Anzeigeeinheit in einem Fahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinheit, welche in einem Fahrzeuginterieur mit einer Oberfläche angeordnet ist, aufweisend einen in die Oberfläche integrierten Bildschirm mit einer steuerbaren Bildschirmleuchtdichte zum Einstellen einer ursprünglichen Bildschirmleuchtdichte, und ein transparentes Verdeckelement mit einer Verdeckelementoberfläche, das in Betrachtungsrichtung flächig vor dem Bildschirm angeordnet ist und mittels dessen der Bildschirm wenigstens teilweise verdeckt ist, wobei die Verdeckelementoberfläche derart ausgebildet ist, dass diese die Oberfläche zumindest in Betrachtungsrichtung nachbildet, und einer Steuereinheit zumindest zum Steuern der Bildschirmleuchtdichte.

Ein aktueller Trend im Automotive Bereich sind Bildschirme, welche in Oberflächen integriert sind und das Aussehen der Oberfläche imitieren. Diese können als sogenannte ShyTech Bildschirme bezeichnet werden. Im Vergleich zu konventionellen Bildschirmen versuchen ShyTech Bildschirme die Oberfläche typischer Interior Materialien nachzuahmen, wie beispielsweise Holz oder Aluminium. Dadurch entsteht im Innenraum insgesamt eine harmonischere und ruhigere Atmosphäre.

Um eine bestimmte Oberfläche zu imitieren, wird der Bildschirm mit einem speziellen transparenten Verdeckelement versehen. Dieses kann dabei sogar haptisch dem anvisierten Material gleichen. Inhalte werden durch das Verdeckelement hindurch dargestellt. ShyTech Bildschirme sind also eine Art smarte Oberfläche, bei der Inhalte je nach Bedarf durch die Oberfläche dargestellt werden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Anzeigeeinheit anzugeben, wobei die Anzeigeeinheit einen solchen in eine Oberfläche eines Interieurs eines Fahrzeugs integrierten Bildschirm mit einem entsprechenden Verdeckelement aufweist. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anzeigeeinheit mit den Merkmalen nach Anspruch 1 . In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anzeigeeinheit, welche in einem Fahrzeuginterieur mit einer Oberfläche angeordnet ist, aufweisend einen in die Oberfläche integrierten Bildschirm mit einer steuerbaren Bildschirmleuchtdichte zum Einstellen einer ursprünglichen Bildschirmleuchtdichte, und ein transparentes Verdeckelement mit einer Verdeckelementoberfläche, das in Betrachtungsrichtung flächig vor dem Bildschirm angeordnet ist und mittels dessen der Bildschirm wenigstens teilweise verdeckt ist, wobei die Verdeckelementoberfläche derart ausgebildet ist, dass diese die Oberfläche zumindest in Betrachtungsrichtung nachbildet, und einer Steuereinheit zumindest zum Steuern der Bildschirmleuchtdichte, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, einen Korrekturterm in Abhängigkeit von einem Material der Verdeckelementoberfläche und/oder einer einfallenden Leuchtdichte in Bezug auf das Verdeckelement zu ermitteln und anhand des Korrekturterms die Bildschirmleuchtdichte so einzustellen, dass die ursprüngliche Bildschirmleuchtdichte aus Sicht eines Betrachters wiederhergestellt ist.

Mit Bildschirm kann hier jegliches Anzeigemittel umfasst sein, welches eine Anzeige zumindest eines Symbols bewerkstelligt, etc. wie Displays, Screen etc. Der Bildschirm kann zur Anzeige verschiedene zu steuernde Pixel mit den Grundfarben Rot, Gelb, Blau aufweisen, welche mit jeweils unterschiedlicher Leuchtdichte angesteuert werden.

Unter transparenten Verdeckelement kann verstanden werden, dass das Verdeckelement weitgehend oder vollständig durchsichtig ist, zumindest so, dass die Anzeige auf dem Bildschirm durch das Verdeckelement für einen Betrachter erkennbar ist. Unter ursprünglichen Bildschirm leuchtdichte kann diejenige Bildschirm leuchtdichte verstanden werden, die sich ohne Umgebungsstrahlung bzw.

