DE3851366T2 - Digitaler Generator von Konturlinien. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Computergraphikanzeigen und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Erzeugen und zur Anzeige von Konturlinien auf graphischen Systemen, welche elektronische Landkarten wiedergeben.
• Systeme zur elektronischen Landkartendarstellung, welche eine Karte mit topographischen Merkmalen des Geländes erzeugen, welches unmittelbar einen Flugkörper umgibt, sind bekannt, z. B. US-A 4484 192. Von den wenigen Systemen, welche speziell allein zur Echtzeit-Landkartengeneration bestimmt sind, wurde das Problem der Echtzeiterzeugung von Konturlinien mit einer entsprechenden Hardware nicht berücksichtigt. Softwarelösungen für die Erzeugung von Konturlinien ergeben eine Verlangsamung der Aufbaurate der sich bewegenden Anzeige sofern nicht sehr umfangreiche Speicher verwendet werden. Dies ist ein besonders wichtiges Problem, wenn ein Bild mit 256 · 256 Pixeln mit einer Geschwindigkeit von 20 neuen Bildern pro Sekunde auf den neuesten Stand gebracht werden soll. Die Verarbeitung solcher Anzeigedaten müßte innerhalb einer Mikrosekunde pro Datenpunkt erfolgen.
• In einem Aufsatz "A New Technique for Automatic Contouring and Contour Representation from Machine-Readable Spatial Data" veröffentlicht in THE COMPUTER JOURNAL, Band 29, Heft 5, 1986, Seiten 467 bis 471 beschreiben M. Rom und S. Bergman einen digitalen Konturliniengenerator gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Das in diesem Aufsatz beschriebene Verfahren erfordert eine Vorverarbeitung der Konturkarten, um die Konturlinien stückweise in parametrischer Form darzustellen und ihre zukünftige Nutzung zu speichern. Das Verfahren beginnt mit einer Gruppe von Punkten auf der Karte, deren Höhenlage vorgegeben ist. Diese Gruppe wird weiterverarbeitet, um die stückweise parametrische Darstellung der Konturlinien zu erzeugen, und wird in einer Datenbank gespeichert. Die zukünftige Entnahme und Weiterverarbeitung der Konturinformationen erfolgt durch Zugriff auf diese Datenbank.
• Die im Anspruch 1 gekennzeichnete vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung zur Echtzeit-Erzeugung von Konturlinien für jede neue Seitendarstellung, ohne dabei die Anzeigeaufbaugeschwindigkeit zu verringern. Durch die Verwendung entsprechend ausgebildeter digitaler Hardware kann die Vorrichtung programmierbar gemacht werden und behindert nicht die hohe Datenweitergabegeschwindigkeit innerhalb des Landkartensystems, dem sie zugeordnet ist. Bevorzugte Ausführungsformen und Einzelheiten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
• Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Überlagerung einer Anordnung von Konturlinien über eine sich bewegende Landkartenanzeige geschaffen, welche einen Digitalspeicher zur elektronischen Speicherung von Höhendaten, Mittel zur Erzeugung digitaler, den gewünschten Höhenkonturlinien entsprechender Signale sowie Mittel zur Lieferung digitaler Datensignale umfassen, welche einer normalen Anzeige einer Region von vorgegebenen Koordinatenpositionen auf der Landkartenanzeige entsprechen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kartendatenbank als eine X-Y-Anordnung von Datenwerten in ganzzahligen Speicherplätzen abgelegt, aus denen eine andere X-Y-Anordnung von Datenwerten entsprechend anzeigbarer Pixel abgeleitet wird. Jedes Anzeigepixel wird durch Mittelwertbildung aus vier Geländehöhenwerten an geradzahligen Speicherplätzen abgeleitet, welche den gerade betrachteten Punkt umgeben. Ein Kantendetektor vergleicht die Werte von Datenpunkt-Signalpaaren, um ein Kriterium zu liefern, welches bestimmt, ob eine Konturlinie an einem Punkt in der Anzeige erscheinen soll. Der Mittelwert von vier Höhendatenwerten wird für jeden gewünschten Punkt herausgezogen und mit dem gemessenen Kantensignal kombiniert. Eine Konturlinie wird erzeugt, sobald eine Kante vorhanden ist und die mittlere Höhe der vier Datenpunkte einem vorgegebenen Konturhöhenpunkt entspricht. Eine Tabelle bestimmt die Konturlinienabstände. Sie kann mit den gewünschten Abständen vor der Benutzung in Gang gesetzt werden und kann darüber hinaus dem Ändern der Abstände entsprechend der unterlagerten elektronischen Kartendarstellung programmierbar sein. Wird ein Konturdatenpunkt festgestellt, so überschreibt er die normale Datenanzeige. Ein Folgegenerator erzeugt Taktsignale zum Synchronisieren der Höhendatensignale mit dem Betrieb der Höhenmittelwertschaltung.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen wiedergegeben. Darin zeigt:
• Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild mit einem Kantendetektor, einem Höhenmittelwertbildner, einem Konturspeicher sowie dynamischen Datenschaltern und Quellen von Eingangssignalen für die Systemlogik, wie sie für die Durchführung der Erfindung erforderlich sind;
• Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild des Kantendetektors;
• Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild der Schaltung zur Bildung von Höhendaten- Mittelwerten;
• Fig. 4 ein Blockschaltbild des Folgegenerators zur Erzeugung der Taktsignale; und
