DE3133889C2

DE3133889C2 - Verfahren zur Sichtsimulation

Info

Publication number: DE3133889C2
Application number: DE3133889A
Authority: DE
Inventors: Robert Dr.-Ing. 6078 Neu-Isenburg Stickel
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1981-08-27
Filing date: 1981-08-27
Publication date: 1984-04-26
Also published as: FR2512235A1; GB2106744A; GB2106744B; DE3133889A1; FR2512235B1; US4597740A

Abstract

Bei einer Sichtsimulation für das Training eines Gefechtsvorganges wird auf einem TV-Monitor (16) im Sehfeld der Optik einer auszubildenden Person das Bild eines Hintergrundes dargestellt und in dieses Hintergrundbild das Bild eines beweglichen Zieles eingeschnitten. Sowohl das Hintergrundbild als auch das Zielbild sind digital abgespeichert und gelangen nach Umsetzung in ein Videosignal auf dem Monitor zur Darstellung. Zur Simulation eines Wärmebildes auf dem Monitor werden die Grauwerte einer Tagesvideoaufnahme des Hintergrundes bildpunktweise mit einer Bewertungsfunktion behandelt, die z.B. durch Vergleich einer Tagesvideoaufnahme mit einem echten Wärmebild erhalten werden kann. Die Wärmebilddarstellung der eingeschnittenen Ziele kann beispielsweise rechnerisch erzeugt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sichtsimulation nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Von einem derartigen Verfahren wird insbesondere bei Geräten zum Training einer Gefechtssituation Gebrauch gemacht

Aus der DE-PS 28 03 101 ist es beispielsweise bekannt, ein Monitorbild als beliebigen Teilausschnitt aus einem Großbild zu erzeugen. Die Auswahl des Teilausschnittes erfolgt hierbei beispielsweise über mit Richtgriffen gekoppelte Adreßgeber, über die Teile von Einzelbildern abrufbar und zu einem Teilausschnitt des Großbildes zusammensetzbar sind. Gemäß der DE-OS 29 19 047 können diese Einzelbilder auch digital abgespeichert werden und es können in das auf dem Monitor dargestellte Hintergrundbild entsprechend dem adressierten Teilausschnitt auch Silhouetten oder Bilder bestimmter Gegenstände wie beispielsweise von beweglichen Zielen in den Bildinhalt eingeschnitten werden. Die Erzeugung dieser Silhouetten oder Bilder erfolgt hierbei in bekannter Weise durch einen Computer. Ordnet man einen solchen Monitor im Sehfeld einer Richtschützen- oder Kommandantenoptik an, so kann beispielsweise eine Gefechtsituation für Panzerbesatzungen simuliert werden.

In letzter Zeit haben sich insbesondere bei der Zielaufklärung in verstärktem Maße Wärmebildgeräte durchgesetzt, d. h. Geräte, die statt im optisch sichtbaren Spektrum im fernen Infrarotbereich arbeiten. Diese Wärmebildgeräte sind im allgemeinen fcrnsehkompatibel, da sie ähnliche Abtaststrukturen wie normale Fernsehbilder besitzen, d. h. sie sind in Zeilen und innerhalb der Zeilen in Grauwerten strukturiert, wobei

jo die Grauwerte der empfangenen Infrarotstrahlung der Szene zugeordnet sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß bei der Sichtsimulation in relativ einfacher Weise eine Darstellung entsprechend einem Wärmebild erzeugt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den abhängigen Unteransprüchen entnehmbar.

Aus der DE-PS 19 51 622 ist es ferner bekannt, mittels Richtgriffen eine in eine Modell-Landschaft einblickende Optik zu richten und zusätzlich in den optischen Strahlengang das Bild einer Kathodenstrahlröhre

4^r> einzuspiegeln, wobei auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre eine Schußbahn eines Projektiles dargestellt wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich ferner die Aufgabe gestellt, auch bei diesem Verfahren mit

^rii) Direkteinblick in eine Modell-Landschaft eine Sichtsimulation mit dem Eindruck eines Wärmebildes zu ermöglichen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß dem im Anspruch 6 gekennzeichneten Verfahren. Eine weitere Ausgestaltung dieses Verfahrens ist dem hierzu abhängigen Anspruch 7 entnehmbar.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind darin zu sehen, daß zur Ausübung des Verfahrens auf einem Trainingsgerät dieses selbst nicht mit einem Wärmebildgerät ausgestattet sein muß, was aus

bo Platzgründen in den meisten Fällen gar nicht möglich wäre und aus Kostengründen auch nicht erwünscht ist. Anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbeispielen sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

h¹"' F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des verwendeten CSI-Verfahrens (CSI =Computer Synthesized Imagery);

