DE19836002B4

DE19836002B4 - Stereoskopische Flugführungshilfe

Info

Publication number: DE19836002B4
Application number: DE19836002A
Authority: DE
Inventors: Jürgen FRANK; Hans-Dieter Dr. Böhm
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 1998-08-08
Filing date: 1998-08-08
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2018-08-09
Also published as: GB2343604A; GB9918658D0; FR2782174B1; GB2343604B; DE19836002A1; ITMI991664A1; FR2782174A1; IT1313250B1; ITMI991664A0

Abstract

Stereoskopische Flugführungshilfe mit dreidimensionaler Bilddarstellung, mit einer rechten und linken Anzeigeeinrichtung (4, 5) zur Darstellung von voneinander entkoppelten stereoskopischen Informationen, einem Symbolgenerator (1), der entsprechend eingehender Lageinformationen, der Helmwinkel-Information und Informationen weiterer Systeme des Fluggeräts eine stereoskopische Symbologie erzeugt, einer Elektronik (6), die Informationen von einem Helmtrackersystem (7) und dem Symbolgenerator (1) erhält und die linke und die rechte Anzeigeeinrichtung (4, 5) ansteuert und Bildinformationen von mindestens einem Sensor erhält, wobei die Elektronik (6) die Bilder für das linke und das rechte Auge (2, 3) unabhängig voneinander berechnet und die von der linken Anzeigeeinrichtung (4) angezeigten Informationen mittels Strahlteiler in das linke Auge (2) und die von rechten Anzeigeneinrichtung (5) angezeigten Informationen mittels Strahlteiler in das rechte Auge (3) des Benutzers projiziert werden, wobei die Durchsicht des Benutzers auf die vor ihm liegende Szene gewährleistet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor auf einer steuerbaren Sensor-Plattform angeordnet ist und...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf eine stereoskopische Flugführungshilfe mit dreidimensionaler Bilddarstellung.
STAND DER TECHNIK
Moderne integrierte Helmsichtsysteme sind in den verschiedensten Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt. Diese enthalten binokulare, mit zwei getrennten Systemen aufgebaute Bildkanäle, welche ohne zusätzliche Mittel, wie beispielsweise LCD-Shutter, Polarisatoren, Rot-Grün-Trennung etc. eine gute stereoskopische Darstellung von Bildmaterial ermöglichen. In den meisten Ausführungsformen werden aber dreidimensionale Informationen von Radar- und Ladar-Sensoren nur zweidimensional dargestellt und außerdem werden die Sensorbilder mit überlagerter Flugführungs- und Waffensymbolik teilweise zugedeckt.
Durch die DE 37 12 170 A1 ist ein stereoskopisches Display-System bekannt, bei dem die Stereoskopie nur durch eine aufwendige Konzeption mit Einzellupen, Linsen und anderen optischen Komponenten erreicht wird. Für einen Einsatz in Flugzeugen ist diese Ausführungsform weder gedacht noch geeignet.
Durch die US 3 833 300 A ist ein dreidimensionales Helm-Sichtgerät zur Verfolgung von Munitionsflugbahnen bekannt, bei dem allerdings eine Darstellung von zweidimensionalen Sensorbildern und deren Überlagerung mit einer 3D-Symbolik nicht gegeben ist.
Aus der US 4 952 024 A ist ein dreidimensionales Helm-Sichtgerät für individuellen Gebrauch mit zwei Bilderzeugern bekannt, das jedoch ebenfalls für eine stereoskopische Flugführungshilfe nicht gedacht und auch nicht dementsprechend konzipiert ist. So fehlt beispielsweise die Durchsichtmöglichkeit auf und in die Szene vor dem Träger, die Überlagerung mit zweidimensionalen Sensorbildern und die Verwendung eines Helmtrackers.
In der GB-Z Flight International, 28. März 1987, Seite 10, ist ein monokulares head mounted display beschrieben. Dieses Display kann auch als holographisches Display ausgestaltet sein. Aufgrund welcher Informationssignale und wie genau holographische Bilder in diesem Display erzeugt und wiedergegeben werden, geht aus der Publikation nicht hervor.
Die DE 42 04 146 A1 offenbart ein Helmvisier mit Kollimatoreinrichtung zum Projizieren des Bildes eines zum einäugigen Zielen verwendeten Fadenkreuzes auf das Blickfeld eines Trägers des Helms.
Die Fachpublikation „Visual Systems Refine Flight Simulation”, William B. Scott, in: Aviation Week & Space Technology, 17. Oktober 1983, Seiten 105 bis 113 offenbart einen Flugsimulator mit einem binokularen helmet mounted display, in dem dreidimensionale Bilder stereoskopisch dargestellt werden. Aufgrund welcher Informationssignale und wie genau die Bilder erzeugt und wiedergegeben werden, geht aus dieser Veröffentlichung nicht hervor.
Die DE 40 09 947 A1 offenbart ein head mounted display, welches in einer einäugigen Anordnung eine monochromatische Darstellung, eine Darstellung in Graustufen oder eine farbliche Darstellung liefert. Ferner ist in dieser Druckschrift allgemein auf eine zweiäugige Anordnung hingewiesen, wobei die für die einäugige Anordnung vorgeschlagenen Komponenten zweifach nebeneinander angeordnet sind, d. h. eine pro Auge. Ob und auf welche Weise mit dieser Vorrichtung ein stereoskopisches Sehen möglich ist, geht aus dem Dokument nicht hervor.
