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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Darstellen von Informationselementen eines Führungssystems gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.
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Zur Durchführung von taktischen und operativen Einsätzen im Bereich der Wehrtechnik, insbesondere der Marine, werden üblicherweise Führungssysteme eingesetzt. Derartige komplexe Systeme dienen bspw. der Überwachung, Erkundung, Beobachtung und Begleitung von Einsätzen, Übungen und Manövern etc. Das Führungssystem sammelt taktisch relevante Informationen, bereitet sie auf und stellt sie dar und bietet somit eine Entscheidungshilfe für Kommandant und/oder Besatzung.
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Das Führungssystem weist eine graphische Bedienoberfläche auf, die eine Verbindung zwischen dem Führungssystem und einem Bediener des Systems darstellt. Diese Bedienoberfläche wird auf einem Anzeigemittel, insbesondere einer Bedienkonsole oder Monitor, dargestellt. Auf dieser Bedienoberfläche sind ein oder mehrere Informationselemente dargestellt. Das können einzelne Tracksymbole sein, welche ein detektiertes Ziel repräsentieren, oder auch weitere Systemeinheiten, wie z. B. ein Kamerabild oder eine Darstellung mehrerer Dialogfelder des Führungssystems.
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Zur Interaktion mit dem Führungssystem über die graphische Bedienoberfläche steht dem Bediener als Eingabegerät herkömmlicherweise ein Rollball oder eine Maus zur Verfügung, wobei die Maus lediglich auf ruhendem Untergrund genutzt werden kann. Bei Verwendung des Führungssystems auf bewegten Plattformen, insbesondere Wasserfahrzeugen, ist der Einsatz einer Maus als Eingabegerät nicht geeignet, da die Bewegungen der Umgebung evtl. zu Eingabefehlern führen.
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Die Interaktion des Bedieners mit dem Führungssystem erfolgt über die auf der Bedienoberfläche dargestellten Informationselemente. Um zu einem Informationselement, wie bspw. einem Tracksymbol, auf der Konsole zugehörige Zielinformationen, wie bspw. einen Zielkurs, eine Zielgeschwindigkeit, eine Zielentfernung sowie eine Freund- oder Feindkennung etc., anzuzeigen, aktiviert der Bediener ein zu diesem Tracksymbol zugehöriges visuelles Element, mittels dem diese Daten angezeigt werden.
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Das Aktivieren erfolgt indem der Bediener einen Mauszeiger mittels Rollballbewegungen über die Anzeige steuert und das entsprechende Tracksymbol per Tastendruck auswählt. Da die darzustellenden Informationen jedoch jederzeit und schnell verfügbar sein müssen, ist die Aktivierung mittels Rollballbewegungen und Tastendruck unter Umständen zu langsam.
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Werden jedoch die visuellen Elemente direkt zu den Informationselementen bzw. Tracksymbolen angezeigt, wird die Anzeige für den Bediener zu unübersichtlich, was das Bedienen des Führungssystems erheblich erschweren würde.
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Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Darstellen von Informationselementen zu schaffen, mit dem die zu den Informationselementen zugehörigen Informationen schnell darstellbar sind.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch die Merkmale eines Verfahrens zum Darstellen von Informationselementen eines Führungssystems gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Dazu weist das Führungssystem zur Unterstützung militärischer Führungsprozesse, insbesondere auf Wasserfahrzeugen der Marine, eine graphische Bedienoberfläche auf, die auf wenigstens einem Anzeigemittel, insbesondere einer Konsole oder einem Monitor, dargestellt wird.
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Innerhalb der graphischen Bedienoberfläche sind ein oder mehrere Informationselemente zur Darstellung der taktischen Lage angezeigt. Als Informationselemente werden z. B. Tracksymbole, die detektierenden Zielen zugeordnet sind, verstanden und vorzugsweise auf einer Lagedarstellung, insbesondere einer PPI-Darstellung (Plan-Position-Indicator-Darstellung), angezeigt. Ferner werden unter Informationselementen ebenso weitere Informationsdarstellungen verstanden, insbesondere Fenster oder Dialoge, in der graphischen Bedienoberfläche, welche weitere Systemeinheiten, wie z. B. ein Kamerabild oder eine Darstellung mehrerer Dialogfelder des Führungssystems, repräsentieren.
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Einem, mehreren oder allen Informationselementen ist ein visuelles Element zugeordnet, welches für einen Bediener des Führungssystems nicht sichtbar im Hintergrund der graphischen Bedienoberfläche angeordnet ist. Das visuelle Element enthält Informationen zu dem zugehörigen Informationselement, welche jederzeit und schnell verfügbar sein müssen.