Umgebungsbeleuchtung /einfallende Strahlung und ohne Verdeckelement aus Sichtweise des Betrachters einstellen würde.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass für einen Betrachter im Fahrzeug bestimmte Anzeigen auf dem Bildschirm durch das Verdeckelement hindurch abhängig von der Umgebungsstrahlung, welche auch als Umgebungsbeleuchtung bezeichnet werden kann, unterschiedlich aussehen. Insbesondere wurde erkannt, dass bei einem solchen Bildschirm mit Verdeckelement die Umgebungsstrahlung auch den Eindruck des zu imitierenden Oberflächenmatenals ändern kann.

Erfindungsgemäß wurde weiter erkannt, dass der Grund dafür ist, das Licht oder die wahrgenommene Leuchtdichte, die von einem bestimmten Punkt oder Pixel zu einem Betrachter reflektiert wird, nicht nur von der emittierten Leuchtdichte des Bildschirms abhängt. Hinzu kommt die Umgebungsstrahlung als Leuchtdichte, die aus allen Richtungen auf den Punkt einfällt und von der ein Teil, entsprechend des Oberflächenmatenals in die Richtung des Betrachters reflektiert wird. Unter bestimmten Umständen, beispielsweise bei einem sehr roten Sonnenuntergang, kann es dadurch zu einer veränderten Wahrnehmung der Oberfläche und der Anzeige auf dem Bildschirm kommen. Dies wird mithilfe der Erfindung nun verhindert.

Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, einen Korrekturterm in Abhängigkeit von einem Material der Verdeckelementoberfläche und/oder einer einfallenden Leuchtdichte in Bezug auf das Verdeckelement zu ermitteln und anhand des Korrekturterms die Bildschirmleuchtdichte so einzustellen, dass die ursprüngliche Bildschirmleuchtdichte aus Sicht eines Betrachters wiederhergestellt ist. Die Steuereinheit kann beispielsweise die einzelnen Pixel so ansteuern, dass die finale Pixelfarbe die Reflexionseigenschaften des Verdeckelements und die auf das Verdeckelement einfallende Umgebungsstrahlung berücksichtigt, so dass die ursprüngliche Pixelfarbe, d.h. die Pixelfarbe, welche sich ohne Verdeckelement und Umgebungsstrahlung einstellen würde, hergestellt ist. Ferner kann der Korrekturterm in Abhängigkeit von der Verdeckelementoberfläche, beispielsweise von dessen Reflexionseigenschaften, bestimmt werden.

Dadurch wird die veränderte Wahrnehmung bei ungünstiger Umgebungsstrahlung ausgeglichen. Durch die Erfindung kann eine Farbkorrektur für integrierte Bildschirme mit Verdeckelement zum Ausgleich von Umgebungsstrahlung bewirkt werden.

In weiterer Ausbildung sind Mittel vorgesehen, welche eine Leuchtdichte als einfallende Umgebungsstrahlung in Bezug auf das Verdeckelement messen, wobei die Leuchtdichte der auf das Verdeckelement einfallenden Umgebungsstrahlung entspricht.

In weiterer Ausbildung umfassen die Mittel zumindest eine Innenraumkamera, um die Umgebungsstrahlung als einfallende Umgebungsstrahlung zu approximieren, wobei die Innenraumkamera innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist. Das von der Innenraumkamera generierte Bild kann verwendet werden, um die Umgebungsstrahlung zu approximieren. Je nach gewünschter Genauigkeit können die Bildwerte gemittelt oder aber in ein niedrig aufgelöstes Bestrahlungsstärkebild (Irradiance Map) umgewandelt werden. Letzteres kann einen winkelabhängigen Wert der Umgebungsstrahlung angeben.

