전방 시현기

전방 상향 시현기(前方 上向 示現機, 영어: head-up display, heads-up-display^[1], HUD) 또는 단순히 전방 시현기, 줄여서 HUD(/hʌd/) 또는 헤드업 유도 시스템(head-up guidance system, HGS)는 사용자가 평소 시야에서 눈을 돌릴 필요 없이 데이터를 표시하는 투명 디스플레이를 말한다. 이름의 유래는 비행사가 아래 계기판을 내려다보는 대신 머리를 "위"로 들고 전방을 보면서 정보를 볼 수 있다는 데서 왔다. HUD는 또한 조종사가 광학적으로 더 가까운 계기판을 본 후 외부를 보기 위해 눈을 재초점할 필요가 없다는 장점도 있다.

맥도널 더글러스 F/A-18 호넷의 HUD

원래는 군용 항공을 위해 개발되었지만, HUD는 현재 상업용 항공기, 자동차 및 기타 (대부분 전문적인) 응용 분야에서 사용된다.

전방 시현기는 증강 현실(AR)의 전신 기술로, 완전한 AR 경험에 필요한 기능의 일부를 포함했지만 가상 콘텐츠와 사용자의 실제 환경 간의 필요한 등록 및 추적 기능이 부족했다.^[2]

개요

글라스 플레이트 결합기(combiner)와 그 바로 아래의 볼록형 시준 렌즈가 장착된 PZL TS-11 이스크라 제트 훈련기의 HUD

일반적인 HUD는 프로젝터 유닛, 결합기, 비디오 생성 컴퓨터의 세 가지 주요 구성 요소로 이루어진다.^[3]

일반적인 HUD의 투사 유닛은 광학 시준기 구성으로, 음극선관, LED 디스플레이, 또는 액정 디스플레이를 초점에 둔 볼록 렌즈 또는 오목 거울이다. 이 구성(1900년 반사 조준경 발명 이래로 사용되어 온 설계)은 빛이 시준되는 이미지를 생성한다. 즉, 초점이 무한대에 있는 것처럼 인식된다.

결합기는 일반적으로 시청자 바로 앞에 위치한 기울어진 평면 유리 조각( 빔 스플리터 )으로, 시야와 투사된 무한대 이미지를 동시에 볼 수 있도록 프로젝터에서 투사된 이미지를 재지향시킨다. 결합기는 프로젝터 유닛에서 투사되는 단색광을 반사하는 동시에 다른 모든 파장의 빛을 통과시키는 특수 코팅을 가질 수 있다. 일부 광학 레이아웃에서는 결합기가 프로젝터에서 나오는 이미지를 재초점하기 위해 곡면을 가질 수도 있다.

컴퓨터는 HUD(즉, 투사 유닛)와 표시될 시스템/데이터 사이의 인터페이스를 제공하고, 투사 유닛이 표시할 이미지와 기호를 생성한다.

종류

고정형 HUD 외에도 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)도 있다. 여기에는 헬멧 마운티드 디스플레이(둘 다 HMD로 약칭)가 포함되며, 사용자 머리의 방향에 따라 움직이는 디스플레이 요소를 특징으로 하는 HUD 형태이다.

많은 현대 전투기(예: F/A-18, F-16, 유로파이터)는 HUD와 HMD를 동시에 사용한다. F-35 라이트닝 II는 HUD 없이 HMD에만 의존하도록 설계되어 고정형 HUD가 없는 최초의 현대 군용 전투기가 되었다.

세대

HUD는 이미지를 생성하는 데 사용되는 기술을 반영하여 4세대로 나뉜다.

• 1세대 - 음극선관을 사용하여 인광 스크린에 이미지를 생성하며, 인광 스크린 코팅이 시간이 지남에 따라 저하되는 단점이 있다. 현재 작동 중인 대부분의 HUD는 이 유형이다.
• 2세대 - 발광 다이오드와 같은 고체 광원을 사용하여 LCD 화면으로 이미지를 변조하여 표시한다. 이 시스템은 1세대 시스템처럼 빛이 바래거나 높은 전압이 필요하지 않다. 이 시스템은 상업용 항공기에 사용된다.
• 3세대 - 투사 시스템 대신 광도파로를 사용하여 결합기에 직접 이미지를 생성한다.
• 4세대 - 스캐닝 레이저를 사용하여 투명한 매체에 이미지와 비디오 이미지를 표시한다.