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Um diese Informationen dem Bediener darzustellen, werden die Blickbewegungen eines oder beider Augen des Bedieners mittels einer Blickerfassungseinheit erfasst. Diese Blickerfassungseinheit ermöglicht es, Augenbewegungen aufzuzeichnen bzw. zu erfassen. Dazu weist diese Blickerfassungseinheit mindestens eine Augenkamera auf sowie Mittel zur Signalverarbeitung, um die Aufzeichnungen der Augenkamera in Abhängigkeit der Blickbewegungen zu Eingabesignalen zu verarbeiten.
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Vorzugsweise können diese Eingabesignale zum Darstellen der Informationen bzw. der visuellen Elemente von der Blickerfassungseinheit zum Führungssystem durchgelassen oder gesperrt werden. Dazu verfügt die Erfindung über eine Schalteinheit, welche dem Führungssystem anzeigt, dass der Bediener Aktionen über die Blickbewegung initiieren möchte. Die Schalteinheit kann sowohl einen Schalter, Taster o. ä. als auch eine softwaregesteuerte Eingabe, wie bspw. eine Spracheingabe aufweisen.
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Werden die Eingabesignale dem Führungssystem mittels der Schalteinheit durchgelassen, so wird in Abhängigkeit dieser Eingabesignale das zu dem Informationselement, welches von der Blickbewegung des Bedieners erfasst wird, zugehörige visuelle Element auf dem Anzeigemittel dargestellt. Somit wird das Anzeigen der zu einem Informationselement zugehörigen Informationen deutlich verkürzt und das Verfahren zum Darstellen der Informationselemente vorteilhaft verbessert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden aktuelle Bildschirmkoordinaten des Anzeigemittels in Abhängigkeit der erfassten Blickbewegungen ermittelt. Dadurch lässt sich vorteilhaft eine Zuordnung zwischen der erfassten Blickbewegung und einem Informationselement ermitteln und dasjenige visuelle Element aktivieren, dessen zugehöriges Informationselement die aktuellen Bildschirmkoordinaten des Anzeigemittels aufweist. Dadurch erfolgt das Anzeigen der Informationen besonders schnell.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden mittels der Blickerfassungseinheit zusätzlich zu den Blickbewegungen auch Blickfixationen und/oder Lidschlagbewegungen erfasst und zu Auswahlsignalen verarbeitet. Es erfolgt dann eine Aktivierung eines visuellen Elements auf der Grundlage dieser Auswahlsignale. Das hat den Vorteil, dass nicht automatisch jedes visuelle Element angezeigt wird, dessen Informationselement von der Blickbewegung erfasst wird. Werden eine Mehrzahl von Informationselementen, z. B. in Form von Tracksymbolen, angezeigt, so ist es vorteilhaft, dasjenige visuelle Element des zu interessierenden Tracksymbols mittels eines Auswahlsignals zu aktivieren, weil sonst, bei einer automatischen Aktivierung, alle visuellen Elemente angezeigt werden, dessen Informationselemente sich mit der Blickbewegung kreuzen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die erfassten Blickbewegungen direkt in Form eines Positionsanzeigers, insbesondere eines Pfeils, auf dem Anzeigemittel dargestellt. Dadurch erhält der Bediener vorteilhaft eine bessere Orientierung, wo er sich mit seiner Blickbewegung auf dem Anzeigemittel befindet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das aktive visuelle Element solange dargestellt, bis eine entsprechende Deaktivierung für die Darstellung erfolgt. Der Vorteil besteht darin, dass mehrere visuelle Elemente zeitgleich aktiviert werden können, so dass die Informationen mehrerer Informationselemente verglichen werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die von der Blickerfassungseinheit erfassten Blickbewegungen bearbeitet bzw. gefiltert, um die schnellen, ruckartigen Augenbewegungen, auch Mikrosakkaden genannt, herauszufiltern. Die Mikrosakkaden im Blick dienen der regelmäßigen Neuausrichtung der Blicklinien auf einen Fixationspunkt. Da diese Blickbewegungen unter Umständen ungewollte Systemreaktionen hervorrufen können, weist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise Mittel, wie bspw. geeignete Filterverfahren, auf, um diese Mikrosakkaden aus den erfassten Blickbewegungen herauszufiltern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Blickbewegungen eines oder beider Augen eines Bedieners von wenigstens zwei Augenkameras der Blickerfassungseinheit erfasst. Durch den Einsatz mehrerer Augenkameras ist eine Bestimmung der Blickrichtung bzw. Blickbewegung in Echtzeitmöglich und da beide Augen leicht unterschiedliche Bilder eines Objekts wahrnehmen, kann vorteilhaft über Triangulation die Distanz zu einem Objekt bestimmt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der anliegenden Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Verfahrens zum Darstellen von Informationselementen eines Führungssystems der Marine,
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2 eine schematische Darstellung eines Anzeigemittels gemäß eines Ausführungsbeispiels,
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3 eine schematische Darstellung eines Informationselements mit aktiviertem visuellen Element gemäß eines Ausführungsbeispiels,
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4 eine schematische Darstellung eines weiteren Informationselements und
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5 eine weitere schematische Darstellung eines weiteren Informationselements.
