CN110316381B - 为车辆乘客提供姿态参照的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种适于向在交通工具的客舱的舱内区域中就坐的乘客提供视觉姿态参照的装置，该交通工具的客舱包括设置在乘客附近的隔间内的至少一个内部隔断和安装在交通工具上用于捕捉交通工具外部环境的电子图像的至少一个视频摄像头(50,52)。至少一个视频监视器(22B,24B,26B,22C,24C,26C,32B,34B,36B,32C,34C,36C)适于用作虚拟窗户，该虚拟窗户在所述乘客的观看距离内在相对于所述交通工具的向前行进方向的基本竖直和基本平行方向上安装在所述至少一个内部隔断上，且还适于从所述至少一个视频摄像头(50,52)接收电子图像，并且向所述乘客提供在所述乘客的交通工具外部的环境的图像。

Description

为车辆乘客提供姿态参照的装置和方法

本申请是申请日为2015年3月12日、申请号为201580042425.1、发明名称为“为车辆乘客提供姿态参照的装置和方法”的专利申请的分案申请。

交叉引用

本申请涉及非临时申请，其要求申请日为2014年6月13日，申请号为62/011,886的美国临时申请的优先权和权益，并且明确地结合其全部内容作为参考。

技术领域

本发明大体涉及交通工具行驶的领域，且更具体地涉及视频系统和装置，其向坐在交通工具的封闭无窗隔间中的一个或多个乘客提供与交通工具的姿态和交通工具姿态的变化相关的信息(例如，俯仰机头升起或机头向下，或者偏航或侧转向右或左)。现在在商用飞机的豪华长距离客舱隔间中具有该无窗隔间。

背景技术

很久以来已知坐在窗户座位上的航线乘客报告感受到比在其它客舱区域中的乘客更高的舒适度水平。参见美国专利5,611,503，具体地参见图4。尽管对于该报告的更高的舒适度水平可存在几个原因，然而心理学研究显示让乘客在空间中正确地取向是对乘客舒适度重要的因素。虽然当缺乏向乘客提供交通工具姿态改变的视觉参照时，一些乘客经历剧烈的晕动，但是在经历商用飞机的适当的协调机动操作而没有向乘客提供飞机姿态改变的视觉参照时，航线乘客的大部分仅经历某种程度上来说减弱的舒适度，该减弱的舒适度的来源对乘客来说是未知的。

已知在乘客的大体前方的视频监视器上显示图像的向前看和向后看“地形”摄像头。还已知结合有代替窗户的视频监视器的静态飞机模型。在这个和类似的已知应用中，单个图像在该模型的相同侧上的所有屏幕上是重复的。

在起飞机动操作过程中，由于飞机的机头快速指向天空而没有留出可观察视界，所以向前看的地形摄像头没有提供可靠的姿态参照。因此，随着飞机在起飞的过程中的转动(rotating)，视界的消失可让乘客失去方向感。向下看的摄像头也没有向乘客提供直观的姿态参照。此外，显示这些图像的视频监视器还用作多种信息和娱乐目的，且很少调至摄像头模式，使得其不太可能缓解由乘客未识别原因引起的运动-方向不舒适。

尽管以视频监视器模拟成排的飞机窗户已经用于运动方向不舒适不成问题的静态模型中，然而其从来没有被看做足够有利地用于飞机，以有必要对这样的系统进行开发和飞行测试。对于具有很多乘客和很多模拟窗户的监视器的常规飞机客舱，没有发现可行的替代物来在沿着机舱的一侧的长度上的各监视器上重复相同的图像。当飞机爬升时，在沿着成排窗户的各监视器上重复显示在锯齿状地形上的水平飞行的图像。任何这样的接收到的姿态参照是含糊的或混乱的。当飞机侧转时，离观察者更远的监视器对向着更小的竖直视野。因此，对于各观察者，飞机后部看起来比飞机前部摇摆得更快，看起来更容易引起晕动而不是减轻晕动。本发明通过将系统限制用于单个视点，并且对于所示的各图像在方向和视野上都提供数学引导，而避免这些问题。

为了提供不需要乘客训练而有效的直观参照，本发明的模拟窗户通常用于商用飞机中，其中坐在封闭客舱中的乘客可期待经历在之前的航班上的体验。不需要乘客将他们的注意力集中在本发明的视频监视器上来提供要求的姿态参照。乘客通过外周视觉可充分地下意识了解到飞机姿态的改变。

