KR100225370B1

KR100225370B1 - 야간 시계 증가 시스템을 위한 디스플레이의 최적화

Info

Publication number: KR100225370B1
Application number: KR1019960014796A
Authority: KR
Inventors: 엘. 코모스 알렉스
Original assignee: 완다 케이. 덴슨-로우; 에이치이 홀딩스 인크 두잉 비지니스 애즈 휴우즈 일렉트로닉스
Priority date: 1995-05-08
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1999-11-01
Also published as: DE69621984T2; US5781243A; EP0742460A2; DE69621984D1; EP0742460B1; KR960040827A; IL118093A; JP3105448B2; JPH09149409A; ES2175032T3; EP0742460A3; IL118093A0

Abstract

본 발명은 선택된 시야를 갖는 적외선 야간 시계 센서(11)와 상기 센서(11)에 의해 검출된 화상을 디스플레이 하도록 배치된 디스플레이 패널(23)을 구비하는 야간 시계 장치(11, 21, 23)를 개시하는데, 상기 디스플레이 패널(23)은 수평 시야가 좁아짐에 따라 디스플레이 가로세로비가 감소하도록 적외선 센서(11) 시야의 수평 치수에 근거하여 디스플레이 가로세로비가 최적화된다.

Description

야간 시계 증가 시스템을 위한 디스플레이의 최적화

제1도는 바람직한 실시예가 응용되는 야간 시계 증가 시스템(a night vision enhancement system)을 도시하는 개략 사시도.

제2도는 바람직한 실시예에 따른 광학 시스템을 도시하는 개략도.

제3도는 바람직한 실시예에 따른 최적화된 디스플레이 패널을 도시하는 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 11 : 센서 2 : 시계 증가 시스템

13 : 광학 시스템 19, 23 : 영상 디스플레이

566 : 원격 제어 유닛 568 : 조이스틱

1030 : 합성기 1038 : 데이터 하네스 케이블

1039 : 전원 하네스 케이블 1040 : 전자회로

본 발명은 야간 시계 시스템(night vision system)에 관한 것으로, 더 상세하게는 이와 같은 시스템에서 디스플레이 크기와 성능을 최적화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

야간 시계 시스템은 최근에 승용차 및 해양 선박과 관련하여 사용되도록 설계되고 있다. 예를 들어, 이와 같은 시스템은 1994년 4월 12일 출원된 미합중국 특허출원 일련번호 제08/226, 728호(Atty. Dkt. No. PD-94072)와 그 연속분할 출원인 발명의 명칭"LOW COST NIGHT VISION ENHANCEMENT SYSTEM FOR MOBILE LAW ENFORCEMENT APPLICATIONS" 및 "LOW COST NIGHT VISION SYSTEM FOR MOBILE LAW ENFORCEMENT AND MARINE APPLICATIONS"으로 공개되어 있는데, 상기 출원들은 이하 본 발명의 참조로 일체화되어 있다. 이와 같은 시스템은 외부에 장착되는 야간 시계 센서(적외선 카메라)와, 차량 또는 선박의 운전자에게 외부 장면을 디스플레이 하기 위해 통상적으로 차량 또는 해양 선박 내부에 장착되는 디스플레이를 이용한다.

본 발명 이전에, 야간 시계 증가를 위해 개조된 차량들은 센서(카메라)의 시야(field of view)에 관계 없이 표준 4 : 3 가로세로비 디스플레이(aspect ratio display)를 이용하고 있다. 이와 같이 정해진 시야(a fixed field for view)는 몇 가지 단점이 있다. 일반적으로, 디스플레이는 운전자를 혼란시킬 수 있는 불필요한 정보를 제공한다. 예를 들어 운전자가 따라올 차량의 거리를 판단할 수 없기 때문에 심도 있는 인식(depth perception)이 어렵게 될 수 있다. 이와 같은 문제는 통상적인 자동차 및 다른 응용에 적합한 크기로 디스플레이 크기를 줄이는 것이 바람직한 조건인 시스템 배율(system magnification)이 1미만인 응용에 있어서 특히 심하다.