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1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Verfahrens zum Darstellen von Informationselementen eines Führungssystems. Das im Folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf ein Führungssystem 2 der Marine, Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Marine-Systeme beschränkt, sondern ist auch bspw. in der Luftwaffe oder beim Heer anwendbar.
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In dem Führungssystem 2 ist zur Unterstützung militärischer Führungsprozesse eine graphische Bedienoberfläche 4 zur wechselseitigen Kommunikation eines Benutzers mit dem Führungssystem 2 eingebunden. Die graphische Bedienoberfläche 4 ist auf mindestens einem Anzeigemittel 6, insbesondere einer Konsole oder einem Monitor, darstellbar.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Anzeigemittels. Dargestellt ist die graphische Bedienoberfläche 4 mit unterschiedlichen Informationselementen 10 auf dem Anzeigemittel 6.
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In der linken Hälfte der graphischen Bedienoberfläche 4 befindet sich eine Lagedarstellung, insbesondere eine PPI-Darstellung (Plan-Position-Indicator-Darstellung) mit drei Informationselementen 10, hier als Zielzeichen oder Tracksymbol bezeichnet. Für einen Bediener des Führungssystems 2 ist es unabdingbar, zu den einzelnen Zielzeichen 10 weitere Informationen, wie z. B. einen Zielkurs, eine Zielgeschwindigkeit, eine Zielentfernung sowie eine Freund- oder Feindkennung, jeder Zeit schnell verfügbar zu haben.
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Da das Führungssystem 2 zur Überwachung und Bedienung aller Sensoren und Waffensysteme, wie sie im taktischen Marine-Umfeld zum Einsatz kommen, dient, sind gerade diese zusätzlichen Informationen der Zielzeichen 10 ohne Zeitverlust dem Bediener darzustellen, um diesem rechtzeitig eine Entscheidungshilfe zu bieten. Werden diese Informationen jedoch permanent in der Lagedarstellung angezeigt, würden andere Teile der Darstellung überdeckt werden. Daher sind die zusätzlichen Informationen eines Zielzeichens 10 in einen zu diesem Zielzeichen 10 zugehörigen visuellen Element abgelegt, welches für den Bediener nicht sichtbar im Hintergrund der graphischen Bedienoberfläche 4 angeordnet ist.
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Zum Aktivieren bzw. Öffnen des zu einem Zielzeichen 10 zugehörigen visuellen Elements weist das erfindungsgemäße Verfahren gemäß 1 eine Blickerfassungseinheit 12 auf, welche die Blickbewegungen eines oder beiden Augen eines Bedieners mittels wenigstens einer Augenkamera aufzeichnet. Der Blick setzt sich zusammen aus unzähligen Augenbewegungen, auch Sakkaden genannt, und Ruhepausen, auch Fixationen genannt. In Abhängigkeit dieser Blickbewegungen werden Eingabesignale 14 erzeugt, so dass die Blickerfassungseinheit 12 als Mensch-Maschine-Schnittstelle dem Bediener eine Interaktion mit dem Führungssystem 2 ermöglicht.
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Die Blickerfassungseinheit 12 kann als mobiles System oder externes System ausgebildet sein. Ein mobiles System besteht aus einer speziellen Vorrichtung auf dem Kopf eines Bedieners, an dem Kameras angebracht sind, welche die Augenbewegungen und das Blickfeld aufzeichnen.
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Da jedoch für das erfindungsgemäße Verfahren lediglich der Blick des Bedieners auf ein Anzeigemittel 6 erfasst werden muss, werden für das erfindungsgemäße Verfahren externe Systeme bevorzugt, da sie für den Bediener angenehmer sind. Es besteht bei derartigen externen Systemen kein Kontakt zwischen Bediener und Blickerfassungseinheit 12 wodurch die Durchführung berührungsloser Messungen ermöglicht wird. Der Bediener kann sich somit innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsradius relativ frei bewegen.