• Fig. 5 verschiedene vom Folgegenerator gemäß Fig. 4 erzeugte Kurvenformen und ihre zeitliche Zuordnung.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Die allgemeinen Prinzipien von Konturlandkarten sind bekannt. Eine Konturlinie auf einer Papierlandkarte ist eine Linie, welche Punkte gleicher Höhenlage miteinander verbindet. Solche Konturlinien sind üblicherweise fortlaufend und gleichförmig dargestellt mit Ausnahme an den Rändern der Landkarte. Für einen vorgegebenen Maßstab sind die Höhenwerte als feste Abstände, beispielsweise aller 500 Fuß definiert. Der zur Erzielung einer angenehmen und gut sichtbaren Darstellung von Geländeeinzelheiten durch die Verwendung von Konturlinien erforderliche Abstand ist im allgemeinen eine Funktion der Geländetopographie. Ein Gebiet, wie beispielsweise der Staat Kansas, bestehend aus großen flachen Regionen braucht relativ kleine Konturlinienabstände. Für Berge oder ein hügeliges Gelände hingegen würde ein relativ großer Abstand erforderlich sein, um zu verhindern, daß Einzelheiten der Landkarte durch Konturlinien verdeckt werden. Die bei elektronischen Landkartenanzeigen verwendeten Konturlinien sind in ihrer Funktion und Anwendung denjenigen auf Papierlandkarten ähnlich.
• Betrachtet man nunmehr Fig. 1, so besteht der dortige Konturliniengenerator aus einem Kantendetektor 10, einer Schaltung 20 zur Bildung von Höhenmittelwerten, einem Folgegenerator 30, einem Konturspeicher 40 sowie einem dynamischen Datenschalter 50. In der Kartenanzeigevorrichtung, für welche der vorliegende Konturgenerator benutzt werden soll, sind die Landkartendaten als eine X-Y-Anordnung von Höhenwerten gespeichert. Die Geländehöhenlage wird mit konstanten vorgegebenen Abständen abgetastet, die feste lineare Abstände (z. B. km, Yards oder Meilen) oder vorgegebene Winkelwerte (Bogensekunden) sein können, falls ein sphärisches Erdmodell Anwendung findet.
• Das Gelände kann als ein X-Y-Gitter wiedergegeben werden, in dem ein Höhenpunkt an jeder X-Y- Stelle festgelegt ist. Die Daten sind in der gleichen Weise in einem Speicher organisiert, welcher die Daten an die Einrichtung gemäß der Erfindung liefert. Dies ermöglicht eine direkte X-Y-Adressierung eines bestimmten Höhenpunktes.
• Die X-Y-Höhendaten werden vom externen Speicher über einen Bus 12 in Form von vier Geländehöhenwerten P1, P2, P3, P4 geliefert. Ein Anfangsdatenpunkt P0 [X, Y] wird in den Datenspeicher geladen. Beide Adressen X und Y müssen vorhanden sein, um einen Punkt auf der Kartendarstellung zu definieren. Während die Adressen im allgemeinen sowohl ganzzahlige all auch Bruchteile aufweisen, enthält die Speicheranordnung Daten nur an ganzzahligen Speicherplätzen, um den erforderlichen Datenspeicherraum möglichst gering zu halten. Der Bruchteil-Anteil der P0 [X, Y]-Adressen wird folglich abgerundet. Der neue Datenpunkt entsprechend einem ganzzahligen Ort wird in einer weiteren Speicheranordnung abgelegt und mit P1 bezeichnet. Die Adresse für den Punkt P2 wird aus derjenigen von P1 dadurch erzeugt, daß man Y konstant hält und 1 dem X hinzufügt. Der Punkt P3 wird aus P2 erzeugt, indem man 1 zu Y hinzufügt und 1 von X abzieht. Schließlich erzeugt man den Punkt P4 aus dem Punkt P3 durch Addieren von einer 1 zu X. Da all diese Operationen ganzzahlig sind, können sie äußerst schnell durch einfache Addierer oder bidirektionale Zähler vorgenommen werden. Die Signale P1, P2 und P3 werden dann auf dem Bus 14 dem Kantendetektorschaltkreis 10 zugeleitet. Ein neuer Punkt P0' wird anschließend durch den nicht dargestellten Adreßerzeugungsschaltkreis berechnet, und diese Operation wird solange wiederholt bis man vier Punkte um den neuen Punkt P0' herum erzeugt hat. Da eine 4-Pixel-Nachbarschaft um den gewünschten Punkt extrahiert wird, ist es möglich, nützliche Information durch Analysieren der extrahierten Daten abzuleiten. So kann man durch Vergleichen der Werte der Datenpunkte feststellen, ob die durch die vier Punkte bestimmte Fläche flach ist. Es ist auch möglich, eine verwendbare Abschätzung der Höhenlage durch Mittelwertbildung der vier benachbarten Elevations- Datenpunkte zu erhalten. Dies bietet wichtige Vorteile gegenüber einem System, welches für jeden Ausgabepunkt nur auf einen Datenpunkt zugreift, weil es dann nicht möglich ist, Oberflächeneigenschaften genauso genau und leicht festzustellen.
• Der Kantendetektor 10 besteht aus den Verriegelungsschaltungen 16, 18 und 22, welche die Datenpunktsignale P2, P1 bzw. P3 empfangen. Die Verriegelungsschaltungen werden über den Bus 24 mit einem Signal aus dem Folgegenerator 10 geladen. Dieser wiederum wird synchron mit einem Taktsignal gesteuert, welches nicht Gegenstand der Erfindung ist. Die Ausgangssignale der Verriegelungsschaltungen 16 und 18 gelangen auf Bussen 32 und 34 zu einem Vergleicher, dessen Funktion noch beschrieben wird. In ähnlicher Weise kommen die Ausgangssignale der Verriegelungsschaltungen 18 und 22 über Busse 36 und 38 zu einem Vergleicher 42. Die Vergleicher 26 und 42 liefern auf den Leitungen 44 und 46 Signale an das Gatter 48. Dessen Ausgang ist über die Leitung 52 auf ein logisches UND-Gatter 54 aufgeschaltet, welches sich im dynamischen Datenspeicher 50 befindet.
