DE2637647C2

DE2637647C2 - Digitaler Bildsimulator

Info

Publication number: DE2637647C2
Application number: DE2637647A
Authority: DE
Inventors: Robert Alan Deland Fla. Heartz
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1976-08-20
Publication date: 1986-08-21
Also published as: FR2321725B1; GB1548031A; FR2321725A1; DE2637647A1; US4017985A

Description

— eine Überstreichlinien-Schnittstellen-Verarbeitungsschaltung (38), die Daten von dem Datenspeicher ίο (32) empfängt und ein Drehglied (112) aufweist, das eine Reihe von vertikalen, den erhöhten Sicht- bzw.

Standpunkt (6) und seine Grundposition (7) einschließende Oberstreichebene (2) an aufeinanderfolgenden Abtastwinkeln (&) bildet, die in einer Grundebene gemessen sind, wobei die Gesamtheit dieser Überstreichungen sich über den zu simulierenden Abschnitt (FOV) des Terrains erstreckt,

— wobei die Verarbeitungsschaltung (38 in F i g. 6) ferner eine Interpolationsschaltung (116) aufweist, die mit dem Ausgang des Drehgliedes (112) verbunden ist, um Koordinaten (R_n,, Z_n;) des Schnittes jeder

Terrainlinie zu berechnen, die eine vertikale Überstreichebene für jede der vertikalen Überstreichebenen schneidet,

— eine Teilerschaltung (146 in F i g. 8), der aus den Koordinaten (R_n;, Z_n;) durch Berechnungen der Interpolationsschaltung (116) abgeleitete Koordinaten (R_n^ h-Z_n;) zugeführt sind zur Berechnung des Tangens des Winkejs {Φ_η in Fi g. 7) zwischen einer Referenzlinie (130), die sich von dem Sicht- bzw. Standpunkt

]" (6) in der Überstreichebene erstreckt, und einer Sichtlinie (4) von dem Standpunkt (6) zu jeder Schnittstelle,

— ein Register (150 in Fig.8), das mit dem Ausgang der Teilerschaltung (146) verbunden ist, zum Speichern nur des größten aller zuvor empfangenen Tangenswerte,

— eine Komparatorschaltung (148), die mit der Teilerschaltung (146) und dem Register (150) verbunden ist, zum Vergleichen des Tangens für jeden Schnitt mit den Tangenswerten für die zuvor in dem Bereich in der gleichen Überstreichebene aufgetretenen Schnittstellen und, wenn der Tangenswert algebraisch kleiner als der größte im Register (150) gespeicherte Wert und innerhalb des Sichtfeldes (FO V) ist, zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das anzeigt, daß die Sichtlinie (4) zur Schnittstelle über der Sichtlinie zu irgendeiner vorherigen Schnittstelle liegt und daß somit die Schnittstelle von dem Standpunkt (6) sichtbar ist,

— eine Codeanpassung (154) und einen Pufferspeicher (156), die mit dem Ausgang der Komparatorschaltung (148) verbunden sind und denen aus der Datenquelle (32) stammende Daten zugeführt sind, um nur die Koordinaten von jeder sichtbaren Schnittstelle (tan0/?) innerhalb des Sichtfeldes (FOV) und die codierten optischen Charakteristiken (KODE) der dadurch begrenzten Terrainebenen für eine Darstellung zu speichern,

— ein Sichtgerät (22), das vertikal bzw. horizontal ablenkbar ist durch ein vertikales bzw. horizontales Ablenksignal und das an jvjdem Ablenkungspunkt eine durch ein Intensitätssignal steuerbare Sichtbarkeitsintensität erzeugen kann,

— und eine Wandlerschaltung (160—170), der die in dem Pufferspeicher (156) gespeicherten Daten zugeführt sind und die an das Sichtgerät (22) ein horizontales Ablenksignal (x), das dem Tangens des Abtastwinkels (0_S) proportional ist, ein vertikales Ablenksignal (y), das bei einem gegebenen horizontalen Anlenksignal (x) kontinuierlich zwischen einem Minimum und einem Maximum schwankt, und ein Intensitätssignal (i) anlegt, das den im Pufferspeicher (156) gespeicherten optischen Charakteristiken entspricht, für eine Anzeige während derjenigen Zeit, in der das vertikale Ablenksignal (y) zwischen Werten liegt, die dem Tangens für eine erste sichtbare Schnittstelle und dem Tangens für die nächste sichtbare Schnittstelle, die die Terrainebene mit den optischen Charakteristiken begrenzt, proportional sind, und in der das horizontale Anlenksignal (tyeinen Wert hat, der dem Tangens des Abtastwinkels (ft) der vertikalen Überstreichebene proportional ist, in der die Schnittstellen vorhanden sind.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bildsimulator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Beispielsweise aus den US-Patenten 36 02 702, 36 21 214 und 36 65 408 ergeben sich frühere Techniken zum Erzeugen visueller Darstellungen von Objekten, deren verschiedene Scheitel, Umrandungen und Ebenen bzw. Flächen durch auf ein Achsensystem, gewöhnlich kartesisch bezogene Daten bestimmt werden, wobei die visuellen Darstellungen mittels Datenverarbeitungsmittel erzeugt werden. Diese Techniken beinhalten allgemein Mittel zum Umsetzen solcher Daten in eine zweidimensionale perspektivische Ansicht in Verbindung mit Prüfungen zum Feststellen, welche der verschiedenen sich überlappenden Objekte sichtbar sind und die anderen verdecken. Die für die Darstellung des visuellen Bildes auf einer Kathodenstrahlröhre angewendete Abtastung entspricht einem herkömmlichen horizontalen Abtastraster, das demjenigen ähnelt, welches beim Fernsehen benutzt wird. Die US-PS 36 71 729 beschreibt Mittel, durch die ein mechanischer Plotter Kurven oder Profile (die als elektrische Eingangssignale gebildet werden, welche für die aufeinanderfolgenden radialen Abtastungen die Höhe und Entfernung angeben) zeichnet, wobei die außerhalb des Blickfeldes eines erhöhten Betrachters liegenden Profilteile fortgelassen werden. Die Vorrichtung deutet auf keinerlei Anwendung bezüglich einer elektronischen Bilderzeugung hin und dürfte auch nicht in dieser Weise anwendbar sein.

Das US-Patent 37 69 442 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen einer komprimierten Datenbasis für einen Radar-Landmassensimulator.

:| Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Bildsimulator der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß

ein räumliches, perspektivisches Bild aus einem Datenspeicher simuliert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches gelöst

Erfindungsgemäß wird also zum Simulieren bzw. Nachbilden einer visuellen Szene eine radiale Abtastung mit s zunehmendem Blickwinkel und eine Unterdrückung unsichtbaier Oberflächen durch einen einfachen Winkelvergleich angewendet Dabei kann eine simulierte Perspektive benutzt werden, indem radiale vertikale Abtastungen mit dem Abtastungsazimutwinkel als der horizontalen Koordinate der Anzeige dargestellt werden. Dadurch können Radarbilder, visuelle Bilder und andere Sensorbilder mittels eines üblichen Datenspeichers erzeugt werden.

Das Gelände wird unter Bezug auf ein passendes Achsensystem, gewöhnlich ein kartesisches, numerisch beschrieben, indem die Koordinaten der Anfangs- und Endpunkte geradliniger Approximationen von Teilen eines Bergrückens, eines Tals oder einer Küstenlinie gespeichert werden. Diese geradlinigen Approximationen können von anderen Linien dadurch unterschieden werden, daß sie »Terrainlinien« genannt werden. Die visuellen Charakteristiken (die Reflexionskraft und Farbe) von durch die geraden Linien begrenzten Oberflächen werden auch gespeichert; die Reflexionseigenschaften der Oberflächen im Radarbereich und in anderen nicht sichtbaren Bereichen können ebenfalls gespeichert werden. Die Standpunktkoordinaten werden spezifiziert Beim üblichen Verfahren wurden die Geländedaten dazu benutzt werden, innerhalb eines Sichtfensters die Koordinaten von Strahlen von dem Standpunkt zu sichtbaren Punkten bzw. Stellen in dem gespeicherten Terrain zu bestimmen. Diese Sichtfensterkoordinaten und -daten wurden dann zu aufeinanderfolgenden Bild- ; Bitfolgen innerhalb eines Rasters von sich über das Sichtfenster erstreckenden horizontalen Linien gegliedert werden; und die in aufeinanderfolgenden Linien der Reihe nach gefundenen Punkte würden gespeichert und mit einem entsprechenden Abtastungsraster zu einer Anzeigevorrichtung ausgelesen werden.

