Durchbruch beim Durchblick

Das Augmented Reality
Head-up-Display – für eine neue Dimension der Sicherheit

Das Cockpit eines Fahrzeugs ist ein elementarer Gestaltungsraum für sichere Mobilität: Zukünftig ist der Fahrer noch besser mit allen Informationen versorgt und hat dabei den Verkehr immer im Blick – dank Augmented Reality, der computergestützten Erweiterung der Realitätswahrnehmung.

Das Human-Machine-Interface wird immer wichtiger

Ablenkung am Steuer ist Unfallursache Nummer eins: Ob der aus gutem Grund nicht erlaubte Griff zum Smartphone, der zu lange Blick auf den Tacho, das Regeln der Lüftung – schon kleine Unachtsamkeiten können zu gefährlichen Situationen führen. Längere Blickabwendung vom Verkehrsgeschehen und Bedienvorgänge mit anspruchsvoller Auge-Hand-Koordination sind also möglichst zu vermeiden. Doch gleichzeitig steigt der Funktionsreichtum eines Fahrzeug-Cockpits immer mehr an, und die Vernetzung mit Internet, Musik und Apps nimmt zu. Gleichzeitig liefern neue Antriebe neue Informationen, die in der Geschichte des Automobils bisher noch keine Rolle gespielt haben: Wie zum Beispiel das Coasting beim Hybridfahrzeug, also der energiesparende „Segelmodus“ während elektrifizierter Fahrt. All dies erhöht Bedienspektrum und Informationsbedürfnis des Fahrers. Genau hier setzt das neue Augmented Reality Head-up-Display von Continental an: Es wandelt Information in intuitives Verstehen und gibt wertvolle virtuelle Hinweise in das Sichtfeld des Fahrers.

Die neue Größe in der Augmentierung

Großflächige Head-up-Displays waren bisher aufgrund der üblichen raumgreifenden Spiegelsysteme, mit denen sich Informationen auf die Windschutzscheibe projizieren lassen, der automobilen Oberklasse vorbehalten. Das ist nicht befriedigend. Darum galt in der Entwicklung des neuen Displays: Think small. Auf der Consumer Electronics Show 2019 in Las Vegas, einer der weltweit größten Fachmessen für Unterhaltungselektronik, präsentiert Continental nun ein automobiltaugliches, auf Wellenleitertechnologie basierendes Augmented Reality Head-up-Display. Entwickelt wurde der neue Meilenstein gemeinsam mit DigiLens Inc., einem im Silicon Valley ansässigen führenden Unternehmen in der auf holografischen Gitterstrukturen basierenden Projektionstechnologie: Die spektakuläre neue Wellenleitertechnologie (Waveguide) kann auf raumgreifende Spiegelsysteme verzichten und ermöglicht erstmals bei kompakten Geräteabmessungen die besonders großflächige Augmentierung (Unterstützung) im Sichtbereich des Fahrers.

Während die herkömmliche Spiegeltechnik für Augmented Reality ein Volumen von rund 30 Litern erfordert (Bild links), ermöglicht die neue Wellenleitertechnologie (Bild rechts) kompakte Geräteabmessungen mit einem Volumen von nur 10 Litern – bei gleichzeitig größerer Anzeigefläche.

Wir haben beim Augmented Reality Head-up-Display mit der Volumenreduzierung des Instruments die höchste Hürde erfolgreich überwunden. Damit rückt die Serienreife in greifbare Nähe.

Dr. Frank Rabe,
Leiter Instrumentation & Driver HMI bei Continental

Herr Dr. Richter, Sie sind Principal Expert Optical Technologies bei Continental. Warum setzen Sie beim Augmented Reality Head-up-Display auf die Wellenleitertechnologie?

Wir wollen mit unserer Lösung die Vorteile des AR-HUD für möglichst viele Fahrer erschließen, also auch in der Mittel- und Kompaktklasse. Die konventionelle Spiegeltechnik in einem AR-HUD erfordert ein Volumen von rund 30 Litern. In den meisten Fahrzeugen steht dieser Raum einfach nicht zur Verfügung.

Wie genau funktioniert diese Technologie?

Unser Demonstrator nutzt anstelle von Spiegeln drei übereinandergestapelte flache Wellenleiter für den RGB-Farbraum. Lichtstrahlen werden dabei von unten in die Wellenleiter eingekoppelt, innerhalb der Wellenleiter umgelenkt und schließlich nach oben hin ausgekoppelt, um über die Windschutzscheibe reflektiert das virtuelle Bild zu projizieren.

Und wie werden die Bilder erzeugt?

Während zum Beispiel konventionelle Head-up-Displays, also Head-up-Displays ohne Augmented-Reality-Erweiterungen, auf hinterleuchteten TFT-Displays basieren, nutzen wir, um eine bessere Bildqualität zu erzeugen, eine hochwertige Lasertechnik.

Wie viel Augmented Reality verträgt denn der Fahrer?

Wir wollen Sehgewohnheiten sinnvoll ergänzen, aber nicht überfordern. Deshalb gilt: so viel wie nötig, so wenig wie möglich. Bisherige Tests haben bereits hohe Akzeptanz erbracht, weil zum Beispiel der Stress der Navigation in einer unbekannten Großstadt durch virtuelle Hinweispfeile massiv sinkt.

Auf welche besondere Herausforderung sind Sie gestoßen?

