DE102007061273A1 - Flight information e.g. flight height information, displaying method for aircraft, involves transforming image into another image by partial non-planar projection and visualizing latter image in two-dimensional display plane of display unit - Google Patents

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Abstract

The method involves generating a synthetic image as a partial non-planar projection of a surrounding of an aircraft. The image is visualized in a two-dimensional display plane of a display (50) of a display device and/or is transformed into another image (52) by the partial non-planar projection. The image (52) is visualized in the two-dimensional display plane of the display unit. The projection is projected with another projection on a non-planar image plane to produce a third image, which is transformed into the image (52) by a third projection. An independent claim is also included for a display device of an aircraft for displaying flight information.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung von Fluginformationen mittels zumindest eines Anzeigeinstruments eines Luftfahrzeugs, wobei zumindest ein erstes synthetisches Abbild einer Umgebung des Luftfahrzeugs generiert wird, sowie ein Anzeigeinstrument für ein Luftfahrzeug, insbesondere eingerichtet zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend zumindest eine Anzeigeeinrichtung zur Visualisierung von Fluginformationen in einer im wesentlichen zweidimensionalen Darstellungsebene, wo bei mittels der Anzeigeeinrichtung zumindest ein erstes synthetisches Abbild der Umgebung des Luftfahrzeugs darstellbar ist.The The present invention relates to a method for the preparation of Flight information by means of at least one display instrument of a Aircraft, wherein at least a first synthetic image of a Environment of the aircraft is generated, as well as a display instrument for an aircraft, in particular adapted for use in a method according to the invention, comprising at least one display device for visualizing flight information in a substantially two-dimensional representation plane, where at by means of the display device at least a first synthetic Image of the environment of the aircraft is displayed.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Anzeigeinstrumente für ein Cockpit eines Luftfahrzeugs bekannt. Neben Anzeigeinstrumenten, wie Höhenmessern, künstlichen Horizonten, oder Geschwindigkeitsmessern bzw. Kombinationsanzeigen, die verschiedene Parameter des Luftfahrzeugs anzeigen, halten sogenannte synthetische Sichtsysteme (Synthetic Vision Systems (SVS)) zunehmend Einzug in Cockpits.Out The prior art are various gauges for a cockpit of an aircraft known. In addition to indicating instruments, like altimeters, artificial horizons, or Speedometers or combination displays, the different Display parameters of the aircraft, keep so-called synthetic Vision systems (Synthetic Vision Systems (SVS)) are increasingly being introduced into Cockpits.

In einem synthetischen Sichtsystem werden Datenbankinhalte mit Hilfe von Methoden der graphischen Datenverarbeitung auf einem Sichtsystem dargestellt, um so eine realitätsnahe Abbildung der wirklichen Umgebung des Luftfahrzeugs darstellen zu können. Dies soll insbesondere bei schlechten Sichtbedingungen einen sicheren Flug gewährleisten.In A synthetic vision system uses database content of methods of graphic data processing on a visual system This is a realistic representation of the real environment of the aircraft. This is especially true ensure safe flight in poor visibility conditions.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und ein gattungsgemäßes Anzeigeinstrument werden beispielsweise in dem Artikel „Synthetic vision systems for improving unmanned aerial vehicle Operator situation awareness", Proc. SPIE Vol. 5802, S. 219–230, Enhanced and Synthetic Vision 2005, Ausgabe Mai 2005 , beschrieben. In diesem synthetischen Sichtsystem wird insbesondere vorgeschlagen, daß auf einem Bildschirm in einem zentralen Bereich ein Videobild der Umgebung eines Luftfahrzeugs dargstellt wird, welches von einem synthetisch generierten Abbild der Umgebung des Luftfahrzeugs umgeben ist. Auf einem primären Flugführungsdisplay, welches in einer Operatorstation für unbemannte Luftfahrzeuge am Boden eingesetzt wird, wird also eine perspektivische, dreidimensionale Ansicht in Richtung einer Längsachse des Luftfahrzeugs erzeugt, um eine Sicht des Piloten aus dem Cockpit heraus nachzuempfinden. Bei dieser Implementierung eines synthetischen Sichtsystems wird das virtuelle Bild durch eine planare perspektivische Projektion auf einer planaren Fläche erzeugt.A generic method and a generic display instrument, for example, in the article SPIE Vol. 5802, pp. 219-230, Enhanced and Synthetic Vision 2005, May 2005 Edition "Synthetic vision systems for improving unmanned aerial vehicle operator situation awareness" , described. In this synthetic vision system, it is proposed, in particular, that a video image of the surroundings of an aircraft, which is surrounded by a synthetically generated image of the surroundings of the aircraft, be displayed on a screen in a central area. Thus, on a primary flight guidance display used in an unmanned aerial operator station on the ground, a perspective, three-dimensional view is taken in the direction of a longitudinal axis of the aircraft to simulate a pilot's view of the cockpit. In this implementation of a synthetic vision system, the virtual image is created by a planar perspective projection on a planar surface.

Die Verwendung eines solchen synthetischen Sichtsystems als Ersatz für einen realen Ausblick aus einem Cockpit ist für einen Piloten jedoch sehr gewöhnungsbedürftig. So ist der natürliche periphere Sichtbereich stark eingeschränkt, da in bekannten Systemen vergleichsweise geringe horizontale Sichtwinkel im Bereich von ca. 30° bis etwa 90°, d. h. in einem Winkelbereich von –15° bis +15° bzw. –45° bis +45° ausgehend von einer Bildmitte, verwendet werden. Größere Sichtwinkel (ihren jedoch üblicherweise zu dem Nachteil, daß, je größer der Sichtwinkel wird, immer größere Längsverzerrungen auftreten. Während Informationen in einer Bildmitte immer stärker verkleinert werden, werden Informationen in einem Außenbereich eines Bildes immer mehr gestreckt. Der Abstand gleicher realer Winkelbereiche ist in planaren Projektionen stark nicht linear. Eine Vergrößerung des Sichtwinkelbereichs bei einem bekannten synthetischen Sichtsystem über einen Bereich von 120° hinaus, d. h. einen Bereich von –60° bis +60° hinaus ausgehend von einer Bildmitte, führt zu so starken Verzerrungen, daß es zu Fehlinterpretationen der Abbildung des synthetischen Sichtsystems kommen kann, insbesondere Hindernisse in einer Bildmitte als zu weit entfernt eingeschätzt werden.The Use of such a synthetic vision system as a substitute for A real view from a cockpit is for a pilot but very getting used to. So is the natural one peripheral viewing area severely limited, as in known Systems comparatively low horizontal viewing angle in the range from about 30 ° to about 90 °, d. H. in an angular range from -15 ° to + 15 ° or -45 ° to + 45 ° from a center of the image. larger Viewing angle (but usually to the detriment of that the larger the viewing angle becomes, increasingly larger longitudinal distortions occur. While information in an image center is getting stronger be downsized, information in an outdoor area a picture more and more stretched. The distance between the same real angle ranges is not very linear in planar projections. An enlargement the viewing angle range in a known synthetic vision system over a range of 120 °, d. H. a range of -60 ° to + 60 ° out from an image center, leads to such strong distortions that it leads to misinterpretations the picture of the synthetic vision system can come, in particular Obstacles in a center of the image are considered too far away become.

Bevor detailliert auf die Erfindung eingegangen wird, werden im Folgenden zunächst die theoretischen Grundlagen einer Projektion und deren Eigenschaften erläutert.Before will be discussed in detail in the following First, the theoretical foundations of a projection and their properties explained.

Unter einer Projektion wird die Abbildung von Punkten des dreidimensionalen Raumes auf Punkte einer gegebenen Fläche verstanden. Ist diese Fläche eben, spricht man von einer planaren Projektion. Als sogenannte Projektionsstrahlen werden die Verbindungslinien eines Kamera- oder Augpunktes des Betrachters mit den Punkten im dreidimensionalen Raum verstanden. Der Schnitt der Projektionsstrahlen mit einer Projektionsfläche bzw. Bildebene definiert den Bildpunkt in der planaren Projektion.Under a projection becomes the mapping of points of the three - dimensional Understood space on points of a given area. is this plane is called a planar projection. As so-called projection beams are the connecting lines a camera or eye point of the viewer with the points in the understood three-dimensional space. The cut of the projection rays with a projection surface or image plane defines the Pixel in the planar projection.

Bei einer planaren perspektivischen Projektion befindet sich ein Kamerapunkt 1, wie in 1 illustriert, im Endlichen. Dadurch entsteht ein von der Kamera ausgehendes Projektions strahlenbündel 3. Unterschiedlich weit von einer Bildebene 5 liegende Objekte (A, B) gleicher Größe werden bei dieser Projektion auf einer Bildebene 5 unterschiedlich groß als Abbildungen A', B' abgebildet.In a planar perspective projection is a camera point 1 , as in 1 illustrated, in the end. This creates a beam emanating from the camera projection beam 3 , Different from an image plane 5 lying objects (A, B) of the same size are in this projection on an image plane 5 different sizes shown as pictures A ', B'.

In 2 ist eine perspektivische Projektion am Beispiel eines gleichseitigen Hexaeders 7 mit der Kantenlänge 1 dargestellt.In 2 is a perspective projection using the example of an equilateral hexahedron 7 with the kan tenlänge 1 shown.

Außer Linien in der Projektionsfläche bzw. Bildebene sind bei der perspektivischen Projektion alle Strecken längenverzerrt. Parallele Strecken laufen auf einen Fluchtpunkt 9 zu, wobei dieser bei Strecken parallel zu einer Projektionsfläche bzw. Bildebene im Unendlichen liegt. Im primären Flugführungsdisplay (PFD) ist insbesondere eine perspektivische Projektion Stimulus für die dreidimensionale Wahrnehmung einer synthetischen Sicht.Apart from lines in the projection surface or image plane, all distances are distorted in the perspective projection. Parallel routes run to a vanishing point 9 to, wherein this is parallel to a projection surface or image plane at infinity at distances. In the primary flight guidance display (PFD), in particular, a perspective projection is stimulus for the three-dimensional perception of a synthetic view.

Eine Forderung an eine synthetische Sicht ist es, wie bereits zuvor erwähnt, die relevanten Informationen auf eine begrenzte Darstellungsfläche zu komprimieren und dabei einen Informationsverlust bzw. eine Informationsverfälschung zu vermeiden oder zu minimieren. Die Forderung nach der Darstellung eines möglichst großen Sichtbereichs und nach der ausreichenden Erkennbarkeit auf einer limitierten Darstellungsfläche sind dabei gegenläufig. Die Wahl des Abstands einer Projektionsfläche von einem Kamerapunkt und der daraus resultierende Sichtwinkel skalieren direkt diese beiden Faktoren. Die Einstellung eines Sichtwinkels (Field of View, FOV) ist bei der perspektivischen Projektion in einem Anzeigeinstrument meist eine feste Größe. Eine Änderung des Sichtwinkels während des Fluges kann nämlich durch veränderte Größenverhältnisse zu schwerwiegenden Irritationen führen. So ist die Tiefenwirkung vor allem einer Geländedarstellung von einem Sichtwinkel abhängig. Demnach erscheint durch die Stauchung der Abbildung die Umgebung bei zunehmendem Sichtwinkel flacher. Der Pilot sieht zwar einen größeren Umgebungsbereich, die Distanzen zu Objekten in der synthetischen Sicht erscheinen jedoch größer, da sie aufgrund der auftretenden Verzerrungen kleiner abgebildet werden. Bei kleinen Sichtwinkeln hingegen sind die Verzerrungen kaum bemerkbar; die Relationen der Darstellung erscheinen realistisch. Demgegenüber bilden kleine Sichtwinkel nur einen schmalen Bereich um die Projektionsnormale ab, was das Gesichtsfeld unrealistisch im Vergleich zu einer üblichen Sicht unter Einbeziehung eines peripheren Sichtfelds einschränkt.A The demand for a synthetic view is, as mentioned earlier, the relevant information on a limited display area to compress and thereby a loss of information or an information corruption to avoid or minimize. The demand for representation the largest possible field of vision and after of sufficient recognizability on a limited display surface in opposite directions. The choice of the distance of a projection surface scale from a camera point and the resulting viewing angle directly these two factors. The setting of a viewing angle (Field of View, FOV) is at the perspective projection in a display instrument usually a fixed size. A change in the angle of view during the flight can namely by changing proportions lead to serious irritation. Such is the depth effect especially a terrain view from a viewing angle dependent. Accordingly, appears by the compression of the figure the environment flatter with increasing viewing angle. The pilot sees Although a larger environment, the distances to objects in the synthetic view, however, appear larger, because they are smaller because of the distortions that occur become. For small viewing angles, however, the distortions are hardly noticeable; the relations of representation appear realistic. In contrast, small viewing angles make only a narrow Range around the projection normal, making the visual field unrealistic compared to a usual view involving of a peripheral field of view.