• Betrachtet man nunmehr den Höhenmittelwertschaltkreis 20 in Fig. 1, so werden die abgeleiteten Datenpunkte P1, P2, P3 und P4 über einen Bus 56 einem Addierer 58 zugeführt, der ein Ausgangssignal über die Leitung 60 an ein Schieberegister 52 liefert, dessen Ausgangssignal auf der Leitung 64 zu einer Verriegelungsschaltung 66 gelangt. Diese spricht ferner auf ein Taktsignal aus dem Folgegenerator 30 an, welches auf der Leitung 70 ankommt, um die Verriegelungsschaltung zu laden. Das Schieberegister 62 empfängt ferner ein Taktsignal vom Folgegenerator 30 auf der Leitung 72. Der Ausgang des Addierers 58 liegt über die Leitung 74 an der Verriegelungsschaltung 68, wodurch eine zyklische Verriegelungsschaltung entsteht, deren Funktion später beschrieben wird. Signale vom Folgegenerator 30 werden ferner auf den Leitungen 76 bzw. 78 zum Laden und Löschen der Verriegelungsschaltung weitergegeben.
• Ein Höhenmittelwertsignal gelangt von der Verriegelungsschaltung 66 über die Leitung 80 zum Adreßkonturspeicher 40. Dieser ist als lineare Anordnung von einem Bit Breite und 256 Worten Länge als Höhenkonturtabelle ausgebildet. Verwendet man wahlfreien Zugriff zum Speicher, so kann er dynamisch reprogrammiert werden, um die Höhenwerte zu ändern, an denen Konturen erwünscht sind. Bei Verwendung eines Nur-Lesespeichers ROM ist der Schaltungsaufwand geringer, weil die Tabelle nicht geladen werden muß. Ein Wert 1 an einem Speicherplatz zeigt an, daß eine Konturlinie bei einem entsprechenden Höhenwert erscheinen soll. Ein Wert 0 besagt, daß bei diesem Höhenwert keine Konturlinie wiedergegeben werden soll.
• Das entweder den Wert logisch 0 oder logisch 1 aufweisende Ausgangssignal des Konturspeichers 14 gelangt über die Leitung 82 an einen Eingang des UND-Gatters 54. Dessen Ausgang ist über die Leitung 84 mit dem Auswahleingang S des Multiplexers 86 verbunden, um seinen Eingang A oder B auszuwählen. Der Eingang A empfangt die normalen Kartenanzeigedaten über die Leitung 88, welche von einem Multiplexer 86 auf der Leitung 90 zu einem nicht gezeigten Anzeigepuffer gelangen. Einer Konturlinie entsprechende Daten werden über die Leitung 92 einer Verriegelungsschaltung 94 zugeführt und durch einen Taktimpuls auf der Leitung 96 von einem nicht gezeigten externen Zentralrechner geladen. Die im Speicher 94 gespeicherten Daten gelangen über die Leitung 98 zum Eingang B des Multiplexers 86. Sein Ausgang O steht über die Leitung 90 mit dem Anzeigepuffer in Verbindung.
• Nach der Beschreibung des Schaltungsaufbaus soll nunmehr die Betriebsweise des in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert werden.
• Anhand von Fig. 2 wird die Arbeitsweise des Kantendetektors 10 beschrieben. In diesem System werden die digitalen Geländedaten aus einem Großspeicher ausgelesen, um ein Landkartenbild aufzubauen. Das sich ergebende Bild ist eine X-Y-Anordnung von Datenwerten, die Anzeigepixeln entsprechen. Die zuvor beschriebene Technik wird zum Heraussuchen von vier Datenpunkten P1, P2, P3 und P4 in der Nachbarschaft der Anfangsadresse P0 benutzt. Wie erwähnt, entsprechen die berechneten Datenpunkten ganzzahligen Positionen auf der X-Y-Anzeige. Das externe Adressiersystem führt eine rasterartige Abtastung der X-Y-Anordnung von Höhendaten durch. Die bei der Abtastung erzeugte Adresse für den Punkt P0 fällt nicht immer auf eine ganzzahlige Position. Die vier nächstliegenden Datenwerte, welche tatsächlich auf ganzzahligen Stellen auftreten und folglich physikalische Plätze im Speicher sind, werden mit P1, P2, P3 und P4 bezeichnet. Nimmt man beispielsweise an, daß es erwünscht ist, einen Höhenbereich von Null bis 16.000 Fuß bei minimalen Konturabständen von 64 Fuß anzuzeigen, so kann der Wert 16.000 in binärer Form durch ein 8-Bit-Wort dargestellt werden. Abhängig von der gewünschten Genauigkeit kann man größere Wortlängen wählen. Beim Herausziehen der Daten mit der 4-Punkt-Technik bestimmt die Schaltung nach Fig. 2, ob eine Konturlinie an einem bestimmten Punkt der Anzeige der elektronischen Landkarte auftreten soll oder nicht. Mit einer Gruppe von Kriterien wird definiert, um unter alleiniger Verwendung der Punkte P1 bis P4 zu bestimmen, ob eine Konturlinie existiert oder nicht. Eine Konturlinie wird erzeugt, wenn entweder eine horizontale oder eine vertikale Kante existiert und der mittlere Höhenwert der vier Datenpunkte mit einer vorgegebenen Konturhöhenlinie zusammenfällt. Dies wird durch den Höhenmittelwertsschaltkreis nach Fig. 3 überprüft.
• Eine horizontale Kante existiert, wenn der Höhendatenwert im Punkt P1 nicht gleich demjenigen von P2 ist. Eine vertikale Kante ist als existent definiert, wenn der Höhenwert von P1 nicht gleich dem Datenwert von P3 ist. Es genügt, die Datenpaare von P1, P2 und P1, P3 auf Kanten hin zu überprüfen. P4 wird nicht benötigt.
