CN103870232A - 包含自适应半透明显示设备和检测景色的装置的显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含自适应半透明显示设备和检测景色的装置的显示系统。本发明的一般领域为显示系统（1），其包括包含第一图像产生装置的电子计算器（10）和相关联的半透明显示设备，所述显示设备将设置在外部景色的前方。根据本发明的显示设备由两个叠加半透明平面显示屏幕（11，12）、光敏传感器（13）和位置检测系统（14）组成。第一显示屏幕是无源的，其传输率通过第一图像产生装置控制，第二显示屏幕是有源的，其光发射通过第一图像产生装置控制。所产生的图像根据通过光敏传感器和位置检测所输出的外部景色亮度信息显示在第一显示屏幕或第二显示屏幕上。

Description

包含自适应半透明显示设备和检测景色的装置的显示系统
技术领域
本发明的领域为设置在民用和军用飞行器驾驶舱中的显示设备。
背景技术
目前，现代飞行器驾驶舱的控制面板包含在它们表面的大部分上的显示屏幕和仪器，从而减少在驾驶舱的下部区域中对外部景色的直视。在包括低空飞行的某些数量的应用中，该直视的存在可能是讨厌的。
简单的第一解决方案包括当可能时飞行员扭转他自己以看到显示屏幕以上。
第二解决方案包括利用准直的“看穿（see through）”显示系统。这些系统分为两大类，飞行员的头部所携带的头盔护目镜（helmetvisor）和永久安装在驾驶舱中的所谓的“平视（head-up）显示”设备。这些设备以有关外部景色的图像或符号集的形式叠加信息。
后者的装备具有准直的特殊性，即，通过显示器输出的信息通过合适的光学器件投射到“无穷远处”。因此，飞行员不需要聚焦于信息或景色上，这两者同时被清楚看到。这种装备具有一定的技术复杂度，因此高成本。而且，信息以特定方式呈现，以不掩盖背景景色，这隐含与“下视（head-down）”屏幕的表示不同的表示。然后，飞行员必须把一定量的精力投入到在“平视”和“下视”屏幕之间的他的反复运动中，以找出他的坐标。
第三解决方案包括利用放置在用户的视野中的半透明显示屏幕并且使得投射关于外部景色叠加的图像成为可能。叠加的一个困难在于，来自外部景色的亮度可能是高对比的和/或非常明亮的。当然，重要的是，无论亮度如何变化，叠加的图像完美地保持清晰，而不需要过多地调暗外部景色的视野。可能产生具有高亮度的发射屏幕，但这些显示屏幕仍然昂贵并且消耗大量电力。
发明内容
根据本发明的显示系统不呈现这些缺点。显示系统包含半透明显示设备和用于检测用户看到的景色的装置以便确定任何屏幕的最佳配置，使得能够获得很好地适合于外部亮度条件的亮度水平和图像对比度；半透明显示设备包含两个叠加的显示屏幕，第一无源屏幕和第二有源屏幕。更精确地，本发明的主题为显示系统，显示系统包括由第一图像产生装置组成的电子计算器和相关联的半透明显示设备，所述显示设备将被设置在外部景色的前方，其特征在于，显示设备由两个叠加的半透明平面显示屏幕和光敏传感器组成，光敏传感器将被设置在相同外部景色的前方，第一显示屏幕是无源的，它的传输率由第一图像产生装置根据通过光敏传感器输出的外部景色亮度信息控制，第二显示屏幕是有源的，它的光发射由第一图像产生装置控制，由图像产生装置产生的图像根据通过光敏传感器输出的外部景色亮度信息被显示在第一显示屏幕或第二显示屏幕上。
有利地，显示系统包含将由用户的头部携带的位置检测系统、包括设置成确定由所述用户通过半透明显示设备看到的外部景色的部分的第二装置的计算器，通过图像产生装置产生的图像根据由光敏传感器输出的外部景色的所述部分的亮度信息显示在第一显示屏幕或第二显示屏幕上。
有利地，光敏传感器为相机，电子计算器包括设置成使第一无源显示屏幕的空间传输率取决于外部景色的部分中亮度水平的空间分布的第三装置。
有利地，第三装置设置成确定外部景色中的地平线的位置，第一无源显示屏幕的空间传输率取决于所述地平线之上和之下的亮度水平的空间分布。
有利地，低于第一预定亮度阈值，图像显示在第二显示屏幕上，而高于所述第一预定亮度阈值，图像以反向视频模式显示在第一显示屏幕上。
有利地，高于第二预定亮度阈值，第一显示屏幕完全不透明并且图像显示在第二显示屏幕上。
有利地，显示设备包括透明触敏表面，其中电子计算器包含设置成使触敏表面包含用于控制所显示的图像的亮度和/或对比度的装置的第四装置。