Diese für die Geländedarstellung identifizierten Auswirkungen der Auswahl des Sichtwinkels sind bei einer perspektivischen Flugpfaddarstellung von zusätzlicher Relevanz, da die Entfernung zu dreidimensionalen Elementen des Flugpfades (außer bei einer Landung) deutlich geringer ist als zu einem Gelände.These effects identified for the terrain the selection of the viewing angle are in a perspective flight path representation of additional relevance, since the distance to three-dimensional Elements of the flight path (except for a landing) clearly less than to a terrain.

3a bis 3c zeigen die perspektivische Projektion eines Flugpfades, welcher durch Tunnelelemente dargestellt wird, in Abhängigkeit eines Sichtwinkels bei aus dem Stand der Technik bekannten synthetischen Sichtsystemen. In 3a beträgt der Sichtwinkel 30°, in 3b 60° und in 3c 120°. Alle Objekte befinden sich jeweils an derselben Position. Während bei einem Sichtwinkel von 30°, also von –15° bis +15°, die nächsten Tunnelelemente 11, 11' scheinbar unmittelbar durchflogen werden und eine Kurve 12 in kurzer Zeit erreicht wird, scheinen die den Tunnelelementen 11, 11' entsprechenden Tunnelelemente 13, 13' bei einem Sichtwinkel von 60° (3b), weiter entfernt und bei einem Sichtwinkel von 120° scheinen die den Tunnelelementen 11, 11' entsprechenden Tunnelelemente 15, 15' deutlich weiter entfernt zu sein. So erkennt man bei einem größeren Sichtwinkel einen längeren Teil des zukünftigen Verlaufs der Soll-Trajektorie bzw. Sollflugpfads. Weiterhin führt die Verzerrung bei größeren Sichtwinkeln dazu, dass relative Bewegungen im Zentrum der Darstellung kaum erkennbar sind. Zu Randbereichen hin scheinen die Elemente jedoch zu beschleunigen und sich mit höherer Geschwindigkeit zu bewegen. 3a to 3c show the perspective projection of a flight path, which is represented by tunnel elements, as a function of a viewing angle in known from the prior art synthetic vision systems. In 3a the viewing angle is 30 °, in 3b 60 ° and in 3c 120 °. All objects are in the same position. While at a viewing angle of 30 °, ie from -15 ° to + 15 °, the next tunnel elements 11 . 11 ' seemingly be flown through immediately and a curve 12 reached in a short time, seem the tunnel elements 11 . 11 ' corresponding tunnel elements 13 . 13 ' at a viewing angle of 60 ° ( 3b ), farther away and at a viewing angle of 120 °, they seem to be the tunnel elements 11 . 11 ' corresponding tunnel elements 15 . 15 ' to be much further away. Thus, with a larger viewing angle, a longer part of the future course of the desired trajectory or desired flight path can be recognized. Furthermore, the distortion leads to larger viewing angles that relative movements in the center of the representation are barely recognizable. However, towards the edges, the elements seem to accelerate and move at higher speeds.

4a zeigt die geometrische Abhängigkeit einer minimalen Sichtweite di eines Flugpfades der Breite b von einem gewählten Sichtwinkel αi. Vorausgesetzt es herrscht keine vertikale oder horizontale Ablage zu einem Sollpfad und eine Projektionsrichtung entspricht der Richtung eines Flugpfades eines Luftfahrzeugs 17, ergibt sich folgende Beziehung:

Figure 00060001
4a shows the geometric dependence of a minimum visibility d i of a flight path of the width b of a selected viewing angle α i . Provided there is no vertical or horizontal deviation to a desired path and a direction of projection corresponds to the direction of a flight path of an aircraft 17 , the following relationship results:
Figure 00060001

Das Diagramm in 4b stellt den Verlauf der minimalen Sichtweite d bei veränderlichem Sichtwinkel α und verschiedenen Breiten b der Flugpfadanzeige dar. Klar erkennbar ist der starke Anstieg der minimalen Sichtweite bei kleinen Sichtwinkeln. Für das in den 3a bis 3c dargestellte Beispiel gelten bei einer Breite des Flugpfades von b = 100 m die minimalen Sichtweiten 186,6 m (30° Sichtwinkel), 86,6 m (60° Sichtwinkel) und 28,9 m (120° Sichtwinkel). Bei einer Fluggeschwindigkeit von V = 100 m/s (~200 kn) schwanken die Zeitspannen, in denen ein Element des Flugpfades das Sichtfeld verläßt zwischen ca. 2 s und 0,3 s. Ein zu klein gewählter Sichtwinkel kann demnach dazu führen, dass ein Pilot verstärkt „in der Zukunft" fliegt und damit Richtungs- oder Neigungswechsel des Flugpfades zu früh initiiert. Bei einem großen Sichtwinkel kann die aktuelle Längsposition innerhalb des dreidimensionalen Flugpfades besser erkannt werden, da die Elemente bis unmittelbar vor dem Passieren sichtbar bleiben. Nachteilig wirkt sich hingegen die Minimierung des Informationsgehaltes der zukünftig zu durchfliegenden Elemente aus.The diagram in 4b represents the course of the minimum visibility d at variable viewing angle α and different widths b of the flight path display. Clearly recognizable is the strong increase in the minimum visibility with small viewing angles. For that in the 3a to 3c Example shown apply to a width of the flight path of b = 100 m, the minimum visibility 186.6 m (30 ° viewing angle), 86.6 m (60 ° viewing angle) and 28.9 m (120 ° viewing angle). At an airspeed of V = 100 m / s (~ 200 kts), the time periods in which an element of the flight path leaves the field of vision vary between approximately 2 s and 0.3 s. A too small viewing angle can therefore lead to a pilot flying more "in the future", thus initiating directional or slope changes of the flight path too early Elements remain visible until just before they pass, but the disadvantage is the minimization of information onsgehaltes of the future to fly through elements.

Des weiteren sind aus dem Stand der Technik Anzeigevorrichtungen für Simulatoren bekannt. So offenbart die DE 691 03 734 T2 eine kollimierte Anzeigevorrichtung mit außen, axialen, sphärischen Spiegel für einen Simulator. Über eine Projektionsvorrichtung soll ein virtuelles Bild über einen sphärischen Spiegel auf einen sphärischen Bildschirm projiziert werden. Hierdurch soll einem Benutzer des Simulators eine visuelle Darstellung einer Umgebung dargeboten werden.Furthermore, from the prior art display devices for simulators are known. So revealed the DE 691 03 734 T2 a collimated display device with external, axial, spherical mirrors for a simulator. A projection device is intended to project a virtual image onto a spherical screen via a spherical mirror. This is intended to present a visual representation of an environment to a user of the simulator.

Weiterhin offenbart die DE 34 17 058 A1 einen ähnlich aufgebauten Sichtsimulator. Über einen Außenprojektor wird ein virtuelles Bild auf einen kuppelförmigen Schirm projiziert. Ein auf der Innenseite der Kuppel angeordneter Benutzer des Simulators soll so ein Eindruck einer Simulationsumgebung vermittelt werden.Furthermore, the disclosure DE 34 17 058 A1 a similarly constructed visual simulator. An external projector projects a virtual image onto a dome-shaped screen. A user of the simulator arranged on the inside of the dome should thus be given an impression of a simulation environment.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren und das gattungsgemäße Anzeigeinstrument dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere ein Verfahren und ein Anzeigeinstrument bereitgestellt werden, die eine Darstellung eines synthetischen Umgebungsbildes bzw. ersten Abbildes mit vergrößerten Sichtwinkelbereichen ermöglichen, bei denen jedoch gleichzeitig eine Fehlinterpretation des Umgebungsabbildes weitestgehend vermieden wird.task The present invention is the generic Method and the generic display instrument to further develop that the disadvantages of the state overcome the technique, in particular a method and a display instrument providing a representation a synthetic environment image or first image with enlarged Allow viewing angle ranges, but at the same time a misinterpretation of the surrounding image is largely avoided.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste Abbild als zumindest teilweise non-planare Projektion der Umgebung generiert wird und in zumindest einer zweidimensionalen Darstellungsebene zumindest einer Anzeigeeinrichtung des Anzeigeinstruments visualisiert wird und/oder das erste Abbild mittels zumindest einer ersten, zumindest teilweise non-planaren Projektion in zumindest ein zweites Abbild transformiert wird und das zweite Abbild in der zweidimensionalen Darstellungsebene der Anzeigeeinrichtung visualisiert wird.The The object concerning the method according to the invention is characterized solved that the first image as at least partially non-planar projection of the environment is generated and in at least a two-dimensional display plane of at least one display device the display instrument is visualized and / or the first image by means of at least a first, at least partially non-planar Projection is transformed into at least a second image and the second image in the two - dimensional representation plane of the Display device is visualized.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, daß bei der ersten Projektion das erste Abbild mittels zumindest einer zweiten Projektion zunächst auf eine non-planare Bildebene projiziert wird um ein drittes Abbild zu erzeugen und anschließend mittels zumindest einer dritten Projektion das dritte Abbild in das zweite Abbild transformiert wird.there may be provided in particular that in the first projection the first image by means of at least one second projection first projected onto a non-planar image plane becomes a third image generate and then by means of at least a third Projection transformed the third image into the second image becomes.

Bei den beiden vorgenannten alternativen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, daß das erste Abbild in Abhängigkeit zumindest einer Position, zumindest einer Ausrichtung und/oder zumindest einer Fluglage des Luftfahrzeugs basierend auf in zumindest einer Datenbank, ins besondere zumindest einer Speichereinrichtung, abgelegten Umgebungsdaten, wie einer Geländeform und/oder Oberflächenform einer Umgebungslandschaft, zumindest einer Position und zumindest einer geometrischen Dimension zumindest eines ortfesten Hindernisses, wie einem Bauwerk, und/oder zumindest einer Position und/oder zumindest einer geometrischen Dimension zumindest eines relativ zu der Umgebung des Luftfahrzeugs bewegbaren Hindernisses, wie zumindest einem weiteren Luftfahrzeug, zumindest einem Landfahrzeug und/oder zumindest einem Wasserfahrzeug, und/oder basierend auf von zumindest einem Oberflächenabtastsystem des Luftfahrzeugs, wie einem Radarsystem und/oder zumindest einem Sonarsystem, generierten Daten erzeugt wird.at the two aforementioned alternative embodiments can be provided that the first image in dependence at least one position, at least one orientation and / or at least an attitude of the aircraft based on at least one Database, in particular at least one storage device, filed Environmental data, such as a terrain shape and / or surface shape an environmental landscape, at least one position and at least a geometrical dimension of at least one stationary obstacle, as a building, and / or at least one position and / or at least a geometric dimension of at least one relative to the environment the aircraft movable obstacle, as at least one other Aircraft, at least one land vehicle and / or at least one watercraft, and / or based on at least one surface scanning system of the aircraft, such as a radar system and / or at least one Sonar system, generated data is generated.