따라서, 본 발명의 목적은 야간 시계 시스템을 향상시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 야간 시계 시스템과 관련되어 사용되는 디스플레이를 향상시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 향상된 심도 있는 인식을 갖는 야간 시계 시스템 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 향상된 정보 운반 능력을 갖는 야간 시계 시스템 디스플레이를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 디스플레이 및 센서의 시야가 야간 시계 증가를 위해 최적화되어 있는 야간 시계 시스템 디스플레이가 제공된다. 선택된 센서의 시야와 차량에 있는 센서가 특정 위치를 선택함에 응답하여 구현되는 디스플레이 가로세로비간의 관계가 본 발명에 따라 설정된다. 이 관계에 따르면, 운전자가 흔히 육안으로 전면 유리 밖을 쳐다보는 정보만을 제공하기 위해 선택된 시야가 좁아짐에 따라 디스플레이 가로세로비는 감소한다. 그래서, 운전자의 눈에 내재하는 디스플레이의 수직 시야(the vertical field)는 운전자에게 유용한 정보만을 제공하도록 선택되고, 유효한 어떠한 정보도 제공하지 못하여 즉, 매우 빠르게 움직이기 때문에 눈에 대해 주의를 산만하게 하기 때문에 예를 들어, 차량 바로 앞에 있는 도로 지역은 시야로부터 제거된다. 운전자의 심도 있는 인식을 왜곡시키는 디스플레이의 불필요한 수직 정보도 역시 제거되기 때문에 심도 있는 인식이 향상된다. 디스플레이에 제공된 정보를 운전자가 인식하는 데 필요한 시간도 역시 줄어들어, 운전자에 의한 디스플레이의 인식이 향상된다.

신규한 것으로 간주되는 본 발명의 목적 및 특징들은 첨부된 특허 청구의 범위에 상세히 정의되어 있다. 부가적인 목적 및 장점들과 함께 그 구성 및 동작 방식 모두에 대해 첨부하는 도면을 참조로 다음의 상세한 설명을 참조할 때 본 발명을 가장 잘 이해할 수 있을 것이다.

다음 설명은 기술분야의 임의의 숙련자가 본 발명의 실시하고 사용할 수 있도록 제공되었으며 본 발명의 발명자가 고안한 최적의 실시 방법을 제시하고 있다. 그러나, 용이하게 제조가능하고 구현되는 상업적 실시예를 제공하기 위해 본 발명의 포괄적인 원리들이 이하에 상세히 정의되어 있기 때문에, 기술 분야의 숙련자는 본 발명을 여러가지로 변형할 수 있다는 것을 확실히 알 수 있을 것이다.

제1도는 저렴한 야간 시계 증가 시스템을 차량(점선으로 도시)에 예시적으로 설치한 것을 도시하는 개략도이다. 시스템(1000)은 차량(1010)(점선으로 도시)의 꼭대기에 있는 포인팅 기구(a pointing mechanism)(500)에 장착된 야간 시계 카메라(1)를 구비한다. 야간 시계 카메라(1)와 포인팅 기구(500)는 적정한 장착 설비(1012)(도시되지 않음)로서 차량(1010)의 꼭대기에 고정된다.

제1도에 상세히 도시된 바와 같이, 야간 시계 카메라(1)는 예시적인 실시예에서 휴우즈 에어크라프트 캄파니로부터 입수할 수 있는 "데이터비전" 헤드-업 디스플레이("Datavision" head-up display)(HUD)로서 구현될 수 있다. 데이터비전 HUD는 프로젝터(587), 합성기(1030), 트렁크에 위치된 디스플레이 전자회로(1040) 및 데이터 하네스 및 전원 하네스 케이블(1038, 1039)을 구비한다. 합성기(1030)는 프로젝터(587)에서 나오는 실상(a real image)을 디스플레이 하기 위해 차량(1010)의 전면 유리(1032)(점선으로 도시)에 장착된다. 케이블(1038, 1039)은 차폐되어 적당한 장착 브랫킷에 내장된다.

비디오 디스플레이는 데이터비전 HUD에 한정되어 있지 않다. 선택적으로, 카메라에서 나오는 실상을 디스플레이 하기 위해 차량 계기판에 장착되는 액티브 매트릭스 액정 디스플레이(LCD)가 사용될 수 있다. 액티브 매트릭스 LCD는 시트즌, 샤프, 및 도시바 등으로 부터 입수할 수 있다.