Ausgegangen wird bei der Erfindung von einem Bildsimulator, bei dem die Koordinaten von Terrainlinien einer gegebenen Abtast- bzw. Überstreichungsebene gespeichert sind, und zwar zusammen mit den visuellen bzw. optischen (oder anderen Emissions-) Eigenschaften der hiervon begrenzten Ebenen. Ein solches Oberstreichungsprofil wird dann bei fortlaufend zunehmenden Werten der Bereichs- bzw. Entfernungskoordinate ausgelesen und zum Steuern einer Kathodenstrahlanzeige benutzt, wobei die optischen Eigenschaften, wie die Helligkeit und Farbe, dekodiert und in herkömmlicher Weise zum Steuern der Helligkeit sowie Farbe der Anzeige benutzt werden. Das Abtastmuster oder -raster der Anzeige ist ziemlich unkonventionell, indem es das Muster der Überstreichungs- bzw. Abtastprofile dupliziert, das heißt die Anzeigeüberstreichungen bzw. -abtastungen werden vertikal mit dem Sichtwinkel oder dem Tangens des Sichtwinkels entsprechenden Koordinaten dargestellt. Es können Überstreichungsprofile für aufeinanderfolgend angrenzende Überstreichungsebenen erzeugt werden (was allgemein einem nicht verschachtelten üblichen Raster entspricht), oder es können für alle geradzahligen und ungeradzahligen Überstreichungsebenen in einer Folge Überstreichungsprofile erzeugt werden (entsprechend einem verschachtelten herkömmlichen Raster). Der Seitenabstand der vertikalen Anzeigespuren aufeinanderfolgender oder alternierender (verschachtelter) Abtastungen kann proportional zum Abtastwinkel oder zum Tangens des Azimutwinkels sein. Für eine getreue perspektivische Projektion auf eine ebene Sichtfensterfläche bzw. -ebene, die durch einen ebenen Anzeigeschirm repräsentiert wird (das Äquivalent einer »Bildebene« einer üblichen perspektivischen Zeichnung), sind Verlagerungen vom Fenstermittelpunkt proportional zum Tangens des Winkels zwischen einem Strahl vom Standpunkt zu einem Terrainpunkt und der Normalen (»Bohrungssicht« — boresight) vom Standpunkt zur Sichtfensterebene. In der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die »Bohrungssicht« des Beobachters horizontal. In der zweiten Ausführungsform sind Mittel zum Berücksichtigen von Änderungen in der Bohrungssichthöhe vorgesehen.

Das angewendete Überstreichungs- bzw. Abtastungsmuster führt zu einem größeren Vorteil. Es ist im wesentlichen dasselbe wie das physikalische Abtastungsmuster eines Radarsystems; und die Radarbeschattung durch dazwischenliegendes Terrain ähnelt einer visuellen Sichtbehinderung. Wenn somit das Radarreflexionsvermögen bzw. der Radarreflexionsfaktor in den Terraindaten zusammen mit den visuellen Charakteristiken kodiert wird, können dieselben Daten angewendet werden, um eine Nachbildung des von demselben Gelände bzw. Terrain erzielten Radarbildes zu erzeugen. Das beim Anzeigen der Radardaten angewendete Abtastungsmuster bzw. -schema unterscheidet sich gewöhnlich von demjenigen, das für eine visuelle Nachbildung benutzt wird, wobei gewöhnlich ein herkömmlicher Planbildanzeiger bzw. ein Rundsichtgerät zur Anwendung kommt. In einem solchen Fall kann eine Bedienungsperson die Radar- und visuellen bzw. optischen Nachbildungen (die bequemerweise nebeneinander angezeigt werden) vergleichen und dabei lernen, die mit dem Auge erfaßbaren Geländemerkmale mit den Radarechos von demselben Gelände in Beziehung zu setzen.

Allgemein können Techniken, die denjenigen ähneln, welche zum Simulieren eines mit dem Auge beobachteten Bildes zur Anwendung kommen, zum Nachbilden der Wirkung eines passiven Systems benutzt werden, wie beispielsweise bei einem Infrarotfühler, der nur die Strahlung ohne Rücksicht auf die Laufzeit von der Quelle berücksichtigt; und es können Techniken benutzt werden, die denjenigen zum Nachbilden von Radarechos ähneln, um den Effekt irgendeines aktiven Systems zu simulieren, wobei sich die Entfernung durch Messung der Laufzeiten ergibt.

Die Erfindung wird nachfolgend an bevorzugten zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das grundsätzliche Abtastungsmuster der ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 die allgemeine Gestaltung bzw. Einrichtung der ersten Ausführungsform, F i g. 3 ein Detail aus F i g. 2,

F i g. 4,5 und 6 andere Details aus F i g. 2,

F i g. 7 ein Überstreichungsprofil des Abtastungsmusters bzw. -Schemas aus F i g. 1,

F i g. 8 weitere Details der ersten Ausführungsform der Erfindung, F i g. 9 die allgemeine Gestaltung bzw. Einrichtung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und F i g. 10 ein Detail aus F i g. 9 und p])

F i g. 11 die beschriebene Geometrie.

In dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Stand- bzw. Sichtpunkt 6 ausgewählt, der die simulierte Position des Betrachters einer nachzubildenden Szene bzw. Landschaft repräsentiert; diese Stelle befindet sich auf einer Höhe h über ihrer Grundposition 7. Die letztere dient als Ausgangs- bzw. Nullpunkt für in der Grundebene liegende orthogonale Achsen Λ'sowie Fund für eine zum Boden rechtwinklige Achse Z. Es werden sich vertikal durch den Ausgangspunkt 7 erstreckende Abtast- bzw. Überstreichungsebenen,

wie die Ebene 2, ausgewählt; der Azimut- oder Abtastwinkel einer solchen Überstreichungsebene 2 wird durch den Winkel Θ zwischen ihrer Schnittstelle mit der Grundebene und der X-Achse gemessen. Eine Überstreichungs- bzw. Abtastlinie 4 (die eine Nachbildung der Sichtlinie des Betrachters ist) erstreckt sich vom Standbzw. Sichtpunkt 6 unter einem Sichtwinkel Φ, der von der Horizontalen gemessen wird, und diese Abtastlinie 4 schneidet ein von Terrainlinien 10,12,14 und 16 bestimmtes Abtast- bzw. Überstreichungsprofil 8. Der Ausdruck »Terrainlinien« wird benutzt, um zu betonen, daß die mit 10,12, 14 und 16 bezeichneten Punkte tatsächlich die Schnittpunkte der die Ebene 2 schneidenden Terrainlinien in dieser Überstreichungsebene 2 sind. In ähnlicher Weise wird eine gerade Linie, wie die Linie 12—14, in der Zeichnung eine Ebene genannt, da sie tatsächlich in der Ebene 2 die Schnittlinie einer Terrainebene ist. Aufeinanderfolgende Schnittlinien in angrenzenden Überstreichungsebenen ergeben die Terrainlinien und -ebenen.

Das einem Raster beispielsweise eines Ikonoskops entsprechende allgemeine Abtast- und Überstreichungsmuster wird in der Weise erzeugt, daß ein Überstreichungswinkel Θ ausgewählt und der Sicht- bzw. Blickwinkel Φ dazu veranlaßt werden, sich von einem Anfangswert von 90° (d. h. rechtwinklig zur XY Grundebene) zu kleineren Werten zu verändern, wodurch das Profil 8 zu fortlaufend zunehmenden Bereichen bzw. Entfernungen von der Grundposition 7 überstrichen wird.

Es ist ersichtlich, daß die Ebene 12—14 bezüglich des Sichtpunktes 6 von der Ebene 10—12 verdeckt wird, und ein Teil der Ebene 14—16 wird ebenfalls verdeckt. Wenn die Überstreichlinie 4 sich zum Punkt 12 bewegt, hat der Winkel Φ eine gegebene Größe; wenn sich aber die Überstreichlinie in wachsende Entfernungen bewegt, längs des Überstreichprofils nach unten zum Punkt 14, dann wird der Winkel Φ größer. Somit wird aus F i g. 1 deutlich, daß bei einer Vergrößerung des Sichtwinkels Φ mit einer Vergrößerung der Entfernung, in die sich die

Überstreichlinie 4 erstreckt, der Punkt, zu dem die Linie 4 erstreckt, verdeckt ist. Dieses Kriterium wird angewendet, um festzustellen, wann spezielle Vorgänge erforderlich sind, um eine Abdeckung von Geländeober- ||? flächen zu bestimmen bzw. festzustellen. K

In F i g. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung in Blockdiagrammform dargestellt. Das Sichtgerät 22 |, (vorzugsweise eine Kathodenstrahlröhre), auf dem die simulierte Szene erscheint, kann von einer nicht darge- f_t

stellten Bedienungsperson betrachtet werden. Diese betätigt Bedienungssteuerorgane 24, die gewöhnlich die |ji

Steuerungen eines Fahrzeugs simulieren und Signale erzeugen, welche über ein Befehlsinterface 26 (das die ^