Bei den vorgenannten Ausführungsformen der Erfindung wird mit der Erfindung ferner vorgeschlagen, daß die Position, die Ausrichtung und/oder die Fluglage des Luftfahrzeugs basierend auf Daten zumindest eines Satellitennavigationssystems, wie GPS und/oder Galileo, und/oder zumindest eines Attitude/Heading Referenz-Systems (AHRS) bestimmt wird bzw. werden.at the aforementioned embodiments of the invention is with the invention further proposed that the position, the Alignment and / or attitude of the aircraft based on Data from at least one satellite navigation system, such as GPS and / or Galileo, and / or at least one Attitude / Heading reference system (AHRS) is determined.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß die Generierung des ersten Abbildes, die erste Projektion, die zweite Projektion und/oder die dritte Projektion zumindest eine rechnerische Projektion, insbesondere zumindest eine Umrechnung von Bildinformationen des ersten Abbildes in Bildinformationen des zweiten Abbildes und/oder des dritten Abbildes und/oder von Bildinformationen des dritten Abbildes in Bildinformationen des zweiten Abbildes, vorzugsweise mittels graphischer Datenverarbeitung, umfaßtOne The method according to the invention can further be characterized be characterized in that the generation of the first image, the first projection, the second projection and / or the third Projection at least one computational projection, in particular at least one conversion of image information of the first image in image information of the second image and / or the third image and / or image information of the third image in image information the second image, preferably by means of graphic data processing, comprises

Auch ist bevorzugt, daß die Generierung des ersten Abbildes, die erste Projektion, die zweite Projektion und/oder die dritte Projektion zumindest eine optische Projektion, insbesondere zumindest eine optische Übertragung von Bildinformationen des ersten Abbildes in Bildin formationen des zweiten Abbildes und/oder des dritten Abbildes und/oder von Bildinformationen des dritten Abbildes in Bildinformationen des zweiten Abbildes, umfaßt.Also it is preferred that the generation of the first image, the first projection, the second projection and / or the third Projection at least one optical projection, in particular at least an optical transmission of image information of the first Image in Bildin formations of the second image and / or the third image and / or image information of the third image in image information of the second image.

Weiterhin wird mit Erfindung vorgeschlagen, daß während der Generierung des ersten Abbildes, während der ersten Projektion und/oder während der dritten Projektion zumindest eine orthographische azimutale Projektion und/oder zumindest eine äquidistante und/oder mittelabstandstreue azimutale Projektion durchgeführt wird.Farther is proposed by the invention that during the generation of the first image, during the first Projection and / or during the third projection at least an orthographic azimuthal projection and / or at least one equidistant and / or medium-distance azimuthal projection performed becomes.

Auch ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß während der Generierung des ersten Abbildes, während der ersten Projektion und/oder während der zweiten Projektion zumindest eine zumindest bereichsweise profilierte, insbesondere sphärische, elliptische, parabelförmige, gewellte, gezackte, pyramidenförmige, kegelförmige und/oder gewölbte Bildebene verwendet wird.Also is provided in a particularly preferred embodiment, that during the generation of the first image, during the first projection and / or during the second projection profiled at least one at least partially, in particular spherical, elliptical, parabolic, wavy, jagged, pyramidal, conical and / or curved image plane is used.

Weiterentwicklungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können dadurch gekennzeichnet sein, daß mittels des ersten Abbilds, des zweiten Abbilds und/oder des dritten Abbilds zumindest eine virtuelle Darstellung der Umgebung des Luftfahrzeugs, insbesondere in Form zumindest einer Gitternetzdarstellung und/oder zumindest einer Vollflächenformdarstellung abgebildet wird.developments of the method according to the invention can characterized in that by means of the first image, at least one of the second image and the third image virtual representation of the environment of the aircraft, in particular in the form of at least one grid representation and / or at least a full-surface shape representation is displayed.

Die Erfindung schlägt ferner vor, daß mittels des ersten Abbilds, des zweiten Abbilds und/oder des dritten Abbilds zumindest eine virtuelle Darstellung der Umgebung des Luftfahrzeugs aus zumindest einer Cockpitposition in Richtung nach vorne des Luftfahrzeugs und/oder in eine Bewegungsrichtung und/oder Flugrichtung des Luftfahrzeugs abgebildet wird.The Invention also proposes that by means of first image, the second image and / or the third image at least a virtual representation of the environment of the aircraft from at least one cockpit position towards the front of the aircraft and / or in a direction of movement and / or direction of flight of the aircraft is shown.

Weiterhin ist bevorzugt, daß mittels des ersten Abbilds, des zweiten Abbilds und/oder des dritten Abbilds ein Sichtwinkelbereich von –30° bis +30°, bevorzugter von –60° bis +60°, noch bevorzugter von –90° bis +90°, noch mehr bevorzugter von –120° bis +120° und/oder am bevorzugtesten von –180° bis +180° der Umgebung des Luftfahrzeugs visualisiert wird.Farther is preferred that by means of the first image, the second Image and / or the third image, a viewing angle range of -30 ° to + 30 °, more preferably from -60 ° to + 60 °, still more preferably from -90 ° to + 90 °, even more more preferably from -120 ° to + 120 ° and / or most preferably from -180 ° to + 180 ° of Visualized environment of the aircraft.

Schließlich wird für das erfindungsgemäße Verfahren vorgeschlagen, daß in dem ersten Abbild, dem zweiten Abbild und/oder dem dritten Abbild zusätzliche Flugdaten des Luftfahrzeugs, insbesondere zumindest eine Flughöheninformation, zumindest eine Positionsinformation, wie zumindest eine Satellitennavigationsposition, zumindest eine Richtungsinformation, wie zumindest ein Kompaßkurs und/oder zumindest ein Satellitennavigationskurs, zumindest eine Lageinformation, wie zumindest ein Neigungswinkel und/oder zumindest eine Rollage, vorzugsweise in Form zumindest eines künstlichen Horizonts, zumindest eine Betriebsinformation bezüglich zumindest einer Antriebseinheit des Luftfahrzeugs, wie zumindest eine Betriebstemperatur, zumindest ein Kraftstoffverbrauch, zumindest ein Tankinhalt und/oder zumindest eine Drehzahl, zumindest eine Geschwindigkeitsinformation, und/oder zumindest ein geplanter und/oder zukünftiger Flugpfad angezeigt wird bzw. werden.After all is for the inventive method suggested that in the first image, the second image and / or the third image, additional flight data of the aircraft, in particular at least one altitude information, at least position information, such as at least one satellite navigation position, at least one directional information, as at least one compass heading and / or at least one satellite navigation course, at least one Location information, such as at least one inclination angle and / or at least one Rollage, preferably in the form of at least one artificial Horizons, at least operating information at least one drive unit of the aircraft, as at least an operating temperature, at least a fuel consumption, at least a tank content and / or at least one speed, at least one speed information, and / or at least one planned and / or future flight path is displayed or will be.

Die das Anzeigeinstrument betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das erste Abbild eine non-planare Projektion der Umgebung des Luftfahrzeugs ist und in der Darstellungsebene visualisierbar ist oder das erste Abbild unter Einsatz zumindest einer ersten zumindest teilweise non-planaren Projektion in der Darstellungsebene als zumindest ein zweites Abbild visualisierbar ist.The the display instrument concerned task is solved, that the first image is a non-planar projection of the environment of the aircraft and can be visualized in the presentation plane is or the first image using at least a first at least partially non-planar projection in the presentation plane as at least a second image can be visualized.

Ein erfindungsgemäßes Anzeigeinstrument kann dadurch gekennzeichnet sein, daß die Anzeigeeinrichtung zumindest einen Röhrenbildschirm, zumindest einen Flüssigkristallbildschirm (LCD), zumindest Dünnschichttransistorbildschirm (TFT), zumindest einen Surface-conduction Electron-emitter Bildschirm (SED), zumindest einen Plasmabildschirm, zumindest einen Bildschirm umfassend zumindest eine organische Leuchtdiode (OLED) und/oder zumindest eine optische Projektionseinrichtung zur Visualisierung des Abbilds auf zumindest einer zumindest beispielsweise ebenen Projektionsfläche umfaßt.One inventive display instrument can thereby be characterized in that the display device at least a tube screen, at least a liquid crystal screen (LCD), at least thin-film transistor (TFT) screen, at least one surface-conduction electron emitter screen (SED), at least one plasma screen, comprising at least one screen at least one organic light-emitting diode (OLED) and / or at least an optical projection device for visualizing the image at least one at least for example planar projection surface includes.

Bei dieser Ausführungsform ist besonders bevorzugt, daß die Anzeigeeinrichtung, insbesondere die Darstellungsebene ein rundes, elliptisches und/oder rechteckiges Format aufweist, insbesondere das Verhältnis einer Breite zu einer Höhe der Darstellungsebene im wesentlichen 1:1, 4:3 und/oder 16:9 beträgt.at This embodiment is particularly preferred that the Display device, in particular the presentation plane a round, elliptical and / or rectangular format, in particular the ratio of a width to a height of Representation level is substantially 1: 1, 4: 3 and / or 16: 9.

Besonders bevorzugt weist ein erfindungsgemäßes Anzeigeinstrument auf zumindest eine graphische Datenverarbeitungseinheit zur Durchführung der ersten, der zweiten und/oder der dritten Projektion.Especially preferably has a display instrument according to the invention to at least one graphical data processing unit for implementation the first, the second and / or the third projection.

Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes Anzeigeinstrument gekennzeichnet sein durch zumindest Speichereinrichtung, insbesondere zur Speicherung und/oder zum Abrufen von Umgebungsdaten, umfassend zumindest einen Datenträgerleseeinrichtung und/oder Datenträgerschreibeinrichtung, wie zumindest ein DVD-Laufwerk und/oder CD-Laufwerk, und/oder zumindest einen, vorzugsweise auswechselbaren Massenspeicher, wie zumindest eine Festplatte und/oder zumindest einen Memorystick.Farther can be characterized a display instrument according to the invention be by at least memory device, in particular for storage and / or retrieving environmental data, including at least one Data carrier reading device and / or data medium writing device, like at least a DVD drive and / or CD drive, and / or at least a, preferably removable mass storage, as at least a hard disk and / or at least a memory stick.

Schließlich wird für das erfindungsgemäße Anzeigeinstrument vorgeschlagen, daß das Anzeigeinstrument als Cockpitinstrument, Head-up-Anzeige, Projektionsdisplay, insbesondere für zumindest eine Cockpitscheibe und/oder ein Helmvisier, und/oder Head-down-Anzeige ausgestaltet ist.After all is for the display instrument according to the invention proposed that the indicating instrument be used as a cockpit instrument, Head-up display, projection display, especially for at least a cockpit screen and / or a helmet visor, and / or head-down display is designed.

Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß eine Fehlinterpretation von auf einem Anzeigeinstrument eines Luftfahrzeugs dargestellten Abbildungen einer Umgebung, wie sie insbesondere durch Längenverzerrungen bei einer Darstellung mit großen Sichtwinkeln vorliegen kann, durch Verwendung einer non-planaren Projektion vermieden werden kann. Beispielsweise kann eine sphärische Projektion durchgeführt werden, also eine Projektion auf eine Kugelfläche. Durch diese non-planare Projektion ist es möglich, Längenverhältnisse realitätsnah abzubilden und auch große Sichtwinkel, sogar über 180° hinaus, sinnvoll darzustellen, ohne daß es zu Fehlinterpretationen des dargestellten Umgebungsbildes durch einen Piloten kommen kann, zumindest die Möglichkeit von Fehlinterpretationen reduziert wird. Ferner können, da auch Sichtwinkel über 180° hinaus möglich sind, Elemente des peripheren Sichtbereichs dargestellt werden, was insbesondere für die Anzeige räumlich naher Elemente, wie z. B. Geländeformationen und/oder Flugstraßen von großem Nutzen ist.Of the Invention is therefore based on the surprising finding that a misinterpretation of on a display instrument Illustrations of an environment such as in particular by length distortions in a representation with large viewing angles, by use a non-planar projection can be avoided. For example a spherical projection can be performed So a projection on a spherical surface. Through this Non-planar projection makes it possible to have aspect ratios close to reality and also large viewing angles, even beyond 180 °, make sense, without causing misinterpretations of the environmental image represented by a pilot can come, at least the possibility of Misinterpretation is reduced. Furthermore, as well Viewing angle beyond 180 ° possible are, elements of the peripheral field of view are shown what especially for the display of spatially close elements, such as B. terrain formations and / or airways is of great use.

Bevor detailliert auf die technische Lehre der vorliegenden Erfindung eingegangen wird, ist es zweckmäßig, zunächst die theoretischen Grundlagen darzulegen, aufgrund welcher bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bzw. Anzeigeinstrumenten die zuvor beschriebenen Nachteile auftreten. So liegt der vorliegenden Erfindung gerade die Erkenntnis zugrunde, daß die zuvor beschriebenen Nachteile auf die Verwendung einer planaren Projektion zurückzuführen sind.Before detailed to the technical teaching of the present invention it is appropriate, first to explain the theoretical basics, based on which in the known from the prior art methods or indicating instruments the disadvantages described above occur. So is the present Invention just based on the knowledge that the previously described disadvantages to the use of a planar projection are attributed.

Zuvor wurden bereits die Eigenschaften der perspektivischen Projektion und ihre Auswirkungen auf die perspektivische Flugpfadanzeige erwähnt. Aufgrund der Begrenzung der Sichtwinkel bei einer planaren perspektivischen Projektion verlassen Querschnittselemente eine gewisse Zeit vor dem tatsächlichen Erreichen den Sichtbereich, was zu Ungenauigkeiten bei der zeitlichen Abstimmung von Steuereingaben führen kann. Auch im Kurvenflug entstehen durch die Begrenzung der minimalen Sichtweite visuelle Unzulänglichkeiten, die fehlerhafte Steuereingaben bedingen können. Theoretisch wäre ein Sichtwinkel von 180° wünschenswert, damit der Zeitpunkt, zu dem ein Querelement, d. h. ein Element, welches in einen peripheren, nicht dargestellten, Sichtbereich tritt, die Anzeige verläßt, mit dem tatsächlichen Zeitpunkt des Durchfliegens dieses Elements übereinstimmt. Wie aber im Nachfolgenden gezeigt, ist bei einer planaren Projektion ein Sichtwinkel von 180° nicht realisierbar. Große Sichtwinkel reduzieren zwar die minimale Sichtweite, erzeugen jedoch zunehmende Verzerrungen im Zentral- und Randbereich der Abbildung. Diese Verzerrung soll im Folgenden quantifiziert werden.before already became properties of perspective projection and their effects on the perspective flight path display mentioned. Due to the limitation of the viewing angle in a planar perspective Projection leave cross-sectional elements for a period of time actually reaching the field of view, causing inaccuracies can lead to the timing of control inputs. Also in the curve arise due to the limitation of the minimum Visibility visual imperfections, the faulty Control inputs can cause. Theoretically, that would be a viewing angle of 180 ° desirable so the time at which a cross member, i. H. an element which enters a peripheral, not shown, viewing area, the Ad leaves with the actual Time of flying through this element matches. But as shown in the following, is in a planar projection a viewing angle of 180 ° can not be realized. Size Viewing angles reduce the minimum visibility, but produce increasing distortions in the central and peripheral areas of the picture. This distortion is to be quantified below.

5 stellt Sichtlinien 16 von einem Kamerapunkt 17 aus in einer Winkeldifferenz von Δα = 10° im Bereich von –90° bis +90° dar. In 5 sind Bildebenen 19, 19', 19'' einer planaren Projektion bei Sichtwinkeln von αi = 60° (Bildebene 19), 120° (Bildebene 19') bzw. 160° (Bildebene 19'') dargestellt. Die Bildebenen 19, 19', 19'' haben die gleichen Längen L und liegen in einem Abstand di vom Kamerapunkt 17 entfernt. Damit wird der Bereich des Sichtwinkels von εi = 1° um die Blickrichtung herum auf eine Länge lii auf der Bildebene nach Gleichung (2) abgebildet: lii = 2ditan(εi/2) (2)

Figure 00130001
5 makes line of sight 16 from a camera point 17 in an angle difference of Δα = 10 ° in the range of -90 ° to + 90 °. In 5 are image planes 19 . 19 ' . 19 '' a planar projection at viewing angles of αi = 60 ° (image plane 19 ), 120 ° (image plane 19 ' ) or 160 ° (image plane 19 '' ). The picture levels 19 . 19 ' . 19 '' have the same lengths L and are at a distance d i from the camera point 17 away. Thus, the range of the viewing angle of ε i = 1 ° around the viewing direction is mapped to a length l ii on the image plane according to equation (2): l ii = 2d i tan (ε i / 2) (2)
Figure 00130001

Der Bereich des Sichtwinkels von εai = 1° am äußersten Rand der jeweiligen Bildebene 19, 19', 19'' wird nach folgender Beziehung auf eine Länge lai projiziert: lai = di(tan(αi/2) – tan(αi/2 – εai)). (4) The range of the viewing angle of ε ai = 1 ° at the outermost edge of the respective image plane 19 . 19 ' . 19 '' is projected to a length l ai according to the following relationship: l ai = d i (Tan (α i / 2) - tan (α i / 2 - ε ai )). (4)

Durch Einsetzen von (2) und (3) in Gleichung (4) und den Bezug auf die Durchschnittslänge

Figure 00130002
pro Winkel εi ergeben sich folgende normierte Längen im Innen- und Außenbereich:
Figure 00130003
By substituting (2) and (3) into equation (4) and the reference to the average length
Figure 00130002
for each angle ε i , the following normalized lengths result in the interior and exterior:
Figure 00130003

Die Diagramme in 6a und 6b zeigen die Entwicklung der normierten Längen im Innen- und Außenbereich der Bildebenen 19, 19', 19'' in Abhängigkeit des Sichtwinkels. Die Innenlänge nimmt dabei ähnlich einer quadratischen Funktion ab; die Außenlänge wachst ähnlich einer exponentiellen Funktion ab einem Sichtwinkel von ca. 90° stark an. So hat bei einem Sichtwinkel von 60° die projizierte Innenlänge nur noch eine Länge von ca. 91% gegenüber der unverzerrten Innenlänge, die projizierte Außenlänge beträgt etwa 120% der unverzerrten Außenlänge. Bei einem Sichtwinkel von 160° verstärken sich diese Tendenzen zu ca. 25% innen und etwa 743% außen. Diese Verzerrungen sind auch in 5 bei der 160°-Bildebene 19'' deutlich zu erkennen: die gleiche Winkeldifferenz bildet sich an einem Rand der Bildebene 19'' auf eine viel größere Länge ab als im Innenbereich. Hieraus ergibt sich, daß ein Sichtwinkel von 180° bei Verwendung einer planaren Projektion unmöglich ist, da die Abbildungslänge unendlich wäre.The diagrams in 6a and 6b show the development of normalized lengths in the interior and exterior of the image planes 19 . 19 ' . 19 '' depending on the viewing angle. The inner length decreases similar to a quadratic function; the outside length grows strongly similar to an exponential function from a viewing angle of about 90 °. Thus, with a viewing angle of 60 °, the projected inner length only has a length of about 91% compared to the undistorted inner length, the projected outer length is about 120% of the undistorted outer length. With a viewing angle of 160 °, these tendencies increase to about 25% inside and about 743% outside. These distortions are also in 5 at the 160 ° image plane 19 '' clearly recognizable: the same angular difference forms at one edge of the image plane 19 '' to a much greater length than indoors. As a result, a viewing angle of 180 ° is impossible using a planar projection because the imaging length would be infinite.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der zuvor erwähnten als auch weiterer Figuren erläutert. Dabei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung aus der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielhaft anhand mehrerer Zeichnungen erläutert werden.embodiments The invention will be described below with reference to the aforementioned and further figures explained. This results Further features and advantages of the invention from the following Description in which embodiments of an inventive Device explained by way of example with reference to several drawings become.

Dabei zeigtthere shows

1 schematisch die Durchführung einer perspektivischen Projektion; 1 schematically the implementation of a perspective projection;

2 das Ergebnis einer perspektivischen Projektion am Beispiel eines Hexaeders; 2 the result of a perspective projection using the example of a hexahedron;

3a bis 3c perspektivische Projektionen eines Flugpfadverlaufs bei unterschiedlichen Sichtwinkelbereichen; 3a to 3c perspective projections of a flight path profile at different viewing angle ranges;

4a schematisch den Zusammenhang zwischen einer minimalen Sichtweite und unterschiedlichen Sichtwinkeln; 4a schematically the relationship between a minimum visibility and different viewing angles;

4b eine graphische Auftragung des Zusammenhangs zwischen einem Sichtwinkel und einer minimalen Sichtweite für unterschiedliche Breiten eines Flugpfades; 4b a graphical representation of the relationship between a viewing angle and a minimum visibility for different widths of a flight path;

5 die geometrischen Zusammenhänge zwischen verschiedenen Sichtwinkeln, jeweiligen Bildebenen und Projektionslängen von Gegenständen; 5 the geometric relationships between different viewing angles, respective image planes and projection lengths of objects;

6a und 6b graphische Auftragungen einer Projektionslänge im Innenbereich eines Bildes und im Außenbereich eines Bildes in Abhängigkeit von den jeweiligen Sichtwinkeln; 6a and 6b graphical plots of a projection length in the interior of an image and in the exterior of an image as a function of the respective viewing angles;

7 die geometrischen Zusammenhänge der 5 bei Verwendung sphärischer Bildebenen; 7 the geometric relationships of 5 when using spherical image planes;

8a in planarer Darstellung den schematischen Ablauf einer orthographischen azimutalen Projektion; 8a in a planar representation, the schematic sequence of an orthographic azimuthal projection;

8b in planarer Darstellung den schematischen Ablauf einer äquidistanten azimutalen Projektion; 8b in a planar representation, the schematic sequence of an equidistant azimuthal projection;

9 die Anzeige eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments bei welchem zur Darstellung einer synthetischen Sicht eine sphärische Projektion mit einem erweiterten Sichtwinkel verwendet wird; 9 the display of a display instrument according to the invention in which a spherical projection with an extended viewing angle is used to represent a synthetic view;

10a die Anzeige eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments, bei welchem eine non-planare Projektion mittels einer äquidistanten azimutalen Abbildung auf der Darstellungsebene visualisiert wird; 10a the display of a display instrument according to the invention, in which a non-planar projection is visualized by means of an equidistant azimuthal image on the display plane;

10b die Anzeige eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments, bei welchem eine non-planare Projektion mittels einer orthographischen azimutalen Abbildung auf einer Darstellungsebene visualisiert wird; 10b the display of a display instrument according to the invention, in which a non-planar Projection is visualized by means of an orthographic azimuthal image on a presentation plane;

11a die Anzeige eines Anzeigeinstruments des Stands der Technik bei Verwendung einer planaren Projektion mit einem ersten Sichtwinkel; und 11a the display of a prior art indicating instrument using a planar projection with a first viewing angle; and

11b die Anzeige eines Anzeigeinstruments der 10a bei einem erweiterten Sichtwinkel. 11b the display of a display instrument the 10a at an extended viewing angle.

