DE2333804B2 - Schaltungsanordnung zum erzeugen eines ueberlagerten fernsehbildes, insbesondere fuer trainings-simulatoren - Google Patents
Schaltungsanordnung zum erzeugen eines ueberlagerten fernsehbildes, insbesondere fuer trainings-simulatorenInfo
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Description
υ Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zum Erzeugen eines überlagerten Fernsehbildes, insbesondere für Trainings-Simulatoren, der im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 genannten Galtung.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (US-PS 35 17 122). Bei dieser Schaltungsanordnung
wird ein Schiff zur Darstellung gebracht und in
Vergleich zu einer Hintergrund-Darstellung gesetzt, die aus einem unteren, Wasser darstellenden Bildteil und
einem oberen, durch eine waagerechte Horizont-Linie vom unteren Teil getrennte, den Himmel darstellenden
Bildteil repräsentiert wird. Im Bereich der Darstellung des Schiffes werden die das Wasser darstellenden
vertikalen Linien gesperrt; entsprechendes gilt für das hinter die Horizont-Linie reichenden Schiffsteil, bei dem
der unterhalb der Horizont-Linie befindliche »Wasser-Teil« den zu verdeckenden unteren Schiffsteil abdeckt.
Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Darstellung jedoch vielfach nicht realistisch genug, da keine
Wellenbewegung sichtbar gemacht wird. Darüber hinaus ist es auch bekannt (Journal of the SMPTE, Vol.
73, Juni 1964, S. 468 bis 472), durch spezielle elektronische Hilfsmittel auf einem Bildschirm Verzerrungen
des eigentlichen Bildes zu erzielen, wobei auch wellenförmige Verzerrungen erzielt werden. Diese
Modulierungstechnik berührt jedoch das gesamte zur Darstellung zu bringende Bild, was jedoch ebenfalls
einer realisitischen Darstellung nicht entspricht, insbesondere wenn sich beispielsweise ein an sich verzerrungsfreies
Schiff durch ein Meer von sich bewegenden
v, Wellen bewegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine
wirklichkeitsnahe Darstellung von Wellenbildern in Verbindung mit bestimmten darzustellenden Objekten
>() auf dem Bildschirm ermöglicht.
Die Erfindung besteht in der im Kennzeichenteil des Patentanspruches I genannten Lösung. Dabei wird ein
elektronisch erzeugtes, bewegtes Wellenbild als überlagerndes Bild verwendet. Die Impulserzeugung erfolgt
γ-, mit einer von der eigentlichen Fernseh-Zeilenfrequenz
etwas abweichenden Frequenz, wodurch je nach dem Ausmaß der Abweichung auch das Ausmaß der
Wellenbewegung bestimmt wird. Die Steuergruppe, die die Impulse verarbeitet, ist mit Steuer-Signaleingängen
ho für die Bestimmung der Wellenform und der Wellenlage
in bezug zum Fernsehbild versehen. Wellen erzeugende Schaltkreise werden von der Steuergruppe gesteuert
und die Ausgangssignale dieser Schaltkreise gelangen über Torschaltungen zur Mischstufe, wobei Torschal-
Iv") tungen auch dazu dienen, daß an den betreffenden
Stellen bzw. zu der betreffenden Zeit, an denen bzw. bei der eine »Überlagerung« stattfindet, der abzudeckende
Bildteil gesperrt wird. Mit anderen Worten findet hier
cine teilweise Unterdrückung des nicht sichtbar zu machenden Bildbestand'.eils statt. Das zusammengesetzte
Fernsehbild ist daher insofern eine Überlagerung von zwei oder noch mehr Signalen, als ein näher beim
Betrachter zu liegen scheinendes Objekt das Signal sperrt bzw. ersetzt, das dem vom Beobachter weiter
weg liegende und von dem erstgenannten Objekt zu verdeckende Objekt entspricht.