本发明还包括用于飞机、船或者其它交通工具中的个人客舱中的单个观察者的视频参照系统，该飞机、船或者其它交通工具的运动可引起晕动或者晕动相关的不舒适。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种装置和方法，其向交通工具乘客提供姿态参照信息。

本发明的另一个目的是提供一种装置和方法，其用于向飞机乘客提供姿态参照信息而不需要获得直接视觉姿态参照，所述乘客例如为在个人隔间中的乘客。

通过提供适于向坐在交通工具的客舱的舱内区域中的乘客提供视觉姿态参照的装置实现本发明的这些和其它目的，该交通统计的客舱包括设置在客舱中乘客附近的至少一个内部隔断和安装在交通工具上以捕捉交通工具的外部环境的电子图像的至少一个视频摄像头，可。至少一个视屏监视器适于用作虚拟窗户，其被在所述乘客的观看距离内在相对于所述交通工具的向前移动方向的基本竖直和基本平行方向上安装在所述至少一个内部隔断上，且还适于从所述至少一个视频摄像头接收电子图像，并且向所述乘客提供在所述乘客的交通工具外部的环境的图像。

根据本发明的实施方式，所述客舱没有提供所述交通工具的实际外部环境的视图的透明客舱窗户。

根据本发明的另一个实施方式，客舱包括透明客舱窗户，其能够向该透明客舱窗户附近就坐的乘客提供所述交通工具的实际外部环境的视野，但是不向所述至少一个内部隔断附近的乘客提供所述交通工具的实际外部环境的视图。

根据本发明的一个实施方式，装置向在交通工具的封闭的无窗客舱中的一个或多个乘客提供姿态参照。该装置包括一个或多个视频监视器，其安装为基本垂直和基本平行于所述交通工具的向前行进的方向。该装置包括一个或多个视频摄像头，视频摄像头设置在所述交通工具的外壁上并且布置成捕捉与交通工具的向前行进方向基本垂直的交通工具的外部环境的视图的视频。该装置还可包括将一个或多个视频摄像头与一个或多个视频监视器连接的计算机。该装置还可包括一个或多个传感器，其被配置成向计算机提供乘客位置数据。

根据该实施方式，视频摄像头和视频监视器设置在沿着交通工具的纵向长度的基本相同侧向位置。计算机使用乘客位置数据来确定在监视器上显示的视频。此外，根据由计算机确定的乘客位置数据，各监视器显示在与乘客到显示该图像的监视器的视线基本垂直的方向上取向的不同图像。

根据本发明的另一个实施方式，该装置可包括至少一个视频监视器，其在所述乘客的观看距离内在相对于所述交通工具的向前行进方向的基本竖直和基本平行方向上被安装，且适于向所述乘客提供在交通工具外部的环境的侧视图像。

根据本发明的另一个实施方式，视频监视器可设置成在面向前的乘客侧向附近。

根据本发明的另一个实施方式，从以下组中选择提供乘客位置数据的传感器：监测支撑乘客的座椅的位置的传感器；设计成定位乘客的头部的光学系统；和监测在座椅的头靠上的乘客的头部的位置的头靠传感器。