In weiterer Ausbildung umfasst das Mittel zumindest eine Fischauge-Kamera (fisheye, fisheye lens), um die Leuchtdichte der auf die Verdeckelementoberfläche einfallenden Umgebungsstrahlung zu bestimmen, wobei die Fischauge-Kamera im Bereich des Bildschirms im Fahrzeug angeordnet ist. Mit Fischauge (hemisphärische Kamera) werden in der Fotografie Objektive bezeichnet, die in etwa eine Hemisphäre einer Bildebene abbilden. Eine solche Fischauge-Kamera kann die winkelabhängigen Leuchtdichtwerte direkt mit dem einfallenden Winkel über die Hemisphäre erfassen.

Ferner kann das Mittel auch eine dedizierte andere Kamera, als die Fischauge-Kamera, umfassen. Ferner umfasst das Mittel zumindest einen Auflichtsensor, um die Leuchtdichte der auf die Verdeckelementoberfläche einfallenden Umgebungsstrahlung zu bestimmen, wobei der zumindest eine Auflichtsensor im Verdeckelement oder zwischen Verdeckelement und Bildschirm angeordnet ist. Mittels eines Auflichtsensors unter dem Verdeckelement ist nach Außen für den Betrachter somit kein Sensor oder Kamera sichtbar. Ferner kann, bei bekannter, spektraler Transmission des Verdeckelements bzw. der Verdeckelementoberfläche, diese aus der von dem Auflichtsensor detektierten Leuchtdichte herausgerechnet werden, um die genaue Leuchtdichte zu bestimmen.

Ferner kann der zumindest eine Auflichtsensor einen mit einem spezifischen, auf die Transmission der Verdeckelementoberfläche angepassten Filter umfassen, um die Wellenlängen des Verdeckelements herauszufiltern. Dadurch kann die Leuchtdichte bzw. die Umgebungsstrahlung direkt und ohne weitere Rechenschritte detektiert werden.

Ferner kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, den Korrekturterm zumindest anhand der Tageszeit und einer Position des Fahrzeugs zu ermitteln. Zusätzlich oder alternativ anstatt einer Kamera/ eines Sensors kann auch die Tageszeit in Kombination mit der Position des Fahrzeugs verwendet werden. Hiermit lassen sich Korrekturterme bestimmen, die beispielsweise bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang die Anzeige korrigieren.

Ferner kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, den Korrekturterm zumindest anhand der Tageszeit und einer Position des Fahrzeugs und einer Wetterinformation zu ermitteln.

Zusätzlich zur Tageszeit in Kombination mit der Position können auch Wetterinformationen genutzt werden, um die voraussichtliche Umgebungsstrahlung anzunähern. So kann beispielsweise ein Unwetter (verdunkelter Himmel) in die Ermittlung des Korrekturterms einfließen.

Ferner können zusätzlich zur Tageszeit, Position und Wetter auch

Infrastrukturobjekte wie Webcams in die Ermittlung von der Steuereinheit miteinbezogen werden, um die voraussichtliche Umgebungsstrahlung besser zu approximieren.

Ferner kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, den Korrekturterm zumindest anhand vorab gespeicherter Reflexionswerte der Verdeckelementoberfläche zu ermitteln. Dadurch wird dem Rechnung getragen, dass der reflektierte Teil der einfallenden Strahlung abhängig von den Materialeigenschaften der Oberfläche ist.

So wirft eine stark spiegelnde Oberfläche, wie beispielsweise spiegelnder Lack, winkelabhängig mehr Licht zurück, als eine nicht verspiegelte, eher diffuse Oberfläche, die Licht gleichmäßiger in alle Richtungen streut.

Der Reflexionswert kann dabei vorab ermittelt werden. Speziell für gängige Materialien wie Holz, Aluminium, etc. existieren gute, analytische Matenalfunktionen die in Kombination mit der Textur der Verdeckelementoberfläche verwendet werden können, um den Reflexionswert der einfallenden Strahlung (einfallenden Leuchtdichte) an dem Material der Verdeckelementoberfläche zu bestimmen.