Gemäß der Erfindung werden die beschriebenen Probleme des Stands der Technik, insbesondere große Sichtwinkel zu ermöglichen, durch die Nutzung einer non-planaren Bildebene bei einer Projektion überwunden. 7 stellt als Beispiel für eine non-planare Projektion die Draufsicht derselben Situation wie in 5 dar, mit dem Unterschied, dass nun auf non-planare Bildebenen in Form von sphärischen Bildebenen 21, 21', 21'', 21''' auf einen Kamerapunkt 23 hin projiziert wird. Als non-planare Bildebenen können auch anders als sphärisch geformte Bildebenen, wie elliptische oder kissenförmige Bildebenen verwendet werden. Die Länge der Bildebenen 21, 21', 21'', 21''' ist ebenfalls L. Die planaren Bildebenen 19, 19', 19'' mit entsprechendem Sichtwinkel sind zum Vergleich ebenfalls in 7 dargestellt. Aus 7 wird ersichtlich, dass Längen auf den Bildebenen 21, 21', 21'', 21''' selbst bei großen Sichtwinkeln nicht verzerrt werden. Die normierten Längen lii,n und lai,n sind bei der sphärischen Projektion konstant 1.According to the invention, the described problems of the prior art, in particular to allow large viewing angles, are overcome by the use of a non-planar image plane in a projection. 7 As an example of a non-planar projection, the top view represents the same situation as in 5 with the difference that now on non-planar image planes in the form of spherical image planes 21 . 21 ' . 21 '' . 21 ''' on a camera point 23 projected. Non-planar image planes can also be used other than spherically shaped image planes, such as elliptical or pillow-shaped image planes. The length of the image planes 21 . 21 ' . 21 '' . 21 ''' is also L. The planar image planes 19 . 19 ' . 19 '' with corresponding viewing angle are also in comparison for 7 shown. Out 7 will be seen that lengths on the image planes 21 . 21 ' . 21 '' . 21 ''' not distorted even with large viewing angles. The normalized lengths l ii, n and l ai, n are constant in the spherical projection 1 ,

Außerdem wird deutlich, dass Sichtwinkel von 180° oder mehr mit der non-planaren Projektion abbildbar sind. Die Bildebene 21'' repräsentiert beispielsweise einen Sichtwinkel von 360°.In addition, it becomes clear that viewing angles of 180 ° or more can be reproduced with the non-planar projection. The picture plane 21 '' For example, it represents a viewing angle of 360 °.

Bei den Bildebenen der sphärischen Projektion handelt es sich um Kugelsegmente. Um ein durch die non-planare Projektion entstehendes non-planares Abbild auf eine zweidimensionale Darstellungsebene einer Anzeigeeinrichtung, beispielsweise das rechtwinklige Format eines Standardbildschirms, zu transferieren, um das Abbild in dieser Darstellungsebene zu visualisieren, kann zumindest eine zusätzliche Projektion durchgeführt werden. Die erste non-planare Projektion zur Abbildung des ersten synthetischen Abbilds der Umgebung des Luftfahrzeugs als zweites Abbild auf einer Anzeigeeinheit mit einer zweidimensionalen Darstellungsebene kann also eine zweite Projektion gemäß der 7, und eine weitere dritte Projektion zur Transformation des in den Bildebenen 21, 21', 21'', 21''' durch eine zweite Projektion erzeugten dritten Abbilds umfassen. Alternativ kann das erste Abbild jedoch direkt als non-planare Projektion der Umgebung, beispielsweise mittels ray tracing, generiert und in der Darstellungsebene visualisiert werden.The image planes of the spherical projection are spherical segments. In order to transfer a non-planar image resulting from the non-planar projection onto a two-dimensional display plane of a display device, for example the rectangular format of a standard screen in order to visualize the image in this display plane, at least one additional projection can be performed. The first non-planar projection for imaging the first synthetic image of the surroundings of the aircraft as a second image on a display unit having a two-dimensional representation plane can therefore be a second projection in accordance with FIG 7 , and another third projection to transform the in the image planes 21 . 21 ' . 21 '' . 21 ''' comprise a third image generated by a second projection. Alternatively, however, the first image can be directly generated as a non-planar projection of the environment, for example by means of ray tracing, and visualized in the presentation plane.

Für die Durchführung, insbesondere der dritten Projektion, gibt es unterschiedliche Methoden. Die in 8a dargestellte Methode, eine non-planare Bildebene 25, hier beispielhaft eine sphärische Bildebene, in einer Darstellungsebene 27, beispielsweise einer Darstellungsebene eines rechtwinkligen Bildschirms, darzustellen, wird als orthographische azimutale Projektion bezeichnet. Dieses Verfahren führt zur Vermeidung von Längsverzerrungen im Außenbereich der Bildebene 25 und zu Stauchungen in einem Randbereich der Darstellungsebene 27. Die Stauchungen im Zentralbereich bzw. Innenbereich der Darstellungsebene 27 sind geringer, so daß in diesem Bereich eine nahezu verzerrungsfreie Visualisierung in der Darstellungsebene 27 ermöglicht wird. Im Außenbereich bzw. Randbereich hingegen werden die Längen verkürzt dargestellt. Es ergibt sich also eine zu einer planaren Projektion umgekehrte Charakteristik: im Zentralbereich werden die Längen nicht wie bei der planaren Projektion verkleinert, sondern gestreckt bzw. vergrößert, während Längen im Außenbereich, ähnlich einem Abbild in einem gekrümmten Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs, verkleinert werden.For the implementation, in particular the third projection, there are different methods. In the 8a presented method, a non-planar image plane 25 , here by way of example a spherical image plane, in a representation plane 27 , for example, a display plane of a rectangular screen, is called an orthographic azimuthal projection. This method leads to the avoidance of longitudinal distortions in the outer area of the image plane 25 and to upsets in a border area of the presentation plane 27 , The compressions in the central area or inner area of the display plane 27 are smaller, so that in this area an almost distortion-free visualization in the presentation level 27 is possible. In the outdoor area or edge area, however, the lengths are shown shortened. The result is thus a characteristic that is reversed to a planar projection: in the central region, the lengths are not reduced, but stretched or enlarged, as in the case of the planar projection, while lengths in the outer region, similar to an image in a curved exterior mirror of a motor vehicle, are reduced.

Bei der in 8b dargestellten Methode wird eine Bildebene 29 gewissermaßen in eine Darstellungsebene 31 „abgerollt", was dazu führt, daß die Längen der Linien, die eine 0° Sichtlinie 32 schneiden, längentreu abgebildet werden. Diese äquidistante oder mitabstandstreue azimutale Projektion ermöglicht Sichtwinkel von 360° und theoretisch sogar mehr.At the in 8b The method shown becomes an image plane 29 in a sense, in a representation plane 31 "Unrolled", which causes the lengths of the lines to a 0 ° line of sight 32 to be cut, to be imaged lengthways. This equidistant or pitch-accurate azimuthal projection allows viewing angles of 360 ° and theoretically even more.

Im Folgenden werden nun die theoretischen Grundlagen für die Durchführung, insbesondere der dritten Projektion erläutert:
Ein Punkt P(α, γ) in einem relativ zu dem Luftfahrzeug festen, polaren Kugelkoordinatensystem mit dem Radius r = 1 auf der Bildebene 25 wird bei der äquidistanten azimutalen Projektion entsprechend den folgenden Gleichungen in Polarkoordinaten P'(r, φ) auf der Darstellungsebene 27 abgebildet: r = π2 – α (7) φ = γ. (8)
In the following, the theoretical principles for the implementation, in particular the third projection are explained:
A point P (α, γ) in a relative to the aircraft fixed, polar spherical coordinate system with the radius r = 1 on the image plane 25 becomes in the equidistant azimuthal projection according to the following equations in polar coordinates P '(r, φ) on the representation plane 27 displayed: r = π 2 - α (7) φ = γ. (8th)

Die Projektion der kugelförmigen Bildebene 29 auf die planare Darstellungsebene 31 erfolgt bei der orthographischen azimutalen Projektion gemäß folgenden Vorschriften: r = cos(α) (9) φ = γ. (10) The projection of the spherical image plane 29 on the planar representation level 31 takes place during the orthographic azimuthal projection according to the following regulations: r = cos (α) (9) φ = γ. (10)

Die Durchführung einer non-planaren, insbesondere sphärischen, Projektion, beispielsweise mit einem Sichtwinkel von 180° führt zu folgenden Effekten: Während die Längen kaum verzerrt werden, kommt es in Randbereichen des projizierten Abbildes zu immer größeren Winkelverzerrungen. Eine zu einer Sichtrichtung orthogonale Linie unterhalb eines Kamerapunkts wird so als Kreissegment abgebildet. Bei einer perspektivischen Flugpfaddarstellung wird daher bei Einsatz der non-planaren Projektion ein Querelement, dem man sich annähert, ausgehend von einer fast rechtwinkligen Darstellung mit zunehmend gekrümmten Linien abgebildet werden. Beim Durchfliegen des Elements ist dieses dann bei einem Sichtwinkel von 180° als Kreis zu sehen. Das Element verläßt den Sichtbereich damit genau in dem Moment, in dem sich das Luftfahrzeug durch das Element hindurch bewegt. Das Anzeigeinstrument kann damit auch Elemente darstellen, die sich senkrecht zu der Sichtlinie befinden.The Performing a non-planar, in particular spherical, Projection, for example, with a viewing angle of 180 ° leads to the following effects: While the lengths hardly distorted, it comes in marginal areas of the projected image to ever larger angle distortions. One too a viewing direction orthogonal line below a camera point is shown as a circle segment. In a perspective Flight path representation is therefore when using the non-planar projection a transverse element that one approaches, starting from one almost rectangular representation with increasingly curved Lines are shown. When flying through the element is this then look at a viewing angle of 180 ° as a circle. The element leaves the viewing area with it exactly the moment the aircraft passes through the element emotional. The display instrument can thus also represent elements which are perpendicular to the line of sight.

Im Folgenden werden nun anhand der 9 bis 11b weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments am Beispiel einer Anzeige eines synthetischen Sichtsystems erläutert.The following are now based on the 9 to 11b Further advantages of the method and the display device according to the invention explained using the example of a display of a synthetic vision system.

