CN107466360A - 管理和显示地理坐标参考图形符号的方法及相关显示装置 - Google Patents

管理和显示地理坐标参考图形符号的方法及相关显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在显示装置中管理和显示地理坐标参考的符号(N)的方法的一般领域。根据本发明的方法在合成显示系统中实施，所述合成显示系统包括导航系统、地图数据库、电子计算装置和显示装置；所述地图数据库包括地理坐标参考物体；所述电子计算装置使得可以计算表示所述地理坐标参考物体的实际的地理坐标参考符号(N)；所述显示装置包括显示屏(E)。设置有所述电子计算装置以便计算将要在显示装置上显示的地理坐标参考符号的总面积(Sn)和表示所述共形符号(N)的光度和/或色度系数(Cn)，所述光度和/或色度系数(Cn)是所述总面积(Sn)与屏幕的面积(E)之比的减函数。所述光度和/或色度系数(Cn)是不透明度、或亮度、或色调、或饱和度的系数。

Description

管理和显示地理坐标参考图形符号的方法及相关显示装置
技术领域
本发明的一般领域是专用于交通工具，特别是飞机的领航或导航的人-系统接口。本发明更具体的领域是显示系统，该系统以显示符号的形式来呈现包含信息的外部景观的三维合成视图。这些系统被熟知为通用的首字母缩写“SVS”，其代表“合成视觉系统(Synthetic Vision System)”。
背景技术
一般来说，所显示的符号包括表示感兴趣的地点(例如机场、无线电导航信标或飞行计划的航点)的地理坐标参考符号。这些符号以圆锥或其它简单几何形状的形式来显示。这些符号设置在感兴趣的地点所在的地形上的精确地理坐标。
这些符号通常用对应于真实物体的尺寸来表示。因此，根据透视法则，符号离飞机越近，其外观在将其显示的显示装置的屏幕上占据的空间就越大。
因此，图1示出了在地形合成显示的“平视式”显示器或“HUD”上的示例性显示，其包括导航符号和飞机的飞行计划的航点。这个航点W由合成景观中地理坐标参考的圆锥来标示，其高度指示了飞机在通过这个点时必须达到的高度。在该图1中，景观以灰色和黑色的三维形式来显示，导航符号为白色，圆锥也为白色。在HUD上，这种显示符合外部景观，也就是说，从飞行员的角度看，这种显示与现实完美地重合在一起。
如图1所示，如果航点很远，则圆锥在显示屏上的占地很小。相反地，如图2所示，当飞机接近航点时，表示航点的圆锥扩大并增加其屏幕占地，直到通过航点时，表示航点的圆锥可能会覆盖屏幕的很大一部分，从而妨碍了HUD中所显示的其它信息的可读性，以及妨碍了飞行员在平视显示器的情况下的外部视觉。
为解决这一问题，题为“通过位置高亮显示器来增强飞机显示单元上显示的图像的系统、装置和方法(System,apparatus,and method for enhancing the imagepresented on an aircraft display unit through location highlighters)”的专利US8 094 188提出了根据所显示的物体到飞机的距离来改变所显示的物体亮度。虚拟物体越靠近，其亮度就越低。
这种技术解决方案的缺点是，对于所有物体，不论其尺寸，亮度的变化都是相同的，除非为每种物体定义了特定的变化距离。此外，这一技术不适用于飞机的环境的二维表示中所显示的平面物体诸如，例如，地图背景上的航空区域，其根据缩放比例而变得更加透明或不透明。
发明内容
根据本发明的系统不存在上述缺点。事实上，共形物体的图形表示不是根据共形物体到载体的距离来计算，而是根据其在显示屏上的占地来计算。这个解决方案的主要优点是：
-在三维表示中相对于物体的尺寸、形状或方向的独立性；
-可能应用于二维显示，或者，屏幕上物体的尺寸不会根据距离而变化，而是根据应用于显示的缩放而变化；
-对每一种屏幕的直接适应性，因为物体的外观直接取决于屏幕的分辨率。
更准确地说，本发明的第一主题是一种管理和显示地理坐标参考符号的方法，所述方法在飞机的合成显示系统中实施，所述显示系统包括至少一个导航系统、地图数据库、电子计算装置和显示装置，所述显示装置在显示屏上显示已飞越地形的地图表现，所述符号表示地理坐标参考的物体，所述管理和显示地理坐标参考符号的方法的特征在于，其包括以下步骤：