Der nächstliegende Stand der Technik gemäß der US 4 994 794 A zeigt eine stereoskopische Flugführungshilfe, bei der die stereoskopische Darstellung des Führungsbildes durch zwei mittels Kathodenstrahlröhren erzeugbarer untereinander identischer Bilder erreicht wird, die über halbdurchlässige Spiegel und zugeordnete optische Linsen von den Piloten zu betrachten sind. Da zwischen diesen Bildern eine Parallaxe vorgesehen ist entsteht in den Augen des Piloten ein stereoskopischer Eindruck. Zwar können zur Darstellung des Führungsbildes verschiedene Informationen auf den Bildschirmen der Kathodenstrahlröhren elektronisch erzeugt werden, jedoch wird diese Darstellung durch die notwendigen optischen Bauteile für das Sichtbarmachen der einzelnen Bilder als stereoskopische Darstellung für den Piloten stark eingeschränkt. Die Informationen können auch von Sensoren des Luftfahrzeugs stammen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stereoskopische Flugführungshilfe mit dreidimensionaler Bilddarstellung zu schaffen, die von einem bereits existierenden Helmsichtgerät ausgeht und dieses so modifiziert, dass monochrome oder farbige zwei- oder dreidimensionale Sensorbilder und Symboliken als kombinierte Informationen zur Darstellung kommen und eine stereoskopische dreidimensionale Darstellung gewährleistet ist, wobei die Darstellung der Lagedaten des Flugzeugs von der momentanen Kopfhaltung entkoppelt ist und alle Informationen der Sensoren intuitiv – also ohne Interpretationen oder mentale Belastungen – wahrgenommen werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße stereoskopische Flugführungshilfe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angeben.
Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 ein Schemabild des Aufbaus und der Funktion einer erfindungsgemäßen stereoskopische Flugführungshilfe,
2 ein Schemabild bezüglich der prinzipiellen Information in einem Sensor-/Symbolik-Cockpit der erfindungsgemäßen stereoskopische Flugführungshilfe, und
3 ein Schemabild einer asymmetrischen Stereoskopie der erfindungsgemäßen stereoskopische Flugführungshilfe.
DARSTELLUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen stereoskopischen Flugführungshilfe dargestellt, deren Aufbau und Funktion nachfolgend beschrieben wird. 2 zeigt ein Schemabild bezüglich der prinzipiellen Information in einem Sensor-/Symbolik-Cockpit der erfindungsgemäßen stereoskopische Flugführungshilfe.
Die Erfindung sieht vor, eine echte dreidimensionale Bilddarstellung eines bekannten Helmsichtgeräts, das entsprechend konzipiert ist, zur visuellen Flugführung von Luftfahrzeugen zu verwenden. Hierbei können zur Darstellung folgende – auch miteinander kombinierte – Informationen eingesetzt:
monochrome oder farbige zwei- oder dreidimensionale Sensorbilder (TV, FLIR, Radar, etc.)
monochrome oder farbige zwei- oder dreidimensionale Symbolik
monochrome ein- oder zweikanalige Nachtsichtkanäle mit Bildverstärker(BiV)-Röhren
Die Symbolik wird von dem Helm-Tracker des Helmsichtgeräts gesteuert, um Darstellungsarten:
kopffest, helmträgerfest, kopfrollentkoppelt
zu erhalten, wobei hervorgehoben werden muss, dass alle drei vorgenannten Arten auch gleichzeitig vorkommen können. Parallel hierzu steuern die Winkelsignale vom Helmtracker eine Sensorplattform damit die Bilder vom TV-, FLIR- oder Radarsensor aus der gewünschten Bildrichtung kommen.
Von einem modernen integrierten Helmsichtgerät ausgehend, das alle Voraussetzungen zur zwei- und dreidimensionalen Bilddarstellung erfüllt, werden erfindungsgemäß die Videokanäle von den Bildgebern bis zum Videoeingang zweikanalig ausgeführt. Ein Symbolgenerator 1 generiert nach allgemein bekannten Methoden die darzustellenden Zeichen und Figuren zweifach für die Augen 2, 3 des Piloten, wie aus 1 erkennbar ist. Die dreidimensionale Symbolik wird in Verbindung mit Sensorbildern tagsüber und auch nachts benutzt. Sie kann aber auch allein tagsüber und in der Dämmerung benutzt werden.
Dem linken und dem rechten Auge 2, 3 werden entkoppelt die stereoskopischen Informationen vom linken bzw. rechten Helmdisplay 4, 5 dargestellt. Über Strahlteiler werden die Informationen von den Sensoren und der Flugsymbologie in das linke bzw. das rechte Auge 2, 3 projiziert. In dem Symbolgenerator 1 wird die stereoskope Symbologie erzeugt und in die Helmelektronik 6 weitergeleitet. Die Sensoren werden von einem Helm-Trackersystem 7 angesteuert werden. Sie liefern dadurch ein Bild aus der vom Helmtracker 7 ermittelten Blickrichtung.
Ein wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Konzeption ist dadurch gegeben, dass eine monochrome und farbige Bildwiedergabe von zweidimensionalen synthetischen Bildern oder Symbolen und Sensorbildern gegeben ist, wobei dies jedem Auge 2, 3 durch einen eigenen Bildkanal – also binokular – eingegeben wird und somit die stereoskopische dreidimensionale Darstellung geschaffen ist. Die hiermit mögliche Trennung der beiden Bereiche Sensorbilder und Symbolik durch Abheben der Symbolik gestattet die Entflechtung der unerwünschten Überlagerung. Dem Piloten wird zwischen der zweidimensionalen Sensorbildebene und dem Auge 2, 3 dreidimensionale Symbolik präsentiert, wie in 3 veranschaulicht ist, die ein Schemabild einer asymmetrischen Stereoskopie der erfindungsgemäßen stereoskopische Flugführungshilfe zeigt. In der 3 ist die Projektionsebene für die zweidimensionale Darstellung durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Punkte a, b, c bilden ein Dreieck für die stereoskopische Darstellung.
Weiterhin ist die Wiedergabe von Raster- und von Stroke-Bildern, beispielsweise Sensorbilder zweidimensional und Symbole oder synthetische Bilder dreidimensional, dadurch ermöglicht, dass diese von der Elektronik 6 stereoskopisch für das linke und das rechte Auge 2, 3 unabhängig berechnet wird.
Ferner ist die hier vorgeschlagene Konzeption zur Erreichung der Stereoskopie besonders gut geeignet, da sie keine qualitätsmindernden (optischen) Elemente enthält. Dem Benutzer ist problemlos die Durchsicht in bzw. auf die vor ihm liegende Szene gegeben; und ihm ist eine intuitive Erfassung der Fluglage des Flugzeugs, der Abstand zu Hindernissen usw. gewährleistet. Wie bereits erwähnt, erfolgt die Darstellung der Lagedaten des Flugzeugs entkoppelt von der momentanen Kopfhaltung. Die Signale hierfür werden von dem 3-Achsen-Helmtracker 7 geliefert (Helm-Azimuth, Helm-Elevation, Helm-Roll).

