CN110609389A - 一种民用飞机的头戴式显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种民用飞机的头戴式显示器，定位部件捕获飞行员头部姿态信息，并将姿态信息发送至信号处理模块，信号处理模块将姿态信息用画面生成指令传送至图像处理模块，画像处理模块将字符图像传送至显示部件的像源中，环境光传感器采集亮度信号传送至信息处理模块后，通过亮度控制指令将亮度信号传送至显示部件的像源中；显示部件根据接收的飞行员头部姿态信息生成所需的显示画面；像源发出的光经中继光学镜组准直成平行光，经波导显示目镜后入射到人眼。本发明有效解决由于成本、体积、重量等问题无法应用平视显示器、头盔显示器等设备的难题，易于穿戴，且能够满足不同头型的飞行员佩戴，可满足飞行员不同场景的使用需求。

Description

一种民用飞机的头戴式显示系统

技术领域

本发明涉及飞机可穿戴显示领域，尤其是一种头戴式显示系统。

背景技术

平视显示器、头盔显示器以其优异的性能在战斗机乃至大型运输机、大型客机上得到了广泛的应用，提高作战效能、飞行安全性、降低了飞行员的负荷。但受到成本、体积、重量等方面的影响，很难成功移植到公务机、商务机及通用飞机平台上。

因此需要一套重量轻、体积小、易于穿戴的民机头戴式显示系统为商用飞机飞行员提供更好的视野，帮助其在迷雾或黑暗中进行辅助导航。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种民机的头戴式显示系统，为公务机、商务机及通用飞机飞行员提供更好的视野，帮助其在飞行过程中进行辅助导航，在恶劣气候条件下增强飞行员的态势感知能力，解决由于成本、体积、重量等问题以上机型无法应用平视显示器、头盔显示器等设备的难题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种民用飞机的头戴式显示器，包括显示部件、显示处理部件、定位部件和结构部件，其中显示部件包括像源、中继光学镜组和波导显示目镜，显示处理部件包括图像处理模块、信号处理模块和环境光传感器，定位部件包括惯性定位陀螺和微光摄像机，结构部件包括安装结构和支架；定位部件的惯性定位陀螺和微光摄像机捕获飞行员头部姿态信息，并将飞行员头部姿态信息发送至显示处理部件中的信号处理模块，信号处理模块将飞行员头部姿态信息用画面生成指令传送至图像处理模块，画像处理模块将字符图像传送至显示部件的像源中，环境光传感器采集外界环境光亮度信号传送至信息处理模块后，通过亮度控制指令将亮度信号传送至显示部件的像源中；显示部件根据接收的飞行员头部姿态信息生成所需的显示画面，并驱动显示部件的像源进行显示；像源发出的光经中继光学镜组准直成平行光，经波导显示目镜后入射到人眼。结构部件用于定位部件、显示处理部件以及显示部件的安装固定，并提供调整环节，以适应不同头型的飞行员佩戴。

所述的定位部件的惯性定位陀螺采集飞行员头部的姿态产生飞行员头部姿态信息；微光摄像机根据飞行员头部的姿态及机上标识信息产生飞行员头部姿态信息的修正数据，周期性的校正惯性定位陀螺的数据。

所述的显示部件信号处理模块接收到飞行员头部姿态信息与飞行员头部姿态信息的修正数据，计算飞行员的头部姿态，信号处理模块根据飞行员头部姿态的不同，产生不同的画面生成指令。

所述的飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在水平和俯仰方向均小于等于30°时，信号处理模块发送画面生成指令使得图像处理模块生成显示导航画面；飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在水平方向大于30°时，信号处理模块发送画面生成指令使得图像处理模块生成合成视景画面；飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在俯仰方向大于30°时，信号处理模块发送指令关闭像源显示。

所述的显示处理部件的信号处理模块接收亮度传感器发送的外界环境光亮度信号，根据亮度调节曲线调节像源显示的亮度，当外界环境光亮度高时，亮度传感器输出的电压值越高，接口控制模块控制像源的输出亮度越高；当外界环境光亮度低时，亮度传感器输出的电压值越低，接口控制模块控制像源的输出亮度越低，从而实现头戴式显示系统的显示亮度随外界环境光变化而变化。