步骤1：计算将要在显示装置上显示的地理坐标参考符号的总面积；
步骤2：计算表示地理坐标参考符号的光度和/或色度系数，所述光度和/或色度系数是所述总面积与屏幕面积之比的减函数；
步骤3：通过显示系统在所述显示装置的屏幕上显示所述符号。
本发明的第二主题是实施该方法的合成显示系统。该显示系统包括至少一个导航系统、地图数据库、电子计算装置和显示装置；所述地图数据库包括至少一个地理坐标参考物体；所述电子计算装置使得可以计算表示所述地理坐标参考物体的符号；所述显示装置包括显示已飞越地形的地图表现的显示屏，所述合成显示系统的特征在于，设置有所述电子计算装置以便计算将要在所述显示装置上显示的地理坐标参考符号的总面积和表示所述地理坐标参考符号的光度和/或色度系数，所述光度和/或色度系数是所述总面积与屏幕面积之比的减函数。
有利地，显示装置是：
或者是所谓的“平视式”显示装置，其包括可以在外部景观上显示地理坐标参考符号的光混合器；
或者是头戴式显示装置，其包括可以在外部景观上显示地理坐标参考符号的光混合器；
或者是仪表板显示装置，其包括彩色显示屏。
有利地，所述符号的图形表示是三维透视图或从上方看的二维视图。
有利地，所述符号的图形表示显示在合成地图背景上。
有利地，当所述总面积与屏幕面积之比小于第一确定阈值时，所述光度和/或色度系数为常数，并且等于最大值-当所述总面积与屏幕面积之比大于第二阈值时，所述光度和/或色度系数为常数，并且等于最小值-当所述总面积与屏幕面积之比介于第一阈值和第二阈值之间时，所述光度和/或色度系数和符号的总面积与屏幕面积之比成反比。
有利地，所述第一阈值和所述第二阈值取决于所述显示装置的屏幕尺寸。
有利地，所述光度和/或色度系数是不透明度、或亮度、或色调、或饱和度的系数。
有利地，所述符号的轮廓模糊，模糊的厚度是所述共形符号总面积的增函数。
附图说明
通过阅读以下非限制性的描述并且借助所述附图，将更好地理解本发明，并且其它优势将变得明显，在所附附图中：
已描述的图1和图2显示了根据现有技术的地形的合成表示，其包括根据两种不同视角的导航符号和飞机的飞行计划的航点；
图3显示了第一步，根据本发明的管理和显示共形符号的方法的计算；
图4显示了第二步，根据本发明的管理和显示地理坐标参考符号的方法的计算；
图5、图6和图7显示了第三步，根据本发明，基于地理坐标参考符号占据的面积来显示所述符号；
图8显示了根据本发明的地形的合成表示，其包括导航符号和飞机的飞行计划的航点。
具体实施方式
根据本发明的方法的实施是在机载显示系统中实现的。机载显示系统有各种类型，其被熟知为首字母缩写“SVS”(其代表“合成视觉系统(Synthetic Vision System)”)、“EVS”(其代表“增强视觉系统(Enhanced Vision System)”)或“CVS”(其代表“计算视觉系统(Computed Vision System)”)。这些不同的机载系统包括实施所述方法必需的一定数量的技术装置。这些技术装置主要是：
导航系统，其包括例如惯性平台、“GPS”类型的地理定位装置；
已飞越地形的第一地图数据库；
地理坐标参考的感兴趣地点(例如机场、航空航点或信标)的第二数据库；
电子计算装置；以及
显示装置，其在显示屏E上显示已飞越地形的地图表现。
显示装置可以是低头式(head-down)屏幕、包括光混合器的所谓的“HUD”平视式屏幕、头盔中佩戴的成像器、在其上投影图像的飞机的挡风玻璃，或任何其他包括显示屏的机载显示装置。
显示装置可以显示透明或不透明、单色或彩色图像。
当根据本发明的系统显示表示地理坐标参考物体的符号时，管理和显示所述符号的方法包括以下三个步骤：
步骤1：计算将要在显示装置上显示的地理坐标参考符号的总面积；
步骤2：计算表示地理坐标参考符号的光度和/或色度系数，所述光度和/或色度系数是所述总面积与屏幕E的面积之比的减函数；
步骤3：通过显示系统在显示装置上显示所述符号。
这些不同的计算都是通过机载电子计算装置实现的。
下面详细介绍了这些不同的步骤。步骤1如图3所示。在该图和随后的附图中，所显示的符号具有瘦三角形的形状，三角形的顶部朝下。当然，根据本发明的方法以任意符号的形状来操作。