새로운 마이크로 디스플레이 이미징 기술이 도입되고 있으며, 여기에는 액정 디스플레이(LCD), 실리콘 액정표시장치(LCoS), 디지털 광원 처리(DMD), 유기 발광 다이오드(OLED) 등이 있다.

역사

기본 반사 조준경의 종단면 (1937년 독일 Revi C12/A)

C-130J의 부조종사용 HUD

HUD는 제2차 세계 대전 이전 군대전투기를 위한 시차 (천문학) 없는 광학 조준경 기술인 반사 조준경에서 발전했다.^[4] 자이로스코프 기관총 조준경은 기동 중에 표적을 맞추는 데 필요한 예측사격의 양을 해결하기 위해 속도와 회전율에 따라 움직이는 십자선을 추가했다.

1940년대 초, 영국 레이더 개발을 담당하던 통신 연구소(TRE)는 영국 왕립 공군(RAF) 야간 전투기 조종사들이 목표물에 접근할 때 레이더 조작자의 구두 지시에 반응하는 데 어려움을 겪고 있다는 것을 발견했다. 그들은 조종사를 위한 두 번째 레이더 디스플레이를 추가하는 실험을 했지만, 밝은 화면에서 어두운 하늘로 목표물을 찾기 위해 시선을 옮기는 데 어려움을 겪는다는 것을 알아냈다. 1942년 10월, 그들은 레이더 튜브의 이미지와 표준 GGS Mk. II 자이로 기관총 조준경에서 투사된 이미지를 윈드실드의 평평한 영역에, 그리고 나중에는 조준경 자체에 성공적으로 결합시켰다.^[5] 핵심적인 업그레이드는 원래의 AI Mk. IV 레이더에서 드 하빌랜드 모스키토야간 전투기에 사용된 마이크로파 주파수 AI Mk. VIII 레이더로의 전환이었다. 이 장치는 인공 수평선을 생성하여 헤드업 비행을 더욱 용이하게 했다.

1955년 미국 해군 해군 연구 개발국은 현대 제트기 조종사의 부담을 줄이고 비행 중 계기 조작을 덜 복잡하게 하기 위해 모의 HUD 개념 유닛과 사이드 스틱 조종간에 대한 연구를 수행했다. 그들의 연구는 당시 어떤 항공기에도 적용되지 않았지만, 그들이 만든 조잡한 HUD 모의 장치는 오늘날의 현대 HUD 유닛의 모든 기능을 가지고 있었다.^[6]

HUD 기술은 블랙번 버캐니어에서 영국 왕립 해군에 의해 다음으로 발전했으며, 그 시제품은 1958년 4월 30일에 처음 비행했다. 이 항공기는 매우 낮은 고도에서 매우 빠른 속도로 비행하며 몇 초 동안 폭탄을 투하하도록 설계되었다. 따라서 조종사가 계기판에서 폭격기로 시선을 돌릴 시간이 없었다. 이로 인해 고도, 대기 속도 및 총/폭탄 조준경을 단일 총 조준경과 같은 디스플레이에 결합하는 "스트라이크 조준경" 개념이 탄생했다. 새로운 HUD 설계 지지자들과 구형 전자 기계식 총 조준경 지지자들 사이에 치열한 경쟁이 있었고, HUD는 급진적이고 심지어 무모한 옵션으로 묘사되었다.

영국 국방부 공군 부서는 스트라이크 사이트 개발을 후원했다. 왕립 항공 연구소(RAE)는 장비를 설계했으며 "헤드업 디스플레이"라는 용어의 초기 사용은 이때로 거슬러 올라간다.^[7] 생산 단위는 신텔에 의해 제작되었고, 이 시스템은 1958년에 처음 통합되었다. 신텔 HUD 사업은 엘리엇 비행 자동화에 인수되었고, 버커니어 HUD는 Mark III 버전까지 제조 및 추가 개발되었으며, 총 375개의 시스템이 제작되었다. 이것은 영국 왕립 해군에 의해 '장착 및 잊어버려도 되는'이라는 칭호를 받았으며 거의 25년 후에도 여전히 사용 중이었다. BAE 시스템스는 GEC-마르코니 아비오닉스를 통해 엘리엇의 후계자로서 운용 중인 세계 최초의 헤드업 디스플레이에 대한 주장을 가지고 있다.^[8] 폭격 모드를 미사일 공격 모드로 대체한 유사한 버전은 1959년부터 잉글리시 일렉트릭 라이트닝에 장착된 AIRPASS HUD의 일부였다.