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines ersten Aiisführungs-

beispieles der Erfindung;

Fig.3 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung;

F i g. 4 ein Bild eines Hintergrundes mit Einzelobjekten;

Fig.5 ein schematisiertes Bild des gleichen Hintergrundes;

Fig.6 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Bewertung von Einzelobjekten mit einer Bewertungsfunktion-,und

F i g. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Gemäß F i g. 1 enthäk ein digitaler Bildspeicher 10 die digital umgesetzte Information eines Video-Großbildes. Durch Adressierung, wobei dies insbesondere durch Richtgriffe 11 geschieht, kann aus dem in dem Bildspeicher 10 abgespeicherten Großbild EBI-EBVIIl ein Teilbild TB abgerufen werden, das sich hier z. B. aus mehreren Einzelbildern EBI, EBII, EBV, EDVI zusammensetzt, wie dies in der DE-PS 28 03)01 und der DE-OS 29 19 047 beschrieben ist.

Ein Prozeßrechner 12 wählt aufgrund eines eingegebenen Übungsprogrammes aus einem digitalen Zielspeicher 13 eine digitale Zieldarstellung aus und er steuert einen Bildmischer 14 so, daß das digitale Zielbild in das digitale Teilbild eingeschnitten wird. Das so zusammengemischte Bild gelangt nach Digital/Analog-Umsetzung in einem Wandler 15 auf einem Monitor 16 zur Darstellung. Der Monitor 16 ist in nicht dargestellter Weise im Sehfeld einer Visieroptik angeordnet, wobei zwecks optimaler Bildgüte das Fernsehbild optisch so angepaßt ist, daß das Sehfeld der Optik der Größe des Bildschirmes entspricht.

Gemäß Fig.2 ist eine der Fig. 1 im wesentlichen entsprechende Anordnung dargestellt, die es ermöglicht, durch einen Umschalter 18 wahlweise mit einem Tages-Videobild oder einem durch Bewertung mittels einer Einrichtung 17 gewonnenen Wärme-Videobild zu arbeiten. Die Einrichtung 17 kann prinzipiell durch den Prozeßrechner 12 vorgegeben sein, der beispielsweise in einem Festwertspeicher die Bewertungsfunktion speichert. Bei dem Wärmevideobild handelt es sich um ein simuliertes Wärmebild, das folgendermaßen gewonnen wird:

Zur Darstellung des Wärmebildes einer Szene aus der Natur wird zunächst von dieser Szene ein Tages-Videobild aufgenommen und nach Digitalisierung in einem Tagesbild-Videospeicher 10 abgelegt. Sodann werden mit Hilfe einer in der Einrichtung 17 abgespeicherten Bewertungsfunktion die Grauwerte dieses Tages-Videobildes Bildpunkt für Bildpunkt so umgesetzt, daß das nach der Umsetzung darstellbare Bild für das menschliche Auge dem Wärmebild der gleichen Szene ähnlich wird. Die mit der Bewertungsfunktion umgesetzte Bildinformation wird in einem Wärmebild-Videospeicher 10' abgelegt. Die Bewertungsfunktion selbst kann beispielsweise dadurch gewonnen werden, daß die Grauwerte eines Tages-Videobildes mit denen eines echten Wärmebildes der gleichen Szene punktweise verglichen werden, worauf mit Hilfe von Klassierungsmethoden, sowie statistischen Verteilungen die Parameter der Bewertungsfunktion errechenbar sind.

Während gemäß Fig. 2 das Wärmebild durch eine Off-Line-Bearbeitung der einzelnen Bildpunkte in einem Rechner durch Behandlung mit einer Bewertungsfunktion gewonnen wird, worauf sodann sowohl das Tages-Videobild als auch das Wärme-Videobild aliernativ für eine Echtzeit-Sichtsimulation zur Verfugung stehen, bietet die Anordnung gemäß F i g. 3 die Möglichkeit einer On-Line-Umsetzung des im digitalen Tagesbild-Videospeicher 10 gespeicherten Hintergrundbildes. Durch Betätigung des Umschalters 18 kann der Bildmischer 14 an einer Absuchtabelle 19 angeschlossen werden, über die die digitale Tagesbild-Videoinformation geführt wird, wobei jeder Bildpunkt wiederum mit der ermittelten Bewertungsfunktion behandelt wird. Die Absuchtabelle 19 kann wiederum

ίο durch den Prozeßrechner 12 vorgegeben sein, der beispielsweise in einem Festwertspeicher die Bewertungsfunktion gespeichert aufweist Selbstverständlich kann die Absuchtabelle auch durch eine elektronische Schaltung realisiert werden.