所述的结构部件包括安装结构和支架，安装结构用于显示部件、显示处理部件以及定位部件的安装，支架在飞行员头部前方和头部后方分别设置调整机构，调节范围为0-44mm。

所述显示部件的安装结构与支架之间通过转轴连接，转轴沿轴线进行不小于30°的转动。

本发明的有益成果在于由于采用波导显示技术和惯性+视觉综合定位技术，有效解决由于成本、体积、重量等问题无法应用平视显示器、头盔显示器等设备的难题，通过支架的调整机构、支架和安装结构之间的转轴的设计使得头戴式显示系统易于穿戴，且能够满足不同头型的飞行员佩戴；通过定位技术确定飞行员头部姿态，信号处理模块根据不同的头部姿态，产生不同的画面生成指令，以满足飞行员不同场景的使用需求。

附图说明

图1为本发明组成示意图。

图2为本发明不同头部姿态方位显示图。

图3为本发明调整机构的示意图。

图4为本发明显示部件的安装结构与支架的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种民用飞机的头戴式显示器，包括显示部件、显示处理部件、定位部件和结构部件，其中显示部件包括像源、中继光学镜组和波导显示目镜，显示处理部件包括图像处理模块、信号处理模块和环境光传感器，定位部件包括惯性定位陀螺和微光摄像机，结构部件包括安装结构和支架；定位部件的惯性定位陀螺和微光摄像机捕获飞行员头部姿态信息，并将飞行员头部姿态信息发送至显示处理部件中的信号处理模块，信号处理模块将飞行员头部姿态信息用画面生成指令传送至图像处理模块，画像处理模块将字符图像传送至显示部件的像源中，环境光传感器采集外界环境光亮度信号传送至信息处理模块后，通过亮度控制指令将亮度信号传送至显示部件的像源中；显示部件根据接收的飞行员头部姿态信息生成所需的显示画面，并驱动显示部件的像源进行显示；像源发出的光经中继光学镜组准直成平行光，经波导显示目镜后入射到人眼。结构部件用于定位部件、显示处理部件以及显示部件的安装固定，并提供调整环节，以适应不同头型的飞行员佩戴。

所述的定位部件的惯性定位陀螺采集飞行员头部的姿态产生飞行员头部姿态信息；微光摄像机根据飞行员头部的姿态及机上标识信息产生飞行员头部姿态信息的修正数据，周期性的校正惯性定位陀螺的数据。

所述的显示部件信号处理模块接收到飞行员头部姿态信息与飞行员头部姿态信息的修正数据，计算飞行员的头部姿态，信号处理模块根据飞行员头部姿态的不同，产生不同的画面生成指令。

所述的飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在水平和俯仰方向均小于等于30°时，信号处理模块发送画面生成指令使得图像处理模块生成显示导航画面；飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在水平方向大于30°时，信号处理模块发送画面生成指令使得图像处理模块生成合成视景画面；飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在俯仰方向大于30°时，信号处理模块发送指令关闭像源显示。

所述的显示处理部件的信号处理模块接收亮度传感器发送的外界环境光亮度信号，根据亮度调节曲线调节像源显示的亮度，当外界环境光亮度高时，亮度传感器输出的电压值越高，接口控制模块控制像源的输出亮度越高；当外界环境光亮度低时，亮度传感器输出的电压值越低，接口控制模块控制像源的输出亮度越低，从而实现头戴式显示系统的显示亮度随外界环境光变化而变化。

所述的结构部件包括安装结构和支架，安装结构用于显示部件、显示处理部件以及定位部件的安装，支架在飞行员头部前方和头部后方分别设置调整机构，调节范围为0-44mm。

所述显示部件的安装结构与支架之间通过转轴连接，转轴沿轴线进行不小于30°的转动。

如图1所示，本发明包括显示部件、显示处理部件、定位部件、结构部件，其中显示部件由像源、中继光学镜组以及波导显示目镜组成，显示处理部件由图像处理模块、信号处理模块、亮度传感器组成，定位部件由惯性定位陀螺和微光摄像机组成，结构部件由安装结构和支架组成。定位部件用于捕获飞行员头部姿态信息并将该信息发送至显示处理部件；显示部件根据接收的飞行员头部姿态信息生成所需的显示画面并驱动显示部件的像源显示；像源发出的光经中继光学镜组准直成平行光，经波导显示目镜后入射到人眼。结构部件用于定位部件、显示处理部件以及显示部件的安装固定，并提供调整环节，以适应不同头型的飞行员佩戴。

本发明的民用飞机的头戴式显示器中，定位部件惯性定位陀螺采集飞行员头部的姿态产生飞行员头部姿态信息，经过定位算法处理后得到飞行员头部姿态信息；微光摄像机根据飞行员头部的姿态及机上标识信息产生飞行员头部姿态信息的修正数据，周期性的校正惯性定位陀螺的数据；

