DE3204134C2

DE3204134C2 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Monitorbildes als beliebiger Teilausschnitt aus einem Großbild

Info

Publication number: DE3204134C2
Application number: DE19823204134
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. 6078 Neu Isenburg Stickel; Winfried 6368 Bad Vilbel Zimmermann
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1982-02-06
Filing date: 1982-02-06
Publication date: 1986-09-04
Also published as: FR2521375B1; DE3204134A1; GB2115660A; GB2115660B; FR2521375A1; GB8302646D0

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Monitorbildes als beliebiger Teilausschnitt aus einem in einem Massenspeicher gespeicherten Großbild angegeben, wobei aneinandergrenzende Einzelbilder in einen Zwischenspeicher mit schnellem Zugriff geladen werden, der aus einzelnen Video-Bildspeichern besteht. Als Massenspeicher ist eine Laser-Bildplatte vorgesehen und es ist ein Prozeßrechner angeordnet, der bei einer Verschiebung des Teilausschnittes pro TV-Takt die Verschieberichtung des Teilausschnittes bestimmt und in Abhängigkeit von der Verschieberichtung entsprechende Video-Bildspeicher des Zwischenspeichers zum Löschen und Nachladen durch die Laser-Bildplatte freigibt. Je nach Verschieberichtung kann die Nachladung einen oder mehrere Video-Bildspeicher des Zwischenspeichers betreffen. Eine alternative Lösung sieht mehrere das gleiche Großbild speichernde Massenspeicher vor, deren Adressierung in Abhängigkeit von der festgestellten Verschieberichtung des Teilausschnittes geändert wird. Ein Zwischenspeicher kann in diesem Fall entfallen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Vorrichtung findet insbesondere Anwendung bei Geräten zum Training einer Gefechtssituation, wobei der Monitor beispielsweise im Sehfeld einer Richtoptik angeordnet ist

Aus der DE-PS 28 03 101 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Monitorbildes von einem Großbild bekannt, wobei das Großbild mittels mehrerer Kameras in einzelne Teilbilder zerlegt wird, deren Inhalt jeweils demjenigen eines Einzel-TV-Bildes entspricht Ein beliebiger Teilausschnitt aus dem Großbild, der sich somit aus Teilen mehrerer Einzelbilder zusammensetzt, kann durch spezielle schaltungstechnische Maßnahmen erzeugt werden. Die Auswahl des Teilausschnittes erfolgt hierbei beispielsweise über mit Richtgriffen gekoppelte Adreßgeber, Über die die entsprechenden Teile von Einzelbildern abrufbar und zu dem Teilausschnitt zusammensetzbar sind.

Statt die Einzelbilder durch eine Kamera und einen zugeordneten Bildausschnitt zu speichern, können gemäß der DE-OS 29 19 047 die Einzelbilder auch digital in einem Massenspeicher beliebigen Speiches-mediums abgespeichert werden. Eine solche Lösung bietet den Vorteil, daß in das auf dem Monitor dargestellte Bild entsprechend dem adressierten Teilausschnitt auch Silhouetten bzw. Bilder bestimmter Gegenstände, wie beis spielsweise von beweglichen Zielen, in den Bildinhalt eingeschnitten werden können.

Wälirend bei den zuvor erwähnten bekannten Vorrichtungen von digitalen Bildspeichern Gebrauch gemacht wird, wobei zur Bildung eines Teilausschnittes

ίο aus mehreren Einzelbildern spezifische schalungstechnische Maßnahmen erforderlich sind, ist bereits in der DE-OS 31 33 866 die Verwendung von üblichen Computerspeichern für die Speicherung eines Hintergrundbildes vorgeschlagen worden. Dort wurde ferner vorgeschlagen, die Hintergrund-Bildinformation ebenso wie die digital gespeicherte Information über ein Ziel im Hintergrund mit einer Entfernungsinformation zu versehen, so daß sich Hinterschneidungen des Ziels mit dem Gelände bildlich auf dem Monitor darsteüen lassen.

