CN111417890A - 用于飞行器飞行员的观察设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于飞行器飞行员的观察设备，包括：定位在飞行器飞行员头部上的支承件(10)；显示表面(12)；显示装置(15)，该显示装置由支承件承载并布置成在显示表面上显示增强现实物体；获取装置(18)，该获取装置布置成实时获取表示支承件的位置和取向的第一数据、表示飞行器驾驶舱的位置和取向的第二数据、以及限定由驾驶舱的设备和增强现实物体所占据的覆盖区域(30)的第三数据；以及处理装置(19)，该处理装置布置成实时限定增强现实物体的位置，使得当增强现实物体在显示表面上显示时，增强现实物体定位在覆盖区域外部。

Description

用于飞行器飞行员的观察设备
技术领域
本发明涉及用于飞行器飞行员的观察设备的领域。
背景技术
在现代飞行器、特别是在战斗机中，旨在越来越多地使用所谓的“增强现实”技术。
增强现实能够将增强现实物体结合到飞行员的真实可见环境中，从而使飞行员无需移开视线就可以接近这些增强现实物体。
增强现实物体包括特别是影像或书面信息。
作为示例，影像可以是着陆带、地面地形(山、谷等)、大海、任何种类的目标、包括其它飞行器的各种交通工具、各种建筑物等的影像。作为示例，书面信息可以是关于当前任务、监视战斗机的各种参数、发送给飞行员的消息等。
增强现实还能够弥补能见度降低的影响。
能见度降低可能是由于夜间飞行条件或恶劣天气。
能见度的降低还可能是由于飞行员在战斗机驾驶舱中的位置。
参考图1，已知在战斗机1中，由于涉及将飞行员2安置在驾驶舱3中的限制，飞行员2的能见度相对降低。
在战斗机1中，飞行员2被束缚到弹射座椅4。飞行员2的头盔5通过弹射座椅4的头枕6支撑。通常，飞行员2只能将头盔5向前倾斜15°、只能将其向左或向右旋转80°、并且只能将其向旁边偏斜45°。另外，飞行员2的眼睛可以向上、向下、向左和向右转动约30°。飞行员2可以在围绕视点限制在±20°的区域中感知形状和符号。
通过将飞行员2的视线引向感兴趣的敏感点，例如目标、着陆带、另一架飞行器，增强现实技术能够弥补这种降低的能见度。
发明内容
本发明的目的是通过使用增强现实技术的观察设备来改进对飞行器飞行员提供的辅助。
为了实现该目的，本发明提供了一种用于飞行器飞行员的观察设备，该设备包括：
-用于定位在飞行器飞行员头部上的支承件；
-显示表面，该显示表面由支承件承载并且用于定位在飞行器飞行员的眼睛附近并面向飞行器飞行员的眼睛；
-显示装置，该显示装置由支承件承载并布置成在显示表面上显示增强现实物体；
-获取装置，该获取装置布置成实时获取表示支承件的位置和取向的第一数据、表示飞行器驾驶舱的位置和取向的第二数据、以及限定由驾驶舱的设备所占据的阻塞区域的第三数据，并且还获取增强现实物体；以及
-处理装置，该处理装置布置成特别通过使用第一数据、第二数据和第三数据实时地作用以限定增强现实物体的位置和/或取向和/或形状和/或尺寸，从而当所有增强现实物体显示在显示表面上时，它们都定位在堵塞区域外部。
本发明的观察设备因此使得能够确保增强现实物体在它们被显示的同时不叠加在驾驶舱设备上。
驾驶舱设备包括为飞行员提供可见信息的设备。因此，增强现实物体的显示不影响该可见信息的可用性。
本发明的观察设备因此改善了提供给飞行员的辅助。
还提出了一种飞行器飞行员头盔，其包括脸甲(visière)和如上所述的观察设备，显示表面位于脸甲上。
还提出了一种眼镜，其包括镜片和如上所述的观察设备，显示表面位于镜片上。
还提出了一种增强现实面罩，其包括屏幕和如上所述的观察设备，显示表面位于屏幕上。
通过阅读本发明的特定的非限制性实施例的以下描述，本发明的其它特征和优点将显现。
附图说明
参考附图，附图中：
-图1示出了坐在战斗机驾驶舱中的飞行员；
-图2示出了战斗机飞行员头盔，其中结合有根据本发明的观察设备；
-图3示出了战斗机飞行员的视野。
具体实施方式
参考图2，在该示例中将用于飞行器飞行员的本发明的观察设备结合到飞行器飞行员头盔5中，该头盔包括外壳10和脸甲11。
在本文中所用的术语“飞行员”不仅意指实际负责飞行器驾驶的飞行员，而且还包括飞行器飞行时可能在驾驶舱内的任何其它人(例如副飞行员或领航员)。
在该示例中，飞行器是战斗机。
用于放置在飞行员的头部上以保护飞行员的头部的头盔5的外壳10形成用于观察设备的支承件。