In 9 ist eine Anzeige 50 eines synthetischen Sichtsystems dargestellt. Die Anzeige 50 stellt ein synthetisches Abbild 52 der Umgebung eines Luftfahrzeugs, in dem das Anzeigeinstrument verwendet wird, dar. Dabei werden Geländeformationen in der Umgebung des Luftfahrzeugs in einer Vollflächenformdarstellung visualisiert und das synthetische Abbild der Umgebung wird auf einer planaren, d. h. zweidimensionalen Darstellungsebene eines Anzeigeinstruments visualisiert. Neben dem Abbild 52 der Umgebung des Luftfahrzeugs enthält die Anzeige 50 weitere Fluginformationen. So gibt eine Kompaßanzeige 54 Informationen über eine Flugrichtung des Luftfahrzeugs, eine Flughöhenanzeige 56 Informationen über eine Flughöhe des Luftfahrzeugs, eine Geschwindigkeitsanzeige 58 Information über eine Fluggeschwindigkeit des Luftfahrzeugs und ein künstlicher Horizont 60 Informationen über einen Neigungswinkel bzw. eine Rolllage des Luftfahrzeugs an. Die in den Anzeigen 54, 56, 58, 60 dargestellten Informationen können durch physikalische Sensoren bestimmt werden oder aufgrund von Ausgabedaten eines Satellitennavigationssystems, wie eines GPS-Systems oder eines Galileo-Systems, bestimmt werden. Insbesondere werden durch das Satellitennavigationssystem Positionsbestimmungen durchgeführt. Vorzugsweise wird alternativ oder ergänzend eine Ausrichtung des Luftfahrzeugs durch Aufnahme von Meßdaten im Inertialsystem des Luftfahrzeugs als Bezugssystem, beispielsweise mittels Kreiselsensoren, bestimmt.In 9 is an ad 50 a synthetic vision system shown. The ad 50 represents a synthetic image 52 In this case, terrain formations are visualized in the vicinity of the aircraft in a full-surface shape representation and the synthetic image of the environment is visualized on a planar, ie two-dimensional display plane of a display instrument. Next to the image 52 the environment of the aircraft contains the indication 50 further flight information. So gives a compass indicator 54 Information about a direction of flight of the aircraft, an altitude indication 56 Information about an altitude of the aircraft, a speedometer 58 Information about an airspeed of the aircraft and an artificial horizon 60 Information about an inclination angle or a rolling position of the aircraft. The in the ads 54 . 56 . 58 . 60 The information presented may be determined by physical sensors or determined based on output data from a satellite navigation system, such as a GPS system or a Galileo system. In particular, positional determinations are made by the satellite navigation system. Preferably, alternatively or additionally, an orientation of the aircraft is determined by recording measurement data in the inertial system of the aircraft as a reference system, for example by means of gyro sensors.

Zur Erzeugung des Abbilds 52 der Umgebung des Luftfahrzeugs kann zunächst ein erstes synthetisches Abbild der Umgebung basierend auf in einer Datenbank, die insbesondere von dem erfindungsgemäßen Anzeigeinstrument umfaßt ist, abgelegten Daten basierend auf Positionsangaben, wie sie insbesondere von einem Satellitennavigationssystem geliefert werden, erstellt werden. In dem erfindungsgemäßen Anzeigeinstrument wird das so erzeugte virtuelle Abbild, welches insbesondere Informationen über die Geländeform und/oder die Oberflächenform der Umgebung des Luftfahrzeugs beinhaltet, aber auch weitere Informationen über stationäre oder bewegliche Hindernisse, wie Gebäude oder andere Fahrzeuge, beinhalten kann, generiert.To create the image 52 The environment of the aircraft may first be a first synthetic image of the environment based on stored in a database, which is in particular of the display device according to the invention, stored data based on position information, such as are supplied by a satellite navigation system. In the display instrument according to the invention, the virtual image thus generated, which in particular includes information about the terrain shape and / or the surface shape of the surroundings of the aircraft, but may also contain further information about stationary or movable obstacles, such as buildings or other vehicles, generated.

Anschließend kann dieses synthetische erste Abbild mittels einer ersten non-planaren Projektion in das zweite Abbild 52 überführt werden. Dazu wird zunächst, wie es beispielsweise in 7 dargestellt ist, mittels einer zweiten Projektion das erste Abbild in ein drittes Abbild überführt um durch eine dritte Projektion, wie sie beispielsweise in 8a und 8b dargestellt ist, in das zweite Abbild 52 überführt zu werden. Das Abbild 52 stellt eine Darstellung der Umgebung des Luftfahrzeugs mit einem erweiterten Sichtwinkel von 150° dar. Durch diese Darstellung wird ein realitätsnahes Abbild der Umgebung erzeugt, wobei insbesondere Verzerrungen, die zu Fehlinterpretationen durch einen Piloten des Luftfahrzeugs führen können, vermieden werden. So entspricht die Darstellung des Abbilds 52 im wesentlichen den Erfahrungen des Piloten bei einem Blick aus dem Cockpit heraus, so daß der Abstand zu Hindernissen korrekt abgeschätzt wird und Flugmanöver zum richtigen Zeitpunkt eingeleitet werden können. Darüber hinaus enthält das Abbild 52 auch Informationen über die Umgebung, insbesondere eine Geländeform des Luftfahrzeugs in einem peripheren Sichtbereich des Piloten, so daß auch Hindernisse, die in einem peripheren Randbereich der Abbildung 52 lie gen, auf der Anzeige 50 angezeigt werden. Wie bereits zuvor erwähnt, können auch anders als sphärisch geformte Bildebenen für eine non-planare Projektion eingesetzt werden, beispielsweise um Winkelverzerrung in Randbereichen einer Anzeige abzumildern.Subsequently, this synthetic first image can be transformed into the second image by means of a first non-planar projection 52 be transferred. This is done first, as it is for example in 7 is shown, converted by means of a second projection, the first image in a third image to a third projection, as shown for example in 8a and 8b is shown in the second image 52 to be convicted. The image 52 represents a representation of the environment of the aircraft with an extended viewing angle of 150 °. This representation is a realistic image of the environment is generated, and in particular distortions that can lead to misinterpretation by a pilot of the aircraft can be avoided. This is how the representation of the image corresponds 52 essentially the experience of the pilot when looking out of the cockpit, so that the distance to obstacles is correctly estimated and maneuvers can be initiated at the right time. In addition, the image contains 52 also information about the environment, in particular a terrain shape of the aircraft in a peripheral field of vision of the pilot, so that also obstacles that in a peripheral edge region of the figure 52 lie on the display 50 are displayed. As already mentioned, other than spherically shaped image planes for a non-planar projection can be used, for example, to mitigate angular distortion in the peripheral areas of a display.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das erste Abbild direkt als non-planare Projektion der Umgebung des Luftfahrzeugs generiert werden, beispielsweise mittels ray tracing, um als Abbild 52 in einer zweidimensionalen Darstellungsebene visualisiert zu werden.In an alternative embodiment of the invention, the first image can be generated directly as a non-planar projection of the surroundings of the aircraft, for example by means of ray tracing, as an image 52 to be visualized in a two-dimensional representation plane.

In 10a ist eine Anzeige 150 gezeigt, in welcher ein Abbild 152 einer Umgebung des Luftfahrzeugs dargestellt ist. Elemente der Anzeige 150, die denjenigen der Anzeige 50 in 9 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings um 100 erhöht. Das Abbild 152 ist durch eine non-planare Projektion mit einem Sichtwinkel von 150° visualisiert. Zur Visualisierung der Umgebung des Luftfahrzeugs auf der Anzeige 150 wird die non-planare Projektion der Umgebung, die entweder direkt basierend auf Daten einer Datenbank generiert wird oder durch Durchführung einer non-planaren Projektion aus einer planaren Abbildung der Umgebung des Luftfahrzeugs erzeugt wird, mittels einer äquidistanten, azimutalen zweidimensionalen Abbildung als Abbild 152 auf der Anzeige 150 dargestellt. Im Gegensatz hierzu ist in 10b die gleiche in 10a dargestellte Umgebung des Luftfahrzeugs auf einer Anzeige 150' in Form eines Abbilds 152' dargestellt. Diejenigen Elemente der Anzeige 150', die diejenigen der Anzeige 150 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings einfach gestrichen. Im Gegensatz zu der in 10a dargestellten Anzeige 150 wird in der Anzeige 150' eine Visualisierung der non-planaren Abbildung der Umgebung mittels einer orthographischen, azimutalen zweidimensionalen Abbildung durchgeführt. Es ist gut aus den 10a und 10b zu erkennen, daß die Abbilder 152, 152' einen mit dem normalen Gesichtsfeld eines Piloten vergleichbaren visuellen Eindruck erzeugen.In 10a is an ad 150 shown in which an image 152 an environment of the aircraft is shown. Elements of the ad 150 , those of the ad 50 in 9 correspond, bear the same reference numerals, but increased by 100. The image 152 is visualized by a non-planar projection with a viewing angle of 150 °. To visualize the environment of the aircraft on the display 150 The non-planar projection of the environment, which is generated either directly based on data from a database or generated by performing a non-planar projection from a planar image of the environment of the aircraft, using an equidistant, azimuthal two-dimensional image as an image 152 on the display 150 shown. In contrast, in 10b the same in 10a represented environment of the aircraft on a display 150 ' in the form of an image 152 ' shown. Those elements of the ad 150 ' , those of the ad 150 correspond, bear the same reference numerals, but simply deleted. Unlike the in 10a displayed display 150 will appear in the ad 150 ' a visualization of the non-planar mapping of the environment by means of an orthographic, azimuthal two-dimensional mapping performed. It is good from the 10a and 10b to recognize that the images 152 . 152 ' create a visual impression comparable to the normal field of view of a pilot.

In 11a ist eine Anzeige 50' dargestellt, in welcher ein Abbild 52' der Umgebung des Luftfahrzeugs dargestellt ist. Elemente der Anzeige 50', die denjenigen der Anzeige 50 in 9 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings einfach gestrichen. In 11a ist im Vergleich zur Anzeige 50 in 9 das Abbild 52' durch eine planare perspektivische Projektion mit einem Standardsichtwinkel von 60° visualisiert. Es ist deutlich zu erkennen, daß Hindernisse, die im peripheren Sichtbereich des Piloten liegen, und bei dem Abbild 52 angezeigt werden, bei dem Abbild 52' nicht angezeigt werden. Die Einleitung eines Kurvenflugs durch einen Piloten könnte so zu einer Kollision des Luftfahrzeugs mit einem der seitlich vorhandenen Hindernisse, insbesondere Geländeformationen führen.In 11a is an ad 50 ' shown in which an image 52 ' the environment of the aircraft is shown. Elements of the ad 50 ' , those of the ad 50 in 9 correspond, bear the same reference numerals, but simply deleted. In 11a is in comparison to the ad 50 in 9 the image 52 ' visualized by a planar perspective projection with a standard viewing angle of 60 °. It can be clearly seen that obstacles that lie in the peripheral field of view of the pilot, and in the image 52 displayed at the image 52 ' not be displayed. The initiation of a flight by a pilot could thus lead to a collision of the aircraft with one of the laterally existing obstacles, in particular terrain formations.

