CN107018356B - 将来自图像传感器的图像叠加在外部景观的合成第二图像上的图形化表示方法 - Google Patents

将来自图像传感器的图像叠加在外部景观的合成第二图像上的图形化表示方法 Download PDF

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Abstract

一种将来自图像传感器的图像叠加在外部景观的合成第二图像上的图形化表示方法。本发明的大体领域为用于图形化表示叠加在表示外部景观的合成图像的第二图像(SVS)上的相同外部景观的来自图像传感器的第一图像(EVS)的方法，两个图像被显示在飞行器的机载显示系统的显示屏上。第一图像包括具有增加的透明度的三个矩形区域(Z1、Z2、Z3)，每个区域具有与第一图像相等的宽度和确定的高度，三个高度的总和等于第一图像的高度，位于图像的底部的第一区域具有恒定的第一透明度水平，位于图像的顶部的第三区域具有比第一透明度水平更大的恒定的第二透明度水平，位于第一区域与第三区域之间的第二区域具有在第一水平和第二水平之间连续可变的透明度水平。

Description

将来自图像传感器的图像叠加在外部景观的合成第二图像上 的图形化表示方法
技术领域
本发明的领域在于用于航空应用的人-系统接口，并且更具体而言，在于将来自一个或多个传感器的真实图像与合成图像相组合的显示系统。这些系统已知由首字母缩写“CVS”表示，代表“组合的视觉系统(Combined Vision System)”。
背景技术
现代飞行器通常具有第一合成视觉系统，称为“SVS”。该系统使得可以向机组人员呈现外部景观(通常包括领航或航行信息)的合成图像。SVS系统包括表示飞过的地形的映射数据库、定位系统以及电子计算装置。所显示的图像为尽可能真实地呈现的外部的三维视图。
这些飞行器还具有称为“EVS”的第二显示系统，EVS为“增强的视觉系统(EnhancedVision System)”的首字母缩写。该第二系统包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器可以是可视或红外线波段内的或者是增强成像的光学传感器，或者是激光雷达乃至雷达。通常对图像进行处理。
从SVS和EVS图像得到的组合图像称为CVS。该CVS被显示在位于飞行器的仪表板的前表面上的显示屏上。所显示的视点处于飞行器的轴线上。
CVS图像为用于飞行器在飞行中由仪器操作的称为“EVO”(“等价视觉操作(Equivalent Visual Operations)”的缩写)的操作的感兴趣解决方案，所述飞行称为“Instrument Flight Rule，仪表飞行规则”的“IFR”，所述CVS图像甚至用以提高飞行器在具有降低的视野的飞行中操作的飞行安全性，所述具有降低的视野的飞行称为具有降低视觉环境的“VFR”，VFR为“(Visual Flight Rules，目视飞行规则)”的首字母缩写。SVS图像增强了对较远地形状况的认知，而EVS图像增强了对附近地形状况认知，使这两个特定相关的图像相结合。
SVS和EVS图像的叠加未必简单。一种可能的解决方案为在SVS上叠加所有的EVS图像，从而可以通过识别显著的要素(例如着陆跑道，其将使用的情况限制为例如在跑道上着陆)而利用SVS在EVS上的重新排列来遮蔽SVS的有用部分。第二种解决方案为在地平线以下仅显示EVS图像，并且在地平线以上仅显示SVS图像。这种要么全有要么全无的解决方案并不总是应用两幅图像的所有潜力。第三种解决方案为检测具有比EVS图像中的阈值更高的对比度的区域，并且在SVS图像上仅叠加这些区域。再次，在这里，有用信息的丢失的风险不可忽略。
发明内容
根据本发明的方法不具有上述解决方案的缺点。该方法依赖于将EVS图像分割为三个不同部分。EVS图像的底部部分具有最大的不透明度并且可以完全遮蔽SVS图像，EVS图像的顶部部分具有最小的不透明度，并且中间部分呈现具有降至底部的最大值与顶部的最小值之间的不透明度的EVS图像。更具体而言，本发明的主题为一种图形化表示方法，所述图形化表示方法用于图形化表示外部景观的来自图像传感器的第一图像，所述第一图像叠加在表示相同外部景观的合成图像的第二图像上，两个图像被显示在飞行器的机载显示系统的显示屏上，其特征在于，所述第一图像包括具有增加的透明度的三个矩形区域，每个区域具有与第一图像相等的宽度和确定的高度，三个高度的总和等于第一图像的高度，位于图像的底部的第一区域具有恒定的第一透明度水平，位于图像的顶部的第三区域具有比第一透明度水平更大的恒定的第二透明度水平，位于所述第一区域与所述第三区域之间的第二区域具有在第一水平和第二水平之间连续可变的透明度水平。
有利地，所述第一区域的高度代表图像的高度的30％，所述第二区域的高度代表图像的高度的50％，并且所述第三区域的高度代表图像的高度的20％。
有利地，第一透明度水平为零或接近于零，并且第二透明度水平接近于100％。
有利地，所述第二区域的透明度水平的变化规律是线性的。
有利地，三个区域的高度能够由使用者手动地调节。
有利地，三个区域的高度能够由机载航空电子系统根据飞行器的飞行阶段而自动地调节。
有利地，三个区域的高度能够由机载航空电子系统根据飞行器的一个或多个参数例如桨距、海拔或无线电海拔而自动地调节。
有利地，三个区域的高度能够由机载航空电子系统根据由地形数据库计算的至传感器的视野中的地形的距离而自动地调节。
有利地，三个区域的高度能够由机载航空电子系统根据图像传感器的能见度极限而自动地调节。