Weitere Verbesserungen bzw. Ausbildungen Jer Erfindung sind in Unteransprüchen beansprucht. Hiernach
ist es besonders zweckmäßig, Phasenspalter zu verwenden, die die Aufgabe haben, eine Eingangs-Sinuswelle
in zwei gegenphasige Komponenten zu teilen, so daß praktisch zwei Wellenberge unmittelbar nebeneinander
zur Darstellung gebracht werden, während das Wellental entsprechend dem natürlichen Bildeindruck
nicht sichtbar ist.
Die Erfindung ist auch höchst vorteilhaft anwendbar, wenn weitere Hintergrundinformationeii zur Darstellung
gebracht werden sollen, die beispielsweise von anderen Kameras zugeführt werden.
Für die Verwendung als Simulator empfiehlt es sich darüber hinaus, die Schaltungsanordnung mit Zählwerken
auszurüsten. Dieses und ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung werden anhand der Zeichnung im
folgenden noch näher dargestellt. Darin zeigt
Fig. 1 schematisch eine Schaltungsanordnung eines
Teiles eines Fernsehsystems für einen Trainings-Simulator und
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Teils der Schaltung nach Fig. 1.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 umfaßt zwei Teile. Einer ist die normale Videoausrüstung von der
Kamera bis zum Bildschirm, während der andere die elektronische Erzeugung der Wellenbewegung umfaßt.
Ein Impulsgenerator PG erzeugt eine Folge von Rechteckimpulsen mit einer Frequenz, die etwas über
oder unter der Zeilensteuerungs-Frequenz variiert werden kann. Diese Impulse werden an ein bistabiles
Element 351 gelegt, von dem ein Ausgang mit einer
Steuereinheit WWC zur Steuerung der Wellenhöhe
verbunden ist. An diese Steuereinheit SHCkI ferner ein Signal SS gelegt, das die scheinbare Höhe der Welle
steuert. Der Ausgang der Steuereinheit WHC wird durch eine Steuereinheit WS, die die Wellenform
steuert, geführt und bildet einen Eingang eines Phasenspalters PS, über dessen anderen Signaleingang
WP die senkrechte Wellenposition auf dem bildschirm gesteuert wird.
Der Phasenspalter PS hat zwei Ausgänge, die an separate Schaltkreise WCCl und WGC2 zur Erzeugung
der Wellen gelegt sind. An jeden derselben ist ferner eine Sägezahn-Welle gelegt, die durch einen
Sägezahn-Generator STG von den Bildsteuerungs-impulsen
eines Taktgenerators SPG des Fernsehsystems abgeleitet wird. Jeder der Schaltkreise VVCCl und
WGC2 besteht aus einem Transistorschalter, der immer dann seinen Zustand ändert, wenn die relative Polarität
der beiden Eingänge umgekehrt wird. Die rechteckförmige Ausgangsimpulse dieser beiden Schaltkreise
VVCCl und WCC2 werden getrennt an zwei Eingangs-NOR-Gatter G 1 und G 2 gelegt. Die anderen
Eingänge werden von den Zeilensteuerungü-Impulsen abgeleitet, die durch den Taktgenerator mit Hilfe eines
bistabilen Gerätes BS2 erzeugt werden. Ein Ausgang
des bistabilen Gerätes 552 ist mit dem einen Tor C 1,
und der andere ist mit dem anderen Tor G 2 verbunden. Die Ausgänge der beiden Tore C 1 und G 2 sind an die
Eingänge eines NOR-Tores G 3 gelegt. Der Ausgang der Torschaltung G3 bildet einen Eingang eines
NOR-Tores G4, dessen anderer Eingang invertierte Bild- und Zeilen-Austasiimpulse des Taktgenerator sind.
die n'ichiolgend als gemischte Aujtastimpulse bezeichnet
werden. Der Ausgang des Tores G 4 hat mehrere Funktionen. Zusammen mit den invertierten gemischten
Austastimpulsen wird der Ausgang des Tores G 4 an ein NOR-Tor G 5 gelegt, dessen Ausgang die Wellenbewe-
ίο gung darstellt, die an einen Video-Mischer VM gelegt
wird. Der Ausgang des Tores G 3 und die invertierten gemischten Austastimpulse werden ferner an ein
NOR-Tor G 6 gelegt, das ein Steuersignal für das Video-System abgibt.
