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Sensorik

Zeigen statt Drücken

10. Dezember 2013, 11:30 Uhr | Von Frank Linsenmaier und Dag Wagner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

VGA-Webcam als technische Basis

Die hier dargestellte Aufgabenstellung leitet sich aus der Forderung nach einer reduzierten Komplexität sowohl aus technischer Sicht als auch vom Gesichtspunkt der Bedienbarkeit ab. Im Gegensatz zu den bei vielen Gestenerkennungssystemen häufig verwendeten, technisch aufwendigen 3D-IR-Kameras mit aktiver Infrarotsensierung dient hier eine preiswerte, passive 2D-USB-Webcam mit VGA-Auflösung als technische Ausgangsbasis. Weiterhin sollten nur einfache, intuitiv eingängige Gesten erkannt werden (Bild 1), um den Hardware- und Software-Aufwand in Grenzen zu halten, andererseits aber die für die Nutzer-Akzeptanz wichtige Zuverlässigkeit der Gesten-Erkennung zu gewährleisten.

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Anhand einiger Versuche und Überlegungen wurde die Entscheidung getroffen, sich bei der Gestenerkennung auf die Ein-Finger-Hand zu konzentrieren. Der Zeigefinger ist beispielsweise in der menschlichen Bewegung normalerweise von nahezu allen Altersgruppen gut zu kontrollieren und lässt sich mit hoher Zuverlässigkeit – auch unter schwierigen Beleuchtungssituationen – detektieren. Ein Kalman-Filter zusammen mit Algorithmen, die in ähnlicher Form bei der Fahrspurerkennung und -verfolgung eingesetzt werden, ermöglichen das Tracking des gestreckten Zeigefingers in Vorwärts- und Rückwärtsbewegung sowie die Detektion einer Rechts-Links-Wackelbewegung.

So lassen sich berührungslos Basisfunktionen wie Bildschirm-herein- und -heraus-Zoomen und Bild heller oder dunkler darstellen (Bild 2). Auch die Menüauswahl lässt sich mit Hilfe relativer Fingerpositionierung realisieren (Bild 3).

Nun gibt es bei der berührungslosen Bedienung über Gesten im Innenraum eine Reihe teils herausfordernder Randbedingungen, beispielsweise hochdynamische Helligkeitsschwankungen, Änderungen und Bewegungen im Hintergrundbild sowie ungewollte Nutzerbewegungen aufgrund der aus der Fahrdynamik resultierenden Kräfte. Wichtig für die Zuverlässigkeit der Erkennung sind

eine Beschränkung des durch die optische Auslegung der Sensorkamera bestimmten Detektionsvolumens, in dem die Gesten erkannt werden,
eine Limitierung der zulässigen dynamischen Bewegungsparameter der Gestik sowie
der Kunstgriff, alle Objektdetektionen aus einer Relativbewegung oder -positionierung heraus vorzunehmen.

Damit lassen sich einfach erlernbare und intuitiv vom Bediener anwendbare Gesten wie „Menü umblättern“, „Darstellung verkleinern oder vergrößern“, „Audio laut und leise“ sowie „Bildschirmhelligkeit hoch oder niedrig“ zur Bildschirmsteuerung im Fahrzeug heranziehen.
Weil sich im Fahrzeug je nach Tageszeit und Umgebungshelligkeit die Beleuchtungssituation im optischen Detektionsvolumen der Kamera deutlich und schlagartig ändern kann, ist es für die zuverlässige Gestenerkennung notwendig, die Szene mit einer konstanten LED-Kunstlichtquelle auszuleuchten. Hierfür eignet sich beispielsweise passives Nahinfrarotlicht, das die Fahrzeuginsassen auch bei Nacht nicht stört.