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Für die Erfassung der Blickbewegungen der Augen des Bedieners wird wenigstens eine Augenkamera der Blickerfassungseinheit 12 direkt in das Anzeigemittel 6, unter dem Anzeigemittel 6, auf dem Anzeigemittel 6 oder neben dem Anzeigemittel 6 angebracht. Anhand der Aufzeichnungen der wenigstens einen Augenkamera erzeugt die Blickerfassungseinheit 12 Eingabesignale 14, welche zur Interaktion mit dem Führungssystem 2 dienen.
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Da jedoch unabhängig von dem Willen des Bedieners zur Interaktion mit dem Führungssystem 2 die Blickbewegungen seiner Augen ständig erfasst werden, verfügt das erfindungsgemäße Verfahren über eine Schalteinheit 18 zum Durchlassen bzw. Sperren der erzeugten Eingabesignale 14. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage zu erkennen, ob der Bediener eine Aktion initiieren möchte.
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Die Schalteinheit 18 zum Durchlassen oder Sperren der Eingabesignale 14 kann mittels Vorrichtungen realisiert sein, wie bspw. Schalter, Taster aber auch über Spracheingabemittel, welche ein entsprechendes Durchlassen bzw. Sperren der Eingabesignale ermöglichen.
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Für den Fall, dass die Eingabesignale 14 mittels der Schalteinheit 18 durchgelassen werden, werden die Eingabesignale 14 dem Führungssystem 2 übergeben und lösen dort eine entsprechende Aktion aus, wie bspw. das Anzeigen des zu einem Informationselement 10 zugehörigen visuellen Elements. Der Bediener ist somit in der Lage über die Blickerfassung die Informationsdarstellung zu bedienen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Informationselements mit aktiviertem visuellem Element. Das hier dargestellte Informationselement 10 ist ein Zielzeichen gemäß 2, wobei diesem Zielzeichen 10 ein visuelles Element 20 zugeordnet ist, welches aufgrund einer Aktivierung dem Bediener angezeigt wird. Dabei erfolgt die Darstellung der zu dem Zielzeichen 10 zugehörigen Informationen, wie der Zielkurs, die Zielgeschwindigkeit, die Zielentfernung sowie die Feind- oder Freundkennung etc., als Text in einem Fenster. Der Hintergrund des Fensters kann dabei transparent sein, um die Lagedarstellung weiterhin zu erfassen.
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4 und 5 zeigen jeweils eine schematische Darstellung weiterer Informationselemente. Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 zeigt drei mögliche visuelle Elemente 20 in Form einer Registerdarstellung. Die visuellen Elemente 20 können über eine Fokussierung der Reiter 26 aktiviert werden, so dass das zu dem ausgewählten Reiter 26 zugehörige Dialogfeld 28 dem Bediener als visuelles Element 20 angezeigt wird. Das Hervorheben derjenigen Registerkarte, dessen Reiter 26 fokussiert wurde, ermöglicht dem Bediener eine schnelle Navigationshilfe für die weitere Unterteilung von Einzelelementen der Systemeinheiten des Führungssystems 2.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 zeigt ein Informationselement 10 in Form eines Kamerabildes, insbesondere einer Periskopaufnahme oder Außenbildaufnahme. Durch eine entsprechende Verarbeitung der Eingabesignale 14 in dem Führungssystem 2 lässt sich die Kamerabewegung steuern, so dass sich das angezeigte Bild durch die Blickbewegung nach rechts oder links schwenken lässt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist die Möglichkeit, in das Bild hineinzuzoomen bzw. herauszuzoomen, bspw. durch Blickfixation oder Zwinkern mit den Augen. Das Hin- und Herschwenken sowie das Hinein- und Herauszoomen wird jeweils über ein visuelles Element 20 realisiert.
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Das Aktivieren eines visuellen Elements 20 erfolgt bevorzugt über den Blickkontakt des Bedieners mit dem zugehörigen Informationselement 10. Dazu werden mittels der Blickerfassungseinheit aktuelle Koordinaten des Anzeigemittels 6 in Abhängigkeit der Blickbewegungen ermittelt und mit dem angezeigten Informationselement 10 verglichen. Es wird dasjenige visuelle Element 20 dem Bediener angezeigt, dessen zugehöriges Informationselement 10 die ermittelten aktuellen Koordinaten des Anzeigemittels 6 aufweist. Die Anzeige des visuellen Elements 20 ist temporär und erscheint für die Dauer, die der Bediener seinen Blick ruhig über dem entsprechenden Informationselement 10 ruhen lässt.