有利地，显示系统为飞行器控制面板系统。
附图说明
通过阅读以下不以任何方式限制并参照所附附图的描述，将更好地理解本发明并且其他优点将变得显而易见，其中：
图1表示根据本发明的显示系统的全视图；
图2表示根据本发明的采用低亮度的晚间模式下的屏幕的结构；
图3表示根据本发明的采用中等亮度的日间模式下的屏幕的结构；
图4表示根据本发明的采用高亮度的日间模式下的屏幕的结构。
具体实施方式
作为非限制的示例，图1表示操作配置下的根据本发明的显示系统。所表示的系统为飞行器控制面板的显示系统1。它可适合于需要有关引航、导航或车辆的信息叠加在外部上的所有类型的车辆。
该显示系统包括：
-包含第一图像和/或符号产生装置以及多种计算和控制装置的电子计算器10；
-设置在外部景色前方的相关联的半透明显示设备。该设备包含两个叠加的半透明平面显示屏幕11和12。术语平面屏幕被理解成意指不超过几毫米到几厘米的小厚度的屏幕。平面屏幕不一定是平的，它也可能是略弯曲的。在图1中，为了清楚起见，这些屏幕已分开。第一显示屏幕11是无源的，其传输率通过第一图像产生装置控制。作为示例，这种无源或阻挡屏幕可能是液晶或“LCD”屏幕。该第一显示屏幕11被设置在外部景色侧上。第二显示屏幕12是有源的，其光发射通过第一图像产生装置控制。该第二显示屏幕12被设置在用户侧上。作为示例，这种发射屏幕可以为OLED（有机发光二极管）类型。这两种屏幕，传输和阻挡，可能是单色的或彩色的；
-光敏传感器13将设置在相同外部景色的前方。在绝大多数应用中，该光敏传感器为相机。该传感器或该相机被设置成获得通过显示设备看到的外部景色的亮度的空间分布。对于其中外部景色的亮度变化非常大的板载航空应用，相机必须是高度动态的；
-飞行员的头部的位置的检测14。目前存在能够产生头部位置检测系统的多种技术原理。非限制示例包括电磁系统和光学系统。这些各种系统通常包含具有已知固定位置的第一元件、由用户的头部携带的第二移动元件和能够在第一元件的参考坐标系中准确定位第二元件的位置的装置。这些系统为本领域技术人员所公知的。应当注意的是，在没有该头部位置检测的情况下，显示系统能够可任选地操作。然后，考虑用户的头部的平均位置进行计算。在这种情况下，显示屏幕的从属（slaving）是不精确的。
该系统的操作如下。相机提供用户看到的外部景色的图像。相机的视野足够大，不管用户的头部如何运动，他的通过半透明显示设备的视野总是包括在相机的视野中。通过位置检测知道用户的头部的位置，计算器确定相机所提供的图像中的通过用户感知到的外部景色的部分。通过电子计算器分析图像的这个部分，电子计算器计算图像的该部分中的空间分布或亮度直方图。直方图可在整个图像域上或根据外部场景的多个区域上计算。多区域处理使得能够避免间断的非常明亮的区域，诸如在昏暗条件下的场景中观察到的那些区域。默认计算器仅检测图像中的地平线的位置。
根据亮度信息，计算器然后选择图像将被显示的显示屏幕和相关联的亮度水平。
更精确地，当外部亮度为低时，外部景色的传输是优先化的。第一屏幕呈现为尽可能透明以及图像或符号被显示在第二发射屏幕上。图2示出了这种操作模式。该图的主要图形表示景色。相机13被表示为在该景色的右上方。灰色矩形表示显示设备的边界。在主要图形的右手侧上的两个屏幕11和12表示第一阻挡屏幕和第二发射屏幕。在夜间照明条件下，第一屏幕是透明的，在该图和下图上通过矩形表示的图像被显示在发射屏幕上。符号的亮度取决于外部亮度的水平。
当亮度较高和当景色包含对比区域时，那么阻挡屏幕的传输为所述区域的亮度的函数。这是例如，当地平线将天空从地球或从大海分离时的情况。图像以适当调整的亮度保持在第二发射屏幕上显示。图3示出了这种操作模式。该图的主要图形通过相同的符号集表示与图2相同的景色。在明亮的日光下，第一屏幕11是半透明的，图像以良好的对比度显示在第二显示屏幕12上，而不需要具有过高的图像亮度。
超过某个亮度值，发射屏幕的亮度设置点不再能够保证充足的对比度，透明屏幕上所呈现的图像被转换到反向视频模式（reverse videomode）并通过阻挡屏幕显示。然后，关闭发射屏幕。图4示出了这种操作模式。该图的主要图形通过相同的符号集表示与图2和3相同的景色。在非常明亮的日光下，第一屏幕是透明的，图像以反向视频模式显示在第一阻挡屏幕11上。然后，关闭第二屏幕12。