有利地，当飞行器上升时，第一透明度水平和/或第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越透明，透明度水平的改变在第一低海拔阈值处开始并且在第二高海拔阈值处结束，第一图像在该第二阈值处完全透明。
有利地，当飞行器下降时，第一透明度水平和/或第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越不透明，透明度水平的改变在第三高海拔阈值处开始并且在第四低海拔阈值处结束，第一图像在该第三阈值处完全透明。
有利地，第一阈值和第四阈值具有不同值，和/或第二阈值和第三阈值具有不同值。
附图说明
通过阅读以非限定性方式给出的以下描述并且借助所附附图，本发明将被更好地理解并且其它的优点将变得明显，在所述附图中：
图1表示来自传感器的第一图像的不同区域；
图2在纵轴上表示第一图像的透明度的变化；
图3表示包括第一图像叠加在第二图像上的显示。
具体实施方式
根据本发明的方法在飞行器的航空电子系统中实施。所述航空电子系统包括至少一个合成视觉系统和一个或多个图像传感器。
合成视觉系统或SVS包括至少一个地图数据库、定位装置、用于计算飞行器的主要参数的表示的电子装置、图形计算器以及至少一个显示装置。举例来说，定位装置是“GPS”(GPS为“Global Positioning System，全球定位系统”的首字母缩写)类型的，与惯性单元联接/结合或者不联接/结合。
称为EVS(“Enhanced Vision System，增强的视觉系统”的首字母缩写)的第二视觉系统包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器可以是可视或红外线波段内的或者是增强成像的光学传感器，或者是激光雷达乃至雷达。通常对图像进行处理。
在下文中，采用术语“不透明度”和“透明度”。表示成百分比的图像的不透明度水平等于100％减去其表示成百分比的透明度水平。
在根据本发明的方法中，将EVS图像从底部至顶部分割为三个不同且连接的矩形区域，如图1中可见。在该图中，各区域由Z1、Z2及Z3表示。底部部分Z1呈现具有最大不透明度(或者换个说法，具有最小透明度)的EVS图像，顶部部分Z3表示具有最小不透明度或最大透明度的EVS图像，并且中间部分Z2呈现具有降至底部的最大值与顶部的最小值之间的不透明度或者具有降至底部的最小值与顶部的最大值之间的透明度的EVS图像。
为了给出数量级，第一区域Z1的高度代表图像高度的30％，第二区域Z2的高度代表图像高度的50％，并且第三区域Z3的高度代表图像高度的20％。其它变化也是可能的。
如图2中所示，中间区域Z2内的每个点的不透明度为其根据不断下降的变化的规律在纵轴Y上距离图像的底部边缘的距离的函数。变化的规律可以是不同类型的。在图2中，变化的规律是线性的。其它变化也是可能的。
举例而言，第一透明度水平为零或接近于零，并且第二透明度水平接近100％。具体地，第二透明度水平大于80％并且严格小于100％。
三个区域的分布可以是恒定的并且独立于飞行器的飞行阶段。根据本发明的方法的一种变型在于使三个区域的分布可变。然后不同模式是有利的：
-手动模式，其中飞行员根据单个指令设定三个区域的分布；
-自动模式，其中区域的分布取决于飞行器的一个或多个参数(例如桨距(pitch)、海拔甚至无线电海拔)。因此，飞行器越接近地面和/或飞行器越采用负桨距，则区域Z1扩大得越大；
-自动模式，其中在给定的时间内，区域的分配取决于水平直线的EVS图像中的受传感器的能见度的限制的检测。该检测依赖于EVS图像中的对比度分析。
-自动模式，其中区域的分配取决于穿过传感器的视野内(对于该视野，距离飞行器的距离大于给定值)的最低点的水平直线的SVS图像中的检测。
当飞行器高于地形很多时，对EVS图像不再感兴趣，并且仅呈现SVS图像。一种用于避免第一图像的突兀出现或消失的可能解决方案在于，当飞行器接近地面或从地面离开时，在单独的SVS图像与由前文所述的三个矩形区域组成的EVS图像之间引入柔过渡。
在这种情况下，当飞行器上升时，第一透明度水平和/或第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越透明，透明度水平的改变在第一低海拔阈值(称为消失开始阈值)处开始并且在第二高海拔阈值(称为消失结束阈值)处结束，第一图像在该第二阈值处完全透明。
当飞行器下降时，第一透明度水平和第二透明度水平也随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越不透明，透明度水平的改变在第三高海拔阈值(称为出现结束阈值)处开始并且在第四低海拔阈值(称为出现开始阈值)处结束，第一图像在该第三阈值处完全透明。
这些出现和消失阈值未必一致。有利地，消失开始阈值大于出现开始阈值，并且类似地，消失结束阈值大于出现结束阈值。
举例而言，第一图像的透明度的平均变化可以关于出现阈值与消失阈值之间的海拔而成线性。其它变化也是可能的。
限定这些出现和消失阈值以避免一闪而过的出现和消失，而不考虑飞行的轮廓和地形特征。
举例而言，图3表示利用根据本发明的方法得到的EVS图像在SVS图像中的融合。SVS图像包括网格线，所述网格线在EVS图像的底部的完全不透明的区域Z1中消失，并且随着所述网格线的位置在越来越透明并且在区域Z3完全透明的EVS图像中升高，所述网格线在区域Z2中重现。

