用于将图像数据投影至运输工具窗玻璃投影面的装置和方法
阅读说明：本技术 用于将图像数据投影至运输工具窗玻璃投影面的装置和方法 (Device and method for projecting image data onto a projection surface of a window of a vehicle ) 是由 S·雷彻特 O·森斯 Z·阿米拉利斯 于 2020-03-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于将图像数据投影至运输工具的运输工具窗玻璃的投影面的装置和方法。所提出的装置包括：用于提供图像数据BD1(t)的接口(101)；与该接口(101)相连的用于从图像数据BD1(t)产生图像数据BD2(t)的图像数据处理单元(102)；与图像数据处理单元(102)相连的用于检测环境亮度H(t)的亮度传感器(103)；与图像处理单元(102)相连的用于将图像数据BD2(t)投影到运输工具窗玻璃投影面的投影单元(104),其中,如此设计和设置图像数据处理单元(102),即,为了从图像数据BD1(t)产生图像数据BD2(t)而依据所测得的环境亮度H(t)来设定阶调曲线GK(H(t)),使得在图像数据BD2(t)中,与高于规定颜色亮度限值的图像区相比,低于颜色亮度限值的暗图像区相比于图像数据BD1(t)在其色谱或灰度谱方面被照亮,其中,图像数据BD2(t)内的暗图像区的照亮程度随环境亮度H(t)增大而提高。(The invention relates to a device and a method for projecting image data onto a projection surface of a vehicle window pane of a vehicle. The proposed apparatus comprises: an interface (101) for providing image data BD1 (t); an image data processing unit (102) connected to the interface (101) for generating image data BD2(t) from the image data BD1 (t); a brightness sensor (103) connected to the image data processing unit (102) for detecting an ambient brightness h (t); a projection unit (104) connected to the image processing unit (102) for projecting the image data BD2(t) onto a projection surface of a vehicle window, wherein the image data processing unit (102) is designed and arranged such that, for generating the image data BD2(t) from the image data BD1(t), a tone curve GK (h (t)) is set as a function of the measured ambient brightness h (t) such that, in the image data BD2(t), dark image regions below a color brightness limit are illuminated in their color spectrum or gray spectrum compared to image data BD1(t) compared to image regions above a defined color brightness limit, wherein the degree of illumination of dark image regions in the image data BD2(t) increases with increasing ambient brightness h (t).)
技术领域