观察设备还包括由外壳10承载的显示表面12，该显示表面用于靠近飞行员的眼睛定位并面向飞行员的眼睛。在该示例中，显示表面12是脸甲11的内表面。
观察设备还包括第一包装体13、摄像机14、显示装置15和第二包装体16。
第一包装体13定位在头盔5的外壳10上。
在本文中使用术语“包装体”不仅涵盖包装体(或盒体)本身，而且涵盖一个或多个承载电子元件并位于包装体中的电路板，以及用于将包装体紧固或结合到其环境中的装置。
第一包装体13包括获取装置18、处理装置19和第一测量装置20。
获取装置18和处理装置19是软件元件和/或硬件元件，它们部分地或全部地包括在一个或多个处理部件中，并且可能彼此嵌套。作为示例，一个或多个处理部件可以包括微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或处理器。
第一测量装置20包括第一惯性单元和第一传感器。
第一测量装置20产生特别代表头盔5及其外壳10的位置和取向的第一数据。第一数据还代表飞行员的视点。第一惯性单元布置成有助于产生第一数据(特别是头盔5的位置和取向)。
摄像机14产生飞行员的真实可见环境和真实声音环境的影像的音频/视频流。摄像机14经由任何有线或无线的通信装置连接到第一包装体13。
显示装置15由外壳10承载并且它们面向显示表面12定位。显示装置15布置成在显示表面12上显示增强现实物体。
增强现实物体是例如影像或书面信息。增强现实物体或者在战斗机任务之前产生并存储在内存中，或者另外地例如根据战斗机的机载仪器提供的信息动态产生。
作为示例，影像可以是着陆带、地面地形(山、谷等)、大海、任何种类的目标、包括其它飞行器的各种交通工具、各种建筑物等的影像。作为示例，书面信息可以是关于当前任务、监视战斗机的各种参数、发送给飞行员的消息等。
在该示例中，显示装置15包括投影仪，该投影仪将增强现实物体投影到显示表面12上，使得它们叠加在飞行员的真实可见环境上。
第二包装体16定位在驾驶舱中。
第二包装体16包括第二测量装置22。
第二测量装置22包括第二惯性单元和全球定位系统(GPS)接收器。
第二测量装置22产生第二数据，该第二数据特别地表示战斗机的三维的地理位置和取向、以及战斗机(以及因此驾驶舱)的飞行速度和方向。第二惯性单元布置成有助于产生第二数据(特别是驾驶舱的取向)。
第二包装体16经由任何类型的有线或无线的第二通信装置连接到第一包装体13。
下面将更详细地描述本发明的观察设备的操作。
观察设备的用途是将增强现实物体显示在显示表面12上，而当飞行员看到它们时，这些增强现实物体不会叠加在驾驶舱的设备上。
参考图3，在该示例中驾驶舱设备包括飞行仪表25、平视显示镜26以及驾驶舱的结构元件。
驾驶舱的结构元件包括承载有一个或多个后视镜的座舱盖拱(arceau de verrière)27。
第一包装体13的获取装置18布置成实时获取第一数据和第二数据。获取装置18还获取限定驾驶舱设备所占据的堵塞区域30的第三数据。因此，堵塞区域30对应于驾驶舱设备所占据的表面。
第三数据可以存储在第一包装体13或第二包装体16的存储器中，并且可以在观察设备投入使用之前生成。
第三数据还可以包括驾驶舱和驾驶舱设备的三维表示。
可以通过对与战斗机的驾驶舱相对应的驾驶舱设计进行建模来获得三维表示。该三维表示也可以通过在初始化观察设备时处理由观察设备的摄像机14产生的影像(或由位于驾驶舱内的另一个摄像机产生的影像)来获得。
第三数据还可以包括代表与堵塞区域30相对应的轮廓的影像。
在这种情况下，由获取装置18执行的获取对应于恢复存储在存储器中的第三数据。
第三数据也可以由获取装置18动态地获取。
作为示例，动态获取可以使用标记，该标记具有用作限定堵塞区域30的位置。标记可以是添加到驾驶舱设备的元件(例如粘贴在驾驶舱设备上的标签)，或者可以是驾驶舱设备的结构的几何形状(例如，角部、直线、直角等)。标记被实时识别并且它们用作实时地限定堵塞区域30。
动态获取还可以使用通过观察设备的摄像机14产生的影像，通过图像处理来执行。通过使用这些影像，驾驶舱设备被实时识别并且堵塞区域30被实时限定。摄像机14因此被布置成有助于产生第三数据。
获取装置18还获取增强现实物体。
然后，观察设备的处理装置19被布置成特别地通过使用第一数据、第二数据和第三数据，实时地用作限定增强现实物体的位置和/或取向和/或形状和/或尺寸。
处理装置19实时分析第一数据、第二数据和第三数据以三维地重建飞行员的真实可见环境，并将增强现实物体结合到该真实可见环境中。