然后定义以下参数：
H：以像素为单位的显示屏的高度
L：以像素为单位的显示屏的宽度
IP：像素的最大强度
ITotal：当屏幕的所有像素都不透明显示时，屏幕的总显示强度。我们有以下的简单关系：
ITotal＝H*L*IP
SN：以像素为单位的符号N的总显示面积，其包括没有在屏幕上显示的部分。
由于以下原因，在计算物体N的面积Sn时，考虑没有在屏幕上显示的符号的部分是很重要的。如果只考虑显示的部分，那么当物体开始退出屏幕时，其占地会减小，并会引起其代表性的光度和/或色度系数人为地增加。
在第二步中，计算表示地理坐标参考符号的光度和/或色度系数，所述光度和/或色度系数是所述总面积与屏幕面积之比的减函数。根据显示装置和所选地形的表示(可以是三维或二维视图)，该光度和/或色度系数可以是不透明度、或亮度、或色调、或饱和度的系数。也可以选择或多或少地模糊符号的轮廓。当然，这些不同的效果可以结合起来。
在以下描述中，通过示例的方式，所采用的系数是景观的背景上的符号的不透明度的系数。
计算的原理在于：将符号N的总体发光强度IN的值定义为等于符号N以像素为单位的总面积SN乘以像素的不透明度系数CN。我们得到以下关系：
IN＝SN*CN
当物体完全透明时，该不透明度系数CN为零或接近零。当物体完全不透明时，该不透明度系数CN接近100％。该不透明度系数CN一致地应用于表示符号N的所有像素。
如图4所示，该不透明度系数CN是总面积SN与屏幕的面积H*L之比的减函数。因此，符号N在屏幕上占据的值得考虑的面积SN越大，符号N就变得越透明。
通过修改不透明度系数CN来调整强度IN，从而使得强度IN不超过最大强度值IMAX。更准确地说，这个强度值IMAX满足以下简单关系：
IMAX＝ITotal*C
C是常数系数，其数值通常是几个百分点。根据符号、图形表示的类型和显示屏的类型来对该值进行调整。
如图4所示，符号的不透明度CN在两个极值CNMIN和CNMAX之间变化。系数CNMIN对应于任何符号的最小不透明度系数。举例来说，如果希望在屏幕上保留具有较大占地的物体的一点可见性，那么系数CNMIN介于10％到20％之间。当系数CNMIN为零时，符号从显示中完全消失。系数CNMAX对应于任何符号的最大不透明度系数。举例来说，系数CNMAX介于80％到100％之间。当系数CNMAX等于100％时，符号完全不透明。
举例来说，根据面积SN的表示不透明度系数CN的减函数可以是以下形式。
如果SN*CNMAX≤IMAX，则CN＝CNMAX
如果SN*CNMAX>IMAX且SN*CNMIN≤IMAX，则CN＝IMAX/SN
如果SN*CNMIN>IMAX，则CN＝CNMIN
当面积SN处于中间的情况下，我们有以下的简单关系：
IN＝SN*CN＝IMAX
符号的总体强度变成常数。
图5、图6和图7显示了不透明度系数CN随着面积SN的尺寸的变化。这些附图显示了在以建筑物B象征性地显示的景观背景上的三角形符号SN。
在图5中，符号具有较小的面积，其不透明度系数CN相当大，接近100％。该符号是不透明的，并且掩盖了处于背景中的建筑物B。
在图6中，符号具有平均的面积，其不透明度系数CN接近50％。该符号是半透明的，并且部分地遮盖了处于背景中的建筑物B。
在图7中，符号具有相当大的面积，其不透明度系数CN几乎为零。该符号几乎完全透明，并轻微地遮盖了处于背景中的建筑物B。
图8显示了与图2相同的视图。在该图中，使用根据本发明的方法，三角形符号N显示为半透明。因此，被符号N所遮盖的景观和符号再次变得部分可见了。
本领域技术人员知道如何调整上述计算以用于其他光度或色度参数(例如，符号的色调或亮度)的不透明度系数。例如，在色调的情况下，可以根据符号N的总面积的大小来改变色调的饱和度。

Claims (14)

1.一种管理和显示地理坐标参考符号(N)的方法，所述方法在飞机的合成显示系统中实施，所述显示系统包括至少一个导航系统、地图数据库、电子计算装置和显示装置，所述显示装置在显示屏上显示已飞越地形的地图表现，所述地理坐标参考符号表示本身是地理坐标参考的物体，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：计算将要在显示装置上显示的地理坐标参考符号的总面积(SN)；