Eine der zahlreichen Herausforderungen lag sicherlich darin, dass unser Entwicklungspartner bisher Lösungen beispielsweise für Helmvisiere von Piloten oder Motorradfahrern umgesetzt hat. Die vollflächige Anwendung für eine Windschutzscheibe hat aber zwangsläufig eine ganz andere Dimension. Umso mehr freuen wir uns über die überzeugende Lösung.

Welche weiteren Potenziale der Technologie sehen Sie?

Das ist ein weites Feld. Neben mehr Sicherheit wird hier auch Komfort – verstärkt noch bei automatisiertem Fahren – ein Treiber sein. So lassen sich ortsbezogene Informationen oder Filme per Augmented Reality in die Windschutzscheibe oder Seitenscheiben projizieren. Sicherlich werden hierbei auch neue Geschäftsmodelle entstehen.

Wie sieht es mit der Marktreife aus?

Erste Prototypen werden bereits 2019 bereitgestellt, die Fertigung könnte aus heutiger Sicht ab 2022 beginnen. Das Ziel: Wir wollen aktuelle, aber auch zukünftige Anforderungen an die Mensch-Fahrzeug-Interaktion in hochmodernen Cockpitarchitekturen optimal erfüllen.

Augmented Reality – vielerorts Realität

Augmented Reality hat längst in unterschiedlichsten Bereichen des Lebens Einzug gehalten. Lag der Ursprung noch in der militärischen Luftfahrt und sollte in Helmvisieren den Flug von Kampfpiloten unterstützen, sind heute auch viele zivile Anwendungen bekannt und aus unserem Leben oft nicht mehr wegzudenken. Eines der populärsten Beispiele kommt sicherlich aus dem Fußball: Ein Pfiff, ein Freistoß, die Mauer postiert sich – aber stimmt der Abstand zwischen Schütze und Verteidigung? Hier wird die Entfernung per Augmented Reality eingeblendet. Doch auch in vielen anderen Bereichen setzt Augmented Reality neue Maßstäbe.

AR in Medizin und Chirurgie

Mithilfe von Augmented Reality können Ärzte schon bald während einer Operation ihre Wahrnehmung erweitern: So wird es möglich sein, zuvor aufgenommene Computertomografie-Scans oder aktuelle Bilddaten von Ultraschallgeräten während eines Eingriffs über dem Körper des Patienten einzublenden – so lassen sich medizinische Operationen präziser und effizienter durchführen. Darüber hinaus finden Augmented-Reality-Anwendungen ihren Einsatz als Lehrwerkzeug für die Arbeit an medizinischen Simulatoren.

AR in der Industrie

Automobilhersteller setzen nicht nur im Cockpit zunehmend auf Augmented Reality: Weil die Instandhaltung eines modernen Fahrzeugs nicht zuletzt durch die zunehmende Komplexität der innerhalb des Motorraums befindlichen Systeme immer komplizierter ist, arbeiten Hersteller an Augmented-Reality-Brillen, die Mechaniker bei ihrer Arbeit unterstützen sollen – zum Beispiel während Wartungsarbeiten am Motor mit einer praktischen Schritt-für-Schritt-Anleitung.

AR in Smartphones

Das Spiel Pokémon Go, das weltweit einen Massen-Hype auslöste, war nur der erste Vorgeschmack auf die Möglichkeiten, die Augmented Reality in Smartphones bietet. So lässt sich das Kamerabild mithilfe eines Browsers mit ortsbezogenen Daten überlagern: Der Nutzer kann sich z. B. sofort eine Adresse, Hintergrundinformationen zu einer Sehenswürdigkeit, den Preis einer Immobilie, die Lage des nächstgelegenen Clubs oder den kürzesten Weg zu einer Destination anzeigen lassen.

AR in der Architektur

Augmented Reality ist optimal geeignet, um Visualisierungen von Gebäuden im öffentlichen Raum zu erschaffen. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel einstmals vorhandene historische Gebäude oder auch zukünftige Architekturprojekte eindrucksvoll inszenieren und begehen.

AR in der Bildung

Erweiterte Realität hat im Lernbereich ein großes Potenzial – gerade bei mobilen Applikationen. Ein gutes Beispiel hierfür ist die „Timetraveler Berlin Wall“-App, die wie ein faszinierendes Fenster in die Vergangenheit funktioniert: Hier kann der Nutzer auf seinen Wegen entlang der Berliner Mauer punktgenau die historischen Ereignisse aus zurückliegenden Epochen in Form von Videos, Fotos und Texten auf dem Display seines Smartphones nacherleben.

AR in der Arbeitswelt

Endlich ohne Reiseaufwand von Angesicht zu Angesicht konferieren? Augmented Reality kann schon bald Telefonkonferenzen revolutionieren: Wenn von allen Gesprächsteilnehmern virtuelle Avatare angelegt werden, lassen sich mithilfe spezieller Brillen und Kamerasysteme die Gesichter der Teilnehmer in Echtzeit auf die Avatare bringen.

AR unter Wasser

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik hat mit Augmented-Reality-Technologie eine Unterwasser-Simulation entwickelt: Zukünftig könnten mit dieser Methode Berufstaucher bei gefährlichen Unterwasser-Reparaturarbeiten ohne genügende Sicht – zum Beispiel an Ölbohrinseln oder an Staudämmen – unterstützt werden.

Augmented Reality bringt Daten und Leben sinnvoll zusammen: In dieser Erweiterung der Darstellung von Realität liegen mehr Wissen, mehr Komfort und mehr Sicherheit – auch unterwegs im Fahrzeug mit dem Augmented Reality Head-up-Display.