增强现实物体被结合使得当增强现实物体投影在显示表面12上时，飞行员容易地看到增强现实物体。
增强现实物体还被结合使得当增强现实物体投影在显示表面12上时，将它们定位在堵塞区域30外部。
因此，增强现实物体的显示在任何时候都不会完全或部分遮掩驾驶舱设备。
有利地，可以通过执行由观察设备检测到的停用动作来在任何时候停用观察设备。
停用动作可以是例如使用观察设备的摄像机14检测到的手势，或者是使用观察设备的麦克风检测到的口语指令。
停用后，还可以通过执行由观察设备检测到的重新启用动作，在任何时候重新启用观察设备。重新启用动作可以可选地与停用动作相似。
通过执行自检动作，还可以在任何时候启动观察设备的自检。如上，自检动作可以是手势或口语指令。自检特别地可以用作迫使由第三数据限定的堵塞区域30在实际驾驶舱设备上重新对准。自检还可以显示堵塞区域30，使得飞行员可以亲自验证它们与实际驾驶舱设备对准。
当然，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖落入由权利要求限定的本发明范围内的任何变型。
以上描述涉及结合到头盔中的观察设备。观察设备同样地可以结合到其它设备中，例如眼镜或增强现实面罩中。
利用眼镜的情况下，显示表面位于眼镜的镜片上。术语“镜片”用于意指大致扁平形状的透明元件，飞行员可以通过该元件看到真实的可见环境。支承件包括眼镜的框架或结构。在眼镜的情况下，如在头盔及其脸甲的情况下那样，增强现实物体被投影到镜片上，并且被叠加在如飞行员直接所见的真实可见环境上。
在增强现实面罩的情况下，显示表面位于面向飞行员的眼睛定位的屏幕上。增强现实物体然后显示为在屏幕上的显示，而不是借助投影仪的投影。支承件包括增强现实面罩的结构。在面罩的情况下，真实的可见环境会实时拍摄并显示在屏幕上，因此，飞行员经由其在屏幕上的显示而不是直接看到(飞行员的直接视线被屏幕遮掩)。增强现实物体被结合到屏幕上显示的真实可见环境中。
以上提到了某些种类的驾驶舱设备，然而也可以考虑其它驾驶舱设备，例如驾驶舱的副飞行员座椅或其它结构元件。
观察设备的架构可能不同。第一包装壳体和第二包装体都可以位于观察设备的支承件上，或者它们可以合并以形成单个包装体。第一壳体也可以定位在驾驶舱中，而不由支承件承载。

Claims (9)

1.一种用于飞行器飞行员的观察设备，所述观察设备包括：
-用于定位在所述飞行器飞行员头部上的支承件(10)；
-显示表面(12)，所述显示表面由所述支承件承载并且用于定位在所述飞行器飞行员的眼睛附近并面向所述飞行器飞行员的眼睛；
-显示装置(15)，所述显示装置由所述支承件承载并布置成在所述显示表面上显示增强现实物体；
-获取装置(18)，所述获取装置布置成实时作用以获取表示所述支承件的位置和取向的第一数据、表示所述飞行器的驾驶舱的位置和取向的第二数据、以及限定由所述驾驶舱的设备所占据的堵塞区域(30)的第三数据，并且还获取所述增强现实物体；以及
-处理装置(19)，所述处理装置布置成特别通过使用所述第一数据、所述第二数据和所述第三数据实时地作用以限定所述增强现实物体的位置和/或取向和/或形状和/或尺寸，从而当所有增强现实物体显示在显示表面(12)上时，它们都定位在所述堵塞区域(30)外部。
2.根据权利要求1所述的观察设备，其特征在于，所述驾驶舱设备包括飞行仪表(25)和/或平视显示镜(26)和/或所述驾驶舱的结构元件。
3.根据权利要求2所述的观察设备，其特征在于，所述驾驶舱的结构元件包括设有后视镜的座舱盖拱(27)。
4.根据权利要求1所述的观察设备，其特征在于，包括第一惯性单元，所述第一惯性单元由所述支承件承载并且被布置为有助于产生所述第一数据。
5.根据权利要求1所述的观察设备，其特征在于，包括第二惯性单元，所述第二惯性单元被布置为有助于产生所述第二数据。
6.根据权利要求1所述的观察设备，其特征在于，包括摄像机(14)，所述摄像机由所述支承件承载并被布置为有助于产生所述第三数据。
7.一种飞行器飞行员头盔(5)，包括脸甲(11)和根据前述权利要求中的任一项所述的观察设备，所述显示表面(12)位于所述脸甲(11)上。
8.包括镜片和根据权利要求1至6中的任一项所述的观察设备的眼镜，所述显示表面位于所述镜片上。
9.一种增强现实面罩，包括屏幕和根据权利要求1至6中的任一项所述的观察设备，所述显示表面位于所述屏幕上。
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