Das Fernsehsystem umfaßt eine Kamera C, die mit Zeilen- und Bild-Steuerungsimpulsen Z-Üund FD sowie
mit Austastimpulsen B vom Taktgenerator SPG gespeist wird. Der Videoausgang der Kamera Cwird zu
einem linearen Tor G 7 geführt, an das zwei Sperreingänge gelegt sind. Einer dieser Eingänge ist der
Ausgang des NOR-Tores G 6, während der andere durch verschiedene Sperreingänge /gebildet wird. Der
Ausgang des Tores G 7 ist an einen Umriß-Generator SG gelegt, der einen Ausgang erzeugt, der den Umriß
des Videosignals der Kamera definiert bzw. festlegt. Dieser Ausging wird an ein lineares Tor G 8 angelegt,
das einen Sperreingang hat, an den Umriß-Signale SH von anderen Kameras des Simulators gelegt werden.
Der Ausgang des Tores G 8 wird an den Video-Mischer M gelegt, um die Video-Signale der Kamera darzustellen.
Ein Eingang, der den Hintergrund des gewünschten zusammengesetzten Bildes darstellt, wird durch Hintergrund-Signale
BG gebildet, die an ein lineares Tor G 9 angelegt werden. An dieses Tor sind ferner als
Sperreingänge der Ausgang des Tores G 4 und der Ausgang des Umriß-Generators SG gelegt. Der
Ausgang des Tores G9 ist an den Video-Mischc· VM
gelegt, dessen Ausgang mit dem Bildschirmgerät D
jo verbunden ist, an das außerdem die üblichen (nicht gezeigt)Takt- bzw. Synchronisierimpulse angelegt sind.
Im Betrieb erzeugt der Impulsgenerator PG einen
Rechteckwellen-Ausgang mit einer Frequenz die etwas von der Zeilensteuerungs-Frequenz differiert. Diese
Frequenz wird durch das bistabile Gerät SS 1 halbiert, da festgestellt wurde, daß ein Wellenbild auf der Basis
einer halben Zeilensteuerungs-Frequenz realistischer ist als eines mit Zeilensteuerungs-Frequenz. Die Steuereinheit
WHC, die die Wellenhöhe steuert, ist ein Schaltkreis, in welchem die Amplitude der Rechteckwelle
in Überstimmung mit der Größe des Eingangs SS variiert wird. Die Steuereinheit WS, die die Wellenform
steuert, erzeugt somit als Ausgang eine Sinuswelle variabler Amplitude mit einer Frequenz nahe der Hälfte
3Ϊ der Zeilensteuerungs-Frequenz. Diese wird durch den
Phasenteiler PS in zwei gegenphasige bzw. Phasenumkehr-Komponenten geteilt, wobei beide Komponenten
identische Vorspannung haben, die vom Eingang bzw. der Steuereinheit WS abgeleite1, und separat an die
ho Schaltungen WGCl und WGC2 angelegt werden. Die
Größe der Steuereinheit WS und damit die Größe der Vorspannung bestimmt die vertikale Position der
Wellen auf dem Bildschirm.
leder der Schaltkreise WGCl und WGC2 erzeugt
t,3 einen Ausgang, der auf einem Bildschirm als helle
Fläche über einer dunklen erscheint, wobei die Grenze zwischen den beiden etwa sinusförmig ist. Wenn die
Sinusfrequenz nicht ganz die gleiche wie die Zeilen-
Steuerungs-Frequenz oder eine Unterfrequenz (Submultiple) hiervon ist, wandert die sinusförmige Grenze
langsam seitwärts. Die Verwendung einer Sinussteuerung mit der halben Zeilensteuerungsfrequenz führt
dazu, daß positive und negative Halb-Perioden der Grenzlinie auf alternierenden Zeilen des sich ergebenden
Bildes liegen.