Claims (24)

1.一种图形化表示方法，所述图形化表示方法用于图形化表示外部景观的来自图像传感器的第一图像(EVS)，所述第一图像(EVS)叠加在表示相同外部景观的合成图像的第二图像(SVS)上，两个图像被显示在飞行器的机载显示系统的显示屏上，其特征在于，所述第一图像包括具有增加的透明度的三个矩形区域(Z1、Z2、Z3)，每个区域具有与第一图像相等的宽度和确定的高度，三个高度的总和等于第一图像的高度，位于图像的底部的第一区域具有恒定的第一透明度水平，位于图像的顶部的第三区域具有比第一透明度水平更大的恒定的第二透明度水平，位于所述第一区域与所述第三区域之间的第二区域具有在第一水平和第二水平之间连续可变的透明度水平，三个区域的高度由机载航空电子系统根据飞行器的飞行阶段而自动地调节。
2.根据权利要求1所述的图形化表示方法，其特征在于，第一透明度水平为零或接近于零，并且第二透明度水平大于80％并且严格小于100％。
3.根据权利要求1所述的图形化表示方法，其特征在于，所述第二区域的透明度水平的变化规律是线性的。
4.根据权利要求1所述的图形化表示方法，其特征在于，当飞行器上升时，第一透明度水平和/或第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越透明，透明度水平的改变在第一低海拔阈值处开始并且在第二高海拔阈值处结束，第一图像在该第二高海拔阈值处完全透明。
5.根据权利要求1所述的图形化表示方法，其特征在于，当飞行器下降时，第一透明度水平和第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越不透明，透明度水平的改变在第三高海拔阈值处开始并且在第四低海拔阈值处结束，第一图像在该第三高海拔阈值处完全透明。
6.根据权利要求4和5中的一项所述的图形化表示方法，其特征在于，第一低海拔阈值和第四低海拔阈值具有不同值，和/或第二高海拔阈值和第三高海拔阈值具有不同值。
7.一种图形化表示方法，所述图形化表示方法用于图形化表示外部景观的来自图像传感器的第一图像(EVS)，所述第一图像(EVS)叠加在表示相同外部景观的合成图像的第二图像(SVS)上，两个图像被显示在飞行器的机载显示系统的显示屏上，其特征在于，所述第一图像包括具有增加的透明度的三个矩形区域(Z1、Z2、Z3)，每个区域具有与第一图像相等的宽度和确定的高度，三个高度的总和等于第一图像的高度，位于图像的底部的第一区域具有恒定的第一透明度水平，位于图像的顶部的第三区域具有比第一透明度水平更大的恒定的第二透明度水平，位于所述第一区域与所述第三区域之间的第二区域具有在第一水平和第二水平之间连续可变的透明度水平，三个区域的高度由机载航空电子系统根据飞行器的一个或多个参数而自动地调节，所述参数包括桨距、海拔或无线电海拔。
8.根据权利要求7所述的图形化表示方法，其特征在于，第一透明度水平为零或接近于零，并且第二透明度水平大于80％并且严格小于100％。
9.根据权利要求7所述的图形化表示方法，其特征在于，所述第二区域的透明度水平的变化规律是线性的。
10.根据权利要求7所述的图形化表示方法，其特征在于，当飞行器上升时，第一透明度水平和/或第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越透明，透明度水平的改变在第一低海拔阈值处开始并且在第二高海拔阈值处结束，第一图像在该第二高海拔阈值处完全透明。
11.根据权利要求7所述的图形化表示方法，其特征在于，当飞行器下降时，第一透明度水平和第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越不透明，透明度水平的改变在第三高海拔阈值处开始并且在第四低海拔阈值处结束，第一图像在该第三高海拔阈值处完全透明。
12.根据权利要求10和11中的一项所述的图形化表示方法，其特征在于，第一低海拔阈值和第四低海拔阈值具有不同值，和/或第二高海拔阈值和第三高海拔阈值具有不同值。
