Ultra HD 3D Holographic Head-Up Display könnte die Verkehrssicherheit verbessern

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Die von Forschern der University of Cambridge, der University of Oxford und des University College London (UCL) entwickelte Technologie basiert auf LiDAR (Light Detection and Ranging) und nutzt LiDAR-Daten, um ultrahochauflösende holografische Darstellungen von Straßenobjekten zu erzeugen, die direkt auf die Augen des Fahrers gebeamt werden, anstelle von 2D-Projektionen auf die Windschutzscheibe, die in den meisten Head-up-Displays verwendet werden.

Während die Technologie noch nicht in einem Auto getestet wurde, zeigten erste Tests, basierend auf Daten, die von einer belebten Straße im Zentrum Londons gesammelt wurden, dass die holografischen Bilder im Sichtfeld des Fahrers entsprechend ihrer tatsächlichen Position erscheinen und eine erweiterte Realität schaffen. Dies könnte besonders nützlich sein, wenn Objekte wie Straßenschilder zum Beispiel von großen Bäumen oder Lastwagen verdeckt werden, so dass der Fahrer durch" Sichtbehinderungen hindurch sehen kann. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Optics Express veröffentlicht.

"Head-up-Displays werden in vernetzte Fahrzeuge eingebaut und projizieren normalerweise Informationen wie Geschwindigkeit oder Kraftstoffstand direkt auf die Windschutzscheibe vor dem Fahrer, der seine Augen auf der Straße lassen muss", sagt die Hauptautorin Jana Skirnewskaja, eine Doktorandin des Cambridge Department of Engineering. "Wir wollten aber noch einen Schritt weiter gehen und reale Objekte als panoramische 3D-Projektionen darstellen."

Skirnewskaja und ihre Kollegen basierten ihr System auf LiDAR, einer Fernerkundungsmethode, bei der ein Laserimpuls ausgesendet wird, um die Entfernung zwischen dem Scanner und einem Objekt zu messen. LiDAR wird häufig in der Landwirtschaft, Archäologie und Geografie eingesetzt, wird aber auch in autonomen Fahrzeugen zur Hinderniserkennung erprobt.

Mit LiDAR scannten die Forscher die Malet Street, eine belebte Straße auf dem UCL-Campus im Zentrum Londons. Co-Autor Phil Wilkes, ein Geograph, der LiDAR normalerweise zum Scannen tropischer Wälder verwendet, scannte die gesamte Straße mit einer Technik, die terrestrisches Laserscanning genannt wird. Millionen von Impulsen wurden von mehreren Positionen entlang der Malet Street ausgesandt. Die LiDAR-Daten wurden dann mit Punktwolkendaten kombiniert, um ein 3D-Modell zu erstellen.

"Auf diese Weise können wir die Scans zusammenfügen und eine ganze Szene erstellen, die nicht nur Bäume erfasst, sondern auch Autos, Lastwagen, Menschen, Schilder und alles andere, was man auf einer typischen Stadtstraße sehen würde", so Wilkes. "Obwohl die Daten, die wir erfasst haben, von einer stationären Plattform stammen, ähneln sie den Sensoren, die in der nächsten Generation von autonomen oder teilautonomen Fahrzeugen stecken werden."

Nachdem das 3D-Modell der Malet Street fertiggestellt war, wandelten die Forscher verschiedene Objekte auf der Straße in holografische Projektionen um. Die LiDAR-Daten in Form von Punktwolken wurden von Separationsalgorithmen verarbeitet, um die Zielobjekte zu identifizieren und zu extrahieren. Ein weiterer Algorithmus wurde verwendet, um die Zielobjekte in computergenerierte Beugungsmuster umzuwandeln. Diese Datenpunkte wurden in den optischen Aufbau implementiert, um holografische 3D-Objekte in das Sichtfeld des Fahrers zu projizieren.

Der optische Aufbau ist in der Lage, mit Hilfe von fortschrittlichen Algorithmen mehrere Schichten von Hologrammen zu projizieren. Die holografische Projektion kann in verschiedenen Größen erscheinen und ist auf die Position des dargestellten realen Objekts auf der Straße ausgerichtet. Zum Beispiel würde ein verstecktes Straßenschild als holografische Projektion relativ zu seiner tatsächlichen Position hinter dem Hindernis erscheinen und so als Warnmechanismus dienen.

In Zukunft wollen die Forscher ihr System verfeinern, indem sie das Layout der Head-up-Displays personalisieren und einen Algorithmus entwickeln, der mehrere Schichten verschiedener Objekte projizieren kann. Diese Schichthologramme können frei im Sichtbereich des Fahrers angeordnet werden. In der ersten Schicht kann zum Beispiel ein weiter entferntes Verkehrsschild in kleinerer Größe projiziert werden. In der zweiten Schicht kann ein näher gelegenes Warnschild in größerer Größe dargestellt werden.

"Diese Layering-Technik bietet ein Augmented-Reality-Erlebnis und warnt den Fahrer auf natürliche Weise", so Skirnewskaja. "Jedes Individuum kann unterschiedliche Präferenzen für seine Anzeigeoptionen haben. Zum Beispiel könnten die Vitaldaten des Fahrers an einer gewünschten Stelle des Head-up-Displays projiziert werden.