步骤2：计算表示地理坐标参考符号的光度和/或色度系数(CN)，所述光度和/或色度系数是所述总面积与屏幕面积之比的减函数，
当所述总面积与屏幕面积之比小于第一阈值时，所述光度和/或色度系数为常数，并且等于最大值(CNMAX)；
当所述总面积与屏幕面积之比大于第二阈值时，所述光度和/或色度系数为常数，并且等于最小值(CNMIN)；
当所述总面积与屏幕面积之比介于第一阈值和第二阈值之间时，所述光度和/或色度系数和符号的总面积与屏幕面积之比成反比；
步骤3：通过显示系统在所述显示装置的屏幕(E)上显示所述地理坐标参考符号。
2.根据权利要求1所述的管理和显示地理坐标参考符号的方法，其特征在于，已飞越的地形的地图表现是从上方看的二维视图。
3.根据权利要求1所述的管理和显示地理坐标参考符号的方法，其特征在于，已飞越的地形的地图表现是三维透视图。
4.根据前述权利要求中任一项所述的管理和显示地理坐标参考符号的方法，其特征在于，所述第一阈值和所述第二阈值取决于所述显示装置的屏幕尺寸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的管理和显示地理坐标参考符号的方法，其特征在于，所述光度和/或色度系数是不透明度、或亮度、或色调、或饱和度的系数。
6.根据前述权利要求中任一项所述的管理和显示地理坐标参考符号的方法，其特征在于，所述符号的轮廓模糊，模糊的厚度是所述共形符号总面积的增函数。
7.一种合成显示系统，其包括至少一个导航系统、地图数据库、电子计算装置和显示装置；所述地图数据库包括至少一个地理坐标参考物体；所述电子计算装置使得可以计算表示所述地理坐标参考物体的、本身为地理坐标参考的符号；所述显示装置包括显示已飞越地形的地图表现的显示屏；所述合成显示系统的特征在于，设置有所述电子计算装置，以便计算将要在所述显示装置上显示的地理坐标参考符号的总面积和表示所述地理坐标参考符号的光度和/或色度系数，所述光度和/或色度系数是屏幕面积上的所述总面积的减函数，
当所述总面积与屏幕面积之比小于第一确定阈值时，所述光度和/或色度系数为常数，并且等于最小值；
当所述总面积与屏幕面积之比大于第二确定阈值时，所述光度和/或色度系数为常数，并且等于最大值；
当所述总面积与屏幕面积之比介于第一阈值和第二阈值之间时，所述光度和/或色度系数与所述总面积的尺寸成反比。
8.根据权利要求7所述的合成显示系统，其特征在于，所述第一阈值和所述第二阈值取决于所述显示装置的显示屏的尺寸。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的合成显示系统，其特征在于，所述光度和/或色度系数是不透明度、或亮度、或色调、或饱和度的系数。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的合成显示系统，其特征在于，所述符号的轮廓模糊，模糊的厚度是所述地理坐标参考符号的总面积的增函数。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的合成显示系统，其特征在于，所述显示装置：
或者是所谓的“平视式”显示装置，其包括可以在外部景观上显示地理坐标参考符号的光混合器；
或者是头戴式显示装置，其包括可以在外部景观上显示地理坐标参考符号的光混合器；
或者是仪表板显示装置，其包括彩色显示屏。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的合成显示系统，其特征在于，所述符号的图形表示是从上方看的二维视图。
13.根据权利要求7至11中任一项所述的合成显示系统，其特征在于，所述符号的图形表示是三维透视图。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的合成显示系统，其特征在于，所述符号的图形表示显示在合成地图背景上。
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