本发明涉及一种用于将图像数据投影至运输工具的运输工具窗玻璃的投影面的装置。本发明还涉及一种用于操作这种装置的方法以及一种具有这种装置的运输工具。
背景技术
在现有技术中，作为所谓的“平视显示器(HUD)”知道了用于将图像数据投影至运输工具窗玻璃的投影面的装置。一般，这样的装置被用于对导航数据、运输工具操作数据和用来控制在运输工具内的多媒体应用的多媒体数据进行投影。通常，所投影的图像数据只能让驾驶员看到。
在现有技术中知道的投影系统(HUD)中，图像数据被投影到运输工具窗玻璃的投影面。在此，运输工具窗玻璃可以是运输工具的任一窗玻璃例如前窗玻璃、侧窗玻璃等。相应的运输工具窗玻璃以及运输工具窗玻璃的投影面是透明的，即是透光的。当投影该图像数据时，由投影仪借助光线将图像内容投影到投影面。在投影面处，光线被反射向观看者，使得图像内容可让观看者看到。
另外，知道了如下投影系统，其在运输工具窗玻璃的两个不同的投影面投影彼此不同的图像数据。
因此，例如由出版物DE 10 2006 050 016 A1公开了一种运输工具中的显示装置，其中，该运输工具具有用于确定运输工具驾驶员的视向的传感器装置，并且该显示装置具有在运输工具窗玻璃上的两个分开的投影面。在此，显示装置如此由显示装置控制器来控制，即，为了显示运输工具相关信息，根据驾驶员视向在第一投影面或是在第二投影面进行。
由于在驾驶员视野内显示运动的图像例如视频会使驾驶员分心，因而是法律所不允许的。
在现有技术中还知道了所谓的“多媒体平视显示器”，其允许针对驾驶员和副驾显示个性化的媒体内容，而不会相应地让对方看到它。该系统目前尤其对副驾来说是有意义的，其中，驾驶员不会因仅让副驾看到的图像内容而分心或受到干扰。
在未来的自主驾驶运输工具中，如果运输工具自主运动，则这样的投影系统很有可能也被用于针对驾驶员投影动态图像内容。通过相应个性化投影的图像内容，这种多媒体HUD允许在运输工具、公共汽车、出租车或其他公众交通工具中个性化使用图像数据、图像数据流。
发明内容
本发明的任务是指明一种改进的用于将图像数据投影到运输工具窗玻璃的投影面的装置，它尤其允许无干扰且无疲劳地享受投影的图像数据。
本发明基于发明人的以下认识。
使用在现有技术中知道的投影系统将图像数据投影到运输工具窗玻璃的投影面时，因在亮像点内容和暗像点内容之间的亮度差而出现图像对比度。最暗的图像内容在这里是“纯黑”。因此，在将图像内容“纯黑”投影到投影面像素(像点)时，投影仪未发出光线，因此在该像点(像素)也没有将由投影系统所发出的光线反射向观看者。投影面的像点因此原则上具有投影面的亮度值、色值或色调值。
因为投影面是透明的、即透光的，故使得观看者在该图像点看到在观看者视向上位于像点之后的运输工具环境，从而该像点具备相应环境的亮度值、色值或色调值来代替“纯黑”。因为运输工具一般在运动，故相应环境还始终改变，这让图像数据观看者感到受干扰。
被投影到投影面的图像数据的无疲劳观看还需要观看者眼睛尽量保持聚焦在投影面。如果包含大量暗图像内容的图像数据被投影到投影面，则在投影面出现相应大的透明区域，在该区域，观看者看到在视向上位于投影面之后的环境。在此情况下造成观看者的眼睛轮流聚焦到投影面(在亮图像内容的情况下)和在视向上位于投影面之后的环境(在暗图像内容的情况下)。焦点变换对于观看者是扰人的且使人疲劳的。该影响在明亮的运输工具环境中增强，而在黑暗的运输工具环境中被削弱。
本发明的第一方面涉及一种用于将图像数据投影至运输工具的运输工具窗玻璃的投影面的装置，包括：用于提供图像数据BD1(t)的接口；与接口相连的用于从图像数据BD1(t)产生图像数据BD2(t)的图像数据处理单元；与图像数据处理单元相连的用于检测环境亮度H(t)的亮度传感器；以及与图像处理单元相连的用于将图像数据BD2(t)投影至运输工具窗玻璃投影面的投影单元，在这里，如此设计和设置该图像数据处理单元，即，为了从图像数据BD1(t)产生图像数据BD2(t)而依据所测得的环境亮度H(t)如此设定阶调曲线GK(H(t))(Gradationskurve)，即，在该图像数据BD2(t)中，与高于颜色亮度限值的图像区相比，低于预先规定的颜色亮度限值的暗图像区相比于图像数据BD1(t)在其色谱或灰度谱方面被照亮/增亮(aufhellen)，其中，该图像数据BD2(t)中的暗图像区的照亮程度随环境亮度H(t)增大而提高。
阶调曲线GK(H(t))在此限定将代表色谱或灰度谱的范围SPEC:＝[0％～100％]的以[％]计的亮度值以一一对应的方式映射f到与之相同的区域SPEC：