실상을 디스플레이 하는 대신에, 비디오 디스플레이는 허상(a virtual image)을 디스플레이 할 수 있다. 허상은 와싱톤주 레드몬드에 소재하는 버츄얼 비전(Virtual Vision)으로 부터 입수할 수 있는 "버츄얼 이미지 글래시즈(Virtual Image Glasses)" 제품으로서 디스플레이 될 수 있다. 버츄얼 이미지 글래시즈 제품은 차량의 범퍼 전면에 TV 같이 넓은 스크린 화상을 투사한다. 경찰은 상기 글래시즈 제품을 쓰고 전방의 장면을 쳐다 본다. 데이터는 하드와이어된 접속부 혹은 와이어리스(즉, 확산 스펙트럼) 송신을 통해 카메라에서 상기 글래시즈 제품으로 전송된다. 상기 글래시즈 제품 대신에, TV같이 넓은 스크린 화상을 차량 범퍼의 전면에 투사하기 위해 헬멧에 장착된 차양판(visor)이 사용될 수 있다.

선택적으로, 허상은 본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허출원 일련번호 제07/971, 799호, 발명의 명칭 "VIRTUAL IMAGE INSTRUMENT PANEL DISPLAY"에 개시되고 청구된 버츄얼 디스플레이(the virtual display)로서 차량 전면 유리에 직접 디스플레이될 수 있다. 소스로서 거울과 액티브 매트릭스 LCD를 구비하는 이 시스템은 차량 공장에서 설치되거나 또는 자동차 수리점에서 설치될 수 있다.

시스템(1000)은 차량(1010) 안쪽에 장착된 원격 제어 유닛(566)으로서 제어된다. 바람직한 실시예에서, 원격 제어 유닛(566)은 조이스틱(568)과 다수의 스위치들(572)로 구현된다. 카메라(1), 원격 제어 유닛(566) 및 프로젝션 유닛은 데이터 하네스 케이블(1038)과 전원 하네스 케이블(1039)에 의해 차량(1010)의 트렁크에 위치된 디스플레이 전자회로(1040)에 상호접속된다. 시계 증가 시스템(2)에 대한 세부사항은 본 발명의 참조로 일체화된 상술한 미합중국 특허출원들을 참조할 수 있다.

제2도는 제1도의 야간 시계 증가 시스템에 사용된 카메라(1)와 같이 적외선 센서(11)를 이용하는 광학 시스템(13)을 개략적으로 도시한다. 광학 시스템(13)은 도로(17)를 따라 있는 일정간격 이격된 점들(equally-spaced points)(15)의 초점을 초점면 어레이(a focal plane array)(19)에 맞춘다. 상술한 특허출원들에 개시된 바와 같이, 초점면 어레이(19)는 화상을 적당한 케이블(21)을 거쳐 최종적으로 디스플레이(23)로 공급하는 냉각되지 않은 검출기 어레이(an array of uncooled detedtors)(21)일 수 있다.

제2도의 광학 시스템(13)은 광각 광학 시스템(a wide-angle optical system) 즉, 차량(1010) 전면 밖의 근접하는 그리고 먼 시야의 점들 모두를 포함하는 광학 시스템이다. 이와 같은 시스템에서, 물체 공간에서 일정 간격 이격된 점들이 초점면 어레이(19) 상에 비선형으로 분포된다. 주요 광선의 이와 같은 비선형적인 분포로 운전자는 거리를 잘못 판단할 수 있다. 제2도의 시스템을 분석하면, 센서의 시야가 수평 치수에서 좁아짐에 따라, 디스플레이의 가로세로비가 줄어들어 운전자에게 같은 양의 수직 정보(즉, 일정한 수직 시야 각도(a constant vertical field angle)를 제시한다. 그래서, 가변하는 렌즈 각을 갖는 동일 차량의 일련의 사진에서, 렌즈 각이 넓어질 수록 차량이 얼마나 멀리 떨어져 있는 가를 판단하는 것이 점점 힘들게 된다. 불필요한 정보가 너무 많아 관측하는 사람이 디스플레이된 화상을 실제 세계에 연관시킬 수 없다. 게다가, 렌즈 각이 넓어질 수록 차량의 크기가 점점 작아지더라도, 근본적으로 운전자는 매번 바라 볼 때마다 상대적으로 동일할 "거리"를 보게 된다. 상기 사항은 차량의 크기가 상대적으로 임의의 운전자에게 공지되어 있다고 가정한다.