Die Verdeckelementoberfläche kann alternativ oder zusätzlich mit einem Materialscanner vermessen werden. Diese Scanner liefern eine Tabelle mit winkelabhängigen Reflexionswerten. Zusätzlich werden auch Absorptionswerte und Streuungseigenschaften des Verdeckelements implizit ermittelt. Zur Auswertung können so beispielsweise die Eigenschaften für beliebige Ein- und Ausfallswinkel ausgelesen werden.

Ferner kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, den Korrekturterm anhand zumindest vorab gespeicherter Reflexionswerte der Verdeckelementoberfläche in Kombination mit der Leuchtdichte in Bezug auf das Verdeckelement zu ermitteln. Dadurch ergibt sich ein besonders genauer Korrekturterm.

Ferner kann das Verdeckelement als eine Folie ausgebildet sein. In weiterer Ausbildung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, einen einzelnen Korrekturterm für den gesamten Bildschirm zu ermitteln. Dadurch ist eine einfache Bestimmung des Korrekturterms möglich.

Alternativ kann die Steuereinheit dazu ausgebildet sein, mehrere Korrekturterme in Abhängigkeit von der Position eines Betrachters im Fahrzeug zu ermitteln. Wird der Korrekturterm somit als nicht-uniform/ richtungsabhängig angenommen, spielt die Position des Betrachters damit eine Rolle. So wird beispielsweise die Position des Betrachters bestimmt/ angenähert, um den Korrekturterm für jeden Pixel/ Oberflächenpunkt der Verdeckelementoberfläche entsprechend des Winkels zum Betrachter zu berechnen. Somit variiert der Korrekturterm über die Oberfläche des Bildschirms, kann aber auch gegen richtungsabhängige Farbverschiebungen eingesetzt werden. Somit kann der Einfluss der Umgebungsstrahlung durch die verschiedenen Korrekturterme aufgehoben werden.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:

FIG 1 : eine Anzeigeeinheit,

FIG 2: einen Betrachter mit wahrgenommener Leuchtdichte und Korrekturterm, FIG 3: ein Mittel zur Bestimmung der Leuchtdichte,

FIG 4: eine erfindungsgemäße Anzeigeeinheit im Betrieb.

FIG 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anzeigeeinheit 1 , welche in einem Fahrzeug (nicht gezeigt) angeordnet ist.

Diese weist einen in eine Oberfläche, beispielsweise einen in eine Armatur oder in eine Mittelkonsole oder in einen Sitz integrierten Bildschirm 2 mit einer steuerbaren Bildschirmleuchtdichte zum Einstellen einer ursprünglichen Bildschirmleuchtdichte L(e_display) auf. Zur Darstellung eines Bildes können die verschiedenen Pixel des Bildschirms 2 unterschiedlich angesteuert werden. Ferner weist die Anzeigeeinheit 1 ein transparentes Verdeckelement, welches beispielsweise als Folie 3 ausgebildet ist (hier durch ein Muster angezeigt), mit einer Folienoberfläche auf, das in Betrachtungsrichtung flächig vor dem Bildschirm 2 angeordnet ist und den Bildschirm 2 verdeckt. Dabei ist die Folienoberfläche derart ausgebildet, dass diese die umgebende Oberfläche zumindest in Betrachtungsrichtung nachbildet. Dadurch wird der Bildschirm quasi vollständig in das Interieur des Fahrzeugs, wie Sitz, Mittelkonsole etc. integriert.

Durch die Folie 3 wird die ursprüngliche Bildschirmleuchtdichte L(e_display) je nach Umgebungsstrahlung bzw. auf die Folie 3 einstrahlende und von dieser reflektierten Strahlung für einen Betrachter 5 verändert.

Die Folienoberfläche kann beispielsweise holzartig aussehen, wenn der Bildschirm 2 in eine holzartig aussehende Mittelkonsole integriert ist.

Dadurch lassen sich Bildschirme 2 somit unauffällig in einen Fahrzeuginnenraum anordnen.