Ausgangsgrößen bzw. -signale der Steuerorgane in eine geeignete Form zum Eingeben in einen Digitalrechner f

28 umsetzt) zu einem für allgemeine Zwecke bestimmten Rechner 28 geleitet werden. Der Rechner 28 setzt die Signale vom Befehls- bzw. Steuerinterface 26 unter Berücksichtigung der gespeicherten Information bezüglich |

der Eigenschaften des simulierten Fahrzeugs in Kurs- und Stellungsänderungen des Fahrzeugs um. Diese |

Funktionen, die für eine praktische Anwendung der Erfindung unbedingt zweckdienlich sind, dienen tatsächlich |

nur zum Bilden einer Information bezüglich der Lage des Sichtpunkts 6 aus Fig. 1 und der Stellung der |'

Normalen zum Sichtfeld. ] '

Der Bilderzeuger ist innerhalb des gestrichelten Rechtecks 30 dargestellt. Der Ortsdater.speicher bzw. die |

Ortsdatenbasis 32 beinhaltet eine digitale Beschreibung der Umgebung, in der Praxis gewöhnlich eine Beschrei- I

bung eines Bereichs, der merklich größer als der in einer gegebenen Sicht bzw. Darstellung zu simulierende |

bestimmte Bereich ist. Somit ist das Auswählen der für eine bestimmte Simulierung bzw. Nachbildung erforderli- |

chen Einzelheiten ein (oder mehrere) Standardschritt in der Funktionsweise des Simulators. Die Ortsdatenbasis |

besteht aus einer angrenzenden Reihe von Linien und Punkten, die Geländemerkmale beschreiben, wie Bergrük- ΐ

ken und Täler, Grenzen zwischen Oberflächen mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen oder Emissionsver- f

mögen (einschließlich der sichtbaren Farbe sowie Helligkeit und des Emissionsvermögens in anderen interessie- |

renden Spektralbereichen), ferner kodierte Darstellungen des Reflexionsvermögens sowie Emissionsvermögens |

und Grenzen oder einfache Linien oder Punkte, die künstliche Gebilde repräsentieren, wie Gebäude, Brücken f'

und Straßen bzw. Wege. Jedes Datenbasiswort umfaßt die kartesischen Koordinaten eines Linienendpunkts, das |

Reflexionsvermögen und/oder das Emissionsvermögen rechts- und linksseitig der Linie (oder für Kulturobjekte |

bzw. Kulturen die anzuzeigende Intensität und Weite) und ein Identifizierungskennzeichen. Das US-Patent 37 69 442 beschreibt eine ähnliche Datenbasis, die jedoch auf Radarreflexionsvermögen beschränkt ist Um den Speicherbedarf zu erhalten, und die Wortlänge zu reduzieren, kann die Datenbasis im Inkrement- oder Delta-Format definiert werden, wobei die kartesischen Koordinaten in den Werten als das Inkrement bzw. der Zuwachs bezüglich des vorherigen Wertes ausgedrückt werden. Während die Umsetzung vom Deltaformat zu ganzen Werten oder umgekehrt bei der Datenverarbeitung durch Addieren oder Subtrahieren einfach durchgeführt werden kann, wird die Beschreibung durch Benutzen ganzer bzw. vollständiger Werte vereinfacht, was dementsprechend durchgeführt wird.

Der gesamte Gehalt der Ortsdatenbasis 32 wird einmal pro Rahmenzeit ausgelesen. Bei Annahme einer Standard-Fernsehrahmenfrequenz von 30 Rahmen bzw. Bildern pro Sekunde oder etwa 33 Millisekunden pro Rahmen bzw. Bild und einer Speicherauslesegeschwindigkeit von einem Wort pro Mikrosekunde beträgt die maximale Anzahl von Worten in der Ortsdatenbasis 33 000.

Da diese große Anzahl von Wörtern Daten auf einem Gesamtbereich enthält, müssen aus diesen nur diejeni-

gen ausgewählt werden, die in dem Sichtfeld eines sich am Standpunkt 6 in Fig. 1 befindlichen Betrachters |'

liegen. Die Kriterien für diese Auswahl wie auch ein großer Teil der zusätzlichen Verarbeitung der gewählten i

Daten, kann am zweckmäßigsten ausgeführt werden, wenn die Grundposition 7 des Sichtpunktes 6 als der I

Ursprung verwendet wird. Die übliche analytische geometrische Formel zum Verschieben einer Koordinate X h

von einem Ursprung bei X=OzU einem neuen Ursprung bei X=a\stX„_cu = X_:,i,— a. 5 ^

Fi g. 2 zeigt ein Befehlsinterface 26, das Signale von Bedienungssteuerorganen 24 empfängt und Signale an

den Digitalrechner 28 liefert. Der Digitalcomputer empfängt somit Daten bezüglich der Lage des Standpunktes 6 und kann dadurch die Koordinaten Xr und Yr der Grundposition 7 berechnen und an den Umsetzer 42 in F i g. 3 weiterleiten. Der Umsetzer 42 empfängt die Koordinaten X_n und Y_n von jedem Punkt N aus der Datenbasis 32 und rechnet sie auf den neuen Ursprung bei Xr und Yr um, wobei die Umrechnungen als mit Strichen bezeichnete Koordinaten, also X_n und Y_n', angegeben sind. Diese werden einem Verzögerungsglied 48 zugeführt, das Z_n und den Reflektion- und/oder Emissionscode direkt von der Ortsdatenbasis 32 empfängt. Da die Verschiebung des Ursprungs in der X-, Y-Ebene erfolgt, beeinflußt sie keine Z-Koordinaten, und demzufolge ist keine Änderung von Z_n erforderlich. Die Codes beschreiben physikalische Charakteristiken des Terrains und werden somit durch eine rein mathematische Umrechnung der Koordinaten nicht verändert.

Das Sichtfeld vom Standpunkt 6 wird winkelmäßig begrenzt. Wenn das am Standpunkt 6 befindliche hypothetische Fahrzeug ein Beobachtungsfenster bestimmter Größe hat, bestimmen dessen Seiten die Grenzen, in Azimuth, des geometrischen »Sichtfensters«, wodurch bestimmt wird, welche Ortsdaten in der Nachbildung bzw. Simulation sichtbar sind und welche Ortsdaten deshalb darzustellen sind. Fig. 11 stellt die X'-, Y'-Ebene mit der Sichtpunkt- und Fahrzeuggrundposition als Ursprung 7 dar. Eine Linie, die im Winkel Θη zur X'-Achse verläuft, stellt die Fahrzeugfront dar und ist senkrecht zum Fahrzeugsichtfenster, das sich auf jeder Seite über einen Winkel Q_m von der Fahrzeugfront erstreckt. Die Fahrzeugfront Θη wird selbstverständlich durch die Bedienungsperson der Bedienungssteuerorgane 24 bestimmt, und die Grenzwinkel Q_m werden durch die Fahrzeugkonstruktion bestimmt. Diese beiden Parameter sind also als gegebene Daten verfügbar. Der Computer 28 berechnet sin Θη und cos Θη und liefert diese an ein Drehglied 44, das verschobene Koordinaten X_n' und Y_n' empfängt und sie in neue Achsen dreht, insbesondere die Fahrzeugfrontrichtung in den Winkel Θη zur X'-Achse und senkrecht zur Fahrzeugfrontrichtung. Um den gleichen Vorgang mit anderen Worten zu beschreiben, bestimmt das Drehglied 44 (das zu diesem Zweck in gleicher Weise als ein Auflöser bezeichnet werden könnte) die Komponenten entlang diesen Achsen der Linie vom Ursprung (bei 6 und 7) nach X_n, Y_n. Diese sind in F i g. 11 als R_n entlang der Fahrzeugfrontrichtung und d_n senkrecht zu R_n gezeigt. R_n ist auch eine enge Approximation an die Grundentfernung vom Ursprung nach X_n, Y_n.

Da 0m gegeben ist, kann der Computer 28 den Tangens davon berechnen und führt somit tan <9_m dem Multiplizierer 46 zu, der R_n von dem Drehglied 44 empfängt. Der Multiplizierer 46 berechnet R_n- tan &_m, was d„_m ist, also die maximale normale Entfernung von R_n, die in dem Sichtfenster sichtbar ist.

Die Berechnung von d_nm liefert nur Azimutgrenzen. Das Sichtfeld ist auch vertikal begrenzt, und diese Grenze wird durch den Maximalbereich R_n, ausgedrückt, der vom Rechner 28 geliefert wird.