F i g. 4 zeigt ein Beispiel eines Hintergrundbildes, das sich im wesentlichen aus Himmel H, Wald Wa, Büschen B und einer Wiese W/ zusammensetzt. Statt nun die Bewertungsfunktion, mit der die Grauwerte eines Tages-Videobildes in ein Wärme-Videobild umgesetzt werden, für das ganze Bild einheitlich vorzugeben, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Einzelobjekte im Hintergrundbild, wie Himmel H, Wald Wa, Büsche B und Wiese Wi jeweils mit einer spezifischen Bewertungsfunktion zu bewerten. Zu diesem Zweck wird gemäß den F i g. 5 und 6 ein Bildpunkt auf der Umrandung eines Einzelobjektes H, B, Wa, Wi in dem über eine Konsole 20 abgerufenen Teilbild hellgesteuert und der hellgesteuerte Bildpunkt mit einem Steuergerät 21 (z. B. Trackball) auf der Kontur des Einzelobjektes verschoben. Nach Umfahrung des Einzelobjektes werden alle Bildpunkte innerhalb der Umrandung mit einer für die Einzelobjekte H, B, Wa und W/ charakterischen Bewertungsfunktion umgesetzt. Diese Bewertungsfunktionen können in Absuchtabellen 19 des Prozeßrechners 12 abgelegt sein, wie dies in F i g. 6 angedeutet ist, oder wieder durch eine elektronische Schaltung realisiert werden.

Was die in das Bild des Hintergrundes eingeschnittenen Ziele betrifft, deren Wärme-Videobilder sich von ihren Tages-Videobildern sehr deutlich unterscheiden, da beispielsweise heiße Auspuffanlagen, warmgelaufene Ketten oder durch Schuß erwärmte Rohe eines Panzers sehr markante Stellen darstellen, so ist für deren simulierte Wärmebilddarstellun? ein anderer Weg zu beschreiten. Die Ziele werden, wie bereits erwähnt, bei einer Tagessichtsimulation durch Einschneiden bzw. Einstanzen in das Videobild gebracht. Die Quelle der Zieldarstellung bildet hierbei beispielsweise ein in Echtzeit von einem Rechner ermitteltes Zielbild. Dieses Verfahren ist als CGI-Verfahren bekannt (CGI = Computer Generated Image). Es ist aber auch möglich, ein Zielbild in einzelnen Fernseh-Voilbildern in Nicht-Echtzeit zu errechnen, in einem Speicher abzulegen und bei der Wiedergabe in Echtzeit abzurufen. In beiden Fällen bildet die Quelle des Zielbildes eine Datenbasis, die die geometrische Zielfigur durch eine geeignete Anzahl von Punkten auf der Figurenoberfläche beschreibt. Diese Beschreibung, d. h. die Datenbasis, kann nun für das Tagbild und das simulierte Wännebild gleichgewählt werden; lediglich für das Wärmebild werden einzelne Daten in der Datenbasis so ergänzt, daß die entsprechende Fläche einer markanten Stelle bei der Berechnung der Zielansicht für das simulierte Wärmebild mit einer anderen Helligkeit als bei dem Tagbild errechnet wird.

Das vorstehend erläuterte Verfahren zur Simulation eines Wärmebildgerätes ist nicht auf die Anwendung in Trainern beschränkt, deren Sichtsimulation mit Hilfe

des CSI-Verfahrens gelöst wird. Gemäß Fig. 7 kann auch bei einem Direkteinblick in eine Modell-Landschaft L mit sich darin bewegenden Modellzielen Z der Eindruck eines Wärmebildes erzeugt werden. Normalerweise blickt ein Beobachter durch eine über Richtgriffe richtbare Visieroptik 24 in die Modell-Landschaft L, in der sich die Ziele Z bewegen. Über einen in der Visieroptik 24 im Strahlengang angeordneten halbdurchlässigen schräggestellten Spiegel 25 wird beispielsweise das von dem Richtschützen gesehene Bild ausgespiegelt und einer Videokamera 22 zugeführt. Das vor der Videokamera 22 aufgenommene Videobild kann in der dargestellten Stellung des über den Umschalter 18 betätigbaren Schalters auf einem Monitor 16 dargestellt weiden, so dab beispielsweise ein Ausbilder die Richtbewegung der auszubildenden Person überwachen kann.