영국에서는 새로운 조준경으로 비행하는 조종사들이 항공기 조종에 더 능숙해지고 있다는 사실이 곧 주목되었다. 이 시점에서 HUD는 무기 조준을 넘어 일반 조종으로 목적을 확장했다. 1960년대, 프랑스 시험 조종사 길베르트 클롭프슈타인(Gilbert Klopfstein)은 최초의 현대 HUD와 표준화된 HUD 심볼 시스템을 만들어 조종사들이 단 하나의 시스템만 배우면 되고 항공기 간 전환을 더 쉽게 할 수 있도록 했다. 계기 비행 착륙 접근에 사용되는 현대 HUD는 1975년에 개발되었다.^[9] 클롭프슈타인은 전투기와 헬리콥터에 HUD 기술을 개척하여 조종사의 시야 내에서 중요한 비행 데이터를 중앙 집중화하는 것을 목표로 했다. 이 접근 방식은 조종사의 스캔 효율성을 높이고 "작업 과부하"와 정보 과다를 줄이는 것을 추구했다.

그 후 HUD 사용은 군용 항공기를 넘어 확장되었다. 1970년대에 HUD는 상업용 항공기에 도입되었고, 1988년 올즈모빌 컷라스 슈프림은 헤드업 디스플레이가 장착된 최초의 양산 자동차가 되었다.

몇 년 전까지만 해도 엠브라에르 190, 사브 2000, 보잉 727, 보잉 737보잉 737 클래식(737-300/400/500) 및 보잉 737 넥스트 제너레이션(737-600/700/800/900 시리즈) 항공기만이 HUD가 장착된 유일한 상업용 여객기였다. 그러나 캐나에어 RJ, 에어버스 A318 및 여러 비즈니스 제트기 등 항공기에서 이 기술이 더욱 보편화되고 있다. HUD는 보잉 787의 표준 장비가 되었다.^[10] 또한 에어버스 A320, A330, A340 및 A380 계열은 현재 HUD에 대한 인증 절차를 밟고 있다.^[11] HUD는 우주왕복선 궤도선에도 추가되었다.

설계 요소

헤드셋 컴퓨터 개념

HUD 설계에는 여러 가지 요소가 상호 작용한다.