Alle diese Selektionsparameter — R_n,, d_nm R_n und d„ — werden einer Abstreif- bzw. Trennlogik (stripping logic) 50 zugeleitet. Die Größen R_n und d_n wurden durch das Glied 56 verzögert, so daß sie erst eintreffen, nachdem d_nm berechnet wurde. Während die Datenbearbeitungsvorgänge so weit als Vorgänge bezüglich einzelner Punkte in der X-, Y-Ebene beschrieben wurden, bezieht sich die Trennlogik auf Linien, deren Endpunkte Paare von solchen Punkten sind, für die jeweils R_n und d_n berechnet wurden. Während die Organisation bzw. Gliederung der logischen Elemente zum Ausführen der Trennlogik detailliert in F i g. 4 dargestellt ist, |

werden zunächst die logischen Funktionen angegeben: Wenn R_n eines Endpunkts positiv sowie kleiner als R_n, ist gf

und wenn (1) d- einer der Endpunkte kleiner als d_nm oder (2) die Werte von d_n für die zwei Endpunkte ein -g

entgegengesetztes Vorzeichen haben, dann liegt die hierdurch bestimmte Linie im Sichtfeld. Wenn eines dieser Kriterien erfüllt ist, leitet die Trennlogik 50 ein Eingabe- bzw. »Einschreiben«-Signal zum Sichtfeld- bzw. FOV-Speicher 52, wodurch die verzögerten X_n, Y_n, Z_n und Codesignale in den FOV-Speicher 52 eingelesen werden.

Der FOV-Speicher 52 hat zwei Teile, die mit einer gegenseitigen Zeitphasenverschiebung arbeiten. Ein Teil unterliegt einem Füll- oder Einschreibvorgang, während der andere Teil ausgelesen wird; wenn die zwei Vorgänge beendet sind (das heißt am Ende einer Rahmenperiode) werden ihre Funktionen umgekehrt, und zwar zweckmäßigerweise mittels eines Steuerungssignals vom Rechner 28, der die bequemste Quelle für zeit- und Steuerungssignale ist, wobei angenommen wird, daß er mit seiner eigenen Taktquelle versehen ist. Dieser abwechselnde Betrieb zwischen zwei ähnlichen Speichern ist in der Technik als Ping-Pong-Betrieb bekannt.

Die soweit beschriebene Trennlogik füllt den FOT-Speicher 52 mit denjenigen Datenworten, die in dem ausgewählten Sichtfeld liegen. Aber der das Reflexions- oder Emissionsvermögen am Beginn einer Abtastung beschreibende Kode wird vielfach durch ein Wort gegeben, das außerhalb des Sichtfeldes liegt und einen negativen Wert von R_n hat Es kann deshalb eine spezielle Zusatzbedingung der Trennlogik 50 gebildet werden, die darin besteht, daß das Datenwort mit der kleinsten Größe eines negativen R_n identifiziert und auch in den FOV-Speicher 52 eingegeben wird. Diese Bedingung ist nur in einer begrenzten Art von Fällen nützlich, wird nur aus Vollständigkeitsgründen angegeben und bildet keinen Bestandteil der bevorzugten praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung.

F i g. 4 zeigt die logische Gliederung der Trennlogik 50 aus F i g. 3. Ein Schieberegister 54 empfängt d„ über das Verzögerungsglied 56 vom Drehglied 44. Es ist lang genug, um zwei Werte von d_n für zwei angrenzende oder aufeinanderfolgende Endpunkte zu enthalten. Das Vorzeichenbit für jedes d„ ist durch ± dargestellt. Diese Vorzeichenbits werden einem Komparator 58 zugeleitet, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn ungleiche Vorzeichenbits, das heißt verschiedene Vorzeichen, vorliegen. Ein Register 60 empfängt d_nm vom Multiplizierer 46 aus F i g. 3; sein Inhalt bildet eine Eingangsgröße für Komparatoren 62 und 64, deren andere Eingangsgrößen d_n und

d„+\ sind. Die Komparatoren 62 und 64 geben eine Ausgangsgröße bzw. ein Ausgangssignal ab, wenn d„ oder ^_n+I kleiner als d_nm ist. Die Ausgangsgrößen der Komparatoren 58, 62 und 64 werden einer Pufferstufe bzw. ODER-Schaltung 66 zugeführt, deren Ausgangsgröße angibt, daß eines der oben mit (1) oder (2) bezeichneten Kriterien der Trennlogik erfüllt ist. R_n wird vom Drehglied 44 über das Verzögerungsglied 56 aus F i g. 3 zum Schieberegister 68 geleitet, und R_n, gelangt vom Rechner 28 aus F i g. 3 in das Register 70. Es sind Kompratoren 72 und 74 angeschlossen, um Ausgangsgrößen bzw. -signale zu erzeugen, wenn A_n und R„+\ kleiner als R_n, ist; um jedoch die weitere logische Bedingung zu erfüllen, daß R_n oder R_n+ ₁ positiv ist, werden die Ausgangssignale der Komparatoren 72 und 74 durch Tore 76 und 78 geleitet, die nur dann erregt bzw. durchschaltbar sind, wenn die Vorzeichenbits in den zugeordneten Teilen des Registers 68 positiv sind. Die Ausgangssignale dieser Tore 76 und

78 gelangen zu einer Puffer- bzw. ODER-Schaltung 80, deren Ausgangsgröße das Erfüllen der Bedingung anzeigt, daß R_n oder R_n+ 1 kleiner als R_n, und positiv ist. Die Ausgänge der ODER-Schaltungen 66 und 80 sind mit einem Tor 82 verbunden, dessen Ausgangssignal das Erfüllen aller logischen Bedingungen der Trennlogik 50 anzeigt und somit das in F i g. 3 angegebene »Einschreiben« bzw. Eingabesignal bildet, welches dem FOK-Speicher52 zugeführt wird.

rs Zum Erfüllen der Zusatzbedingung, daß die Trennlogik 50 das negative R_n der kleinsten Größe identifiziert und mit den zugeordneten Wortdaten an den FO K-Speicher 52 weitergibt, ist es erforderlich, daß die Wortdaten für jede Möglichkeit gespeichert und weitere Proben bezüglich des negativen R_n genommen werden. Zu diesem Zweck ist der Speicher 84 vorgesehen. Er ähnelt insoweit dem FO V-Speicher 52, daß er eine »Einschreiben«-Instruktion empfangen kann, wodurch er zum Aufnehmen von Daten über verschiedene Eingangsleitungen veranlaßt wird. Die Zund KODE Eingangsgrößen werden von der Ortsdatenbasis 32 aus der F i g. 3 empfangen; der R Inhalt wird jedoch von einem Zwischenanschluß im Register 68 abgeleitet. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Register 68 einen R Wert zuerst in dem mit /?„+i markierten Abschnitt empfängt und dann in den mit R_n markierten Abschnitt verschiebt, wenn ein neuer Wert von R, zweckmäßigerweise mit d_n+1 bezeichnet, in den so markierten Abschnitt geschoben wird. Wenn das Tor 86 durch eine negative Angabe in dem Vorzeichenteil des R„+\ Abschnitts erregt wird, leitet es die Größe von R_n+1 als ein Eingangssignal zum Komparator 88, dessen andere Eingangsgröße dem Inhalt des R Abschnitts des Speichers 84 entspricht - und damit einem zuvor gespeicherten Wert irgendeines früheren negativen R_n. Wenn R_n+ 1 größenmäßig kleiner als der im Speicher 84 gespeicherte Wert ist, erzeugt der Komparator 88 ein Ausgangssignal, das als »Einschreiben« bzw. Eingabeinstruktion oder -befehl zum Speicher 84 dient. In Abhängigkeit von diesem Befehl nimmt der Speicher 84 den neuen Wert von R auf, wenn dieser aus dem A_n+1 Abschnitt des Registers 68 in den R_n Abschnitt verschoben wird. Der Speicher 84 nimmt auch die neuen Z und KODE Werte auf. Immer dann, wenn eine neue kleinere Größe eines negativen R aufgefunden wird, erfolgt ein Einspeichern desselben und der zugeordneten Wortdaten in den Speicher 84. Der in dem letzteren endgültig gespeicherte Wert entspricht damit der kleinsten Größe eines negativen R in der gesamten Ortsdatenbasis. Am Ende einer Rahmenperiode liefert der Rechner 28 aus F i g. 3 einen Lesebefehl an den Speicher 84 sowie einen Einschreibbefehl an den FO V-Speicher 52, und die gespeicherten Zund KODEWerte werden vom Speicher 84 in den FOV-Speicher 52 eingelesen. Dies erfolgt notwendigerweise, bevor der Rechner 28 die zwei Teile des FOV-Speichers 52 zum Abwechseln bzw. Umkehren ihrer Funktionen veranlaßt. Zur gleichen Zeit kann er den verschiedenen Registern Freigabe- bzw. Rückstellbefehle zuleiten.