Die invertierten Zeilensteuerungs-Impulse werden benutzt, um das bistabile Gerät BS2 zu schalten, das
zwei Rechteckwellen-Ausgänge in Gegenphase mit der halben Zeilensteuerungs-Frequenz erzeugt. Jedes der
Tore Gi und G 2 liefert somit dieselbe Hälfte des Sinuswellen-Ausganges ihrer entsprechenden Schaltkreise
WCCl und WGC2, und zwar jedes Mal, wenn
die beiden halben Sinuswellen durch das Tor C 3 zusammengefaßt werden.
Das Tor G 4 dient zur Unterdrückung des das Wellenbild darstellenden Ausganges während der
Zeilen- und Bild-Austastperioden. Der Ausgang des Tores G 4 wird durch das Tor G 5 invertiert und bildet
die Signale des Wellenmusters, die an die Video-Mischstufe VMgelegt werden.
Der Ausgang des Tores C 6 ist der während der Austastperieden unterdrückte Ausgang des Tores G 3
und dient zur Sperrung der Videosignale von der Kamera während der Perioden, in denen das elektrisch
erzeugte Wellenbild ein anderes Objekt, beispielsweise ein Schiff, das von der Kamera erfaßt wird, abdecken
soll. Es können ferner Anordnungen vorgesehen werden, um die Videosignale auch durch Eingänge /, wie
dargestellt, zu sperren.
Die Video-Signale, die durch das lineare Tor G 7 laufen, werden an den Generator SG gelegt. Von hier
aus gehen die Videosignale zum Tor G 8 und der Generator erzeugt gleichzeitig eine »Umhüllung« des
Schiffes, d. h. ein entsprechendes Signal, das an das Tor G 9 gelegt wird. Am Tor G 8 werden die Video-Signale
durch die Umhüllungs-Signale von anderen Videogeräten gesperrt, so daß die das Schiff und das Wellenbild
darstellenden Videosignale durch ein anderes Schiff bzw. ein entsprechendes Signal, das vor dem Schiff
erscheinen soll, das von der Kamera C gesehen bzw. erfaßt worden ist, gesperrt werden können. Das Tor G 9
empfängt die Hintergrundsignale BG, die den Hintergrund von Meer und Horizont darstellen, und diese
können gesperrt werden durch die Umhüllungs-Signale des Generators SG oder durch die das Wellenbild
darstellenden Signale vom Tor G 4. Der Ausgang des Tores G 9 wird an die Video-Mischstufe VM gelegt, so
daß das Bild auf dem Bildschirm D den Meer-Horizont-Hintergrund zeigt. Beim Fehlen anderer Eingänge der
Video-Mischstufe VM wird durch den Sperreffekt des Einganges vom Generator SG eine schwarze Silhouette
des Schiffes erzeugt, das von der Kamera C gesehen wird, vorausgesetzt, daß das Tor G 7 nicht gesperrt ist.
Ferner wird durch den Sperreffekt des Einganges vom Tor G 8 eine Silhouette der Welle erzeugt, so daß
das gesamte Bild unterhalb des sinusförmigen Wellenscheitels schwarz ist. Die Zuführung des Ausganges vom
Tor G 8 zur Vidco-Mischstufe VM erhellt die Schiffs-Silhouette,
so daß man eine Halb-Ton-Darstellung des Schiffes erhält. In gleicher Weise wird durch die
Zuführung des Ausganges des Tores G 9 zur Video-Mischstufe VM ein Grau-Ton über dem gesamten
Bereich der Welle in geeignetem Kontrast zum Hintergrund erzeugt.
Die vertikale Position der Wellen kann durch den Signalcingang WP eingestellt werden, während die
Wellenhöhe durch den Signaleingang 55 eingestellt wird. Die Wellen können zum Wandern nach links oder
rechts mit veränderlicher Geschwindigkeit gebracht werden durch Einstellung der Frequenz des Impulsr>
generators PG. Die Ausgänge der linearen Tore G 7, G 8 und G 9 sind, wenn sie gesperrt sind, auf schwarzem
Niveau gehalten.