• 시야 – "FOV"라고도 하며, 조종사의 눈에 수직 및 수평으로 맺히는 각도를 나타내며, 결합기가 외부 시야와 관련하여 심볼로지를 표시하는 각도를 나타낸다. 좁은 FOV는 결합기를 통해 보이는 시야(예: 활주로)에 활주로 환경의 경계 외에 추가 정보가 거의 없을 수 있음을 의미하며, 넓은 FOV는 '더 넓은' 시야를 허용한다. 항공 응용 분야에서 넓은 FOV의 주요 이점은 횡풍 시 활주로에 접근하는 항공기가 활주로 문턱에서 멀리 떨어져 있더라도 결합기를 통해 활주로를 볼 수 있다는 것이다. 반면 좁은 FOV에서는 활주로가 결합기의 '가장자리'를 벗어나 HUD의 시야에서 벗어난다. 사람의 눈은 분리되어 있으므로 각 눈은 다른 이미지를 받는다. HUD 이미지는 설계 과정에서 기술 및 예산 제한에 따라 한쪽 또는 양쪽 눈으로 볼 수 있다. 현대의 기대는 양쪽 눈이 동일한 이미지를 본다는 것, 즉 "양안 시야(FOV)"이다.
• 시준 – 투사된 이미지는 시준되어 광선이 평행하게 된다. 광선이 평행하므로 사람의 눈 렌즈는 깨끗한 이미지를 얻기 위해 무한대에 초점을 맞춘다. HUD 결합기에 시준된 이미지는 광학적 무한대 또는 그 근처에 존재하는 것으로 인식된다. 이는 조종사의 눈이 외부 세계와 HUD 디스플레이를 보기 위해 재초점을 맞출 필요가 없다는 것을 의미한다. 이미지는 외부 세계에 겹쳐서 "저기"에 있는 것처럼 보인다. 이 기능은 효과적인 HUD에 필수적이다. HUD에 표시되는 상징 정보와 그 정보가 겹쳐지는 외부 세계 사이에서 재초점을 맞출 필요가 없다는 것이 시준된 HUD의 주요 장점 중 하나이다. 이는 조종사가 조종석 내부에서 재초점을 맞추고 다시 외부로 시선을 돌리는 데 필요한 몇 초가 매우 중요한 안전 임계 및 시간 임계 기동에서 HUD에 특별한 고려 사항을 제공한다. 예를 들어 착륙의 마지막 단계에서 그러하다. 따라서 시준은 고성능 HUD의 주요 특징이며, 예를 들어 자동차 앞유리에 시준되지 않은 정보를 단순히 반사하여(운전자가 전방 도로에서 주의를 분산시키고 재초점하게 함) 운전자를 재초점하고 주의를 전환하게 하는 소비자 품질 시스템과 차별화된다.
• 아이박스 – 광학 시준기는 평행한 빛의 원통을 생성하므로 시청자의 눈이 그 원통 내의 3차원 영역, 즉 헤드 모션 박스 또는 아이박스 내에 있을 때만 디스플레이를 볼 수 있다. 현대 HUD 아이박스는 일반적으로 측면 5인치, 수직 3인치, 종방향 6인치(13x8x15 cm) 정도이다. 이는 시청자에게 약간의 머리 움직임의 자유를 허용하지만, 너무 위아래 또는 좌우로 움직이면 디스플레이가 시준기의 가장자리를 벗어나 사라지고, 너무 뒤로 움직이면 가장자리 주변이 잘려나간다(비네팅). 조종사는 한쪽 눈이 아이박스 안에 있는 한 전체 디스플레이를 볼 수 있다.^[12]
• 휘도/대비 – 디스플레이는 주변 조명(예: 밝은 구름의 눈부심부터 달 없는 야간 접근, 최소한의 조명이 있는 들판까지 다양할 수 있음)을 고려하여 휘도와 대비를 조절할 수 있다.
• 정렬 – 항공기 HUD 구성 요소는 항공기의 세 축과 매우 정확하게 정렬된다. 이 과정을 정렬이라고 하며, 표시된 데이터가 실제와 일치하도록 일반적으로 ±7.0 밀리라디안(±24 분각)의 정확도를 가지며, HUD의 FOV에 따라 달라질 수 있다. 여기서 "일치"라는 단어는 "결합기에 물체가 투영되고 실제 물체가 보일 때, 그것들이 정렬될 것"을 의미한다. 이를 통해 디스플레이는 조종사에게 인공 지평선이 어디에 있는지, 그리고 항공기의 예상 경로를 매우 정확하게 보여줄 수 있다. 예를 들어 강화된 비행 시야가 사용될 때, 활주로 조명의 표시가 실제 활주로 조명이 보일 때 실제 활주로 조명과 정렬된다. 정렬은 항공기 제작 과정에서 이루어지며, 많은 항공기에서는 현장에서도 수행할 수 있다.^[9]
• 스케일링 – 표시되는 이미지(비행 경로, 피치 및 요 스케일링 등)는 외부 세계와 정확히 1:1 관계를 이루도록 조종사에게 그림을 제시하도록 스케일링된다. 예를 들어, 조종석에서 보이는 지평선 아래 3도에 있는 물체(예: 활주로 문턱)는 HUD 디스플레이의 -3도 인덱스에 나타나야 한다.
• 호환성 – HUD 구성 요소는 다른 항공 전자 장비, 디스플레이 등과 호환되도록 설계된다.

항공기

F-14A 톰캣의 헤드업 디스플레이

항공기 항공 전자 시스템에서 HUD는 일반적으로 이중 독립 이중화 컴퓨터 시스템으로 작동한다. 이들은 항공기 내 센서(피토정압관, 자이로스코프, 항법 등)에서 직접 입력을 받아 자체 계산을 수행하며, 비행 컴퓨터에서 이전에 계산된 데이터를 받지 않는다. 다른 항공기(예: 보잉 787)에서는 저시정 이륙(LVTO) 및 저시정 접근을 위한 HUD 유도 계산이 자동 조종 장치를 구동하는 동일한 비행 유도 컴퓨터에서 제공된다. 컴퓨터는 항공기 시스템과 통합되어 ARINC 429, ARINC 629, MIL-STD-1553과 같은 여러 다른 데이터 버스에 연결할 수 있다.^[9]

표시되는 데이터

헤드업 디스플레이의 표시 데이터 기호

일반적인 항공기 HUD는 대기속도, 고도 (높이), 지평선 선, 방위, 선회/뱅크 및 미끄러짐/옆 미끄러짐 지시기를 표시한다. 이러한 계기는 14 CFR Part 91에서 요구하는 최소한의 계기이다.^[13]

일부 HUD에서는 다른 기호와 데이터도 제공된다.