• Wie in Fig. 2 dargestellt, wo gleiche Bezugszeichen den entsprechenden Elementen von Fig. 1 entsprechen, werden drei Halte-Verriegelungsschaltungen 16, 18 und 22 benutzt. Die Punktwerte P1, P2, P3 und P4 werden nacheinander über den Datenbus 14 abgerufen und den entsprechenden Datenverriegelungsschaltungen zugeführt. Ist ein P1-Wert vorhanden, so speichert ein vom Folgegenerator 30 geliefertes Abtastsignal 24 den 8-Bit-Datenwert in die Verriegelungsschaltung 16. Die Werte von P2 und P3 werden in ähnlicher Weise in den Verriegelungsschaltkreisen 18 und 22 gespeichert. Durch Abspeichern der Daten erfolgt eine Stabilisierung, 50 daß der Kantendetektor die erforderlichen Vergleiche durchführen kann. Wie erwähnt, ist P4 nicht erforderlich und wird folglich in dieser Schaltung nicht gespeichert. Die stabilisierten Werte von P1, P2 und P3 werden von den Datenverriegelungsschaltungen 16, 18 und 22 den 8-Bit-Größenvergleichern 26 und 42 zugeleitet. Diese liefern ein Ausgangssignal, welches logisch 1 ist, wenn die beiden verglichenen Werte nicht gleich sind und den Wert logisch 0 hat, wenn sie gleich sind. Der Vergleicher 26 ermittelt horizontale Kanten und der Vergleicher 42 vertikale Kanten. Die entsprechenden Ausgangssignale werden über Leitungen 44 und 46 einem logischen ODER-Gatter 100 zugeführt. Dieses kombiniert die beiden Kantensignale, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches jeweils dann auftritt, wenn entweder eine horizontale oder eine vertikale Kante festgestellt wurde. Das Ausgangssignal des Gatters 100 wird in einem vom Folgegenerator 30 fortgeschalteten D-Flip-Flop 102 gespeichert und über die Leitung 52 in herkömmlicher Weise ausgelesen.
• Mit Bezug auf Fig. 3 wird nun die Schaltung 20 zur Bildung von Höhenmittelwerten beschrieben. Sie liefert einen Mittelwert der 4-Datenpunktwerte P1, P2, P3 und P4. Dieser Mittelwert ist einfach die Summe der vier einzelnen Höhenwerte geteilt durch vier. Vor Abruf des Datenpunkts P1 wird die Verriegelungsschaltung 68 gelöscht und auf Null gesetzt. Beim Abruf der Höhenwerte aus dem Speicher summiert der Addierer 58 den neuen Wert zur vorangehenden Summe. Beispielsweise wird der Datenpunkt P1 auf dem 8-Bit-Datenbus 56 geliefert und zu dem in der Verriegelungsschaltung 68 gespeicherten Wert 0 addiert, um dann die Summe von P1 zu ergeben. Das Ausgangssignal des Addierers 58 gelangt zum Mittelwertbildner 62 und über die Leitung 64 zur Verriegelungsschaltung 68, wo es gespeichert und über die Leitung 75 einem zweiten Eingang des Addierers 58 zugeführt wird. Sodann wird der Datenpunkt P2 zeitlich nachfolgend dem ersten Eingang des Addierers 58 zugeführt und dem in der Verriegelungsschaltung 68 gespeicherten Wert von P1 hinzuaddiert. Das Ausgangssignal P1 + P2 erscheint auf dem Bus 74 und wird in den Verriegelungsschaltkreis 68 zurückgespeichert. Die Datenpunkte P3 und P4 werden nacheinander hinzuaddiert, um schließlich bei einer Endsumme P1 + P2 + P3 + P4 anzukommen. Zur Vervollständigung der Mittelwertberechnung muß dann die Summe auf dem Bus 60 durch vier dividiert werden. Dies kann mit Hilfe eines Mittelwertschaltkreises in Form eines Schieberegisters erfolgen, weil hierzu einfach eine Verschiebung um zwei Stellen nach rechts erforderlich ist. Man braucht jedoch keine tatsächliche Verschiebekomponente, weil es nur nötig ist, die entsprechenden Signalleitungen der Addiererschaltung zu verwenden. Beispielsweise wird ein Höhenwert von 128 Fuß durch den Binärwert 10000000 dargestellt. Durch Verschieben des Ausgangs um zwei Stellen nach rechts wird dieser Binärwert zu 00100000 für einen Wert von 32. Es ist also nur nötig, die beiden höchstwertigen Bits auf dem Bus 70 zu unterdrücken. Das Ergebnis gelangt über den Bus 64 an einen 8-Bit-Verriegelungsschaltkreis 66. Man sollte bemerken, daß der Addierer 58 in der Lage sein muß, vier 8-Bit-Zahlen zu addieren, wozu man einen 10-Bit-Addierer braucht. Er wird ausgeführt als 12-Bit-Addierer, weil eine praktische Additionsfunktion üblicherweise vier Bits pro integrierten Schaltkreis hat.
• Nach dem Laden des Höhenmittelwertes in den 8-Bit-Verriegelungsschaltkreis 66 mit Hilfe des Taktsignals 70 wird dieser Wert auf der Leitung 80 einem Konturspeicher 40 zugeführt, der aus einer Tabelle mit 1 · 256 Eingängen besteht. Für Konturintervalle von 64 Fuß und einem Höhenbereich von 16.000 Fuß werden 256 Speicherplätze benötigt, wobei jede Adresse in der Tabelle dann eine spezielle Höhe bei aufeinanderfolgenden Speicherplätzen darstellt, welche Schritte von 64 Fuß bedeuten. Ist der Maßstab der Landkarte derart, daß Abstände von 128 Fuß Höhe geeignet sind, so kann die Tabelle abwechselnd mit 0- und 1-Werten in aufeinanderfolgenden Speicherplätzen programmiert werden. Ein Wert 0 ergibt keine Konturlinienanzeige, während ein Wert 1 eine Konturlinienanzeige an dem gewünschten Abstand von 128 Fuß zur Folge hat. Somit genügt ein 1-Bit-Wort. Durch Verwendung eines längeren Speicherworts von beispielsweise vier Bit können bis zu vier Konturabstände gespeichert und auf sie durch Adressieren der entsprechenden Bitfolge zugegriffen werden. Statt dessen kann die Tabelle aus einem Speicher RAM mit wahlfreiem Zugriff bestehen und eine neue Tabelle bedarfsweise dynamisch in den Speicher geladen werden. Die vom Bus 80 adressierte Speicherstelle liefert somit auf dem Bus 82 ein Ausgangssignal entsprechend der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Konturlinie.
