DE2333804C3 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines überlagerten Fernsehbildes, insbesondere für Trainings-Simulatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines überlagerten Fernsehbildes, insbesondere für Trainings-Simulatoren, der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits bekannt (US-PS 35 17 i 22). 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 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 1 genannten Lösung. Dabei wird ein elektronisch erzeugtes, bewegtes Wellenbild als überlagerndes Bild verwendet. Die Impulserzeugung erfolgt 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 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 Torschaltungen 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

eine teilweise Unterdrückung des nicht sichtbar zu machenden Bildbestandteils 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 der Erfindung sind in Unteransprüchen beansprucht Hiernach ist es besonders zweckmäßig, Phasenspalter zu verwenden, du 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 Hintergrundinformationen 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

F i g. 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 F i g. 1 umfaßt zwoi 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 SSl gelegt, von dem ein Ausgang mit einer Steuereinheit WHC zur Steuerung der Wellenhöhe verbunden ist. An diese Steuereinheit SHC ist 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 WGCl 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 WGCl 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 WGC \ und WGC2 werden getrennt an zwei Eingangs-NOR-Gatter G 1 und G 2 gelegt. Die anderen Eingänge werden von den Zeilensteuerungs-Impulsen abgeleitet, die durch den Taktgenerator mit Hilfe eines bistabilen Gerätes SS2 erzeugt werden. Ein Ausgang des bistabilen Gerätes SS2 ist mit dem einen Tor G 1, und der andere ist mit dem anderen Tor G 2 verbunden. Die Ausgänge der beiden Tore G 1 und G 2 sind an die Eingänge eines NOR-Tores G 3 gelegt. Der Ausgang der Torschaltung G 3 bildet einen Eingang eines NOR-Tores G 4, dessen anderer Eingang invertierte Bild- und Zeilen-Austastimpulse des Taktgenerator sind, die nachfolgend als gemischte Austastimpulse bezeichnet werden. Der Ausgang des Tor?s 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 Wellenbewegung 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 LD und 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

:ϊ des Videosignals der Kamera definiert bzw. festlegt. Dieser Ausgang 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 G8 wird an den Video-Mischer

jo 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

!5 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 G 9 ist an den Video-Mischer VM gelegt, dessen Ausgang mit dem Bildschirmgerät D

■ι« 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 SSl halbiert, da festgestellt wurde, daß ein Wellenbild auf der Basis einer halben Zeilensteuerungs-Frequenz realistischer ist als eines mit Zeilensteuerungs-Frequenz. Die Steuereinheit WWC 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 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 abgeleitet und separat an die

Wi 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

h, 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-

slcucrungs-Frequenz oder eine Unterfrequenz (Submul tiple) hiervon ist, wandert die sinusförmige Grenze langsam seitwärts. Die Verwendung einer Sinussteuerung mit der halben Zeilensteuerungsfrequenz fühn 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 BS 2 zu schalten, das zwei Rechleckwellen-Ausgänge in Gegenphase mil der halben Zeilensteuerungs-Frequenz erzeugt. Jedes der Tore Gl und G 2 liefert somit dieselbe Hälfte des Sinuswellen-Ausganges ihrer entsprechenden Schaltkreise WGC1 und WGC2, und zwar jedes Mal, wenn die beiden halben Sinuswellen durch das Tor G 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-Mischslufe VMgelegt werden.

Der Ausgang des Tores G6 ist der während der Austastperioden 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 Dden Meer-Horizont-Hintergrund zeigt. Beim Fehlen anderer Eingänge der Video-Mischstufe VAi 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 Video-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 Signaleingang WP eingestellt werden, während die

Wellenhöhe durch den Signaleingang SS eingestellt wird. Die Wellen können zum Wandern nach links oder rechts mit veränderlicher Geschwindigkeit gebracht werden durch Einstellung der Frequenz des Impulsgenerators PG. Die Ausgange der linearen Tore G 7. G8 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 digitalen Techniken. Die dargestellte Schaltungsanordnung ersetzt den Impulsgenerator PG von Fig. I.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist die Impulsquellc ein Hochgeschwindigkeits-Oszillator PG 1. der mit einer festen Impuls-Wiederholungs-Geschwindigkeit von beispielsweise 16MHz läuft. Der Ausgang des Oszillators PG I wird über Tore G 21 und G 22 an den Aufwärts-Eingang und an den Abwärts-Eingang eines reversiblen 10-Stufen-Zählers CTl gelegt. Die Ausgänge der einzelnen Stufen des Zählers CTl werden an ein Äquivalenz-Netzwerk EVi 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.

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 G 23 benutzt. Die übrigen 5 Bits des Schieberegisters stellen die Wellengeschwindigkeit dar. Der Ausgang des Netzwerkes EV 2 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 BS1 von F i g. 1 gelegt wird.

Die Wellengeschwindigkeit und die Richtung wird 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

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 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)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines überlagerten Fernsehbildes, insbesondere für Trai- ■> nings-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 Oszillator bzw. Impulsgenerator (PG, PG i) 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 (WGCi, WGC2) steuert, deren Ausgangssignale über Torschaltungen (Gi, G 2, G 3, G 4, G 5, G 6, G 7, G 8, G 9) zur Video-Mischstufe (VM)gelangen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,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 Phasenspalter (PS) die Sinuswelle in zwei Phasenumkehr-Komponenten y> mit identischer Vorspannung teilt und den separaten wellenerzeugenden Schaltkreisen (WGCi, WGC2) zuführt.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rechteckwellenimpulse erzeugenden Oszillator bzw. Impulsgenerator (PG, PG i) und die Steuergruppe ein bistabiles Element (BSi) geschaltet ist, das die Ausgangsfrequenz des Oszillators bzw. Impulsgenerators (PG, PG i) mindestens nahezu halbiert.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator bzw. Impulsgenerator (PGi) ein Hochgeschwindigkeits-HF-Oszillator mit einer fe- -,0 sten 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) γ, 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) w> 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. Schallungsanordnung nach einem der vorherge- h~, henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Torschaltungen (G ft, G 7, G 8, G 9) mit Sperreingängen (I, SH, BG) für das Überlagern mit anderen Signalen, wie Umrißsignalen (SH), Hintergrundsignalen (BG) oder Signalen von anderen Kameras (J), 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 1, G 2, G 3, G 4, G 5) die Sinuswellen-Ausgänge der Mischstufe (VM) abwechselnd auf getrennten Abtastleitungen zuführen.