其中：
％IN:所提供的图像数据BD1(t)的输入亮度值
％OUT图像数据BD2(t)的亮度值
0％最小亮度＝0＝“纯黑”
100％:最大亮度
即，函数f的限定范围SPEC与函数f的目标范围SPEC彼此相同。范围SPEC代表相应图像数据BD1(t)和BD2(t)的像素的亮度值或色值或色调值。
在这里，阶调曲线GK(H(t))依据所确定的环境亮度H(t)而改变。
另外，在这里，术语“暗图像区”优选是指图像数据BD1的如下图像区，其像素所具有的亮度值(单位为[％])在0％至50％之间，尤其在0％至40％之间，或者在0％至30％之间，或者在0％至20％之间，或者在0％至15％之间。
换言之，暗图像区低于其色谱或灰度谱的亮度的规定阈值，例如像50％、40％、30％、20％或者15％。色值或灰度值的与所述亮度值互补的、即高于规定阈值的亮度值因此被称为图像数据BD1(t)的“亮图像区”，并且在图像数据BD2(t)中被输出但未被照亮/增亮或至少相对于暗图像区以更轻微的程度被照亮。除了灰度值和颜色值的增亮外，光强度还可以依据环境亮度被调整，例如该强度在昏暗环境如隧道行驶中降低，并且在明亮环境中被提高以便改善在投影面的可识别性。通过改变由投影单元的光源射出的色谱或灰度谱的按流明度量的亮度来改变光强度。
阶调曲线GK(H(t))优选依据所确定的环境亮度H(t)被如此改变，即，所提供的图像数据BD1(t)的输入亮度值％IN＝0:＝“纯黑”被映射到图像数据BD2(t)的亮度(目标)值％OUT(％IN＝0)>0。在此，亮度(目标)值的大小|％OUT(％IN＝0)|在增大的环境亮度H(t)情况下增大，或在减小的环境亮度H(t)情况下减小。
如果环境亮度(例如在夜晚)很低(相应的亮度限值GW可被设定)，则所提供的图像数据BD1(t)的输入亮度值％IN＝0(＝“纯黑”)优选被映射到图像数据BD2(t)的亮度(目标)值％OUT(％IN＝0)＝0:＝“纯黑”。有利地，阶调曲线GK(H(t))在此情况下在绘制到线性直角坐标系中时对应于在点(％IN＝0，％OUT＝0)和点(％IN＝100，％OUT＝100)之间的对角线。
在环境亮度H(t)>0或H(t)>GW的情况下，阶调曲线GK(H(t))于是从点(％IN＝0，％OUT>0)开始连续延伸向其端点(％IN＝100，％OUT＝100)。如果在线性直角坐标系中绘制阶调曲线GK，则阶调曲线GK(H(t))优选针对[0％至50％]的输入亮度值范围％INB1而言高于将点(％IN＝0，％OUT＝0)和点(％IN＝100，％OUT＝100)相连的对角线，并且优选针对[50％至100％]输入亮度值范围％INB2而言与连接点(％IN＝50，％OUT＝50)和点(％IN＝100，％OUT＝100)的对角线是彼此重合的。
根据本发明，图像数据BD2(t)中的暗图像区的“照亮”或“照亮程度”取决于所确定的环境亮度H(t)。在此，暗图像区的照亮程度随着环境亮度H(t)增大而提高，并且按照减小的环境亮度H(t)来相应减小。因此，暗图像区的照亮程度关于所确定的环境亮度H(t)在两个方向上被调整。这尤其意味着，阶调曲线GK(H(t))依据所确定的环境亮度H(t)被相应调整。
所提出的装置的一个有利改进方案的特点是，设有与图像数据处理单元相连的用于识别运输工具的至少一位乘客的当前视角范围BWB(t)的系统，其中，该图像数据处理单元如此设计和设置，即，仅该图像数据BD2(t)中的在投影到运输工具窗玻璃的投影面时位于视角范围BWB(t)内的暗图像区被照亮。运输工具的乘客尤其可以是驾驶员或副驾。有利地，运输工具窗玻璃是运输工具的前窗玻璃或侧窗玻璃。
有利地，亮度传感器是摄像头传感器。亮度传感器优选具有如下检测范围，其测量乘客透过投影面基本能够看到的运输工具环境的亮度H(t)。因此，尤其是测量如下环境局部的亮度H(t)，该环境局部对于在观看者方面出现之前所述的散焦影响有决定性的作用。
所提出的装置的一个有利改进方案的特点是，图像数据处理单元如此设计和设置，即，在所确定的环境亮度H(t)发生变化ΔH(t)时，图像数据BD2(t)中的暗图像区的照亮是按照与ΔH(t)相关的规定延时Δt(ΔH(t))来进行的。尤其在所确定的环境亮度H(t)发生变化ΔH(t)时，阶调曲线GK(H(t))按照与ΔH(t)相关的规定延时Δt(ΔH(t))而变化。通过所述延时Δt(ΔH(t))，原则上只以延迟的方式进行照亮程度的改变。