Wird jedoch bei der planaren Projektion der Sichtwinkel vergrößert, beispielsweise auf einen Sichtwinkel von 150°, ergibt sich die in 11b dargestellte Anzeige 50''. Elemente der Anzeige 50'', die denjenigen der Anzeige 50' entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen, allerdings zweifach gestrichen. Wie sich aus einem Vergleich der Anzeige 50'' mit der Anzeige 50' ergibt, wird zwar in der Anzeige 50'' durch das Abbild 52'' der Umgebung des Luftfahrzeugs ein Hindernis im peripheren Sichtbereich des Piloten dargestellt, jedoch scheinen Hindernisse, die im zentralen Bereich der Abbildung 52'', d. h. in Flugrichtung des Luftfahrzeugs liegen, deutlich kleiner, so daß der Abstand zu diesen Hindernissen von einem Piloten leicht überschätzt werden kann. Dies kann dazu führen, daß Flugmanöver zu spät eingeleitet werden und eine Kollision mit einem Hindernis bzw. einer Geländeformation nicht mehr vermieden werden kann.However, if the viewing angle is increased in the planar projection, for example, to a viewing angle of 150 °, the results in 11b displayed display 50 '' , Elements of the ad 50 '' , those of the ad 50 ' correspond, bear the same reference numerals, but deleted twice. As can be seen from a comparison of the ad 50 '' with the ad 50 ' results in the display 50 '' through the image 52 '' The aircraft's surroundings present an obstacle in the pilot's peripheral field of vision, but obstacles appear in the central area of the figure 52 '' , ie in the direction of flight of the aircraft, are significantly smaller, so that the distance to these obstacles can easily be overestimated by a pilot. This can lead to maneuvers being initiated too late and a collision with an obstacle or a terrain formation can no longer be avoided.

Durch einen Vergleich der Anzeige 50'' mit der Anzeige 50 ergibt sich, daß die in der 9 verwendete erfindungsgemäße non-planare Projektion gerade diesen Nachteil vermeidet, da eine realitätsnahe Darstellung der Umgebung in der Anzeige 50 erfolgt, insbesondere der Abstand zu in Flugrichtung des Luftfahrzeugs liegenden Hindernissen in einer Weise dargestellt wird, wie sie den Erfahrungen des Piloten bei einer direkten Sicht aus dem Cockpit des Luftfahrzeugs in Flugrichtung entsprechen.By comparing the ad 50 '' with the ad 50 it follows that the in the 9 used non-planar projection according to the invention just avoids this disadvantage, since a realistic representation of the environment in the display 50 in particular, the distance to the aircraft in the direction of flight obstacles is represented in a manner that correspond to the experience of the pilot in a direct view from the cockpit of the aircraft in the direction of flight.

Somit wird durch die Erfindung das Problem der Streckenverzerrung bei großen Sichtwinkeln in Cockpitsichtsystemen, wie aus dem Stand der Technik bekannt sind, überwunden. Bei die sen auf planaren perspektivischen Projektionen beruhenden Cockpitsichtsystemen, insbesondere synthetischen Sichtsystemen, kommt es bei großen Sichtwinkeln, insbesondere ab etwa 90°, zu so starken Längsverzerrungen, so daß ein dargestelltes Abbild nicht mehr den visuellen Erfahrungen bzw. dem visuellen Eindruck eines Piloten bei einer Sicht aus einem Cockpit des Luftfahrzeugs entsprechen. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Unterschiede zwischen der Darstellung des virtuellen Umgebungsbildes und dem normalen Sichteindruck des Piloten bei einem Blick aus einem Cockpit des Luftfahrzeugs auf der Verwendung von planaren perspektivischen Projektionen beruht. Durch Ersetzen dieser planaren perspektivischen Projektion durch eine non-planare Projektion wird erreicht, daß auch bei großen Sichtwinkeln für den Piloten eines Luftfahrzeugs ein visueller Eindruck erzeugt wird, der seinen üblichen visuellen Erfahrungen bei einem Blick aus einem Cockpit des Luftfahrzeugs entsprechen.Consequently The invention contributes to the problem of line distortion large viewing angles in cockpit vision systems, such as from the State of the art are known, overcome. With the sen cockpit vision systems based on planar perspective projections, especially synthetic vision systems, it comes with large Viewing angles, in particular from about 90 °, to such strong longitudinal distortions, so that a pictured image is no longer the visual Experiences or the visual impression of a pilot at a sight correspond from a cockpit of the aircraft. The present Invention is based on the recognition that the differences between the representation of the virtual environment image and the normal visual impression of the pilot when looking out of a cockpit of the aircraft on the use of planar perspective Projections is based. By replacing this planar perspective Projection through a non-planar projection will accomplish that as well at large viewing angles for the pilot one A visual impression is created on the aircraft, which is its usual visual experience when looking out of a cockpit of the aircraft correspond.

Eine Gewöhnung an vergleichsweise größere Winkelverzerrungen im Randbereich einer Anzeige eines virtuellen Sichtsystems ist jedoch leichter möglich, als eine Gewöhnung an die bei planaren perspektivischen Projektionen vorhandenen Verkleinerungen von Informationen im Zentralbereich einer Anzeige bei großen Sichtwinkeln. Insbesondere der Einsatz der Erfindung in synthetischen Sichtsystemen, bei welchen Großflächenanzeigen genutzt werden, führt zu einer deutlichen Verbesserung der Interpretationsfähigkeit der durch das synthetische Sichtsystem gelieferten Informationen.A Getting used to comparatively larger ones Angular distortions in the border area of a display of a virtual Visual system, however, is easier to do than habituation to the reductions present in planar perspective projections of information in the central area of an ad at large Viewing angles. In particular, the use of the invention in synthetic Visual systems in which large area displays be used, leads to a significant improvement the ability to interpret the by the synthetic Visual system supplied information.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawings and in the Claims disclosed features can both individually or in any combination for the realization be essential to the invention.

11
Kamerapunktcamera point
33
ProjektionsstrahlenbündelProjection beam
55
Bildebeneimage plane
77
HexaederHexaeder
99
Fluchtpunktvanishing point
11, 11'11 11 '
Tunnelelementtunnel element
1212
KurveCurve
13, 13'13 13 '
Tunnelelementtunnel element
15, 15'15 15 '
Tunnelelementtunnel element
1616
Sichtlinieline of sight
1717
Kamerapunktcamera point
19, 19', 19''19 19 ', 19' '
Bildebeneimage plane
21, 21', 21'', 21'''21 21 ', 21' ', 21' ''
Bildebeneimage plane
2323
Kamerapunktcamera point
2525
Bildebeneimage plane
2727
Darstellungsebenepresentation layer
2929
Bildebeneimage plane
3131
Darstellungsebenepresentation layer
3232
Sichtlinieline of sight
50, 50', 50''50, 50 ', 50' '
Anzeigedisplay
52, 52', 52''52 52 ', 52' '
Abbildimage
54, 54', 54''54 54 ', 54' '
Richtungsanzeigedirection indicator
56, 56', 56''56 56 ', 56' '
Höhenanzeigeheight indicator
58, 58', 58''58 58 ', 58' '
Geschwindigkeitsanzeigespeedometer
60, 60', 60''60 60 ', 60' '
künstlicher Horizontartificial horizon
150, 150'150 150 '
Anzeigedisplay
152, 152'152 152 '
Abbildimage
154, 154'154 154 '
Richtungsanzeigedirection indicator
156, 156'156 156 '
Höhenanzeigeheight indicator
158, 158'158 158 '
Geschwindigkeitsanzeigespeedometer
160, 160'160 160 '
künstlicher Horizontartificial horizon

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 69103734 T2 [0016] - DE 69103734 T2 [0016]
  • - DE 3417058 A1 [0017] - DE 3417058 A1 [0017]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - „Synthetic vision systems for improving unmanned aerial vehicle Operator situation awareness", Proc. SPIE Vol. 5802, S. 219–230, Enhanced and Synthetic Vision 2005, Ausgabe Mai 2005 [0004] SPIE Vol. 5802, pp. 219-230, Enhanced and Synthetic Vision 2005, May 2005 edition [0004] "Synthetic vision systems for improving unmanned aerial vehicle Operator Situation Awareness".

Claims (18)