Bei dem Verfahren gemäß diesem älteren Vorschlag läßt sich zwar prinzipiell die Sichtsimulation für optische Beobachtungsgeräte mit beliebigen Vergrößerungen und Sehfeldern verwirklichen; jedoch sind beträchtliche Anforderungen an die Speicherkapazität zu stellen, die durch die Größe des darzustellenden Panoramas, d.h. den gesamten darzustellenden Azimut- und Elevationsbereich und die Sehfeldgröße bestimmt ist, was nachfolgend erläutert werden solL
Wählt man im Interesse der bestmöglichen Auflösung des Bildes im Beobachtungsgerät das üblicherweise kreisförmige Sehfeld gleich der Höhe des Monitors, so läßt sich bei gegebenem, gesamtem Azimut- und Elevationsbereich die benötigte Speicherkapazität für das Gesamtpanorama in Vielfachen der Speicherkapazität für ein Monitorbild wie folgt ausrechnen:

Z- A-E

In diesen Gleichungen bedeuten:

Za = Anzahl der Bildspeicher in Azimut

Ze = Anzahl der Bildspeicher in Elevation

so Z = Gesamtzahl der erforderlichen Bildspeicher

S = Sehfeld des Beobachtungsgerätes

A = Azimutbereich des darzustellenden Panoramas

E = Elevationsbereich des darzustellenden Pano-

ramas

Der in den Gleichungen vorkommende Faktor 3/4 ist durch das typische Seitenverhältnis von Fernsehmonitoren gegeben, deren Höhe 75% der Breite ausmacht
Will man beispielsweise ein Panorama mit einem Azimutwinkel von .A = 120° und einem Elevationswinkel von E= 30° mit einem Beobachtungsgerät bestreichen, dessen Sehfeld 10° beträgt, so benötigt man:

120°

9 Azimut-Bildspeicher

30°

= 3 Elevations-Bildspeicher

Z = 27 Bildspeicher

Bei einer typischen Auflösung eines Monitorbildes mit 600 Zeilen aus 800 Bildpunkten muß jeder Bildspeicher eine Kapazität von 480 000 Speicherstellen besitzen, was bei einer Wortlänge von 8 bit (1 Byte) pro Speicherstelle eine Kapazität von 480 K Byte ergibt

Man erkennt aus der Gleichung (3), daß bereits bei einer üblichen Panoramagröße und üblichen Sehfeldern Panoramaspeicher mit beträchtlichter Kapazität benötigt werden, was zu entsprechenden Kosten führt Noch ungünstigere Verhältnisse ergeben sich, wenn beispielsweise das Beobachtungsgerät zwei oder gar mehrere umschaltbare Vergrößerungen und damit Sehfelder besitzt Nimmt man beispielsweise eine 8- bzw. 16fache Vergrößerung mit Sehfeldern von 5° bzw. 2,5° an, so sind bei sonst gleichem Panoramaausschnitt gemäß Gleichung (3) Panoramaspeicher mit einer Kapazität

432 Bildern

108 Bildern

erforderlich.

Computerspeicher mit einer solch hohen Kapazität sind aber für den vorliegenden Anwendungsfall wirtschaftlich nicht mehr tragbar. Darüber hinaus wären an solche Computerspeicher hohe Anforderungen bezüglich der Zugriffsgeschwindigkeit zu stellen, da bei der üblichen Fernsehnorm von 25 Bildern pro Sekunde jeweils der gesamte Inhalt eines Bildes in 40 ms zur Verfügung stehen muß, was bei einem Speicherbedarf für ein Bild von 480 K Byte bereits zu einer Datentransfergeschwindigkeit von 12 M Byte pro Sekunde führt