如果例如在时刻t0时环境亮度H(t0)增大了1000lux并且得到相应的延时Δt(ΔH(t))＝2秒，则照亮程度的改变或阶调曲线的变化ΔGK(H(t))只在2秒后才开始或起效。如果环境亮度H(t)在2秒内出现-1000lux的改变，即回到初始值，则照亮程度或在时刻t0所依据的阶调曲线GK(H(t0)优选没有丝毫变化。有利地，用于环境亮度H(t)的大幅变化ΔH(t)的延时Δt(ΔH(t))小于用于环境亮度H(t)的小变化ΔH(t)的延时。
所提出的装置的一个有利改进方案的特点是，该图像数据处理单元如此设计和设置，即，在所确定的环境亮度H(t)发生变化ΔH(t)时，该图像数据BD2(t)内的暗图像区的照亮的变化或者阶调曲线GK(H(t))的变化是根据预先规定的连续函数HYS(t)来进行的。因此将避免在图像数据BD2(t)投影时的任何急剧变化。
有利地，该连续函数HYS(t)与亮度H(t)变化ΔH(t)的正负相关，其中，在ΔH(t)为正时，所述暗图像区的照亮按照规定函数HYS1(t)而变化，并且在ΔH(t)为负时，所述暗图像区的照亮按照规定函数HYS2(t)而变化。这允许针对所确定的环境亮度H(t)的增大来设定一个函数，针对所确定的环境亮度H(t)的减小来设定另一个函数。
尤其有利地，函数HYS(t)描述滞后特性、尤其是在图像数据BD2(t)内的暗图像区的亮度变化时的延时滞后特性。
本发明的另一个方面涉及一种运输工具、尤其是道路车辆、轨道车辆、水面运输工具或飞机，其具有如上所述的装置。
本发明的最后一个方面涉及一种操作用于将图像数据投影至运输工具的运输工具窗玻璃的投影面的装置的方法，包括以下步骤：
·在接口处提供图像数据BD1(t)，
·利用亮度传感器检测环境亮度H(t)，
·借助与该接口相连的图像数据处理单元从图像数据BD1(t)生成图像数据BD2(t)，
·借助与图像处理单元相连的投影单元将图像数据BD2(t)投影到运输工具窗玻璃的投影面，
其中，该图像数据处理单元为了从图像数据BD1(t)产生图像数据BD2(t)而依据所测得的环境亮度H(t)来如此设定阶调曲线GK，使得在该图像数据BD2(t)中，与高于颜色亮度限值的图像区相比，低于规定颜色亮度限值的暗图像区相比于该图像数据BD1(t)在其色谱或灰度谱方面被照亮，其中，该图像数据BD2(t)内的暗图像区的照亮程度随环境亮度H(t)增大而提高。
所提出的方法优选包括以下步骤：通过与图像数据处理单元相连的系统来确定运输工具的至少一位乘客的当前视角范围BWB(t)，其中，该图像数据处理单元仅照亮该图像数据BD2(t)中的在投影至运输工具窗玻璃的投影面时位于视角范围BWB(t)内的暗图像区。
所提出的方法的一个有利改进方案的特点是，该亮度传感器具有如下检测范围，该检测范围检测乘客透过投影面基本能够看到的运输工具周围环境的亮度H(t)。
有利地，在所确定的环境亮度H(t)发生变化ΔH(t)时，图像数据处理单元按照关于ΔH(t)所预先规定的延时Δt(ΔH(t))来执行图像数据BD2(t)内的暗图像区的照亮。
有利地，在所确定的环境亮度H(t)发生变化ΔH(t)时，图像数据处理单元按照预先规定的连续函数HYS(t)来执行图像数据BD2(t)内的暗图像区的照亮程度的变化。有利地，该连续函数HYS(t)取决于环境亮度H(t)变化ΔH(t)的正负情况，其中，在ΔH(t)为正时，暗图像区的照亮按照规定函数HYS1(t)而变化，并且在ΔH(t)为负时，暗图像区的照亮按照规定函数HYS2(t)而变化。
特别有利地，函数HYS(t)描绘在图像数据BD2(t)内的暗图像区的照亮变化时的滞后特性、尤其是延时的滞后特性。
附图说明
其它优点、特征和细节来自以下或许参照附图对至少一个实施例加以详述的说明。相同的、相似的和/或功能相同的部分带有相同的附图标记，其中：
图1示出所提出的装置的极其示意性的结构，
图2示出所提出的阶调曲线的一个例子，
图3示出所提出的方法的极其示意性的过程图。
具体实施方式
图1示出所提出的用于将图像数据投影至运输工具的运输工具窗玻璃的投影面的装置的极其示意性的结构，该装置包括：用于提供图像数据BD1(t)的接口101；与接口101相连的用于从图像数据BD1(t)产生图像数据BD2(t)的图像数据处理单元102；与图像数据处理单元102相连的用于检测环境亮度H(t)的亮度传感器103；以及与图像处理单元102相连的用于将图像数据BD2(t)投影至运输工具窗玻璃的投影面的投影单元104。
