich beispielsweise zwei Bleistifte nahe vor die Augen hält. Solange der Abstand der Bleistifte in Bezug aufeinander und die Augen nicht geeignet korreliert ist, sieht man vier unabhängige Bleistifte, entsprechend der Darstellung von 2 mit vier Abbiegepfeilen. Wenn hingegen der gegenseitige Abstand der Bleistifte und ihr Abstand zu den Augen korreliert werden, ergibt sich die Darstellung von 3, wobei im Zentrum, entsprechend der Bezugsziffer 12 von 3, zwei Bleistifte übereinander zu liegen kommen, während zwei weitere Bleistifte flankierend zu diesem zentralen Bleistift zu liegen scheinen.This way of creating a virtual three-dimensional image B ( 3 ) from a two-dimensional image template A by means of an optical imaging system uses the known effect of defocused viewing of two identical objects, the correlated or appropriate orientation of the elements to each other, ie at a suitable mutual distance and suitable distance to the eyes of an observer, for the formation of three virtual components of the picture element that leads into 3 With 12 . 13 and 14 are designated. This type of optical overlay can also be achieved without a special imaging system, for example by holding two pencils close to one's eyes. As long as the distance of the pencils relative to each other and the eyes is not properly correlated, one sees four independent pencils, as shown 2 with four turn arrows. If, however, the against page spacing of the pencils and their distance to the eyes are correlated, gives the appearance of 3 , being in the center, according to the reference number 12 from 3 Two pencils come to lie on top of each other, while two more pencils seem to be flanking to this central pencil.

Ersetzt man diese reell genutzten Bleistifte durch Projektionen von Bleistiften an derselben Stelle, ergibt sich durch Überlagerung additiv im Zentrum ein "Bleistift" großer Intensität, flankiert von zwei Bleistiften geringer Intensität (13 und 14 in 3). Durch Fokussierung der Augen auf das Unendliche in Verbindung mit der Fernfeldwirkung durch Projektion wird zusätzliche Tiefenwirkung erzielt, d. h., das Bildelement scheint vom Betrachter weg in die Tiefe im Gesichtsfeld vor ihm zu verlaufen.Replacing these real-life pencils with projections of pencils at the same point results in a "pencil" of high intensity, superimposed additively in the center, flanked by two pencils of low intensity ( 13 and 14 in 3 ). By focusing the eyes on the infinite in conjunction with the far-field effect by projection additional depth effect is achieved, ie, the picture element seems to run away from the viewer in the depth in the field of vision in front of him.

Der Vorteil dieser Art von Erzeugung eines virtuellen dreidimensionalen Bildes aus einer zweidimensionalen Bildvorlage beruht hauptsächlich darin, dass hierfür eine Einfachprojektion ausreicht und dass als Vorlage ein einziges Bild bzw. eine einzige Bildquelle anstelle von zwei getrennten Bildquellen wie beim Stand der Technik hinreicht.Of the Advantage of this type of generation of a virtual three-dimensional Image from a two-dimensional image template is mainly based on that therefor a single projection is sufficient and that as a template a single Image or a single image source instead of two separate image sources such as sufficient in the prior art.

1010
Originaloriginal
1111
KopieCopy
1212
intensitätsstarke Komponentehigh intensity component
1313
intensitätsschwache Komponentelow-intensity component
1414
intensitätsschwache Komponentelow-intensity component
AA
Bildvorlagemaster image
BB
dreidimensionales Bildthree-dimensional image

Claims (6)

Displayvorrichtung zur Erzeugung eines virtuellen dreidimensionalen Bildes (B) aus einer zweidimensionalen Bildvorlage (A) mittels eines optischen Abbildungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildvorlage (A) ein dreidimensional darzustellendes Bildelement in doppelter Version als Doppelbild aus Original (10) und dessen Kopie (11) enthält, wobei die Kopie (11) neben dem Original (10) auf der Bildvorlage (A) vertikal und horizontal zu diesem versetzt derart angeordnet ist, dass sich dieses über das Abbildungssystem in das Gesichtsfeld eines Betrachters vor den Betrachter projizierte Doppelbildelement (10, 11) dem Betrachter, dessen Augen auf Unendlich fokussiert sind, als sich in die Raumtiefe erstreckendes virtuelles Bildelement-Triplett (12, 13, 14) mit einer zentralen intensitätsstarken Komponente (12) darstellt, die von zwei intensitätsschwachen Komponenten (13, 14) flankiert ist.Display device for generating a virtual three-dimensional image (B) from a two-dimensional image original (A) by means of an optical imaging system, characterized in that the image original (A) displays a three-dimensional image element in double version as a double image from original ( 10 ) and its copy ( 11 ), the copy ( 11 ) next to the original ( 10 ) is arranged vertically and horizontally to the image original (A) in such a way that this image element projected into the visual field of a viewer in front of the observer via the imaging system ( 10 . 11 ) to the viewer whose eyes are focused at infinity as a virtual pixel triplet extending into the spatial depth ( 12 . 13 . 14 ) with a central high-intensity component ( 12 ), which consists of two low-intensity components ( 13 . 14 ) is flanked. Displayvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Abbildungssystem ein einkanaliges Abbildungssystem ist.Display device according to claim 1, characterized in that that the optical imaging system is a single-channel imaging system is. Displayvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Rechner zur Erzeugung des Doppelbildelementes aus seinem Original.Display device according to claim 1 or 2, characterized by a computer for generating the double picture element from his Original. Displayvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner dazu ausgelegt ist, das Doppelbild (10, 11) an die geometrischen Verhältnisse des Projektionsortes anzupassen.Display device according to claim 3, characterized in that the computer is adapted to the double image ( 10 . 11 ) to adapt to the geometric conditions of the projection location. Verwendung der Displayvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Head-Up-Display zur Projektion eines virtuellen dreidimensionalen Bildes (B) in den Sichtbereich eines Fahrers eines Fahrzeugs auf die Fahrbahn vor der Motorhaube des Fahrzeugs.Use of the display device according to one of claims 1 to 4 as head-up display for projecting a virtual three - dimensional image (B) into the field of vision of a driver of a vehicle on the road in front of the hood of the vehicle. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsort für das Doppelbild die Windschutzscheibe des Fahrzeugs ist.Use according to claim 5, characterized that the projection location for the double image is the windshield of the vehicle.
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