상기 분석은 센서와 디스플레이 시야간에 내재하는 관계를 증명한다. 이 관계는 "HFOV(Horizontal field of view)"가 수평 시야를 가리키는 다음 표에 실험적으로 양으로 표시되어 있다 :

[표 1]

제1도에 도시된 바와 같이, 표 1에 주어진 모든 가로세로비는 카메라/센서가 차량의 지붕에 장착되어 있는 약 30인치에서 바라 본 8.5 인치 수평 폭의 디스플레이에 사용하기 위한 것이다. 디스플레이 가로세로비가 심도 있는 인식을 위해 최적화되면, 시스템 설계자는 디스플레이된 정보의 절대 최소 양이 운전자에게 제시되게 한다. 이와 같은 최적화로 결국 운전자가 통상 육안으로 전면 유리를 통해 쳐다보는 정보만을 디스플레이하게 된다.

또한 발명자는 디스플레이(23)를 보는데 필요한 눈의 고정 횟수(the number of eye fixations)를 최소화하는 것이 바람직하다고 생각한다. 항공 전자 공학 디스플레이를 설계하여 이것을 항공기에 통합시키는 기술에 있어서, 디스플레이에서 나오는 정보를 인식하는데 필요한 눈의 고정 횟수는 각의 면적(angular area)에 직비례한다. 실제 경험으로 얻은 규칙에 따르면, 한 개의 눈을 고정시키는 데에는 미세하게 눈이 세번 움직이거나 또는 눈이 순간적으로 세번 움직(three fine eye movements or saccades)일 필요가 있고, 눈의 각 순간적인 움직임은 5도 각도(원형) 면적에 걸쳐 유용한 정보를 제공한다. 그래서, 눈을 고정시키는 회수를 최소로 하는 것이 항공기 , 자동차, 트럭, 레크리에이션용 차량 또는 임의의 다른 형태의 이동 장치용 디스플레이에 있어서 안전과 효율에 바람직하다. 바람직한 실시예는 보는 사람이 반드시 겪어야 되는 디스플레이 된 정보의 양을 최소로 함으로서 눈의 고정 회수를 최소로 한다.

또한, 실제 세계에 있어서의 물체와 디스플레이 상에 보여진 물체간의 전체적인 시스템 배율의 중요성에 유의하여야 한다. 시스템 배율은 다음과 같이 계산될 수 있다.:

[수학식 1]

여기서,

θ_O= 물체 공간에서 물체의 각도 대변(angular subtense of feature)

θ_D= 운전자 눈의 위치에서 디스플레이 상에 보여진 물체의 각도 대변(Angular subtense of feature)

[수학식 2]

여기서,

A : 디스플레이된 물체의 선형 치수(인치)

B : 눈에서 디스플레이까지의 거리

상기 관계식에 따르면, 1미만인 시스템 배율은 디스플레이(23)에서 판단 깊이(judging depth)에 있어서 문제를 초래한다. 만약 시스템 배율이 항상 값 "1"로 유지되었다면, 센서(11)의 시야는 문제가 되지 않을 것이다. 그러나, 이는 센서(11)에서 넓은 시야 각도를 위해 매우 큰 디스플레이(23)를 필요로 한다. 큰 디스플레이를 많은 차량들에 장착하는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에, 센서(11)의 수평 시야를 위해 넓은 시야 각도( a wide field angle)가 요구될 때 상기 서술된 관계식이 매우 유용하다.