根据本发明的另一个实施方式，在各监视器上显示的不同图像向封闭的无窗户客舱的乘客提供了与由类似就坐的具有窗户的封闭客舱的乘客所体验的基本相同的视野。

根据本发明的一个实施方式，提供多个监视器，且显示在与乘客到显示该图像的监视器的视线基本垂直的方向上取向的不同图像。

根据本发明的一个实施方式，监视器的数目等于三个。

根据本发明的一个实施方式，各图像具有的竖直角度视野基本等于从乘客的眼睛位置由相应的监视器所对的视角。

根据本发明的一个实施方式，视线起始于在就坐于滑行、起飞和降落所要求位置的乘客的眼睛位置。

根据本发明的一个实施方式，视线起始于乘客的眼睛位置，该眼睛位置通过监测支撑所述乘客的座椅位置的传感器而估测。

根据本发明的一个实施方式，视线起始于乘客的眼睛位置，该眼睛位置使用设计以定位乘客的头部的光学系统而估测。

根据本发明的一个实施方式，提供了封闭的飞机客舱，其适于使单个人或两个人并排就坐，且结合了所要求保护的视频系统。

附图说明

参考附图阅读下面本发明的详细描述时可更好地理解本发明，在附图中：

图1是现有技术的具有完全封闭独立隔间的飞机内部的平面视图；

图2是本发明的实施方式的平面视图，向飞机乘客提供了姿态参照信息而不需要获得直接视觉姿态参照；

图3是图2中所示的单个独立封闭隔间的放大平面视图，和向飞机乘客提供的姿态参照信息而不需要获得直接视觉姿态参照；

图4是图2中所示的单个独立封闭隔间的放大平面视图，但包括第二座椅；和向飞机乘客提供的姿态参照信息而不需要获得直接视觉姿态参照；

图5是示出图2、3和4的独立封闭隔间的各监视器和眼睛视角位置的侧视图；和

图6是示出图2、3和4的独立封闭隔间的各监视器和眼睛视角位置的侧视图，并且突出了经由各监视器窗户的复制。

具体实施方式

现参考附图，图1示出了现有技术的具有封闭的独立隔间20A、20B、20C、20D、30A、30B、30C、30D的飞机客舱。对每个隔间，可经由门60进入。注意到阻挡的窗户40、42。在隔间20A、20D、30A和30D中的乘客分别经由窗户22A、24A、26A、22D、24D、26D、32A、34A、36A、32D、34D和36D直接接触窗户。然而，在图1的该内部环境中，在隔间20B、20C、30B和30C中的乘客没有任何视觉姿态参照。

根据本发明的优选实施方式，如图2、3、4、5和6所示，为坐在封闭隔间20B、20C、30B和30C中的乘客分别提供了视频监视器22B、24B、26B、22C、24C、26C、32B、34B、36B、32C、34C和36C，且如图5和6所示，监视器的取向模拟标准的飞机乘客窗户的取向。该取向利用乘客70对“真的”窗户的经历，例如真的窗户22A、24A、26A、32A、34A、36A、22D、24D、26D、32D、34D和36D，来提供直观的姿态参照。在图6中示出了该经历的复制。本发明10的视频监视器22B、24B、26B、22C、24C、26C、32B、34B、36B、32C、34C、36C意图用于提供外部视图(如图6中所示)的单个目的，因此姿态参照也不应该用于提供信息或者娱乐内容。

为了向各监视器22B、24B、26B、22C、24C、26C、32B、34B、36B、32C、34C、36C提供高分辨率的图像，对于各视角，本发明的优选实施方式使用设置在摄像头位置50、52的单独的摄像头。这些摄像头分别被定位在未阻挡的窗户44、46中。(这些窗户在现有技术中被阻挡-参见图1)。应理解，具有要求的视角的不同图像可从具有足够宽视场以包括要求的视角的单个图像电子地提取。然而，这些不同图像每一个将包括原始图像的小部分，以至于使得分辨率很低。

如图3、4、5和6所示，本发明的相机图像的取向可为相对于水平面D°(向下)和相对于横平面F°(向前)。对于相对于观察者具有不同关系的各监视器，角度值D°和F°将是不同的，对于座舱中最前面的监视器，在图5和6中可以D₁°表示，且在图3和4中可以F₁°显示，对于在座舱中第二靠前的监视器以D₂°和F₂°表示，等等。在图2中，示出了在隔间20B、20C、30B、30C中的三个独立的监视器，其模拟在隔间20A、20D、30A、30D中提供的三个标准窗户。如果内部隔间20B、20C、30B和30C的内部配置在乘客70的眼部位置72与监视器位置之间提供了相同的关系，如图2中的隔间20B和30B，则D₁°、D₂°、D₃°、F₁°、F₂°和F₃°对于两个隔间二者都是相同的，并且相应的监视器22B、24B、26B、32B、34B和36B可显示相同的相应图像。

对于本发明的目的，将观察者看做在其眼睛之间具有理想的单个眼睛72是足够的，

其中：

根据以下公式，X是从观察者70的眼睛72到各监视器32B、34B、36B的中心的前向距离，如图3-6所示；

Y是从观察者70的眼睛72到各监视器32B、34B、36B的中心的横向距离，如图3和4中所示；

Z是如图5和6中所示眼睛72在各监视器32B、34B、36B的中心上方的高度；且R是从乘客的眼睛到监视器的中心的水平距离：

在图5中的D°可以D°＝arctangent(Z/R)计算；且

在图3中的F°可以F°＝arctangent(X/Y)计算。

在图5和6中的视野V°，当作为在视频监视器32B、34B、36B上显示的观察角度从监视器32B、34B、36B的上边缘到监视器32B、34B、36B的下边缘测量时，计算为眼睛72高度上方到监视器32B、34B、36B的上边缘的角度和眼睛72高度下方到监视器32B、34B、36B的下边缘的角度的和，其中：

