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
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
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
In
Außer
Linien in der Projektionsfläche bzw. Bildebene sind bei
der perspektivischen Projektion alle Strecken längenverzerrt.
Parallele Strecken laufen auf einen Fluchtpunkt
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.
Das
Diagramm in
Des
weiteren sind aus dem Stand der Technik Anzeigevorrichtungen für
Simulatoren bekannt. So offenbart die
Weiterhin
offenbart die
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.
Der
Bereich des Sichtwinkels von εai =
1° am äußersten Rand der jeweiligen Bildebene
Durch Einsetzen von (2) und (3) in Gleichung (4) und den Bezug auf die Durchschnittslängepro Winkel εi ergeben sich folgende normierte Längen im Innen- und Außenbereich: By substituting (2) and (3) into equation (4) and the reference to the average length for each angle ε i , the following normalized lengths result in the interior and exterior:
Die
Diagramme in
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
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.
Außerdem
wird deutlich, dass Sichtwinkel von 180° oder mehr mit
der non-planaren Projektion abbildbar sind. Die Bildebene
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
Für
die Durchführung, insbesondere der dritten Projektion,
gibt es unterschiedliche Methoden. Die in
Bei
der in
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
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
Die
Projektion der kugelförmigen Bildebene
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
In
Zur
Erzeugung des Abbilds
Anschließend
kann dieses synthetische erste Abbild mittels einer ersten non-planaren
Projektion in das zweite Abbild
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
In
In
Wird
jedoch bei der planaren Projektion der Sichtwinkel vergrößert,
beispielsweise auf einen Sichtwinkel von 150°, ergibt sich
die in
Durch
einen Vergleich der Anzeige
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
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ID=40689581
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