Ferner ist eine Steuereinheit 4 zum Steuern der Bildschirm leuchtdichte L(e_display) des Bildschirms 2 vorgesehen.

Dieser kann in einem Embedded Computer vorgesehen sein oder ausgebildet sein, der z.B. via HDMI Bildinhalte zur Darstellung an den Bildschirm 2 oder auch die Bildschirme schickt. Dabei kann der Bildinhalt beispielsweise mithilfe der programmierbaren 3D Einheiten moderner Grafikkarten (Graphics Processing Unit, GPU) generiert werden. Dazu stehen verschiedene APIs (Application Programming Interface) wie z.B. OpenGL ES zur Verfügung. Die Applikation kann mit diesen APIs aus Geometrie- und Bilddaten, sowie verschiedenen Programmen über die GPU ein Bild berechnen. Ein solches Programm ist beispielsweise ein Pixel-Shader, durch welchen beispielsweise die finale Pixelfarbe berechnet wird, beispielsweise die finale Zusammensetzung der Grundfarben Rot/ Grün und Blau (RGB).

FIG 2 zeigt einen Betrachter 5 der einen Bildschirm 2 mit einer die Oberfläche imitierenden Folie 3 aufweist. Dabei nimmt der Betrachter (Observer) 5 wie in FIG 2 die Leuchtdichte L(e_display) durch die Folie 2 anders wahr als ohne eine solche Folie.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Farbe oder Leuchtdichte L(observer), die ein Betrachter 5 von einem Oberflächenpunkt des Bildschirms 2 bzw. durch die Folie 3 wahrnimmt, von der einfallenden Strahlung (L(in) ) und dessen Winkel auf die Folie 2 (d.h. die Umgebungsstrahlung) abhängt, als auch von der Reflexionseigenschaften der Folie 3. Die Reflexionseigenschaften sind dabei vom Folienmaterial bzw. von der Folienoberflächenbeschaffenheit abhängig. So wirft eine stark spiegelnde Oberfläche, wie beispielsweise spiegelnder Lack, winkelabhängig mehr Licht zurück, als eine nicht verspiegelte, eher diffuse Oberfläche, die Licht gleichmäßiger in alle Richtungen streut.

Entsprechend der Gesetze geometrischer Optik entspricht L(observer) der Leuchtdichte L(e_display), die von dem Oberflächenpunkt emittiert wird, also der Leuchtdichte, die der Bildschirm 2 selbst ausstrahlt und der gesamten, auf den Bildschirm 2 bzw. den Bildschirmpixel P einfallenden Leuchtdichte L(in), von der ein Teil hier als L(o_surrounding) ebenfalls in Richtung des Betrachters 5 reflektiert wird.

Dieser reflektierte Teil L(o_surrounding) ist abhängig von den Reflexionseigenschaften d.h. den Matenaleigenschaften der Oberfläche und wird von einer BRDF (Bi-directional Material Reflectance Function) f(foil) beschrieben: Dadurch ergibt sich:

L(observer) wobei

Unter idealen Bedingungen kann Lo_surrounding vernachlässigt werden. Bei starker oder sehr farbiger Umgebungsstrahlung und entsprechend erkannter Leuchtdichte L( in) hingegen kann Lo_surrounding groß werden und die gesamte Leuchtdichte L(observer) in Richtung des Betrachters 5 ändern. Um diese veränderte Wahrnehmung bei ungünstiger Umgebungsstrahlung auszugleichen, wird durch die Steuereinheit 4 ein zusätzlicher Korrekturterm L(correction) basierend auf L(in) und f(foil) ermittelt. Anhand des Korrekturterms L(correction) kann die finale Pixelfarbe des Bildschirms 2 eingestellt werden, um die Pixelfarbe so zu ändern, dass

L(observer) + L o surrounding) + L(correctiori) « Le_display ist.

Daraus folgt, dass

L s surrounding) « — L(correctior)

Und somit ist.