Da der Abstreif- bzw. Trennvorgang lediglich ein Aussieben von nützlichen aus überflüssigen Worten ist, muß die Präzision nicht so groß wie diejenige der Datenworte selbst sein, die direkt von der Ortsdatenbasis 32 zum FOV-Speicher 52 übermittelt werden. Die einzige Ausnahme in diesem Zusammenhang ist der Speicher 84, der genau so viele ausgeprägte Zeichen haben muß, wie sie die ursprünglichen Daten von der Datenbasis 32 enthalten.

Die im Sichtfeld liegenden Daten wurden aus maximal 33 000 Worten in der Ortsdatenbasis ausgewählt. Unter Annahme einer Verarbeitungsgeschwindigkeit von einem Wort pro Mikrosekunde und unter Berücksichtigung

der Tatsache, daß während des Sektorabstreif- bzw. Sektortrennvorgangs mittels des Sektortrenners 36 aus

Fig.2 der gesamte FOV-Speicher einmal pro Sektorperiode ausgelesen wird, ist es offensichtlich, daß die

• Kapazität des FOV-Speichers 52 auf 33 000 : N beschränkt werden muß, wobei N die Anzahl von Sektoren in einem Sichtfeld ist Die tatsächliche Sektoranzahl beträgt in der beschriebenen Ausführungsform 33, so daß die maximale Wortkapazität des FOV-Speichers 52 auf 1000 Worte eingestellt wird, was einer Auslesezeit von einer Millisekunde entspricht und mit der Geschwindigkeit von 33 Millisekunden pro Rahmen verträglich ist. Der Sektortrennvorgang gleicht mit einigen Vereinfachungen stark dem Sichtfeldtrennvorgang. Eine Umsetzung ist nicht erforderlich, da sich der Ursprung bereits bei der Grundposition 7 des Sicht- bzw. Standpunkts 6 befindet Doch ist für jeden Sektor ein Drehvorgang erforderlich; θ ist der mittlere Azimut eines jeden Sektors, und sin Q_s sowie cos θ₅ können vom Rechner 28 geliefert werden. Die Sichtfeldtrennung hat alle Punkte mit Bereichs- bzw. Entfernungswerten eliminiert, die größer als das zulässige Maximum sind, so daß R_m nicht benötigt wird. Tan θ — Maximalwinkel-Sektor ist einfach der Halbwinkel vom nominellen Mittelpunktswinkel des gegebenen Sektors zur Halbwegmarkierung zum nächsten Sektor. Die Sektortrennlogik wird somit auf d„ und d_n+\ Vergleiche reduziert

Wie es bereits angegeben wurde, ist es für die Sektorabtrennung erwünscht, daß sie auf gleichen Inkrementen ■zu arctan Q_s und nicht auf gleichen Inkrementen im Azimutwinkel 0_S selbst basiert Dies kann in den Rechner 28 einprogrammiert werden, der die Quelle für viele Grundbefehle wie auch für Zeit- und Steuerungssignale ist Die ■ Details der Sektortrennung bzw. des Sektortrenners 36 ergeben sich aus F i g. 5.

Der FO V-Speicher 52 ist für eine bequemere Beschreibung in Fi g. 5 wiederholt bzw. erneut dargestellt. X_n und Y_n' werden direkt dem Drehglied 90 zugeführt, das dem Drehglied 44 aus Fig.3 entspricht und vom Rechner 28 die Sinus- und Kosinus-Werte von 0_S empfängt, dem Azimutwinkel des vom Speicher 52 ausgelesenen bestimmten Sektors. Das Drehglied 90 erzeugt Ausgangsgrößen R_n und d„, die sich dadurch von den

entsprechenden Ausgangsgrößen des Drehgliedes 44 aus F i g. 3 unterscheiden, daß sie Komponenten in der und entlang der Normalen zu der Überstreichungs- bzw. A.btastebene des bestimmten Sektors sind. Der Rechner 28 liefert tan 0_ms, wobei 0_ms der in dem bestimmten Sektor liegende Maximalwinkel ist, für den Multiplizierer 92 (der dem Multiplizierer 46 aus F i g. 3 entspricht). Der Multiplizierer 92 erzeugt d_nms, der maximalen Normalkomponente, am Bereich R_n, die noch in dem Sektor liegt. Dieses Produkt wird zum Register 94 geleitet (das dem Register 60 aus Fig.4 entspricht). Nach einer Verzögerung durch das Verzögerungsglied 96 wird d„ vom Drehglied 90 zum Register 98 geleitet, das dem Register 68 aus Fi g. 4 ähnelt. Der Komparator 100 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Vorzeichen von d„ und d_n+i unterschiedlich sind. Der Komparator 102 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn d„ kleiner als d_ms ist, und der Komparator 104 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn d„+\ kleiner als d_nms ist. Die drei Ausgangsleitungen der Komparatoren 100, 102 und 104 führen zur Puffer- bzw. ODER-Schaltung 106, deren Ausgangsgröße ein »Einschreiben«-Befehl für den Sektorspeicher 108 ist (der ein zweiteiliger Ping-Pong-Speicher ist). Die Größen bzw. Signale X_n, Y_n, Z und KODE wurden durch das Verzögerungsglied 110 verzögert und treffen zur richtigen Zeit ein, um in den Sektorspeicher 108 eingeführt zu ' werden.

Bei der Sektortrennung ist keine Vorkehrung zum Auffinden der minimalen Größe eines negativen R_n getroffen, da diese bereits in dem FOV-Trennvorgang gefunden wurde. Das negative R_n wird in bezug auf den Ursprung bzw. den einen Punkt gemessen, der allen Sektoren gemeinsam ist; es bestimmt den für jeden Überstreichungs- bzw. Abtastungsvorgang, der am Ursprung beginnt, zu benutzenden Kode; aber es muß eine diesbezügliche Gleichheit für alle Überstreichungs- bzw. Abtastvorgänge vorliegen. Bezüglich der Reihenfolge der Bereichspunkte geht der negative Bereich jedem der positiven Bereiche vor, und somit bestimmt er den Kode für den Beginn der Überstreichung bzw. Abtastung. Dieses vereinfachte Verfahren ist zulässig, wenn die >> H Grund- bzw. Bodenposition des Betrachters außerhalb des Sichtfeldes liegt. Eine nachfolgende Ausführungsform offenbart eine allgemein gültige Lösung. Die Periode des Sektortrennvorgangs beträgt bei der beschriebenen bestimmten Ausführungsform eine Millisekunde. Diese Periode muß allgemein ausreichend kurz sein, damit das Abziehen bzw. Trennen aller Sektoren in einer Rahmenperiode beendet werden kann.

Die Abtastung/Linien- bzw. Abtastung/Wort-Schnittstellenzentraleinheit 38 aus F i g. 2 ist in F i g. 6 detailliert dargestellt. Vom Sektorspeicher 108 werden X_n' und Y_n zum Drehglied 112 ausgelesen, wodurch sie zum Abtastwinkel Θ gedreht werden, dessen Kosinus- und Sinuswerte vom SIN/COS-Speicher 114 entsprechend dem vom Rechner 28 gelieferten Wert von Θ gebildet werden. (Diese Funktionen könnten natürlich auch vom Rechner 28 selbst geliefert werden, doch kann das Vorsehen eines einfachen Mikroprogrammspeichers [Festspeicher] als kostensenkende Kapazität des teureren allgemeinen Rechners erwünscht sein.) Die sich ergebenden Größen R_n und d_n werden zum Interpolator 116 geleitet, und zwar zusammen mit Z_n, das durch das Verzögerungsglied 118 für einen Synchronismus mit R_n und d„ verzögert wurde. Der Interpolator 116 ist ein spezieller Rechner, der die Gleichungen

R_n, = R„ + d_n und Z_n, =Z_a + d_n

löst, wobei der Index »ni« den Wert anzeigt, der den Schnittstellen der Linie mit der Überstreichungs- bzw. Abtastlinie entspricht Die Ausgangsgröße Z_n, gelangt zu einem Eingang eines Abtastspeichers 120. Dieser ist ein Zweifach- oder Ping-Pong-Betrieb-Abtastspeicher mit direktem Zugriff, das heißt ein solcher mit spezifischen Speicherstellen, die durch einen Adreßkode adressierbar sind. Bei der vorliegenden Anwendung ist R die Adresse und entsprechend angeschlossen. Das tatsächliche Einschreiben in den Abtastspeicher 120 tritt nicht auf, so lange kein »Einschreiben«-Befehl empfangen wird. Der Wortwähler 122 empfängt d_n vom Drehglied 112 und erzeugt ein solches »Einschreiben«-Signal, wenn d_n und sein Vorläufer d_n-\ entgegengesetzte Vorzeichen haben, wodurch angezeigt wird, daß die von ihnen bestimmte Linie die Überstreichungs- bzw. Abtastlinie kreuzt. Wenn d_n gleich Null ist, wird angezeigt, daß ein Punkt auf der Überstreichungs- bzw. Abtastlinie liegt.