13.一种图形化表示方法，所述图形化表示方法用于图形化表示外部景观的来自图像传感器的第一图像(EVS)，所述第一图像(EVS)叠加在表示相同外部景观的合成图像的第二图像(SVS)上，两个图像被显示在飞行器的机载显示系统的显示屏上，其特征在于，所述第一图像包括具有增加的透明度的三个矩形区域(Z1、Z2、Z3)，每个区域具有与第一图像相等的宽度和确定的高度，三个高度的总和等于第一图像的高度，位于图像的底部的第一区域具有恒定的第一透明度水平，位于图像的顶部的第三区域具有比第一透明度水平更大的恒定的第二透明度水平，位于所述第一区域与所述第三区域之间的第二区域具有在第一水平和第二水平之间连续可变的透明度水平，三个区域的高度由机载航空电子系统根据由地形数据库计算的至传感器的视野中的地形的距离而自动地调节。
14.根据权利要求13所述的图形化表示方法，其特征在于，第一透明度水平为零或接近于零，并且第二透明度水平大于80％并且严格小于100％。
15.根据权利要求13所述的图形化表示方法，其特征在于，所述第二区域的透明度水平的变化规律是线性的。
16.根据权利要求13所述的图形化表示方法，其特征在于，当飞行器上升时，第一透明度水平和/或第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越透明，透明度水平的改变在第一低海拔阈值处开始并且在第二高海拔阈值处结束，第一图像在该第二高海拔阈值处完全透明。
17.根据权利要求13所述的图形化表示方法，其特征在于，当飞行器下降时，第一透明度水平和第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越不透明，透明度水平的改变在第三高海拔阈值处开始并且在第四低海拔阈值处结束，第一图像在该第三高海拔阈值处完全透明。
18.根据权利要求16和17中的一项所述的图形化表示方法，其特征在于，第一低海拔阈值和第四低海拔阈值具有不同值，和/或第二高海拔阈值和第三高海拔阈值具有不同值。
19.一种图形化表示方法，所述图形化表示方法用于图形化表示外部景观的来自图像传感器的第一图像(EVS)，所述第一图像(EVS)叠加在表示相同外部景观的合成图像的第二图像(SVS)上，两个图像被显示在飞行器的机载显示系统的显示屏上，其特征在于，所述第一图像包括具有增加的透明度的三个矩形区域(Z1、Z2、Z3)，每个区域具有与第一图像相等的宽度和确定的高度，三个高度的总和等于第一图像的高度，位于图像的底部的第一区域具有恒定的第一透明度水平，位于图像的顶部的第三区域具有比第一透明度水平更大的恒定的第二透明度水平，位于所述第一区域与所述第三区域之间的第二区域具有在第一水平和第二水平之间连续可变的透明度水平，三个区域的高度由机载航空电子系统根据图像传感器的能见度极限而自动地调节。
20.根据权利要求19所述的图形化表示方法，其特征在于，第一透明度水平为零或接近于零，并且第二透明度水平大于80％并且严格小于100％。
21.根据权利要求19所述的图形化表示方法，其特征在于，所述第二区域的透明度水平的变化规律是线性的。
22.根据权利要求19所述的图形化表示方法，其特征在于，当飞行器上升时，第一透明度水平和/或第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越透明，透明度水平的改变在第一低海拔阈值处开始并且在第二高海拔阈值处结束，第一图像在该第二高海拔阈值处完全透明。
23.根据权利要求19所述的图形化表示方法，其特征在于，当飞行器下降时，第一透明度水平和第二透明度水平随着飞行器的海拔而变化，从而使得第一图像随着海拔的变化而越来越不透明，透明度水平的改变在第三高海拔阈值处开始并且在第四低海拔阈值处结束，第一图像在该第三高海拔阈值处完全透明。
24.根据权利要求22和23中的一项所述的图形化表示方法，其特征在于，第一低海拔阈值和第四低海拔阈值具有不同值，和/或第二高海拔阈值和第三高海拔阈值具有不同值。
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