• 조준경 또는 수선 기호 — 디스플레이에 고정되어 항공기 기수가 실제로 향하는 곳을 보여준다.
• 비행 경로 벡터(FPV) 또는 속도 벡터 기호 — 조준경처럼 단순히 항공기가 향하는 곳이 아니라 항공기가 실제로 가는 곳을 보여준다. 예를 들어, 항공기가 고받음각 비행 중이거나 하강하는 공기 속을 비행하여 기수가 위로 향했지만 하강하는 경우, 조준경 기호는 수평선 위에 있더라도 FPV 기호는 수평선 아래에 있을 것이다. 접근 및 착륙 시 조종사는 FPV 기호를 원하는 하강 각도와 활주로 터치다운 지점에 유지하여 접근을 비행할 수 있다.
• 가속 지시기 또는 에너지 신호 — 일반적으로 FPV 기호의 왼쪽에 있으며, 항공기가 가속 중이면 그 위에 있고, 감속 중이면 FPV 기호 아래에 있다.
• 받음각 지시기 — 날개의 공기 흐름에 대한 각도를 보여주며, 종종 "α"로 표시된다.
• 항법 데이터 및 기호 — 접근 및 착륙을 위해 비행 유도 시스템은 계기 착륙 장치 또는 광역 증강 시스템과 같은 증강 GPS와 같은 항법 보조 장치를 기반으로 시각적 신호를 제공할 수 있다. 일반적으로 이는 비행 경로 벡터 기호 안에 맞는 원이다. 조종사는 유도 신호를 "따라 비행"하여 올바른 비행 경로를 따라 비행할 수 있다.

HUD에 도입된 이후 FPV와 가속도 기호는 헤드다운 디스플레이(HDD)의 표준이 되고 있다. HDD의 FPV 기호의 실제 형태는 표준화되어 있지 않지만 일반적으로 두 개의 짧은 각진 선(180 ± 30도)과 하강하는 선 끝에 "날개"가 있는 단순한 항공기 그림이다. FPV를 지평선에 유지하면 조종사가 다양한 뱅크 각도로 수평 선회를 비행할 수 있다.

군용 항공기 특정 응용 분야

모의 도그파이트 중 FA-18 HUD

위에 설명된 일반 정보 외에도 군사 응용 분야에는 다음과 같은 무기 시스템 및 센서 데이터가 포함된다.

• 표적 지정(TD) 지시기 — 공중 또는 지상 표적 위에 단서를 표시한다(일반적으로 레이더 또는 관성항법장치 데이터에서 파생됨).
• V_c — 표적과의 접근 속도.
• 거리 — 표적, 웨이포인트 등까지의 거리.
• 무기 탐색기 또는 센서 시선 — 탐색기 또는 센서가 향하는 곳을 보여준다.
• 무기 상태 — 선택된 무기의 유형 및 수, 사용 가능 여부, 무장 여부 등을 포함한다.

VTOL/STOL 접근 및 착륙

1980년대에 미군은 수직 이착륙(VTOL) 및 단거리 이착륙(STOL) 항공기에서 HUD 사용을 시험했다. 미국 항공 우주국에임스 연구 센터에서 VTOL 및 STOL 항공기 조종사에게 카테고리 III C 터미널 영역 비행 작업에 대한 완전한 비행 유도 및 제어 정보를 제공하기 위한 HUD 형식이 개발되었다. 여기에는 육상 활주로의 STOL 비행부터 항공모함의 VTOL 작업까지 다양한 비행 작업이 포함된다. 이 디스플레이 형식의 주요 특징은 조종사가 한 번의 시선으로 쉽게 이해할 수 있는 좁은 시야에 비행 경로 및 추적 유도 정보를 통합하고, 수직 및 수평 상황 정보를 중첩하는 것이다. 이 디스플레이는 재래식 수송 항공기를 위해 개발된 성공적인 설계의 파생물이다.^[14]

민간 항공기 특정 응용 분야

미국 항공 우주국의 걸프스트림 V 조종석에 합성 시각 시스템 디스플레이가 장착되어 있다. HUD 결합기는 조종사 앞에 있으며(그 위에 프로젝터가 장착됨), 이 결합기는 곡면을 사용하여 이미지를 집중시킨다.