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Möglichkeit zur Steuerung der Wellenbewegung unter Verwendung von
ίο digitalen Techniken. Die dargestellte Schaltungsanordnung
ersetzt den Impulsgenerator PGvon Fig. 1.
In der Schaltungsanordnung nach Fig.2 ist die
Impulsquelle ein Hochgeschwindigkeits-Oszillator PG 1, der mit einer festen Impuls-Wiederholungs-Geschwindigkeit
von beispielsweise 16 MHz läuft. Der Ausgang des Oszillators PG 1 wird über Tore C 21 und
G 22 an den Aufwärts-Eingang und an den Abwärts-Eingang eines reversiblen 10-Stufen-Zählers C7"l
gelegt. Die Ausgänge der einzelnen Stufen des Zählers
2(i C7"l werden an ein Äquivalenz-Netzwerk EVl gelegt.
An dieses sind ferner die Ausgänge der Stufen eines lOstufigen Ein-Richtungs-Zählers CT2 gelegt. Der
Schalteingang des Zählers CT2 wird vom Ausgang eines zweiten Äquivalenz-Netzwerkes EV3 abgeleitet.
2f) Ein 5stufiger Ein-Richtungs-Zähler CT3 wird durch
einen Impuls-Generator PG 2 mit niederer Geschwindigkeit, z.B. 512Hz getaktet bzw. gesteuert, und die
Ausgänge der Stufen des Zählers werden an das zweite Äquivalenz-Netzwerk EV2 gelegt. Die anderen Eingänge
des Netzwerkes EV2 werden von einem 6-Bit-Schieberegister ST abgeleitet, an das ein Signal WSD gelegt
wird, das ein digitales Zeichen ist, das die Wellengeschwindigkeit und Richtung angibt. Das erste Bit des
Schieberegisters stellt die Bewegungsrichtung der Welle dar, und es wird zur Steuerung der Tore G 21 und
G 22 über ein invertierendes Tor C 23 benutzt. Die übrigen 5 Bits des Schieberegisters stellen die Wellengeschwindigkeit
dar. Der Ausgang des Netzwerkes EV2 dient zur Rückstellung des Zählers CT3.
Im Betrieb zählt der Zähler CTl mit einer festen Geschwindigkeit in einer Richtung, die durch das erste
Bit des Signals WSD bestimmt ist. Eine vollständige Zählperiode läuft über 15 625 Hz, welches die Fernseh-Zeilenfrequenz
für Bilder mit 625 Zeilen ist.
Der Zähler CT3 zählt langsam bis die gespeicherte Zahl zu der Einstellung des Schieberegisters ST
äquivalent ist, wobei in diesem Zeitpunkt der Ausgang des Netzwerkes EV3 einen Schaltimpuls an den Zähler
CT2 gibt und den Zähler CT3 rückstellt. Dies wird fortgesetzt bis der Zähler CT2 dieselbe Zahl enthält wie
der Zähler CTl. Diese Äquivalenz führt dazu, daß ein Impuls vom Netzwerk EVi erzeugt wird, der an das
bistabile Gerät BS i von F i g. 1 gelegt wird.
Die Wellengeschwindigkeit und die Richtung wird
5r, durch Veränderung der Inhalte des Schieberegisters
gesteuert, wobei beispielsweise die Veränderung der Wellengeschwindigkeit und der Richtung berücksichtigt
werden kann, die sich aus Änderungen der Blickrichtung des Beobachters ergibt.
ho Die vorbeschriebene Schaltungsanordnung zur Erzeugung
eines Wellenbildes wird normalerweise in Verbindung mit einer Anzahl von Video-Ketten
verwendet, von denen jede z. B. ein anderes Schiff darstellt. Die Signale SH, die an das Tor G 8 angelegt
(.r. werden, kommen somit von einer oder sämtlichen
anderen Video-Ketten abhängig von dem relativen Bereich eines jeden Schiffes und der Ausgang des
Generators SG wird an die anderen Video-Ketten
angelegt.