Verfahren zur Darstellung von Fluginformationen (54, 56, 58, 60, 154, 156, 158, 160, 154', 156', 158', 160') mittels zumindest eines Anzeigeinstruments eines Luftfahrzeugs, wobei zumindest ein erstes synthetisches Abbild (52', 52'') einer Umgebung des Luftfahrzeugs generiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abbild als zumindest teilweise non-planare Projektion der Umgebung generiert wird und in zumindest einer zweidimensionalen Darstellungsebene zumindest einer Anzeigeeinrichtung des Anzeigeinstruments visualisiert wird und/oder das erste Abbild (52', 52'') mittels zumindest einer ersten, zumindest teilweise non-planaren Projektion in zumindest ein zweites Abbild (52, 152, 152') transformiert wird und das zweite Abbild (52, 152, 152') in der zweidimensionalen Darstellungsebene (27, 31) der Anzeigeeinrichtung (50, 150, 150') visualisiert wird.Method for displaying flight information ( 54 . 56 . 58 . 60 . 154 . 156 . 158 . 160 . 154 ' . 156 ' . 158 ' . 160 ' ) by means of at least one indicating instrument of an aircraft, wherein at least one first synthetic image ( 52 ' . 52 '' ) of an environment of the aircraft, characterized in that the first image is generated as an at least partially non-planar projection of the environment and is visualized in at least one two-dimensional representation plane of at least one display device of the display instrument and / or the first image ( 52 ' . 52 '' ) by means of at least one first, at least partially non-planar projection into at least one second image ( 52 . 152 . 152 ' ) and the second image ( 52 . 152 . 152 ' ) in the two-dimensional representation plane ( 27 . 31 ) of the display device ( 50 . 150 . 150 ' ) is visualized. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Projektion das erste Abbild mittels zumindest einer zweiten Projektion zunächst auf eine non-planare Bildebene (21, 21', 21'', 21''') projiziert wird um ein drittes Abbild zu erzeugen und anschließend mittels zumindest einer dritten Projektion das dritte Abbild in das zweite Abbild transformiert wird.Method according to Claim 1, characterized in that, in the first projection, the first image is first projected onto a non-planar image plane by means of at least one second projection ( 21 . 21 ' . 21 '' . 21 ''' ) is projected to produce a third image and then the third image is transformed into the second image by means of at least one third projection. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abbild in Abhängigkeit zumindest einer Position, zumindest einer Ausrichtung und/oder zumindest einer Fluglage des Luftfahrzeugs basierend auf in zumindest einer Datenbank, insbesondere zumindest einer Speichereinrichtung, abgelegten Umgebungsdaten, wie einer Geländeform und/oder Oberflächenform einer Umgebungslandschaft, zumindest einer Position und zumindest einer geometrischen Dimension zumindest eines ortfesten Hindernisses, wie einem Bauwerk, und/oder zumindest einer Position und/oder zumindest einer geometrischen Dimension zumindest eines relativ zu der Umgebung des Luftfahrzeugs bewegbaren Hindernisses, wie zumindest einem weiteren Luftfahrzeug, zumindest einem Landfahrzeug und/oder zumindest einem Wasserfahrzeug, und/oder basierend auf von zumindest einem Oberflächenabtastsystem des Luftfahrzeugs, wie einem Radarsystem und/oder zumindest einem Sonarsystem, generierten Daten erzeugt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the first image depending at least a position, at least one orientation and / or at least one Attitude of the aircraft based on at least one database, in particular at least one storage device, stored environmental data, like a terrain shape and / or surface shape an environmental landscape, at least one position and at least a geometrical dimension of at least one stationary obstacle, as a building, and / or at least one position and / or at least a geometric dimension of at least one relative to the environment the aircraft movable obstacle, as at least one other Aircraft, at least one land vehicle and / or at least one Watercraft, and / or based on at least one Oberflächenabtastsystem of the aircraft, such as a radar system and / or at least one Sonar system, generated data is generated. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Position, die Ausrichtung und/oder die Fluglage des Luftfahrzeugs basierend auf Daten zumindest eines Satellitennavigationssystems, wie GPS und/oder Galileo und/oder zumindest eines Attitude/Heading Referenz Systems (AHRS), bestimmt wird bzw. werden.Method according to claim 3, characterized that the position, the orientation and / or the attitude of the aircraft based on data from at least one satellite navigation system, like GPS and / or Galileo and / or at least one Attitude / Heading Reference Systems (AHRS), is or will be determined. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Generierung des ersten Abbildes, die erste Projektion, die zweite Projektion und/oder die dritte Projektion zumindest eine rechnerische Projektion, insbesondere zumindest eine Umrechnung von Bildinformationen des ersten Abbildes in Bildinformationen des zweiten Abbildes (52, 152, 152') und/oder des dritten Abbildes und/oder von Bildinformationen des dritten Abbildes in Bildinformationen des zweiten Abbildes (52, 152, 152'), vorzugsweise mittels graphischer Datenverarbeitung, umfaßt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the generation of the first image, the first projection, the second projection and / or the third projection at least one computational projection, in particular at least a conversion of image information of the first image in image information of the second image ( 52 . 152 . 152 ' ) and / or the third image and / or image information of the third image in image information of the second image ( 52 . 152 . 152 ' ), preferably by graphic data processing. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Generierung des ersten Abbildes, die erste Projektion, die zweite Projektion und/oder die dritte Projektion zumindest eine optische Projektion, insbesondere zumindest eine optische Übertragung von Bildinformationen des ersten Abbildes in Bildinformationen des zweiten Abbildes (52, 152, 152') und/oder des dritten Abbildes und/oder von Bildinformationen des dritten Abbildes in Bildinformationen des zweiten Abbildes (52, 152, 152'), umfaßt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the generation of the first image, the first projection, the second projection and / or the third projection at least one optical projection, in particular at least one optical transmission of image information of the first image in image information of the second image ( 52 . 152 . 152 ' ) and / or the third image and / or image information of the third image in image information of the second image ( 52 . 152 . 152 ' ). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Generierung des ersten Abbildes, während der ersten Projektion und/oder während der dritten Projektion zumindest eine orthographische azimutale Projektion und/oder zumindest eine äquidistante und/oder mittelabstandstreue azimutale Projektion durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the generation the first image, during the first projection and / or during the third projection at least one orthographic azimuthal projection and / or at least one equidistant and / or medium-distance azimuthal projection performed becomes. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Generierung des ersten Abbildes, während der ersten Projektion und/oder während der zweiten Projektion zumindest eine zumindest bereichsweise profilierte, insbesondere sphärische, elliptische, parabelförmige, gewellte, gezackte, pyramiden förmige, kegelförmige und/oder gewölbte Bildebene (21, 21', 21'', 21''') verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the generation of the first image, during the first projection and / or during the second projection at least one at least partially profiled, in particular spherical, elliptical, parabolic, corrugated, serrated, pyramidal, conical and / or curved image plane ( 21 . 21 ' . 21 '' . 21 ''' ) is used. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des ersten Abbilds, des zweiten Abbilds (52, 152, 152') und/oder des dritten Abbilds zumindest eine virtuelle Darstellung der Umgebung des Luftfahrzeugs, insbesondere in Form zumindest einer Gitternetzdarstellung und/oder zumindest einer Vollflächenformdarstellung abgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the first image, the second image ( 52 . 152 . 152 ' ) and / or the third image, at least one virtual representation of the surroundings of the aircraft, in particular in the form of at least one grid network representation and / or at least one full-surface shape representation is mapped. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des ersten Abbilds, des zweiten Abbilds (52, 152, 152') und/oder des dritten Abbilds zumindest eine virtuelle Darstellung der Umgebung des Luftfahrzeugs aus zumindest einer Cockpitposition in Richtung nach vorne des Luftfahrzeugs und/oder in eine Bewegungsrichtung und/oder Flugrichtung des Luftfahrzeugs abgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the first image, the second image ( 52 . 152 . 152 ' ) and / or the third image at least a virtual representation of the environment of the aircraft from at least one cockpit position in the forward direction of the aircraft and / or in a direction of movement and / or direction of flight of the aircraft is mapped. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des ersten Abbilds, des zweiten Abbilds (52, 152, 152') und/oder des dritten Abbilds ein Sichtwinkelbereich von –30° bis +30°, bevorzugter von –60° bis +60°, noch bevorzugter von –90° bis +90°, noch mehr bevorzugter von –120° bis +120° und/oder am bevorzugtesten von –180° bis +180° der Umgebung des Luftfahrzeugs visualisiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the first image, the second image ( 52 . 152 . 152 ' ) and / or the third image, a viewing angle range of -30 ° to + 30 °, more preferably -60 ° to + 60 °, even more preferably -90 ° to + 90 °, even more preferably -120 ° to + 120 ° and / or most preferably from -180 ° to + 180 ° of the environment of the aircraft. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Abbild, dem zweiten Abbild (52, 152, 152') und/oder dem dritten Abbild zusätzliche Flugdaten des Luftfahrzeugs, insbesondere zumindest eine Flughöheninformation (56, 156, 156'), zumindest eine Positionsinformation, wie zumindest eine Satellitennavigationsposition, zumindest eine Richtungsinformation (54, 154, 154'), wie zumindest ein Kompaßkurs und/oder zumindest ein Satellitennavigationskurs, zumindest eine Lageinformation, wie zumindest ein Neigungswinkel und/oder zumindest eine Rollage, vorzugsweise in Form zumindest eines künstlichen Horizonts (60, 160, 160'), zumindest eine Betriebsinformation bezüglich zumindest einer Antriebseinheit des Luftfahrzeugs, wie zumindest eine Betriebstemperatur, zumindest ein Kraftstoffverbrauch, zumindest ein Tankinhalt und/oder zumindest eine Drehzahl, zumindest eine Geschwindigkeitsinformation (58, 158, 158'), und/oder zumindest ein geplanter und/oder zukünftiger Flugpfad (11, 13, 15) angezeigt wird bzw. werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the first image, the second image ( 52 . 152 . 152 ' ) and / or the third image additional flight data of the aircraft, in particular at least one flight altitude information ( 56 . 156 . 156 ' ), at least one position information, such as at least one satellite navigation position, at least one direction information ( 54 . 154 . 154 ' ), such as at least one compass heading and / or at least one satellite navigation course, at least one position information, such as at least one inclination angle and / or at least one rollage, preferably in the form of at least one artificial horizon ( 60 . 160 . 160 ' ), at least one operating information relating to at least one drive unit of the aircraft, such as at least one operating temperature, at least one fuel consumption, at least one tank content and / or at least one rotational speed, at least one speed information ( 58 . 158 . 158 ' ), and / or at least one planned and / or future flight path ( 11 . 13 . 15 ) is displayed. Anzeigeinstrument für ein Luftfahrzeug, insbesondere eingerichtet zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine Anzeigeeinrichtung (50, 150, 150') zur Visualisierung von Fluginformationen in einer im wesentlichen zweidimensionalen Darstellungsebene (27, 31), wobei mittels der Anzeigeeinrichtung (50, 150, 150') zumindest ein erstes synthetisches Abbild der Umgebung des Luftfahrzeugs darstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abbild eine non-planare Projektion der Umgebung des Luftfahrzeugs ist und in der Darstellungsebene (27, 31) visualisierbar ist oder das erste Abbild unter Einsatz zumindest einer ersten zumindest teilweise non-planaren Projektion in der Darstellungsebene (27, 31) als zumindest ein zweites Abbild (52, 152, 152') visualisierbar ist.Display instrument for an aircraft, in particular adapted for use in a method according to one of the preceding claims, comprising at least one display device ( 50 . 150 . 150 ' ) for visualizing flight information in a substantially two-dimensional representation plane ( 27 . 31 ), wherein by means of the display device ( 50 . 150 . 150 ' ) at least a first synthetic image of the surroundings of the aircraft can be represented, characterized in that the first image is a non-planar projection of the surroundings of the aircraft and in the representation plane ( 27 . 31 ) is visualizable or the first image using at least a first at least partially non-planar projection in the representation plane ( 27 . 31 ) as at least a second image ( 52 . 152 . 152 ' ) is visualizable. Anzeigeinstrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung zumindest einen Röhrenbildschirm, zumindest einen Flüssigkristallbildschirm (LCD), zumindest Dünnschichttransistorbildschirm (TFT), zumindest einen Surface-conduction Electron-emitter Bildschirm (SED), zumindest einen Plasmabildschirm, zumindest einen Bildschirm umfassend zumindest eine organische Leuchtdiode (OLED) und/oder zumindest eine optische Projektionseinrichtung zur Visualisierung des Abbilds auf zumindest einer zumindest beispielsweise ebenen Projektionsfläche umfaßt.Indicating instrument according to Claim 13, characterized in that the display device has at least one tube screen, at least one liquid crystal display (LCD), at least Thin-film transistor (TFT) screen, at least one Surface-conduction electron emitter screen (SED), at least a plasma display, at least one screen comprising at least an organic light emitting diode (OLED) and / or at least one optical Projection device for visualizing the image on at least an at least for example planar projection surface includes. Anzeigeinstrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung, insbesondere die Darstellungsebene ein rundes, elliptisches und/oder rechteckiges Format aufweist, insbesondere das Verhältnis einer Breite zu einer Höhe der Darstellungsebene im wesentlichen 1:1, 4:3 und/oder 16:9 beträgt.Indicating instrument according to Claim 14, characterized that the display device, in particular the display plane has a round, elliptical and / or rectangular format, in particular the ratio of a width to a height the display plane is substantially 1: 1, 4: 3 and / or 16: 9. Anzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch zumindest graphische Datenverarbeitungseinheit zur Durchführung der ersten, der zweiten und/oder der dritten Projektion.Indicating instrument according to one of the claims 13 to 15, characterized by at least graphic data processing unit for performing the first, the second and / or the third Projection. Anzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch zumindest Speichereinrichtung, insbesondere zur Speicherung und/oder zum Abrufen von Umgebungsdaten, umfassend zumindest einen Datenträgerleseeinrichtung und/oder Datenträgerschreibeinrichtung, wie zumindest ein DVD-Laufwerk und/oder CD-Laufwerk, und/oder zumindest einen, vorzugsweise auswechselbaren Massenspeicher, wie zumindest eine Festplatte und/oder zumindest einen Memorystick.Indicating instrument according to one of the claims 13 to 16, characterized by at least memory device, in particular for storing and / or retrieving environmental data at least one data carrier reading device and / or data medium writing device, like at least a DVD drive and / or CD drive, and / or at least a, preferably removable mass storage, as at least a hard disk and / or at least a memory stick. Anzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeinstrument als Cockpitinstrument, Head-up-Anzeige, Projektionsdisplay, insbesondere für zumindest eine Cockpitscheibe und/oder ein Helmvisier, und/oder Head-down-Anzeige ausgestaltet ist.Indicating instrument according to one of the claims 13 to 17, characterized in that the indicating instrument as a cockpit instrument, head-up display, projection display, in particular for at least one cockpit screen and / or a helmet visor, and / or head-down display is configured.
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