Es ist klar, daß diese Funktionen von einem Register durchgeführt werden können, das dem Register 54 aus F i g. 4 ähnelt und in das aufeinanderfolgende Werte von d_n geschoben werden. Ein Komparator, dessen Eingänge mit den Vorzeichenbits von d„ und d„+\ verbunden sind, gibt ein Signal, wenn die Vorzeichen unterschiedlich sind. Ein Nullwert von d„ kann durch gemeinsames Anschalten (buffing together) aller numerischen Bitausgänge an einen Inverter identifiziert werden. Hierbei handelt es sich um eine völlig übliche Logik, die deshalb nicht detailliert dargestellt ist

Da das Datenwort beide links- und rechtsseitigen Reflexions- oder Emissionskode trägt muß bestimmt werden, welcher Kode zu benutzen ist; das heißt die Richtung, in der die Linie von dem n— 1 Punkt zum π Punkt die Überstreichungs- bzw. Abtastlinie kreuzt Dies wird durch das Vorzeichen des vom Drehglied 112 erzeugten d„ angezeigt Der Kodewähler 124 empfängt d_n vom Drehglied 112 und wählt den passenden Kode aus den zwei Auslesewerten des Sektorspeichers 108 aus. Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß das Vorzeichenbit von d_n verwendet wird, um ein Ansteuersystem zu steuern, das für das eine Vorzeichen in den einen Code öffnet und für das andere Vorzeichen in den anderen Code. Wenn also d_n positiv ist, muß die Zeile von n— 1 nach π nach oben gerichtet werden in bezug auf die Überstreichlinie, und infolgedessen liegt die rechte Seite in der Richtung, in der sich die Überstreichlinie bewegt. Wenn die d„ negativ ist, gilt das umgekehrte und die linke Seite von d_n liegt in der Richtung der Überstreichlinien. Die Verzögerungsglieder 126 und 128 sind so gewählt, daß das KODff Signal und der »Einschreiben«-Befehl zu den richtigen Zeiten am Abtastspeicher 120 ankommen.

Wenn die Eingangsinformationen empfangende Hälfte des Abtastspeichers 120 (die andere Hälfte wird während dieser Zeit ausgelesen) gefüllt ist, enthält sie ein vollständiges Überstreichungs- bzw. Abtastprofil, das in F i g. 7 dargestellt ist und jedoch zusätzliche Information enthält, die nur an diesem Abschnitt der Beschreibung verständlich ist Der Sicht- bzw. Standpunkt 6 sowie dessen Grundposition 7 und die tatsächliche Gelände-

höhe bei 10 über 7 haben dieselbe Bedeutung wie bei F i g. 1. Jedoch ist F i g. 7 eine Darstellung einer einzelnen Oberstreichungs- bzw. Abtastebsne für einen einzelnen Wert von Θ. Die Bohrungs- bzw. Normalsicht durch den Sichtpunkt 6 ist durch die Linie 130 wiedergegeben und verläuft bei dieser speziellen Ausführungsform horizontal. Die oberen und untren Grenzen des Sichtfeldes (FOV) sind durch + und — Qfov angegeben. Die Höhe h des Sichtpunkts 8 über seiner Grundposition 7 und die Höhe h-Z„j über dem Terrain bzw. Gelände bei 10 sind zum Erleichtern des Verständnisses dargestellt Die Gattungsbezeichnung 8 wird für das Profil benutzt, und die Überstreichungs- bzw. Abtastlinie wird mit 4 bezeichnet, da sie nur eine von einer unbegrenzten Anzahl von Positionen der Oberstreichungs- bzw. Abtastlinie repräsentiert Gewisse Terrainpunkte sind mit geraden Zahlen von 132 bis 138 beziffert, um eine bequeme Bezugnahme beim Erläutern der von der Vorrichtung aus F i g. 8

ίο durchgeführten Betriebsvorgänge zu ermöglichen. Der Abtastspeicher 120 ist wiederum in F i g. 8 dargestellt, da die beim Auslesen der zuvor gefüllten Hälfte auftretenden Funktionen beschrieben werden. Ein Bereichs- bzw. Entfernungszähler 140 zählt zunehmende Bereichs- bzw. Entfernungseinheiten, die Speicherstellen im Abtastspeicher 120 adressieren bzw. ansprechen. Immer wenn der adressierte Bereich Daten enthält, werden der Kode oder die Kodes und der Wert von Z_n, zusammen mit der Bereichs- bzw. Entfernungszählung vom Zähler 140 in den Stapelspeicher (stack memory) 142 eingeschrieben, der ein Ping-Pong-Zweifachspeicher ist, dessen andere Hälfte gerade ausgelesen wird, wenn ein Auffüllen der gerade betrachteten Hälfte erfolgt Bei der beschriebenen Äusführungsform hat der Abtastspeicher 120 eine Kapazität von 512 Worten in jeder Hälfte. Sein gesamter Inhalt muß in einer Oberstreichungs- bzw. Abtastperiode ausgelesen werden, so daß das Zählen mit 125 Nanosekunden pro Zählung erfolgt Da es vorkommen kann, daß mehr als ein Punkt im Überstreichungs- bzw. Abtastprofil mit einem gegebenen Bereich bzw. einer gegebenen Entfernung zusammenfällt, ist im Abiastspeicher eine überschüssige Kapazität vorgesehen, um bis zu fünf verschiedene Kode zu speichern. (Eine mehrfache Z_n, Speicherung ist nicht erforderlich, da ein vorgegebener Bereichs- bzw. Entfernungspunkt nur eine Höhe haben kann, obwohl er die Schnittstelle verschiedener unterschiedlich reflektierender oder strahlender Oberflächen repräsentiert) Wenn eine Vielzahl von Kodes an einem Punkt erscheint, wird eine Majoritätsbewertung benutzt; wenn keine Majorität vorliegt, wird der vorherige Kode beibehalter Die gesamte an einer gegebenen Bereichs- bzw. Entfernungsadresse im Abtastspeicher 120 gespeicherte Information wird in den Stapelspeicher 142 eingelesen.

Trotz der Kapazität von 512 Worten pro Hälfte des Abtastspeichers 120 hat jede Hälfte des Stapelspeichers 142 eine Kapazität von nur 64 Worten. Dies ist möglich, da es bei Verwendung von integrierten Speichern wirtschaftlich ist, die Daten im Abtastspeicher 120 durch Verwenden der Bereichs- bzw. Entfernungszählung als Adresse zu ordnen, obwohl dieses Vorgehen bezüglich der Speicherkapazität verschwenderisch ist, da die meisten dieser Adreßspeicherstellen bei irgendeiner tatsächlichen Geländesimulation ungefüllt bzw. unbesetzt sind. Aber wenn die Daten von dem Abtastspeicher 120 ausgelesen werden, sind sie schon geordnet, und es ist deshalb möglich, die Worte im Speicher 142 aufeinanderfolgend anzuordnen, da es bekannt ist, daß an einem Bereich zwischen zwei schon eingeschriebenen Bereichen bzw. Entfernungen kein nachfolgendes Wort erscheint.

Wenn die Hälfte des Stapelspeichers 142 alle Daten aus einer Hälfte des Abtastspeichers 120 empfangen hat, wird sie mit einem Wort pro Mikrosekunde ausgelesen. Ein Subtrahierer 144 subtrahiert das gegebene Z_n von h. Die Differenz wird einem Teiler 146 zugeführt, der R_n vom Stapelspeicher 142 empfängt und die Differenz durch R_n teilt. Das Ergebnis ist tan Φ_η für die Linie 4 zu einem gegebenen Punkt n, der in F i g. 7 der Punkt 134 ist. Beim nächsten Vorgang wird tan Φ für die sich durch den Punkt 136 erstreckende Linie 4 berechnet, tan Φ_η hat zwei Bedeutungen. Wenn dieser Wert tan Φρον (positiv oder negativ) absolut übersteigt, wird hierdurch angezeigt, daß der berechnete Punkt außerhalb des Sichtfeldes liegt. Und wenn der Wert kleiner (das heißt größer im Absolutwert, jedoch negativ, da eine nach unten gerichtete Messung von Φ als im Vorzeichen negativ betrachtet wird) als ein vorhergehender Wert von tan Φ_η ist, wird hierdurch angezeigt, daß der berechnete Wert unterhalb der Sichtlinie eines früheren bzw. vorherigen Punktes liegt, der sich bei einer kleineren Entfernung von 7 befindet. Dieser Punkt wird deshalb von dem vorhergehenden Punkt verdeckt.

tan Φ_η wird deshalb vom Teiler 146 einem Komparator 148 und einem Maximumregister 150 zugeführt. Das letztere hält einen zuvor gespeicherten Wert, bis es als Eingangsinformation einen noch größeren Wert empfängt, um dann diesen neuen Wert zu speichern. (Die Technik des Speicherns eines Extremwertes ist durch die Glieder 68, 84, 86 und 88 aus F i g. 4 veranschaulicht.) Der vom Register 150 gespeicherte Werte ist somit der algebraisch größte aller zuvor empfangenen Werte. Da der in Abwärtsrichtung gemessene Winkel <£als negativ betrachtet wird, handelt es sich tatsächlich um den kleinsten absoluten Wert. Das Register 152 leitet den Tangens (positiv und negativ) von Φρον zum Komparator 148, der mehrere Vergleiche von tan Φ_η durchführt. Wenn im

absoluten Wert eine Überschreitung von Φρον vorliegt, werden keine Ausgangsinformation zur Kodeanpassung 154 und kein Eintrittssignal zum Pufferspeicher 156 geleitet. Wenn tan Φ_η algebraisch kleiner als der in 150 gespeicherte tan ^W ist, ist der Punkt, obwohl er im Sichtfeld liegt, durch einen vorhergehenden Punkt abgeblockt bzw. verdeckt, und seine Daten werden nicht in den Pufferspeicher 156 eingeführt. Wenn er jedoch im Sichtfeld liegt und nicht abgeblockt ist, werden sein Kode und sein Wert von tan Φ_η in den Pufferspeicher 156 eingelesen.