• Betrachtet man erneut Fig. 1, so wird der dynamische Datenschalter 50 dazu benutzt, um eine Konturdatenlinie in die normale Landkartenanzeige einzufügen, wenn sowohl der Kantendetektor als auch der Konturspeicher anzeigen, daß eine Konturlinie vorhanden ist. Sind beide Bedingungen erfüllt, so zeichnet der Schaltkreis 50 die vorgegebene X-Y-Position als Konturlinien-Datenpunkt aus. Dieses Signal wird dazu benutzt, den normalen Strom von Anzeigedaten auf seinem Weg zum Anzeigespeicher zu unterbrechen. Die Logiksignale aus dem Gatter 58 des Kantendetektors 10 werden auf der Leitung 52 dem einen Eingang des UND-Gatters 54 zugeführt. Das Kontursignal aus dem Speicher 40 gelangt über die Leitung 82 zu einem zweiten Eingang des UND-Gatters 54. Sein Ausgangssignal steuert über die Leitung 84 den Multiplexer 86. Fehlt das Signal entweder auf der Leitung 52 oder 82, so gibt es kein Ausgangssignal auf der Leitung 84, und die normalen Anzeigedatensignale auf der Leitung 88 werden dem Eingang A des Multiplexers 56 zugeführt. Ein entsprechendes Ausgangssignal erscheint auf dem Bus 90 und wird zum Anzeigepuffer weitergeleitet. Während der Abtastung des X-Y-Speichers werden Konturdaten auf der Leitung 52 der Verriegelungsschaltung 94 angeboten, welche durch ein Taktsignal des Folgegenerators 30 auf der Leitung 96 geladen werden. Das Ausgangssignal der Verriegelungsschaltung 94 wird über den Bus 98 dem Eingang B des Multiplexers 86 zugeführt. Sobald er durch ein Signal vom UND-Gatter 54 auf der Leitung 84 aktiviert ist und das Anstehen sowohl eines festgestellten Kantensignals als auch eines Kontursignals aus dem Speicher 40 feststellt, wird das Kontursignal auf der Leitung 84 den Multiplexer 86 derart umschalten, daß die normalen Anzeigedaten unterbrochen werden und das Signal auf dem Bus 98 an den Ausgangsbus 90 übertragen wird. Somit wird das Kontursignal 84 beim Auftreten von Konturen umgeschaltet, und die Konturlinien überschreiben die normalen Anzeigedaten.
• Fig. 4 zeigt den Folgegenerator 30, wie er für die Erzeugung von Steuersignalen Verwendung finden kann. Dieser Schaltkreis ist ein typischer digitaler Zustandssteuerkreis und könnte auch auf andere Weise aufgebaut sein. Ein Haupttaktsignal mit einer Frequenz von etwa 25MHz wird über die Leitung 110 den Takteingängen eines 4-Bitzählers 120 und einer 8-Bit-Verriegelungsschaltung 124 zugeführt. Der Zähler 120 dient der Adressierung eines programmierbaren Festwertspeichers PROM 122, der die Zeitzustände entsprechend den Taktimpulsen decodiert. Somit wird mit jedem aufeinanderfolgenden Taktimpuls der Zähler 120 fortgeschaltet, um insgesamt acht Zustände zu liefern. Ein Übergang des Datenpunkts P1 veranlaßt den Zähler 120 zu löschen und den Zählstand auf Null zurückzusetzen. Das Signal P1 tritt nach acht Haupttaktzyklen erneut auf, und somit schaltet der Zähler von 0 bis 7 um und liefert insgesamt acht diskrete Schaltzustände. Diese Ausgangssignale werden als Adressen auf dem Adreßbus 126 für den PROM 122 verwendet. An jeder adressierbaren Speicherstelle im adressierbaren Festwertspeicher PROM 122 ist ein Digitalwert einprogrammiert, um eine entsprechende Kurvenform, wie sie an den Ausgängen der Verriegelungsschaltung 124 dargestellt sind, zu erzeugen. Die Verriegelungsschaltung 124 hält lediglich die Kurvenformen stabil bis ein neuer Wert vom PROM 122 übertragen wird.
• Die von der Schaltung nach Fig. 4 erzeugten Kurvenformen sind in Fig. 5 wiedergegeben. Das externe Haupttaktsignal ist eine periodische Kurve bestehend aus acht Intervallen t0 bis t7. Das Datensignal P1 erstreckt sich über zwei Taktimpulse und kehrt nach acht Taktzyklen wieder. Die Datenpunkte P2, P3 und P4 folgen nacheinander dem Datenpunkt P1, und der Zyklus wiederholt sich nach acht Haupttastzyklen. Die Kurvenformen am Ausgangsbus der Verriegelungsschaltung 124 sind A-Laden, welche das Ergebnis des Höhenmittelwertschaltkreises lädt; W-Löschen, welches den zyklischen Verriegelungsschaltkreis 68 löscht, W-Laden, welches den zyklischen Verriegelungsschaltkreis 68 abtastet; und der Halte-Impuls, der das Kantensignal für die Zufuhr an den dynamischen Datenschalter 50 festhält.
• Wie man sieht, ermöglichen die hier beschriebenen neuen Schaltkreise es dem System, alle Pixel in einer Höhenkontur entsprechenden Datenpunkten zu identifizieren und anzuzeigen und zwar mit einem minimalen Schaltungsaufwand. Die vorliegende Erfindung liefert die Identifizierung und Anzeige eines Bildes von 256 · 256 Pixeln in einer Zwanzigstelsekunde. Da die Daten mit einer normalen Arbeitsgeschwindigkeit und parallel zum normalen Datenfluß verarbeitet werden, ist es nicht nötig, die Verarbeitung der normalen Kartenanzeigedaten zu verzögern, um die Konturanalyse durchzuführen. Die Schaltkreise liefern eine Echtzeit-Konturlinienerzeugung und ermöglichen eine Programmierung für maximale Flexibilität.
• Während die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist festzuhalten, daß Abwandlungen ohne Abweichung vom wahren Umfang der Erfindung möglich sind, wie er in den beigefügten Ansprüchen bestimmt ist. Höhenwerte sind absichtlich in Fuß angegeben, weil dieser Maßstab normalerweise im internationalen Luftverkehr benutzt wird. Dabei entspricht ein Fuß bekanntlich 0,3048 m.