U是如图5所示，监视器32B、34B、36B的上边缘在乘客的眼睛上方的高度，和

L是眼睛72在监视器32B、34B、36B的下边缘上方的高度；和

V°可以V°＝arctangent(U/R)+arctangent(L/R)计算。

为了使用简单的镜片组件，本发明的优选实施方式对于各要求的视野使用不同的相机/镜片组合。然而，为了最大化部件通用性的原因，本发明可在系统中的所有摄像头中使用为了所需的最宽视野优化的相机/镜片组合，并且根据需要在电子方面减小图像的视野。尽管本发明特别适用于单个观察者70，然而对于紧挨着就坐从而眼睛72位置彼此接近的两个观察者的情况，如图4所示情侣一起坐在双人座上时可见的，本发明仍将保持一定的效果。

通过常规飞机窗户的视图随着观察者的眼睛72位置的改变而视角和视野二者都改变。例如，随着观察者70相对于窗户向尾部移动，视图转换为更加向前看的视图。类似地，随着观察者移动更接近窗户，通过窗户的视野限定更大的角度。为了提供与交通工具的操作者一致的视觉参照，模拟窗户的监视器32B、34B、36B必须显示在监视器实际上是窗户的情况下与观察者将会看到的视图接近的图像。因此，必须根据相对于视频监视器32B、34B、36B的观察者的眼睛位置72确定视频监视器32B、34B、36B的摄像头图像的取向和视野。

因此，如果向单个观察者提供模拟飞机中通常可见的成排窗户(例如，32D、34D、36D)的多个视频监视器32B、34B、36B，则各监视器必须显示不同的图像，其中各图像的取向和视野由相对于各监视器32B、34B、36B的观察者70的眼睛位置72确定。

根据本发明的一个实施方式，在滑行起飞和降落(TTL)过程中，使用观察者的座椅38B位置处于所用的直立位置时的头靠62位置计算观察者70的眼睛位置72。该眼睛72位置可由在压缩的座椅垫上方的眼睛高度和在头靠前方的头部长度来计算。除了其执行简单以外，优选该方法来自于以下事实，在飞行期间过程中，当飞机进行可能引起晕动或者不适的动作操作时，就坐的观察者70被迫使座椅处在TTL位置中。

在本发明的另外的实施方式中，座位位置传感器包括但不限于倾斜位置传感器，当观察者的座位38B没有处于TTL位置时，其可用于估计观察者的眼睛位置72。

如图3-4中所示的本发明的另一个实施方式，如通常用于测距摄像头中的识别和计算乘客70的面部特征的位置的视觉系统64可用于确定观察者的眼睛位置72。

以上说明不意图限制估计或确定本发明的观察者70的眼睛位置72的方法。当使用估计或者确定观察者70的眼睛位置72的这些或其它方法时，可如上所述地计算F°、D°和V°，并且待显示在监视器上的图像由机械、光学或电子方式修改以根据需要调节F°、D°和V°。

在锐角下观察监视器使得感觉到的图像变形。如本发明中所使用的，具体地随着角度F°增大，所观察到的图像将看起来在水平轴线上被压缩。可通过等于1/cosine F°的因子而在水平轴线上扩展该图像从而充分地纠正该变形。本发明的优选实施方式没有纠正该变形，这是因为当如上所述地计算V°时，水平变形不损害观察者70对于从TTL位置感受的俯仰改变或者侧倾速度，且因此让系统有助于乘客70的舒适度不受影响。在乘客70在隔舱中向前移动就餐或者进行其它活动时，为了纠正从TTL位置观察时的变形进行的图像在水平轴线的扩张在飞行的巡航模式是令人不快的。如果在系统中使用机构以主动地估计乘客70眼睛72位置的改变并且根据需要调节F°、D°和V°，例如以上所述但不是当前优选实施方式中的部分，则可对于该变形使用计算纠正，例如将图像水平地扩展1/cosine F°。

已经参考具体实施方式和示例对根据本发明的为交通工具乘客提供姿态参照的装置和方法。本发明的多个细节可改变而不偏离本发明的范围。此外，仅为了示意的目的而不是限制的目的提供本发明的优选实施方式和用于实践本发明的最佳模式的以上说明，本发明由权利要求限定。

Claims (12)