在这里，图像数据处理单元102如此设计和设置，即，为了从图像数据BD1(t)产生图像数据BD2(t)，依据所测得的环境亮度H(t)来如此设定阶调曲线GK(H(t))，即，在该图像数据BD2(t)中，与高于颜色亮度限值的图像区相比，低于预先规定的颜色亮度限值的暗图像区相比于图像数据BD1(t)被照亮，其中，该图像数据BD2(t)中的暗图像区的照亮程度随着环境亮度H(t)增大而提高。这尤其意味着，图像数据BD2(t)中的暗图像区在环境亮度H(t)增大时以更大的亮度被显示，而在环境亮度H(t)减小时以更小的亮度被显示。
该装置还包括与图像处理单元相连的用于确定运输工具的至少一位乘客(驾驶员和/或副驾)的当前视角范围BWB(t)的系统105，其中，该图像数据处理单元仅照亮该图像数据BD2(t)中的在投影到运输工具窗玻璃的投影面时位于视角范围BWB(t)内的暗图像区。
亮度传感器优选具有如下检测范围，该检测范围检测乘客透过投影面基本能够看到的运输工具周围环境的亮度H(t)。
还如此设计和设置图像数据处理单元，即，在所确定的环境亮度H(t)出现变化ΔH(t)时，按照预先规定的与ΔH(t)有关的延时Δt(ΔH(t))来执行该图像数据BD2(t)中的暗图像区的照亮。
图2示出所提出的阶调曲线GK(H(t))的一个例子。此例子的基础是，运输工具上的亮度传感器确定在1至100000lm/qm之间的环境亮度H(t)。依据环境亮度H(t)来确定该阶调曲线GK(H(t))。此例子基于如下算法，该算法确定阶调曲线GK(H(t))的两个点P1和P2。点P1在所示曲线图中确定关于环境亮度H(t)的对应配属关系％IN＝0→％OUT(％IN＝0)，在此适用的是：％OUT(％IN＝0)≥0，且借此针对输入值％IN＝0限定对图像数据的增强(照亮)。所述对应配属关系：％IN＝0→％OUT(％IN＝0)＝0在此仅例外地适用于以下情况，即，所确定的环境亮度H(t)低于针对暗夜所存在的环境亮度限值GW。
点P2在这里确定关于环境亮度H(t)的如下对应配属关系：
％IN＝25→％OUT(％IN＝25)＝|％OUT(％IN＝0)|+|％OUT(％IN＝0)/2|
并因此针对输入值％IN＝25限定对图像数据的与环境亮度H(t)相关的增强(照亮)。点P2用于确定阶调曲线GK(H(t))的进一步变化过程。所示的阶调曲线GK(H(t))从点(％IN＝50，％OUT＝50)起紧贴虚线对角线并且进一步向阶调曲线的端点(％IN＝100，OUT＝100)延伸。
如果所测得的环境亮度H(t)发生变化，则确定相应改变的阶调曲线GK(H(t))。如果所确定的环境亮度H(t)减小，则在此例子中，点P1的值％OUT(％IN＝0)减小并且值％OUT(％IN＝25)相应减小。如果所确定的环境亮度H(t)减小至低于规定限值GW，则阶调曲线GK(H(t))对应于在曲线图中作为虚线对角线所示的曲线。
图3示出所提出的用于操作将图像数据投影至运输工具的运输工具窗玻璃的投影面的装置的方法的极其示意性的过程图，具有以下步骤：在接口101处提供201图像数据BD1(t)；利用亮度传感器103检测202环境亮度H(t)；借助与接口101相连的图像数据处理单元102从图像数据BD1(t)产生203图像数据BD2(t)；并且借助与图像处理单元102相连的投影单元104将图像数据BD2(t)投影204至运输工具窗玻璃的投影面，其中，该图像数据处理单元102为了从图像数据BD1(t)产生图像数据BD2(t)而依据所测得的环境亮度H(t)来如此设定阶调曲线GK，即，该图像数据BD2(t)中的暗图像区相比于图像数据BD1(t)被照亮，其中，该图像数据BD2(t)中的暗图像区的照亮程度随着环境亮度H(t)增大而提高。
虽然通过优选实施例详细说明和描述了本发明，但本发明不受所公开的例子的限制，本领域技术人员可以从中推导出其它变型，而没有脱离本发明的保护范围。因此清楚明白的是存在多个变型可能方式。也清楚明白的是，所例举的实施方式实际上仅是例子，其绝不应被理解为比如对本发明的保护范围、应用可能性或配置的限制。相反，之前的说明和附图说明使技术人员能够具体实现这些实施例，其中，技术人员在知晓了所公开的发明构思情况下例如就实施例中提到的各个元件的功能或布置而言能完成各种各样的改变，而没有脱离由权利要求及其合法等同比如像说明书中的进一步描述所限定的保护范围。
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