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung gemäß der DE-OS 29 19 047 in der Weise zu verbessern, daß unter Verwendung eines relativ preiswerten Massenspeichers die Zugriffsprobleme leicht beherrscht werden können. Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen gekennzeichnete Erfindung.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als Massenspeicher ein Laser-Bildplattenspeicher verwendet, der relativ preiswert ist und derzeit eine Speicherkapazität von bis zu 54 000 Fernsehbildern aufweist, und es werden Einzelbilder von diesem Bildplattenspeicher in einen als Zwischenspeicher mit schnellem Zugriff dienenden Panoramaspeicher geladen, dor aus mehreren digitalen Video-Bildspeichern besteht. Bei einer sich ändernden Adressierung und einer daraus folgenden Verschiebung des Teilausschnittes aus mehreren Einzelbildern ermittelt ein Prozeßrechner die Verschieberichtung und lädt aus dem Bildplattenspeicher einzelne Video-Bildspeicher des Panoramaspeichers nach, wobei in diese Video-Bilderspeicher die aufgrund der Verschiebung mutmaßlich benötigte Bildinformation geladen wird.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entfällt der Panorama-Zwischenspeicher und es werden dafür mehrere Laser-Büdplattenspeicher anstatt des einen Bildplattenspeichers angeordnet, die alle das gleicht· Großbild speichern. Erneut errechnet der Prozeßrechner bei einer geänderten Adressierung die Verschieberichtung des aus mehreren Einzelbildern zusammengesetzten Teilausschnittes aui dem Großbild und adressiert dementsprechende Einzelbilder in jedem Laser-Bildplattenspeicher.

In den beiden beiliegenden Figuren sind zwei unterschiedliche Lösungen der gleichen Aufgabe dargestellt, wobei die Lösung gemäß F i g. 1 von einem aus mehreren Video-Bildspeichern bestehende Zwischenspeicher

ίο Gebrauch macht und wobei gemäß F i g. 2 unmittelbar auf mehrere Massenspeicher Zugriff genommen wird. Anhand dieser beiden Figuren sei im folgenden die Erfindung näher beschrieben.
Gemäß F i g. 1 liefert eine Richtvorrichtung 100 über nicht dargestellte mit ihr gekoppelte Adreßgeber Adressen an einen Prozeßrechner 120. Der Prozeßrechner 120 steuert daraufhin beispielsweise über eine Steuerung 140 eine Zugriffselektronik 160 so an, daß der Inhalt B des stark umrandeten Video-Bildspeichers 5 nach Umsetzung durch einen Digital/Video-Wandler 180 auf einem TV-Monitor 200 zur B :v-stellung gelangt Die auf den Monitor 200 ausgerichtete nicht dargestellte Optik erfaßt hierbei einen Bildausschnitt entsprechend dem kreisförmig eingezeichneten Sehfeld 5. Der Video-Bildspeicher 5 bildet einen Teil eines Panorama-Bildspeiciiers 220 mit schnellem Zugriff, der beispielsweise eine Kapazität für 9 einzelne Fernsehbilder besitzt In der Regel handelt es sich hierbei um getrennte digitale Video-Bildspeicher 1 bis 9, die beliebig angeordnet sein können und Einzelbilder digital abspeichern, welche zusammengesetzt ein Panorama oder einen Ausschnitt aus diesem Panorama bilden.