본 발명에 따라 구성된 바람직한 실시예에서, 센서(11)의 시야는 수평으로 27도이고 수직으로 9도이다. 디스플레이(23)에서 운전자의 눈(24)까지의 평균 거리(22)가 30인치이고 화상 배율이 5 : 1 에서, 디스플레이의 가로세로비가 3 : 1로 선택됨으로서, 제3도에 도시된 바와 같이, 폭(수평)이 7.2인치이고 높이(수직)가 2.4인치인 디스플레이(23)가 된다. 비록 이것이 디스플레이(23)에 대해 가능한 유일한 위치일치라도 통상적인 자동차 도구 패널 클러스터 대신에 디스플레이(23)가 운전자 바로 앞에 위치한다.

상기 가르침은 차량에 가능한 모든 형태의 디스플레이들에 적용할 수 있는 것으로 생각된다. 차량이 디스플레이 위치에 관계없이, 투시되거나 또는 직접 보여지는 평면 패널, CRT가 본 발명에 따라 구현될 수 있다. 차량 전면에서 달리는 "장면"에 대한 센서 또는 카메라의 전망이 변함에 따라, 가로세로비와 센서 또는 카메라의 시야(카메라가 볼 수 있다면) 간의 임의의 실험적으로 유도된 관계는 어느정도 변할 수 있다. 삼각법을 적용하여 지정학적으로 용이하게 유도될 수 있지만, 일반적인 공식이 데이터로 유도되지는 않는다. 디스플레이 가로세로비(이 경우 3 : 1)의 선택에 있어서 중요한 고려사항은 수직 시야에서 불필요한 정보가 운전자를 혼란케시키는 것을 피하는 것이다. 그래서, 센서의 수평 시야가 넓을 수록, 디스플레이의 수직 치수는 좁아지게 된다.

실험적인 시험을 통해 결정된 것으로, 바람직한 실시예에서 제9도의 수직 시야가 최적이다. 바람직한 설치에서, 특수한 목적은 운전자의 눈이 전면 유리를 통한 그리고 디스플레이된 화상에 있는 시야를 벗어났을 때의 시간의 양을 줄이는 것이었다.

기술분야의 숙련자는 본 발명의 영역과 정신을 벗어나지 않고 방금 서술한 바람직한 실시예를 여러가지로 변형시키고 바꿀 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그래서, 첨부된 특허청구의 범위내에서 본 발명에 상세히 서술된 것 이외로 발명이 실시될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims

광각 광학 시스템(13)과 영상 디스플레이(19)를 구비한 센서(11)를 이용한 시스템으로서 보는 이에게 제시되는 장면을 최적화하기 위한 방법(a method of optimizing the scene presented to a viewer)에 있어서, 선택된 수평 치수의 시야(a field of view)를 갖도록 상기 센서(11)를 정렬시키는 단계; 및 상기 수평 치수에 근거하여 상기 디스플레이(19)를 위해 디스플레이 가로세로비(a display aspect ratio)를 선택하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 보는 이에게 제시되는 장면을 최적화하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 센서(1, 11)는 전면 유리(1032) 위에 장착되고, 상기 디스플레이 가로세로비는 관계식에 따라 선택되며, 이것에 의해 상기 디스플레이 가로세로비는 보는 이가 육안(24)으로 전면 유리(1032) 밖을 쳐다 보는(sees out of the windshield) 정보만을 제공하도록 상기 수평 치수가 좁아짐에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 보는 이에게 제시되는 장면을 최적화하기 위한 방법.
제2항에 있어서, 상기 센서(11)의 수직 시야(the vertical field of view)는 9도가 되도록 선택하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보는 이에게 제시되는 장면을 최적화하기 위한 방법.
제3항에 있어서, 상기 센서(11)의 수평 시야(the horizontal field of view)는 27도가 되도록 선택하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보는 이에게 제시되는 장면을 최적화하는 위한 방법.
제4항에 있어서, 디스플레이(23)에서 운전자 눈(24)까지의 평균 거리(22)는 30인치, 시스템 화상 배율은 5 : 1 그리고 디스플레이 가로세로비는 3 : 1이 되도록 선택하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보는 이에게 제시되는 장면을 최적화하기 위한 방법.
제2항에 있어서, HFOV가 수평 시야를 가리키는 다음 표에 따라 디스플레이 가로세로비를 선택하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 보는 이에게 제시되는 장면을 최적화하기 위한 방법.