Modifikationen der beschriebenen Schaltungen können verwendet werden und die Wirkungen können mit
einem Computer gesteuert werden, der gewöhnlich einem Trainings-Simulator zugeordnet ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines überlagerten Fernsehbildes, insbesondere für Trainings-Simulatoren,
bei denen eine Video-Mischstufe ein mittels einer Kamera aufgenommenes und über einen Video-Schaltkreis übermitteltes Fernsehbild
elektronisch mit einem anderen Bild überlagert und in einem Bildgerät zur Darstellung bringt, gekennzeichnet
durch die Verwendung eines elektronisch erzeugten, bewegten Wellenbildes als überlagerndes Bild mit der Maßgabe, daß ein
Oszillatoi bzw. Impulsgenerator (PG, PG 1) Impulse einer von der Fernseh-Zeilenfrequenz etwas abweichenden
Frequenz erzeugt, daß eine von den Impulsen beaufschlagbare Steuergruppe (WHC, WS,
PS) mit Signaleingängen (SS, WP) zum Steuern der Wellenform und Wellenlage in Bezug zum Fernsehbild
versehen ist und wellenerzeugende Schaltkreise (WGCX, WGC2) steuert, deren Ausgangssignale
über Torschaltungen (Gi, Gl, G3, G 4, G5, G6,
G 7, G 8, G 9) zur Video-Mischstufe (VM)gelangen.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergruppe eine Steuereinheit
(WHC) mit dem Signaleingang (SS) zum Steuern der Wellenform, eine Rechteckimpulse in
Sinuswellen umformende Steuereinheit (WS) und einen den Signaleingang (WP) zum Steuern der
vertikalen Wellenlage aufweisenden Phasenspalter (PS) aufweist, der die Eingangs-Sinuswelle in zwei
gegenphasige Komponenten teilt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pbasenspalter (PS) die
Sinuswelle in zwei Phasenumkehr-Komponenten mit identischer Vorspannung teilt und den separaten
wellenerzeugenden Schaltkreisen (WGCX, WGC2) zuführt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen den Rechteckwellenimpulse erzeugenden Oszillator bzw. Impulsgenerator (PG, PG 1) und die
Steuergruppe ein bistabiles Element (BSi) geschaltet
ist, das die Ausgangsfrequenz des Oszillators bzw. Impulsgenerators (PG, PG1) mindestens
nahezu halbiert.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Oszillator bzw. Impulsgenerator (PG 1) ein Hochgeschwindigkeits-HF-Oszillator mit einer festen
Impuls-Wiederholungsfrequenz ist, der einen reversiblen bzw. Zweirichtungszähler (CTi) steuert,
dessen Ausgangssignale ein Netzwerk (EVi) mit
den Ausgangssignalen eines Einrichtungszählers (CT2) vergleicht, den ein Impulsgenerator (PG 2)
und ein einen Signaleingang (WSD) für die Wellengeschwindigkeit und Wellenrichtung aufweisendes
Schieberegister fS7])steuert.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtungszähler (CT2)
durch den Ausgang eines Netzwerks (EV3) steuerbar ist, das die Ausgangssignale des Schieberegisters
(ST) und eines weiteren vom Impulsgenerator (PG 2) gesteuerten Zählers (CT3) vergleicht.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Torschaltungen (G6, GT, GS, G9) mit Sperreingängen
(I, SH, BG) für das Überlagern mit anderen Signalen, wie Umrißsignalen (SH), Hintergrundsignalen
(BG)oder Signalen von anderen Kameras (I), versehen wird.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit
der Zeilenfrequenz, gegebenenfalls über ein bistabiles Element (BS 2) synchronisierte Torschaltungen
(G I1 G 2, G 3, G 4, G 5) die Sinuswellen-Ausgänge
der Mischstufe (VM) abwechselnd auf getrennten Abtastleitungen zuführen.
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