Der Panorama-Bildspeicher 220 wird unter Steuerung durch den Prozeßrechner 120 aus einem Laser-Bildplattenspeicher 240 geladen, wobei über eine Steuerung 260 bestimmte Video-Bildspeicher 11 bis 9 freigegeben und immer ganze Einzelbilder in die jeweilig adressierten Video-Bildspeicher 1 bis 9 neu geladen werden.
Im TV-Takt von 40 ms wird der Prozeßrechner 120 mit weiteren Adressen von der Richtvorrichtung 100 gespeist, aus denen er eine Veränderung: der darzustellenden Bildinformation errechnet. Es sei beispielsweise angenommen, daß nach 40 ms der gestrichelt dargestellte Bildinhalt B' zur Darstellung zu bringen ist Dieser Bildinhalt B' bildet einen Teilausschnitt aus den vier Video-Bildspeichern 5, 6, 8 und 9, die jeweils einzelne aneinandergrenzende Fernsehbilder speichern. Es ist zu erkennen, daß bei der dargestellten Verschiebung des Bildausschnittes die Video-Bildspeicher I. bis 4 und 7 an der Bilddarstellung nicht mehr beteiligt sind und somit für neue Bildinhalte frei werden. Der Prozeßrechner 120 veranlaßt daraufhin durch einen Steuerbefehl den Laser-Bildplattenspeicher 240 zur Abgab«: von 5 neuen Fernsehbildern 10 bis 14 und er gibt übei; die Steuerung 260 die Bildspeicher 1 bis 4 und 7 dos IPanoramaspeichers 220 zum Naciiiaden mit dieser Bildinformation frei. Wenn beispielsweise die Verschiebung des Bildausschnittes B' exakt in der schräg nach unrlen gerichteten Bilddiagonalen oder exakt in horizontaler oder vertikaler Richtung erfolgt, so wird dies ebenfalls von dem Prozeßrechner 120 erkannt und das Nachladen der Video-Bildspeicher kann auf die Fernsehbilder Jl bis 13 bzw. 10 oder 14 beschränkt werden.

Man erkennt, daß das Nachladen von Fünf Bildern den ungünstigsten Fall darstellt, was bei einem TV-Takt von 40 ms zu einer Zykluszeit von 200 ms liührt. In dieser Zeit darf sich der ursprüngliche Bildausschmitt maximal um eine Bildschirmbreite in horizontaler Richtung bzw.

5

um eine Bildschirmhöhe in vertikaler Richtung verschie- und 240⁹ und der Prozeßrechner 120 befiehlt eine geänben, da sonst die Bildspeicher noch nicht fertig geladen derte Adressierung von Einzelbildern in den Speichern sind. 24O¹ bis 24O⁴ und 240⁷, wobei diese Einzelbilder an die

Aus dieser Forderung ergibt sich eine Bewegungsge- Einzelbilder 5, 6, 8 und 9 rechts und unten angrenzen, schwindigkeit von 5 wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Eine Löschung von Einzel

bildern erfolgt hierbei nicht.

_4_ S AS Es liegt auf der Hand, daß auch eine aus den F i g.

^Ya " 3 ' 57"" \5T und 2 kombinierte Vorrichtung zur Anwendung gelangen kann, die mehrere Laser-Bildplattenspeicher in Azimutrichtung und von io und einen Zwischenspeicher 220 verwendet.

In allen Ausführungsbeispielen ist die Anzahl der ver-

_ 5 wendeten Laser-Bildplattenspeicher und Video-Bild-

^E ~ 5T speicher im Zwischenspeicher beliebig wählbar und die

beschriebenen Anordnungen, bei denen diese Zahl mit in Elevationsrichtung. 15 gewählt wurde, sind nur als Beispiele anzusehen.

In diesen Gleichungen bedeuten:

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen Va = Azimut-Bewegungsgeschwindigkeit

S - Sehfeld

T = Zykluszeit (TV-Takt = 40 ms)

Setzt man die Zykluszeit in die vorstehenden Gleichungen ein, so ergeben sich maximale Bewegungsgeschwindigkeit von:

Κλ = 6,6 S pro Sekunde Vf = 5 S pro Sekunde

30

Diese Werte liegen aber so hoch, daß Einzelheiten durch die Bedienungsperson an der Beobachtungsoptik nicht mehr wahrgenommen werden können, d. h. die sich theoretisch ergebenden maximalen Bewegungsgeschwindigkeiten sind weit größer als sie für normale Beobachtungsvorgänge an Trainingsgeräten mit derartiger Sichtsimulation benötigt werden.