Soll nun der Gefechtsvorgang, d. h. die Zielaufklärung und Bekämpfung unter Verwendung einer Wärmebilddarstellung trainiert werden, so sind folgende Maßnahmen erforderlich: das sich in der Modell-Landschaft L bewegende Ziel Z wird an seinen markanten Stellen, d. h. insbesondere an den heißen Stellen, die durch das Rohr R, den Motor M und die Ketten K im wesentlichen vorgegeben sind, mit einer fluoreszierenden Farbe

versehen. Bei der Umschaltung auf ein simuliertes Wärmebildgerät durch den Umschalter 18 wird einerseits eine UV-Lampe 23 eingeschaltet, die über der Modell-Landschaft L angeordnet ist, und es wird andererseits der Monitor über einen Schalter an eine

ίο analoge Absuchtabelle 19 angeschlossen, üher die das Video-Signal der Kamera 22 geführt wird, um die Grauwerte der Tagesvideoaufnahme mit einer zuvor ermittelten Bewertungsfunktion zu behandeln. Zugleich wird das Bild des Monitors 16 bzw. eines weiteren Monitors Ί6' über einen Kippspiegel 26 in das Visier 24 des Richtschützen eingespiegelt. Der Klappspiegel 26 ist aus dem Strahlengang herauszuschwenken, wenn der Gefechtsvorgang mit im sichtbaren Bereich liegenden Strahlung trainiert werden soll. Gleichzeitig ist hierbei

die UV-Lampe 23 auszuschalten und die Absuchtabelle 19 muß umgangen werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Sichtsimulation, bei welchem zwecks Training eines Gefechtsvorganges auf einem TV-Monitor im Sehfeld einer auszubildenden Person das Bild eines Hintergrundes dargestellt und in diesen Hintergrund das Bild eines beweglichen Zieles eingeschnitten wird, wobei sowohl das Bild des Hintergrundes als auch das Bild des Zieles digital abgespeichert sind und nach Umsetzung in ein Videosignal zur Darstellung auf dem Monitor gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Grauwerte einer Tagesbild-Videoaufnahme des Hintergrundes Bildpunkt für Bildpunkt mit einem durch eine Bewertungsfunktion vorgegebenen Faktor umgesetzt werden, um eine Darstellung entsprechend einem Wärmebild zu erzeugen und daß die Datenbasis für das in das Hintergrundbild einzuschneidende Zielbild (13) bezüglich markanter Stellen verändert wird, um bei einer Wärmebildsimulation die den markanten Stellen zugeordneten Flächen hervorzuheben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einzelobjekte (H, Wa, B, Wi) in einer Tagesbild-Videoaufnahme des Hintergrundes mit einer ihnen spezifisch zugeordneten Bewertungsfunktion umgesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsfunktion durch bildpunktweisen Vergleich der Grauwerte eines Tagesbild-Videoaufnahme mit den Grauwerten eines echten Wärmebildes des gleichen Hintergrundes gewonnen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Off-Line-Umsetzung der Tagesbild-Videoaufnahme und Abspeicherung in einem von dem Tagesbild-Videospeicher (10) getrennten Wärmebild-Videospeicher (10').

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine On-Line-Umsetzung der Tagesbild-Videoaufnahme mittels einer zwischen den Tagesbild-Videospeicher (10) und einen Monitor (16) geschaltete, die Bewertungsfunktion speichernde Hardware-Absuchtabelle (19).

6. Verfahren zur Sichtsimulation durch Anvisieren einer Modell-Landschaft, in der sich Zielmodelle bewegen, mittels einer Visieroptik und Ausspiegelung des anvisierten Bildausschnittes auf eine Videokamera, dadurch gekennzeichnet, daß zur Simulation eines Wärmebildgerätes die markanten Stellen (R, M, K) der Ziele (Z) mit einer fluoreszierenden Farbe beschichtet sind und durch eine UV-Lampe (23) angeleuchtet werden, und daß eine auf diese Weise mit markanten Stellen versehene Tagesbild-Videoaufnahme über eine analoge die Bewertungsfunktion speichernde Absuchtabelle (19) einem Monitor (16, 16') zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des Monitors (16') in den Strahlengang der Visieroptik (24) einspiegelbar ist.