Dazu müssen die Reflexionseigenschaften anhand von Reflexionswerten in Bezug auf die Folie 3 bestimmt werden. Hierzu existieren speziell für gängige Materialien wie holzartige Folie 3, aluminiartige Folie 3, etc. gute, analytische Matenalfunktionen die in Kombination mit der Folientextur verwendet werden können, um f(foil) als analytische Matenalfunktionen zu bestimmen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Folie 3 oder ggf. das zu imitierende Material mit einem Materialscanner vermessen werden. Dieser Scanner liefert eine Tabelle mit winkelabhängigen Reflexionswerten, welche implizit die Absorptionswerte und Streuungseigenschaften enthalten, des gescannten Materials zurück. Zur Auswertung können diese Eigenschaften für beliebige Ein- und Ausfallswinkel ausgelesen werden. Die Materialfunktion kann dabei je nach gewünschter Genauigkeit uniform oder nicht-uniform über die Folienoberfläche sein.

Die so erhaltenden Reflexionswerte können in einer Datenbank beispielsweise gespeichert werden. Die Bestimmung des Oberflächenmatenals und dessen Reflektionseigenschaften kann während der Entwicklung oder Produktion erfolgen. Zur Laufzeit kann anschließend basierend auf den Reflektionseigenschaften die reflektierte Umgebungsstrahlung bestimmt werden und dann als Korrekturterm L(correction) verwendet werden, um nicht gewünschtes Licht herauszurechnen.

Dafür muss das auf die Folie 3 einfallende Licht L(in) bestimmt werden. Hierfür können verschiedene Mittel vorgesehen sein.

FIG 3 zeigt beispielsweise eines dieser Mittel.

Dabei werden Auflichtsensoren 6 zwischen dem Bildschirm 2 und der Folie 3 angeordnet. Durch diese Anordnung ist nach außen kein Sensor oder Kamera sichtbar. Da die spektrale Transmission der Folienoberfläche bekannt ist, kann sie aus der von den Auflichtsensoren 6 detektierten Leuchtdichte L(in) herausgerechnet werden, um die Umgebungsstrahlung zu bestimmen. Die Auflichtsensoren 6 können auch einen mit einem spezifischen, auf die Transmission der Folienoberfläche angepassten Filter umfassen, um die Wellenlängen der Folie 3 herauszufiltern. Dadurch kann eine genauere Leuchtdichte L(in) der Folie 3 bzw. die Umgebungsstrahlung genauer detektiert werden.

Alternativ oder optional können beispielsweise Fischaugen-Kameras (hemisphärische Kameras; nicht gezeigt) im Bereich des Bildschirms 2 angeordnet werden, um die Folienleuchtdichte der auf die Folienoberfläche einfallenden Leuchtdichte L(in) zu bestimmen. Diese können die winkelabhängigen Leuchtdichte L(in) direkt mit dem einfallenden Winkel über die Hemisphäre erfassen.

Ferner können auch Innenraumkameras herangezogen werden. Das von so einer Innenraumkamera generierte Bild kann verwendet werden, um die Leuchtdichte L(in) zu approximieren. Je nach gewünschter Genauigkeit können die Bildwerte gemittelt oder aber in ein niedrig aufgelöstes Bestrahlungsstärkebild (Irradiance Map) umgewandelt werden. Letzteres gibt anschließend einen winkelabhängigen Wert von L(in) an.

FIG 4 zeigt eine erfindungsgemäße Anzeigeneinheit 1 im Betrieb. Anhand der bekannten Reflexionswerte f(foil) in Verbindung mit der erkannten auf den Bildschirm 2 einfallenden Leuchtdichte L(in) kann nun der Korrekturterm L(correction) bestimmt werden und anhand diesem die einzelnen Pixel des Bildschirms 2 korrigiert werden.

Bezugszeichenliste:

1 Anzeigeeinheit

2 Bildschirm 3 Folie

4 Steuereinheit

5 Betrachter

6 Auflichtsensor