헤드업 디스플레이의 사용은 상업용 항공기에 상당한 운영 유연성을 제공한다. 시스템은 저시정 이착륙 및 착륙, 그리고 완전 수동 카테고리 III A 착륙 및 활주가 승인되었다.^[15][16][17] 처음에는 비싸고 물리적으로 커서 이러한 시스템은 이를 지원할 수 있는 대형 항공기에만 설치되었다. 이들은 자동 착륙을 표준으로 지원하는 동일한 항공기(HUD가 옵션이었던 특정 터보프롭 유형 제외)였기 때문에 Cat III 착륙에 헤드업 디스플레이가 불필요했다. 이로 인해 상업용 항공기에서 HUD 채택이 지연되었다. 동시에 연구에 따르면 착륙 중 HUD를 사용하면 모든 착륙 조건에서 중심선으로부터의 측면 편차가 감소하지만, 중심선을 따라 터치다운 지점은 변경되지 않는 것으로 나타났다.^[18]

일반 항공의 경우, MyGoFlight는 STC를 받고 스카이디스플레이(SkyDisplay) HUD를 시러스 SR22와 같은 단일 피스톤 엔진 항공기에는 설치비 미포함 25,000달러에, 세스나 캐러밴 또는 필라투스 PC-12와 같은 단일 엔진 터보프롭 항공기에는 더 높은 가격에 판매할 것으로 예상한다. 이는 기존 HUD 비용의 5~10% 수준이지만, 정합형이 아니어서 외부 지형과 정확히 일치하지 않는다.^[19] 태블릿 컴퓨터의 비행 데이터는 1,800달러짜리 Epic Optix Eagle 1 HUD에 투사될 수 있다.^[20]

강화된 비행 시야 시스템

 이 부분의 본문은 강화된 비행 시야 시스템입니다.

헤드업 디스플레이를 통해 보이는 열화상

미국 연방항공국(FAA)이 '강화 비행 시야 시스템'(Enhanced Flight Vision System)으로 명명한^[21] 더 고급 시스템에서는 실제 시각 이미지를 결합기 위에 겹쳐 표시할 수 있다. 일반적으로 적외선 카메라(단일 또는 다중 대역)가 항공기 기수에 설치되어 조종사에게 정합된 이미지를 표시한다. "EVS 강화 시야 시스템"(Enhanced Vision System)은 업계에서 통용되는 용어이지만 FAA는 "91.175(l) 및 (m)에 명시된 시스템 정의 및 운영 개념과 혼동될 수 있다"고 판단하여 사용하지 않기로 결정했다.^[21] 한 EVS 설치 사례에서는 카메라가 "조종사의 눈 위치에 가능한 한 가깝게" 설치되는 대신 수직 안정판 상단에 실제로 설치된다. 그러나 HUD와 함께 사용될 때 카메라는 이미지가 조종사가 결합기를 통해 보는 실제 세계와 "겹쳐지도록" 기대되므로 조종사의 눈 위치에 가능한 한 가깝게 장착되어야 한다.

"정합"(Registration), 즉 EVS 이미지와 실제 이미지의 정확한 중첩은 HUD 기반 EVS 승인 전에 당국이 면밀히 조사하는 기능 중 하나이다. 이는 HUD가 실제 세계와 일치하고 오해의 소지가 있는 정보 대신 정확한 데이터를 제공할 수 있는 것이 중요하기 때문이다.

EVS 디스플레이가 크게 도움이 될 수 있지만, FAA는 카테고리 I 접근에서 카테고리 II 최소치로 항공기가 EVS를 사용하여 수행할 수 있도록 운영 규정만 완화했다.^[22] 다른 모든 경우에는 비행 승무원이 모든 "비보조" 시각 제한을 준수해야 한다. (예를 들어, 안개 때문에 활주로 가시성이 제한된 경우 EVS가 선명한 시각 이미지를 제공하더라도 지상 100피트 미만에서 EVS만을 사용하여 항공기를 조종하는 것은 적절하지 않다(또는 합법적이지 않다).)

합성 시각 시스템

 이 부분의 본문은 합성 시각 시스템입니다.