显示部件信号处理模块接收到飞行员头部姿态信息与飞行员头部姿态信息的修正数据，计算飞行员的头部姿态。信号处理模块根据飞行员头部姿态的不同，产生不同的画面生成指令；

如图2所示，飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在水平和俯仰方向均小于等于30°时，信号处理模块发送画面生成指令使得图像处理模块生成显示导航画面；飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在水平方向大于30°时，信号处理模块发送画面生成指令使得图像处理模块生成合成视景画面；飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在俯仰方向大于30°时，信号处理模块发送指令关闭像源显示；

显示处理部件的信号处理模块接收亮度传感器发送的外界环境光亮度信号，根据亮度调节曲线发送相应的亮度调节信息；

像源接收信号处理模块发送的亮度调节信号，调整像源的显示亮度。

结构部件由安装结构和支架组成，安装结构用于显示部件、显示处理部件以及定位部件的安装。如图4所示，显示部件安装结构与支架之间通过转轴连接，转轴可沿轴线进行不小于30°的转动，如图3所示，支架在飞行员头部前方和头部后方分别设置调整机构，调节范围为0-44mm，调整机构可用于调整显示组件和定位模块在飞行员头部的空间距离，与显示组件壳体的转轴相配合，以满足不同头型的佩戴要求。

Claims (7)

1.一种民用飞机的头戴式显示器，其特征在于：

所述的民用飞机的头戴式显示器，包括显示部件、显示处理部件、定位部件和结构部件，其中显示部件包括像源、中继光学镜组和波导显示目镜，显示处理部件包括图像处理模块、信号处理模块和环境光传感器，定位部件包括惯性定位陀螺和微光摄像机，结构部件包括安装结构和支架；定位部件的惯性定位陀螺和微光摄像机捕获飞行员头部姿态信息，并将飞行员头部姿态信息发送至显示处理部件中的信号处理模块，信号处理模块将飞行员头部姿态信息用画面生成指令传送至图像处理模块，画像处理模块将字符图像传送至显示部件的像源中，环境光传感器采集外界环境光亮度信号传送至信息处理模块后，通过亮度控制指令将亮度信号传送至显示部件的像源中；显示部件根据接收的飞行员头部姿态信息生成所需的显示画面，并驱动显示部件的像源进行显示；像源发出的光经中继光学镜组准直成平行光，经波导显示目镜后入射到人眼；结构部件用于定位部件、显示处理部件以及显示部件的安装固定，并提供调整环节，以适应不同头型的飞行员佩戴。

2.根据权利要求1所述的一种民用飞机的头戴式显示器，其特征在于：

所述的定位部件的惯性定位陀螺采集飞行员头部的姿态产生飞行员头部姿态信息；微光摄像机根据飞行员头部的姿态及机上标识信息产生飞行员头部姿态信息的修正数据，周期性的校正惯性定位陀螺的数据。

3.根据权利要求1所述的一种民用飞机的头戴式显示器，其特征在于：

所述的显示部件信号处理模块接收到飞行员头部姿态信息与飞行员头部姿态信息的修正数据，计算飞行员的头部姿态，信号处理模块根据飞行员头部姿态的不同，产生不同的画面生成指令。

4.根据权利要求1所述的一种民用飞机的头戴式显示器，其特征在于：

所述的飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在水平和俯仰方向均小于等于30°时，信号处理模块发送画面生成指令使得图像处理模块生成显示导航画面；飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在水平方向大于30°时，信号处理模块发送画面生成指令使得图像处理模块生成合成视景画面；飞行员头部姿态为飞行员视线与飞机机轴交角在俯仰方向大于30°时，信号处理模块发送指令关闭像源显示。

5.根据权利要求1所述的一种民用飞机的头戴式显示器，其特征在于：

所述的显示处理部件的信号处理模块接收亮度传感器发送的外界环境光亮度信号，根据亮度调节曲线调节像源显示的亮度。

6.根据权利要求1所述的一种民用飞机的头戴式显示器，其特征在于：

所述的结构部件包括安装结构和支架，安装结构用于显示部件、显示处理部件以及定位部件的安装，支架在飞行员头部前方和头部后方分别设置调整机构，调节范围为0-44mm。

7.根据权利要求1所述的一种民用飞机的头戴式显示器，其特征在于：

所述显示部件的安装结构与支架之间通过转轴连接，转轴沿轴线进行不小于30°的转动。