Der Kodewähler 158 empfängt den oder die aus dem Stapelspeicher 142 ausgelesenen Kode, und wenn mehr als ein Kode bei einer gegebenen Bereichs- bzw. Entfernungsadresse gespeichert ist, wird der Majoritätskode ausgewählt; oder wenn keine Majorität vorliegt, wird der vorherige Kode beibehalten. Der Kodewähler 158 leitet den ausgewählten Kode zur Kodeanpassung 154. Es ist festzustellen, daß der Kodewähler 158 so angeordnet ist, daß er alle vom Stapelspeicher 142 ausgelesenen Kodes empfängt, und zwar unabhängig davon, ob diese einen Teil eines Wortes bilden, das die Vergleichstests des Komparators 148 durchläuft. Der Kodewähler 158 kann somit den dem Punkt 138 zugeordneten Kode liefern, obwohl dieser Punkt selbst nicht sichtbar ist und im Vergleichstest herausfällt.

Im Pufferspeicher 156 sind somit am Ende eines Zyklus der beschriebenen Vorgänge in der Reihenfolge zunehmender Bereichs- bzw. Entfernungswerte, entsprechend den algebraisch zunehmenden Werten von tan Φ, |j

die ausgewählten Kode gespeichert, die in die Anzeige bzw. das Sichtgerät bei jedem Wert von tan Φ einzuführen sind, der den Test durch den Komparator 148 überstanden bzw. positiv durchlaufen hat — das heißt, der einem sichtbaren und im Sichtfeld liegenden Punkt entspricht Der Pufferspeicher 156 wird nunmehr umgeschaltet;die während des Zyklus ungeschriebene Hälfte wird zum Auslesen umgeschaltet, und die andere Hälfte wird zum Einschreiben während des nächsten Zyklus umgeschaltet

Der tan Φ Zähler 160 ist der Grundzeitgeber des Anzeigesystems. Er beginnt bei minus tan Φρον und veranlaßt den Komparator 162 zum Leiten eines »Lesen«-Befehls zum Pufferspeicher 156, der den Tangens des ersten Wortes im Sichtfeld (134 in F i g. 7) und den Kode des vorhergehenden Punktes ausliest und zum Konverter 164 leitet Für eine Schwarz-Weiß-Anzeige ist der Konverter 164 ein einfacher Digital/Analog-Umsetzer, der eine §

passende Strahlintensität in der Kathodenstrahlröhre der Anzeige bzw. des Sichtgerätes erzeugt; bei einer E

Farbanzeige muß er jedoch beispielsweise drei verschiedene Steuersignale zum steuern der Strahlströme von drei verschiedenen Farbstrahlsystemen erzeugen können. Dies gehört jedoch zum Stand der Technik. Der vom Pufferspeicher 156 ausgelesene Wert von tan Φ_π gelangt zum Komparator 162, der ihn speichert und mit aufeinanderfolgenden Zählungen vom tan Φ Zähler 160 vergleicht Wenn ein Zählwert vom Zähler 160 dem gespeicherten Wert entspricht, sendet der Komparator 162 einen anderen »Lesen«-Befehl zum Pufferspeicher 156, der den nächsten Wert von tan Φ_π zum Komparator 162 ausliest, der diesen Wert anstelle des vorherigen Wertes speichert Gleichzeitig liest der Pufferspeicher 156 den Kode des vorhergehenden Punktes aus, und

dieser Kode wird vom Konverter 164 empfangen und wie sein Vorläufer behandelt. In der Zwischenzeit wurden 20 | die aufeinanderfolgenden Ausgangssignale des tan Φ Zählers 160 vom Digital/Analog-Konverter 166 empfangen, um ein Vertikalablenksignal für die Anzeige bzw. das Sichtgerät 22 aus F i g. 2 zu erzeugen. Somit erfolgt längs der sich fortsetzenden vertikalen Abtastung eine »Färbung« entsprechend der durch aufeinanderfolgende Kode bestimmten Farbe und Helligkeit, bis eine Änderung durch Eintreffen an einem neuen Datenpunkt erfolgt. Am Ende des Zyklus, wenn der tan Φ Zähler 160 die obere Grenze des Sichtfeldes erreicht, werden die zwei Hälften des Pufferspeichers 156 umgeschaltet, und ein tan Θ Generator 168 wird gestoppt, um den nächsten Wert des Tangens des Abtastwinkels zu zählen. Diese Ausgangsinformation wird durch den Digital/Analog-Konverter 170 umgesetzt, um das Horizontalablenkungssignal für die Kathodenstrahlröhre der Anzeige bzw. des Sichtgerätes 22 zu bilden.

Die beschriebene Ausführungsform beinhaltet keine Vorkehrung für eine von der Horizontalen abweichende Bohrungs- bzw. Normalsicht oder für ein Rollen bzw. Schlingern. Ein mittelmäßiges Rollen kann durch ein physikalisches bzw. körperliches Rollen oder Schlingern des Ablenksystems der Anzeige angepaßt werden. Mittels einer zweiten Ausführungsform ist jedoch auch eine Anpassung bezüglich eines Rollens, Stampfens und Gierens möglich.

Gemäß der aerodynamischen flugtechnischen Standardbezeichnung sind X die Rollachse, ydie Stampfachse und Z die Gierachse. Winkelrotationen um diese Achsen (positiv im Gegenuhrzeigersinn bei einer Betrachtung vorn positiven Ende der Achse) werden mit ψ für die Gierung, Θ für das Stampfen und Φ für das Rollen bezeichnet Die normalen Euler-Gleichungen für die kartesischen Koordinaten eines Körpers nach Rotationen ff

in der angegebenen Reihenfolge ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle.

Tabelle
Der Index B bezeichnet die gedrehten Koordinaten.

Xb = MnX+ M_l2y+M₁₃Z Yb = M21X + M22Y + M23Z

Hierin bedeuten: Mn = Cos 0Cos ψ, M₁₂ = Cos (9 Sin φ, Mi₃ = —Sin Θ, M₂₁ = Cos yjS'm Θ Sin Φ — Sin φ Cos Φ, M₂₂ = Cos φ Cos Φ + Sin ψ Sin Θ Sin Φ, M₂₃ = Cos Θ Sin Φ, M₃₁ = Cos ψ Sin Θ Cos Φ + Sin ψ Sin Φ, M₃; = Sin 6>Cos Φ — Cos #>Sin Φ, M₃₃ = Cos 6>Cos Φ.

Es ist festzustellen, daß die in der Tabelle und in der nachfolgenden Beschreibung der zweiten Ausführungs- |_;

form benutzten Symbole bedeutungsmäßig nicht mit denjenigen übereinstimmen, die in der Beschreibung der vorhergehenden ersten Ausführungsform verwendet wurden. Es dürfte an dieser Stelle zweckmäßig sein, die normale aerodynamische flugtechnische Bezeichnung anzuwenden, obwohl gewisse Symbole bereits zuvor mit _i

unterschiedlichen Bedeutungen benutzt wurden. Die bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform verwendeten Größen haben wenige exakte Äquivalente bei der vorliegenden Ausführungsform, so daß nicht viel bei « dem Versuch gewonnen würde, einen Zusammenhang in den zwei Beschreibungen aufrechtzuerhalten; ein solcher Versuch würde lediglich dazu führen, daß mehrere bequeme und vertraute Symbole nicht mehr verwendbar wären und daß andere ausgefallenere und deshalb weniger wünschenswerte Symbole benutzt werden müßten.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß die gesamte Ortsdatenbasis durch Verwirklichen der vollständigen Euler-Gleichungen gedreht wird. Mathematisch kann man entweder den Betrachter drehen (was tatsächlich geschieht), oder es kann die zu betrachtende Szene bzw. das entsprechende Gebiet gedreht werden. Die Ergebnisse sind physikalisch gleich, aber zur Verwirklichung dieses Systems ist die Drehung der Datenbasis bevorzugt, da dann das Sichtfenster und die Abtastmuster bzw. -Schemen konstant

Der allgemeine Aufbau der zweiten Ausführungsform ist in F i g. 9 dargestellt (Zur leichten Identifizierung von Bezugszeichen, die zur zweiten Ausführungsform gehören, sind diese größer als 200 gewählt) Die Ortsdatenbasis 202 hat einen Dateninhalt ähnlich demjenigen der Ortsdatenbasis 32 aus F i g. 2, aber die Z-Achsenkoordinaten müssen ständig auf einen Standardbezug, wie das Meeresnive;iu, bezogen werden. (Bei der ersien Ausftilirungsfonn kanu die I lohe Z eines Objekts als Höhe über dem Boden bzw. Terrain definiert werden.)