Claims (10)

1. Konturliniengenerator zur Wiedergabe topographischer Merkmale in einer sich bewegenden elektronischen Landkartenanzeige mit einer Einrichtung (12) zum Liefern von Digitalsignalen, welche mehreren Höhenwerten entsprechen, gekennzeichnet durch

a) die Bereitstellung von Digitaldatensignalen durch die Einrichtung (12), welche mehreren Höhenwerten in der Nachbarschaft einer vorgewählten Stelle auf der Kartenanzeige entsprechen;

b) eine Vorrichtung (26, 42) zum Vergleichen von Paaren der Digitaldatensignale und zur Abgabe eines Ausgangssignals (52), sobald eines der Paare ungleichen Werten der Höhenwerte entspricht;

c) eine Vorrichtung (20) zur Mittelwertbildung der Digitaldatensignale;

d) einen Datenspeicher (40) mit mehreren adressierbaren Speicherplätzen, welche vorgegebenen Konturlinienabständen entsprechen und auf den Mittelwert der Digitaldatensignale ansprechen, um ein Ausgangssignal (82) zu liefern, welches dem Vorhandensein einer gewünschten Konturlinienstelle am vorgegebenen Platz entspricht; und

e) Schaltmittel (50), welche auf eine Quelle (88) normaler Geländedaten entsprechend der beweglichen Kartenanzeige, auf eine Quelle (92) von Konturliniendaten sowie auf die Koinzidenz der Ausgangssignale der Vergleichsvorrichtung (26, 42) und des Datenspeichers ansprechen, um die Anzeige der Konturliniendaten an der vorgewählten Stelle zu aktivieren.