합성 시각 시스템 디스플레이 (하니웰)

HUD 시스템은 또한 고정밀 항법, 자세, 고도 및 지형 데이터베이스를 사용하여 외부 세계에 대한 현실적이고 직관적인 시야를 생성하는 합성 시각 시스템(SVS) 그래픽 이미지를 표시하도록 설계되고 있다.^[23][24][25]

오른쪽에 표시된 첫 번째 SVS 헤드다운 이미지에는 왼쪽의 대기속도 테이프, 오른쪽의 고도 (높이) 테이프, 그리고 상단 중앙의 선회/뱅크/슬립/스키드 디스플레이가 즉시 보인다. 조준경 기호(-v-)는 중앙에 있고 그 바로 아래에는 비행 경로 벡터(FPV) 기호(짧은 날개와 수직 안정판이 있는 원)가 있다. 디스플레이를 가로지르는 지평선이 중앙에 끊어져 보이며, 바로 왼쪽에는 ±10도에 숫자가 있고 ±5도에 짧은 선(±5도 선이 더 잘 보인다)이 있는데, 이것들은 지평선과 함께 항공기의 피치 각도를 보여준다. 헤드다운 주비행 디스플레이에 SVS를 색상으로 표현한 이 이미지와 달리 HUD에 표시되는 SVS는 단색이다. 즉, 일반적으로 녹색 음영으로 표시된다.

이미지는 날개가 수평인 항공기(즉, 비행 경로 벡터 기호가 지평선에 대해 평평하고 선회/뱅크 지시기에 롤이 0임)를 나타낸다. 대기 속도는 140노트, 고도는 9,450피트, 방향은 343도(선회/뱅크 지시기 아래 숫자)이다. 이미지를 자세히 살펴보면 비행 경로 벡터에서 약간 오른쪽 아래로 벗어난 작은 보라색 원이 보인다. 이것은 비행 유도 시스템에서 오는 유도 신호이다. 접근 시 안정화되면 이 보라색 기호는 FPV 중앙에 위치해야 한다.

지형은 고해상도 지형 데이터베이스에서 전적으로 컴퓨터로 생성된다.

일부 시스템에서는 SVS가 항공기의 현재 비행 경로 또는 가능한 비행 경로(항공기 성능 모델, 항공기의 현재 에너지 및 주변 지형 기반)를 계산한 다음, 조종사에게 경고하기 위해 모든 장애물을 빨간색으로 표시한다. 이러한 시스템은 1995년 12월 아메리칸 항공 965편 추락 사고가 산에 충돌하는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있었다.

디스플레이 왼쪽에는 보라색의 가로 사다리 모양으로 점차 작아지는 SVS 고유의 기호가 있으며, 디스플레이 오른쪽에도 계속 이어진다. 두 선은 "하늘 터널"을 정의한다. 이 기호는 항공기의 3차원 비행 궤적을 정의한다. 예를 들어, 조종사가 왼쪽에 있는 공항을 선택했다면 이 기호는 왼쪽으로 구부러져 아래로 내려갈 것이다. 조종사가 비행 경로 벡터를 궤적 기호와 나란히 유지하면 항공기는 최적의 경로를 비행하게 된다. 이 경로는 비행 관리 시스템의 데이터베이스에 저장된 정보에 기반하며 해당 공항에 대한 FAA 승인 접근 방식을 보여줄 것이다.

하늘 터널은 필요 항법 성능(RNP)과 같이 수직 또는 수평 간격 요건이 줄어드는 등 보다 정밀한 4차원 비행이 필요한 경우 조종사에게 큰 도움이 될 수 있다. 이러한 조건에서 조종사는 항공기가 어디에 있어야 하고 어디로 가야 하는지에 대한 그래픽 정보를 제공받으며, 조종사가 고도, 대기 속도, 방향, 에너지, 경도 및 위도를 정신적으로 통합하여 항공기를 정확하게 비행할 필요가 없다.^[26]

전차

2017년 중반, 이스라엘 방위군은 엘비트의 아이언 비전(Iron Vision), 즉 세계 최초의 전차용 헬멧 마운티드 헤드업 디스플레이 시험을 시작할 예정이다. F-35용 헬멧 마운티드 디스플레이 시스템을 개발한 이스라엘의 엘비트는 아이언 비전이 외부 장착 카메라 여러 대를 사용하여 전차 주변의 360도 시야를 승무원의 헬멧 마운티드 바이저에 투사할 계획이다. 이를 통해 승무원들은 해치를 열고 밖을 볼 필요 없이 전차 안에 머물 수 있다.^[27]

2025년에 패트리아 테크놀로지스(Patria Technologies)와 디스턴스 테크놀로지스(Distance Technologies)의 협력으로 발표된 프로그램은 헬멧 없이도 차량의 윈드실드에 헤드업 디스플레이를 장착하는 것을 목표로 한다. 이 프로그램은 또한 AI를 사용하여 데이터 표시 및 처리를 지원할 계획이다.^[28]

자동차

 이 부분의 본문은 자동차 헤드업 디스플레이입니다.