作为最后的手段，对于非常高的亮度，如果反向视频模式不能满足，则阻挡屏幕11被设置为在其整个表面上的最大不透明度，以获得发射屏幕的最佳易读性。然而，该模式除去了显示屏幕的透明功能。
多个亮度阈值为应用、载体的类型和显示屏幕的性能的函数。它们的确定对于本领域技术人员不存在任何特定问题。
两种屏幕技术的组合允许高动态对比度调节。对于给定的对比度值，飞行员不再需要扭转他自己或定向飞行器以及与标准发射透明屏幕相比，在发射模式下的屏幕的最大亮度可降低。大大降低了为了保证充足的对比度对光通量的需求。系统的功率消耗也相对于现有技术的标准显示系统降低。
可任选地，通过在显示屏幕上叠加透明触敏表面，可将屏幕变成交互式的同时保持其透明度。存在用于生产触敏表面的多种可能技术。示例包括：
-光学触敏技术：围绕整个屏幕的周界安装光反射器。将一组光发射器/接收器对容纳在屏幕维修系统中。因此，可能检测该屏幕上的飞行员的互动；
-投射式电容技术：将电容式触敏平板结合到每个发射平板上或将触敏检测系统包含到显示屏幕中。
-所谓的“内嵌电容式”技术：将灵敏传感器包含到屏幕中的发光像素之间。
触敏技术提供另外的优点。在自动传输控制系统不适合于特定任务或场景的情况下，飞行员保留将伺服系统切换到手动模式的选择权，并且，通过触敏设备指定他希望在方便的时候调节亮度或对比度的区域。

Claims (8)

1.一种显示系统（1），所述显示系统（1）包括包含第一图像产生装置的电子计算器（10）和相关联的半透明显示设备，所述显示设备将被设置在外部景色的前方，其特征在于，所述显示设备由两个叠加的半透明平面显示屏幕（11,12）和光敏传感器（13）组成，所述光敏传感器将被设置在相同外部景色的前方，所述第一显示屏幕（11）是无源的，第一显示屏幕（11）的传输率由所述第一图像产生装置根据通过所述光敏传感器输出的外部景色亮度信息控制，所述第二显示屏幕（12）是有源的，所述第二显示屏幕（12）的光发射由所述第一图像产生装置控制，由图像产生装置产生的图像根据通过所述光敏传感器输出的外部景色亮度信息显示在所述第一显示屏幕或第二显示屏幕上。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述显示系统包含将由用户的头部携带的位置检测系统（14）、包括设置成确定由所述用户通过所述半透明显示设备看到的外部景色的部分的第二装置的计算器，通过图像产生装置产生的图像根据由所述光敏传感器输出的外部景色的所述部分的亮度信息显示在所述第一显示屏幕或第二显示屏幕上。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述光敏传感器（13）为相机，所述电子计算器包含设置成使第一无源显示屏幕的空间传输率取决于外部景色的部分中亮度水平的空间分布的第三装置。
4.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，所述第三装置设置成确定外部景色中的地平线的位置，所述第一无源显示屏幕的空间传输率取决于所述地平线之上和之下的亮度水平的空间分布。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的显示系统，其特征在于，低于第一预定亮度阈值，图像显示在所述第二显示屏幕上，而高于所述第一预定亮度阈值，图像以反向视频模式显示在所述第一显示屏幕上。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的显示系统，其特征在于，高于第二预定亮度阈值，所述第一显示屏幕是完全不透明的并且图像显示在所述第二显示屏幕上。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的显示系统，其特征在于，所述显示设备包括透明触敏表面，并且所述电子计算器包含设置成使所述触敏表面包含用于控制所显示的图像的亮度和/或对比度的装置的第四装置。
8.根据上述权利要求中的任一项所述的显示系统，其特征在于，所述显示系统为飞行器控制面板系统。
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