1: Symbolgenerator
2: Linkes Auge
3: Rechtes Auge
4: Linkes Helmdisplay
5: Rechtes Helmdisplay
6: Helmelektronik
7: Trackersystem
a: Punkt für stereoskopische Darstellung
b: Punkt für stereoskopische Darstellung
c: Punkt für stereoskopische Darstellung

Claims

Stereoskopische Flugführungshilfe mit dreidimensionaler Bilddarstellung, mit einer rechten und linken Anzeigeeinrichtung (4, 5) zur Darstellung von voneinander entkoppelten stereoskopischen Informationen, einem Symbolgenerator (1), der entsprechend eingehender Lageinformationen, der Helmwinkel-Information und Informationen weiterer Systeme des Fluggeräts eine stereoskopische Symbologie erzeugt, einer Elektronik (6), die Informationen von einem Helmtrackersystem (7) und dem Symbolgenerator (1) erhält und die linke und die rechte Anzeigeeinrichtung (4, 5) ansteuert und Bildinformationen von mindestens einem Sensor erhält, wobei die Elektronik (6) die Bilder für das linke und das rechte Auge (2, 3) unabhängig voneinander berechnet und die von der linken Anzeigeeinrichtung (4) angezeigten Informationen mittels Strahlteiler in das linke Auge (2) und die von rechten Anzeigeneinrichtung (5) angezeigten Informationen mittels Strahlteiler in das rechte Auge (3) des Benutzers projiziert werden, wobei die Durchsicht des Benutzers auf die vor ihm liegende Szene gewährleistet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor auf einer steuerbaren Sensor-Plattform angeordnet ist und dass die Sensor-Plattform über das Helmtrackersystem angesteuert wird.
Stereoskopische Flugführungshilfe nach Anspruch 1, wobei auf der linken und/oder rechten Anzeigeeinrichtung (4, 5) monochrome und farbige zweidimensionale synthetische Bilder und/oder Symbole oder Sensor-Bilder wiedergebbar sind.
Stereoskopische Flugführungshilfe nach Anspruch 1, wobei auf der linken und/oder rechten Anzeigeeinrichtung (4, 5) Raster- und/oder Stroke-Bilder wiedergebbar sind.