2. Konturliniengenerator nach Anspruch 1, zur Überlagerung einer elektronischen Kartenanzeige und zur Bestimmung topographischer Merkmale in vorgegebenen Abständen längs einer Region der Kartenanzeige, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Kartenanzeige umfaßt:

a1) einen Speicher zur elektronischen Speicherung digitaler Höhendaten (12) entsprechend den Abweichungen von einer vorgegebenen Höhenebene bei integralen X- und Y-Koordinatenpositionen;

a2) Mittel (92) zur Bereitstellung digitaler Datensignale, welche gewünschten Höhenkonturlinien entsprechen;

a3) eine Quelle von Taktimpulsen zur Erzeugung mehrerer Zeitsteuersignale;

a4) Mittel (88) zur Erzeugung digitaler Datensignale, welche einer normalen Anzeige einer unter den genannten X- und Y-Koordinatenpositionen liegenden Region entspricht;

b) der Konturliniengenerator einen Kantendetektor (10) aufweist zum sequentiellen Empfang mehrerer digitaler Höhendatenpunktsignale (P1, P2, P3) aus dem Speicher entsprechend den Adressen (Xi, Yi), (Xi + 1, Yi), (Xi, Yi + 1);

c) der Kantendetektor eine Einrichtung (26, 42) zum Vergleich der Werte von Paaren (32, 34, 36, 38) der verschiedenen Datenpunktsignale aufweist sowie zum Erzeugen eines ersten Logiksignals (52), wenn eines der Paare gleiche Werte hat, und eines zweiten Logiksignals (52), wenn dieses Paar ungleiche Werte hat;

d) der Konturliniengenerator ferner umfaßt:

d1) eine Vorrichtung (20) zur Bildung von Höhenwert-Mittelwerten, welche sequentiell die Datenpunktsignale (P1, P2, P3) sowie ein weiteres Höhenwert- Datenpunktsignal (P4) empfängt, welches einer Adresse (Xi + 1, Yi + 1) aus dem Speicher entspricht und zur Bereitstellung eines Quotientensignals (64) dient, welches einem Mittelwert der Datenpunktsignale, (P1, P2, P3, P4) entspricht, die ihrerseits vorgegebenen integralen X- und Y-Koordinatenpositionen entsprechen, welche mehrere anzeigbare Pixel auf der Kartenanzeige darstellen, welche ein berechnetes Höhenwert-Datenpunktsignal (P0) entsprechend dem Mittelwert umgeben, wobei das Signal (P0) einen Bruchteil des Abstands der integralen X- und Y-Koordinatenpositionen umfaßt;

d2) einen auf die sequentiellen Höhenwert-Datenpunktsignale (P1, P2, P3, P4) ansprechenden Folgegenerator (30) zur Aktivierung der Einrichtung zur Höhenwert-Mittelwertbildung synchron mit den Taktimpulsen;

d3) einen auf das Quotientensignal (64) ansprechenden Kontursuchspeicher (40) zur Bestimmung der vorgegebenen Abstände und zur Abgabe eines ersten Logiksignals (82), wenn die Wiedergabe einer Konturlinie auf der Kartenanzeige bei einem Höhenwert gewünscht ist, welcher dem Mittelwert entspricht, und zur Lieferung eines zweiten Logiksignals (82), sobald die Konturlinienanzeige zu sperren ist;

e) der Suchspeicher eine Vielzahl adressierbarer digitaler Speicherplätze umfaßt, wobei jeder dieser Speicherplätze wenigstens ein digitales Datenbit speichert, das die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Konturlinienstelle bestimmt, und jeder Speicherplatz eine entsprechende Adresse aufweist, und wobei der Mittelwert des Quotientensignals (64) einer der Adressen entspricht;

f) der Konturliniengenerator einen Anzeigelogikschalter (50) umfaßt zur vorzugsweisen Wiedergabe einer Konturlinie (90) auf der Kartenanzeige, sobald der Mittelwert (64) mit einem eine Konturlinie definierenden Speicherplatz übereinstimmt und wenigstens zwei der Höhenwert-Datenpunkte (P1, P2, P3) ungleiche Werte haben;

g) der Anzeigelogikschalter die ersten und zweiten Logiksignale (52) vom Kantendetektor sowie Konturdatensignale (82) vom Kontursuchspeicher (40) entsprechend den adressierten Speicherplätzen empfangt;

h) der Schalter (50) ein UND-Gatter (54) aufweist, um ein Signal entsprechend dem wenigstens einen gespeicherten Bit der digitalen Konturdaten mit dem ersten oder zweiten Logiksignal des Kantendetektors zu vergleichen, und ferner einen Multiplexer (86) enthält, der einerseits auf die Datensignale (92) entsprechend gewünschten Höhenkonturlinien und andererseits auf Datensignale (88) entsprechend einer Normalanzeige anspricht, um selektiv hiermit die Kartenanzeige zu aktivieren.

3. Konturliniengenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantendetektor (10) umfaßt:

a) eine auf die Höhenwert-Datenpunktsignale (P1, P2, P3) ansprechende erste Verriegelungseinrichtung (16) zum sequentiellen Speichern der Signale, sobald sie vom Sequenzgenerator (30) koinzident mit einem der Datenpunktsignale aktiviert wird;

b) einen ersten Vergleicher (26) zum Vergleichen der Werte eines ersten Paars (P1, P2) der Signale und zur Abgabe eines Ausgangssignals (44) vom Wert "0", wenn die ersten verglichenen Werte gleich sind und zur Ausgabe eines Signals (44) vom Wert "1", wenn die verglichenen Werte ungleich sind;

c) einen zweiten Vergleicher (42) zum Vergleich der Werte eines zweiten Paars (P1, P3) der Signale und zur Ausgabe eines Ausgangssignals (46) vom Wert "0", wenn die verglichenen Werte gleich sind und zur Abgabe eines Signals (46) vom Wert "1" wenn die verglichenen Signale ungleich sind; und

d) ein Logikgatter (100, 102) für die Zufuhr der genannten Logiksignale (44, 46) des ersten und zweiten Vergleichers und zur Abgabe eines Ausgangssignals "1", wenn einer der beiden ersten und zweiten Vergleicher ein Ausgangssignal "1" liefert, und zur Abgabe eines Ausgangssignals "0", wenn beide ersten und zweiten Vergleicher ein Ausgangssignal "0" abgeben, um damit einen festgestellten Kantenzustand (52) zu definieren, welcher dem Ausgangssignal "1" des ersten und zweiten Vergleichers entspricht.

4. Konturliniengenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20) zur Bildung eines Höhenwert-Mittelwertes umfaßt:

a) einen Summierer (58) mit einem ersten auf die sequentiellen Höhenwert- Datenpunktsignale (P1, P2, P3, P4) ansprechenden Eingang (56) und einem zweiten Eingang (75) zum Empfang von Ausgangssignalen (74), welche in einer geschlossenen Schaltungsschleife vom Summierer abgeleitet sind, und zur Abgabe eines Ausgangssignals (60), welches der Summe der Eingangssignale entspricht;

b) eine Teilerschaltung (62) für den Empfang des genannten Summensignals (70) und zur Abgabe eines Quotientensignals (64) entsprechend einem Mittelwert des Summensignals im Verhältnis zu den Datenpunktsignalen;

c) eine zweite Verriegelungsschaltung (68), welche auf die abgeleiteten Ausgangssignale (74) sowie Zeitsignale (76, 78) anspricht, die vom Sequenzgenerator (30) geliefert werden, und zur Abgabe einer Summe von Werten der Datenpunktsignale (P1, P2, P3, P4) an den zweiten Eingang (57) des Summierers (58); und

d) eine dritte Verriegelungsschaltung (66), welche auf den Sequenzgenerator (30) und das Quotientensignal (64) anspricht und das Quotientensignal speichert und ein entsprechendes Adressensignal (80) an den Kontursuchspeicher abgibt.

5. Konturliniengenerator nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontursuchspeicher (40) einen digitalen Festwertspeicher umfaßt.

6. Konturliniengenerator nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontursuchspeicher (40) einen digitalen Speicher mit wahlfreiem Zugriff umfaßt.

7. Konturliniengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigelogikschalter (50) umfaßt:

a) den Multiplexer (86) mit einem ersten Eingang (A) für den Empfang normaler Anzeigedatensignale sowie einem zweiten Eingang (B) für den Empfang der den gewünschten Konturlinien entsprechenden Signale;

b) das UND-Gatter (54), dessen erster Eingang die Logiksignale (52) vom Konturspeicher (40) erhält und das an seinem zweiten Eingang die Logiksignale (52) vom Kantendetektor (10) aufnimmt und ein Steuersignal (84) an den Multiplexer abgibt, welches einer gewünschten Konturlinie bei einem vorgegebenen Höhenwert entspricht; und

c) eine vierte Verriegelungsschaltung (94), welche auf die den gewünschten Konturlinien entsprechenden Signale (92) sowie eine weitere Quelle von Zeitsignalen (96) anspricht, welche mit der Einrichtung zur Lieferung der den gewünschten Konturlinien entsprechenden Signale zusammenarbeitet, um diese periodisch zu speichern und die Konturliniensignale an den zweiten Eingang (B) des Multiplexers zu liefern; wobei

d) der Multiplexer (86) auf das Steuersignal (84) anspricht, um eines der an den ersten und zweiten Eingang gelegten Signale (A, B) auszuwählen, und zwar entsprechend einem der adressierten Speicherplätze im Suchtabellenspeicher.

8. Konturliniengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die X- und Y-Koordinatenpositionen ein rechtwinkliges Koordinatensystem darstellen.

9. Konturliniengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die X- und Y-Koordinatenpositionen linear versetzt angeordnet sind.

10. Konturliniengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die X- und Y-Koordinatenpositionen im Winkel versetzt sind.