1.一种适于给交通工具的客舱中的乘客提供姿态参照的装置，所述装置包括：

(a)位于客舱内的无窗隔间，具有开口和围绕座椅的多个内部隔断；

(b)多个视频摄像头，安装在交通工具上，位于与所述无窗隔间相同的侧向位置，以捕获交通工具外部环境的电子图像，所述多个视频摄像头中的至少一个定位在未阻挡的窗户中；

(c)多个视频监视器，适于用作沿相对于交通工具的向前行进方向的垂直平行方向安装在内部隔断上的观察乘客附近的虚拟窗户，并且进一步适于从多个视频摄像头接收电子图像并且给乘客提供交通工具外部环境的相应的乘客图像；

(d)计算机，连接多个视频摄像头和多个视频监视器；

(e)至少一个传感器，配置为提供乘客位置数据给计算机；

(f)其中多个视频监视器以沿交通工具的客舱的无窗隔间的内部隔断之一的纵向长度间隔开的关系设置；

(g)其中，计算机利用乘客位置数据确定将要被显示在多个监视器中的每一个上的视频图像；

(h)其中，多个监视器中的每一个基于由计算机确定的乘客位置数据将沿垂直于乘客视线的方向取向的不同图像显示到显示所述不同图像的显示器；

(i)其中，视线产生在使用监视支撑乘客的座椅的位置的传感器估计的乘客眼睛位置处产生，其中，传感器连接到计算机，并且提供乘客位置数据给计算机；和

(j)其中，显示在多个监视器中的每一个上的不同图像提供了与由同样就坐的乘客通过沿交通工具的纵向长度以侧向间隔开的关系设置的窗户感受到的相同的视野给客舱的乘客。

2.根据权利要求1所述的装置，其中多个视频监视器设置在乘客的侧向附近。

3.根据权利要求1所述的装置，其中每一个图像具有等于由相应的监视器从乘客的眼睛位置所对向的垂直角度的垂直角度视野。

4.根据权利要求1所述的装置，其中视线产生在就坐在滑行、起飞和降落所要求位置中时乘客的眼睛位置处。

5.根据权利要求3所述的装置，其中乘客的眼睛位置使用设计为定位乘客头部的光学系统估计，其中，光学系统连接到计算机，并且提供乘客位置数据给计算机。

6.根据权利要求3所述的装置，其中乘客的眼睛位置使用座椅头靠上的监视乘客头部位置的头靠传感器估计，其中该头靠传感器连接到计算机，并且提供乘客位置数据给计算机。

7.根据权利要求1所述的装置，其中客舱设计为并排就坐一对乘客。

8.一种适于给交通工具的客舱中的乘客提供姿态参照的装置，所述装置包括：

(a)位于客舱内的无窗隔间，具有开口和围绕座椅的多个内部隔断；

(b)多个视频摄像头，安装在交通工具上，位于与所述无窗隔间相同的侧向位置，以捕获交通工具外部的环境的电子图像，所述多个视频摄像头中的至少一个定位在未阻挡的窗户中；

(c)多个视频监视器，适于用作沿相对于交通工具的向前行进方向的垂直平行方向安装在内部隔断上的观察乘客附近的虚拟窗户，并且进一步适于从多个视频摄像头接收电子图像并且给乘客提供交通工具外部环境的相应的乘客图像；

(d)计算机，连接多个视频摄像头和多个视频监视器；

(e)至少一个传感器，配置为提供乘客位置数据给计算机；

(f)其中多个视频监视器以沿交通工具客舱的无窗隔间的内部隔断之一的纵向长度间隔开的关系设置；

(g)其中，计算机利用乘客位置数据确定将要被显示在多个监视器中的每一个上的视频图像；

(h)其中，多个监视器中的每一个基于由计算机确定的乘客位置数据将沿垂直于乘客视线的方向取向的不同图像显示到显示所述不同图像的显示器；

(i)其中，视线产生在使用监视座椅的头靠上的乘客头部位置的头靠传感器估计的乘客眼睛位置处产生，其中，头靠传感器联接到计算机，并且提供乘客位置数据给计算机；和

(j)其中，显示在多个监视器中的每一个上的不同图像提供了与由同样就坐的乘客通过沿交通工具的纵向长度以侧向间隔开的关系设置的窗户感受到的相同的视野给客舱的乘客。

9.根据权利要求8所述的装置，其中多个视频监视器设置在乘客的侧向附近。

10.根据权利要求8所述的装置，其中视线产生在就坐在滑行、起飞和降落所要求位置中时乘客的眼睛位置处。

11.根据权利要求8所述的装置，其中乘客的眼睛位置使用设计为定位乘客头部的光学系统估计，其中，光学系统连接到计算机，并且提供乘客位置数据给计算机。

12.根据权利要求8所述的装置，隔间设计为并排就坐一对乘客。

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