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Wird ein Informationselement 10 mit den Augen fixiert, steht das Auge jedoch keinesfalls still. Es bewegt sich andauernd und springt gelegentlich ruckartig im Blickfeld umher. Derartige Blickbewegungen werden als Mikrosakkaden bezeichnet und treten im Bereich von einigen Winkelminuten mit einer Frequenz von 20 bis 150 Hz auf. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren Mittel auf, wie bspw. geeignete Filterverfahren, um diese Mikrosakkaden aus den Blickbewegungen herauszufiltern und somit ungewollte Systemreaktionen zu vermeiden.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein sofortiges Anzeigen der visuellen Elemente 20 beschränkt. Vielmehr ist es denkbar, mittels der Blickerfassungseinheit 12 gemäß 1 zusätzlich zu den Blickbewegungen auch Blickfixationen und/oder Lidschlagbewegungen zu erfassen und zu Auswahlsignalen 22 zu verarbeiten.
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Eine Darstellungseinheit 24 des Führungssystems 2 verarbeitet die von der Blickerfassungseinheit 12 erzeugten Signale 14, 22. Die Eingabesignale 14 werden wie ein Blickzeiger behandelt, der durch die Richtung des Blickes ausgerichtet ist und der Blickbewegung des Bedieners folgt. Dabei ist es möglicht, dem Bediener diesen Blickzeiger mittels eines Positionszeigers auf dem Anzeigemittel 6 darzustellen. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Mittel auf, um diesen Positionszeiger ein- bzw. auszublenden.
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Die Auswahlsignale 22 werden verwendet, um das visuelle Element 20 zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Dabei können entsprechende Auswahlsignale 22 durch eine vorbestimmte Verweilzeit des Blickes auf ein Informationselement 10 oder durch Erfassen der Lidschlagbewegungen bzw. Zwinkern mit dem Auge bzw. mit den Augen erzeugt werden, welche dann das zugehörige visuelle Element 20 aktivieren bzw. öffnen.
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Ebenso ist eine entsprechende Deaktivierung des visuellen Elements 20 denkbar, um bspw. mehrere visuelle Elemente 20 zeitgleich auf dem Anzeigemittel 6 darzustellen. So löst bspw. eine Blickbewegung automatisch eine Deaktivierung des Auslösemechanismus aus oder aber z. B. ein Zwinkern mit dem Auge bzw. mit den Augen.
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Ferner ist in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ein Erzeugen der Auswahlsignale 22 durch Betätigung einer Taste oder Schalter sowie über ein spezielles Sprachkommando denkbar.
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Entsprechend dem herkömmlichen Verfahren gemäß dem Stand der Technik wählt der Bediener ein Informationselement 10 auf dem Anzeigemittel 6 aus und verfolgt abwechselnd dieses Informationselement 10 und den angezeigten Mauszeiger mit dem Auge, bis er den Mauszeiger mit der Hand zum ausgewählten Informationselement 10 geführt hat. Die Betätigung der Maustaste aktiviert das zugehörige visuelle Element 20.
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Bei Führungssystemen, gerade im Bereich der Wehrtechnik, muss ein Bediener innerhalb kürzester Zeit Entscheidungen treffen. Daher ist eine Bedienung derartiger Führungssysteme auf die schnelle Zugänglichkeit von Informationen über die detektierten Ziele angewiesen. Das vorstehend ausgeführte erfindungsgemäße Verfahren verkürzt und erleichtert die Darstellung der Informationselemente 10, da die zugehörigen Informationen direkt über den Blickkontakt mit dem ausgewählten Informationselement 10 angezeigt werden.
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Da der Einsatz von Führungssystemen auf bewegten Plattformen, wie bspw. Wasserfahrzeugen, aufgrund von Seegangbewegungen eine Verwendung herkömmlicher Mausgeräte als Eingabegräte nicht zulässt, wird herkömmlicherweise ein Rollball als Eingabegerät verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert nunmehr weder eine umständliche Selektion des Informationselements 10 mit dem Rollball noch das Aktivieren des visuellen Elements 20 mittels Taste. Dadurch wird die Darstellung der Informationselemente 10 des Führungssystems 2 für den Einsatz auf bewegten Plattformen, wie bspw. Wasserfahrzeugen, erheblich verbessert.
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Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