Die Laser-Bildspeicherplatte mit ihrer hohen Speicherkapazität gestattet die Abspeicherung mehrerer Panoramen in Tag- und Wärmebildversion. Die Zeit, die erforderlich ist, um den Panorama-Bildspeicher beim Umschalten zwischen zwei Vergrößerungen oder beim Umschalten von Tagbild auf Wärmebild neu zu laden, liegt deutlich unterhalb der für echte Umschaltungen in Originalgeräten benötigten Zeit

Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß F i g. 1 dadurch, daß nunmehr der aus mehreren Video-Bildspeichern bestehende Zwischenspeicher 220 entfällt und dafür mehrere Laser-Bildplattenspeicher 240' bis 24O⁹ angeordnet sind. Jeder Laser-Bildp'attenspeicher 240' bis 24O⁹ speichert das gleiche Großbild, bestehend aus beispielsweise 54 000 aneinandergrenzenden Einzelbildern. Der Prozeßrechner 120 adressiert die Laser-Bildplattenspeicher aufgrund der von der Richtvorrichtung 100 ausgegebenen Adresse in der Weise, daß beispielsweise in den Speichern 240' und 24O³ drei horizontal aneinandergrenzende Einzelbilder, in den Speichern 240⁴ bis 24O⁶ drei darunter liegende Einzelbilder und in den Speichern 240⁷ bis 24O⁹ drei nochmals darunter liegende Einzelbilder adressiert werden. Ist der Bildinhalt B gemäß F i g. 1 darzustellen, so wird nur der Laser-Bildplattenspeicher 240^s über die Steuerung 140 durch die Zugriffselektronik 160 ausgelesen und nach Umsetzung in dem Digital/Video-Wandler 180 auf dem Monitor 200 zur Darstellung gebracht Ist der Bildinhalt Βπ'τατ Darstellung zu bringen, so verknüpft die Zugriffselektronik 160 die Einzelbilder in den Speichern 240⁵, 260⁶, 24O⁸

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Monitorbildes als beliebiger Bildausschnitt aus einem in einem Massenspeicher gespeicherten Großbild, mit mehreren aus dem Massenspeicher ladbaren Video-Bildspeichern zur Aufnahme von aneinandergrenzenden Teilbildern, aus denen der Bildausschnitt gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laser-Bildplatte (240) als Video-Massenspeicher verwendet wird und daß bei einer Verschiebung des Bildausschnittes pro Bilddauer die Verschieberichtung bestimmt wird und in Abhängigkeit voa der Verschieberichtung die in den Video-Bildspeichern (220; 1 bis 9) gespeicherten Teilbilder gelöscht werden, welche auf Grund der erkannten Verschieberichtung während der folgenden Bilddauer nicht mehr vom Bildausschnitt erfaßt werden und demnach die während der nächsten Bilddauer neu erfaßten Teilhaber in die gelöschten Video-Bildspeicher nachgelaö?m werden,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von den Adreßsignalen einer Richtvorrichtung (100) beaufschlagten Prozeßrechner (120) zur Steuerung der Laser-Bildplatte (240) und zur Freigabe einzelner Video-Bildspeicher (220; 1 bis 9).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine von dem Prozeßrechner (120) gesteuerte Zugriffselektronik (140, 160) für die Adressierung und Auslesung der Video-Bildspeicher (220; 1 bis 9).

4. Vorrichtung zur Erzeugung eines Monitorbildes als beliebiger Bildausschnitt aus einem in einem Massenspeicher gespeicherten Großbild, gekennzeichnet durch die Anmdiuing mehrerer, das gleiche Großbild speichernder Last.-Bildplattenspeicher (24O¹ bis 240*) und eine Einrichtung (120) zur Ermittlung der Verschieberichtung des Bildausschnittes pro Bilddauer und Änderung der Adressierung der einzelnen Laser-Bildplattenspeicher in Abhängigkeit von der ermittelten Verschieberichtung.