BMW E60의 HUD

이 사진 상단 근처의 윈드실드에 있는 녹색 화살표는 2013년 토요타 프리우스의 헤드업 디스플레이이다. 이 화살표는 GPS 내비게이션 안내 화살표와 속도계 사이를 전환한다. 화살표는 자동차가 회전에 접근할 때 앞으로 스크롤되는 것처럼 애니메이션 처리된다. 이 이미지는 어떤 종류의 유리 결합기 없이 투사된다.

이러한 디스플레이는 양산 자동차에서 점점 더 많이 사용 가능하며, 일반적으로 속도계, 타코미터 및 내비게이션 시스템 디스플레이를 제공한다. 자동차 야간 투시경 정보도 특정 자동차의 HUD를 통해 표시된다. 대부분의 항공기에서 발견되는 HUD와 달리 자동차 헤드업 디스플레이는 시차 없이 작동하지 않는다. 편광 렌즈가 있는 선글라스를 착용한 운전자에게는 디스플레이가 보이지 않을 수 있다.

추가 HUD 시스템도 존재하며, 윈드실드 위 또는 아래에 장착된 유리 결합기에 디스플레이를 투사하거나 윈드실드 자체를 결합기로 사용한다.

최초의 자동차 내 HUD는 1999년 제너럴 모터스 코퍼레이션에서 운전자의 시야 전방에 내비게이션 서비스를 표시하는 기능으로 개발되었다. 2010년대로 접어들면서 AR 기술이 도입되어 기존의 자동차 내 HUD와 결합되었다. 이 기술을 기반으로 내비게이션 서비스가 차량의 윈드실드에 표시되기 시작했다.^[29]

2012년에 파이오니아는 운전석 선바이저를 대체하고 전방 상황을 애니메이션으로 시각적으로 중첩시키는 HUD 내비게이션 시스템을 출시했는데, 이는 증강 현실의 한 형태이다.^[30][31] 파이오니아가 개발한 AR-HUD는 가상 망막 디스플레이(VRD)라고도 알려진 직접 눈에 레이저 빔 스캐닝 방식을 사용하는 최초의 애프터마켓 자동차 헤드업 디스플레이가 되었다. AR-HUD의 핵심 기술은 MicroVision, Inc.가 개발한 소형 레이저 빔 스캐닝 디스플레이를 포함한다.^[32]

모터사이클 헬멧 HUD도 시판되고 있다.^[33]

최근 몇 년 동안, 기존의 HUD는 웨이레이가 개발한 것과 같이 홀로그램 광학 요소(HOE)를 사용하는 홀로그램 증강 현실 기술로 대체될 것이라는 주장이 제기되었다. HOE는 시야를 넓히면서 장치의 크기를 줄이고 모든 자동차 모델에 맞게 솔루션을 맞춤화할 수 있게 한다.^[34][35] 메르세데스 벤츠는 증강 현실 기반 헤드업 디스플레이를 도입했으며,^[36] 포레시아는 시선 및 손가락 제어 헤드업 디스플레이에 투자했다.^[37]

추가 개발 및 실험적 사용

HUD는 다른 여러 응용 분야에서 제안되거나 실험적으로 개발되고 있다. 군사 환경에서 HUD는 보병에게 레이저 거리 측정기 출력이나 분대원 위치와 같은 전술 정보를 중첩하는 데 사용될 수 있다. 또한 수영 선수의 고글 또는 스쿠버 다이버 마스크 내부에 정보를 표시하는 프로토타입 HUD도 개발되었다.^[38] 저전력 레이저로 착용자의 망막에 직접 정보를 투사하는 HUD 시스템(가상 망막 디스플레이)도 시험 중이다.^[39][40]

2012년에 개발된 HUD 제품은 실시간 언어 번역을 수행할 수 있었다.^[41] 광학식 헤드 마운티드 디스플레이 구현에서 아이탭 제품은 컴퓨터 생성 그래픽 파일을 렌즈에 중첩하여 표시할 수 있다. 구글 글래스는 또 다른 초기 제품이었다.

같이 보기

• 항공 기사 색인
• 항공 전자 공학 약어 및 약자
• 증강 현실
• HUD (비디오 게이밍)
• 페퍼의 유령 - 유사한 반사 효과의 무대극 버전.
• 스마트글래스
• 가상 망막 디스플레이
• VR 위치 추적
• 착용 컴퓨터