Die Datenbasis 202 bzw. der Datenvorrat wird in die Translations- und Rotationseinheit 204 eingelesen, wo X und Y eines jeden Datenbasisworts zur Flugzeugposition parallel verschoben bzw. umgesetzt werden. Die Datenbasis wird dann durch die vollständigen Euler-Winkelgleichungen zur Bohrungs- bzw. Normalsicht gedreht Dies erfordert neun Multiplikationen der X, Y und Z Werte eines jeden Datenbasisworts durch die

ίο Richtungsfunktionen (Richtungskosinus). Der Digitalrechner 206 liefert die ATund Y Flugzeugkoordinaten für die Translation bzw. Parallelverschiebung und die neun Euler-Winkelrichtungsfunktionen (in der Tabelle angegeben) für die Rotation bzw. Drehung an die Einheit 204. Die Berechnungsvorgänge der Einheit 204 sind nur mit normalen Additionen und Multiplikationen verbunden; doch müssen diese Vorgänge parallel und geordnet erfolgen, so daß ein Datenbasiswort einmal pro Mikrosekunde einer Translation und Rotation unterworfen wird.

Die Ausgangsinformation der Einheit 204 wird dann durch die Einheit 208, die die FOVbzw. Sichtfeldtrennung betrifft, getrennt bzw. gesichtet Die Verwirklichung der Einheiten 204 und 208 ist ähnlich derjenigen gemäß F i g. 3, außer daß das Drehglied 44 Z enthält Der Rechner 206 liefert an die Einheif 208 die Sichtfeldparameter; die Worte werden überprüft, und wenn sie in das Sichtfeld fallen, werden die gedrehten Koordinaten {X_& Ya Z_n) und die Kode in den FOV-Speicher210 eingeschrieben.

Die Betriebsvorgänge vom FOV-Speicher 210 zur CRT-Anzeige bzw. zum entsprechenden Sichtgerät 222 , ähneln denjenigen, die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurden. F i g. 9 ist ,entsprechend gestaltet, um einen typischen Datenfluß aufzuzeigen. Wenn angenommen wird, daß die erwünschte Anzeigengeschwindigkeit 30 Rahmen pro Sekunde mit 525 Oberstreichungen bzw. Rastern pro Rahmen beträgt, führt dieses zu 64 Mikrosekunden pro Überstreichung bzw. Abtastung. Die Ortsdatenbasis 202 wird einmal pro Rahmen gelesen und mit einem Wort pro Mikrosekunde verarbeitet. Der FOV-Speicher 210 wird einmal pro Sektor gelesen, und es sind zehn Sektoren pro Rahmen vorhanden. Der Sektorspeicher 214 muß während jeder Überstreichungs- bzw. Abtastungsperiode ausgelesen und verarbeitet werden.

Fig. 10 zeigt Details bezüglich der Arbeitsweise der Schnittstelleruentraleinheit 216 aus Fig.9. Zum einfacheren Verständnis ist der Sektorspeicher 214 in dieser Figur nochmals dargestellt. Er wird in Form von Inkrementen — das heißt den Inkrementen von den vorhergehenden Wortdaten — ausgelesen. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Daten in Inkrementform an einem vorherigen Punkt in der Anlagekette angelegt werden — so weit zurück, wie die Datenbasis 202 — oder daß am Ausgang des Sektorspeichers 214 ein Differenznehmer vorgesehen wird; die vorherige Maßnahme ist bevorzugt und in der Technik vollständig üblich. Das Drehglied 224 nimmt die Ausgangsgrößen bzw. -signale des Sektorspeichers 214 in Inkrementform auf und

empfängt vom Rechner 206 aus F i g. 9 sin p_s und cos p_s für die bestimmte Überstreichung bzw. Abtastung. Es berechnet dann neue Werte für die A"und yinkremente durch die Gleichungen:

X' = ziXcos ip_s + 4Ysm ψ₅ und Y' = — ΔΧύη ip_s + AYcos ip_s-

Mittels dieser Operationen wird die Datenbasis zu den Überstreichungs- bzw. Abtastkoordinaten gedreht. Die Inkrementergebnisse werden einer Wortwiederherstellungseinheit 228 zugeführt, die das Wort in nicht inkrementeller Form rekonstruiert. Die Ausgangsgrößen sind in Form der Koordinaten für die aufeinanderfolgenden |

Linienendpunkte. Der KODE, der eine Information bezüglich der Reflexions- oder Emissionseigenschaften der durch die Linie begrenzten Ebenen ergibt, wird ungeändert durchgeführt. Die Ausgangssignale von der Wort-Wiederherstellungseinheit 228 werden zum Pufferspeicher 230 geleitet, der im Ping-Pong- bzw. Umschaltbelrieb arbeitet und von dem die Signale zum Interpolator 232 gelangen. Die Funktion des Pufferspeichers 230 besteht darin, die Berechnungen, die mit 10 Worten^sec durchzuführen sind, von denjenigen Berechnungen zu trennen, die mit einem Wort/^sec durchgeführt werden können. Dieses Zeitverhalten ist in Fig. 10 dargestellt. Der Interpolator 232 berechnet den Bereich bzw. die Entfernung R und die Z Koordinate der Schnittstelle einer

jeden Linie mit der Überstreichungs- bzw. Abtastebene nach folgenden Gleichungen:

R = Yi+ X{ AL· und Z = Z[+ X[ ^AZ'

AX¹ ' AX¹

Die Ausgangsinformation des Interpolators 232 wird in einen Ordnungsspeicher 240 eingelesen, wobei die Entfernung als Adresse benutzt wird; die JCODZi-Ausgangsinformation des Pufferspeichers 230 wird durch ein Verzögerungsglied 236 verzögert, so daß sie gleichzeitig mit den Daten vom Interpolator 232 in den Ordnungsspeicher 240 eingelesen wird. Der Bereichs- bzw. Entfernungszähler 238 führt dazu, daß die entfernungsadressierten Daten in der Reihenfolge zunehmender Entfernungen hintereinander in den Stapelspeicher 242 gelesen werden, von dem ein Einlesen in den Abtastspeicher 218 erfolgt (der aus Klarheitsgründen erneut dargestellt ist). Die Betriebsweise der Überstreichungs- bzw. Abtastzentraleinheit 220 aus Fig.9 ist im wesentlichen durch F i g. 8 der ersten Ausführungsform offenbart. Die nach der Entfernung geordneten kodierten Daten können zur Darstellung im Rahmen einer gegebenen Überstreichung bzw. Abtastung aus dem Abtastspeicher 218 entnommen werden. Die Grenzparameter werden vom Rechner 206 aus F i g. 9 zugeführt, wie es auch für die Überstrei-

chungs- bzw. Abtastparameter zutrifft, wobei der dem Azimutwinkel 6_S von F i g. 8 entsprechende Winkel y> auf |

der Anzeige 222 derselbe ist wie derjenige auf der Anzeige 22: Die Horizontalablenkung ist proportional zum Tangens des Azimutwinkels, und die Vertikalablenkung ist proportional zum Tangens des vertikalen Sichtwinkels.

Das beschriebene Darstellungsmuster bzw. -schema ist das wirtschaftlichste bezüglich der vorliegenden Erfindung. Wenn jedoch die Erfindung in Verbindung mit einem größeren System angewendet werden soll, bei dem ein anderer Darstellungstyp, wie ein herkömmliches Fernsehraster, üblich ist, kann ein Abtastungskonverter benutzt werden, um das Schema bzw. Muster mit einer bezüglich der Entfernung zunehmenden vertikalen Abtastung in das andere Schema oder Iviuster umzusetzen. Während dieses zwar einen gewissen zusätzlichen Aufwand erforderlich macht, kann hierdurch die Einfachheit und Wirtschaftlichkeit der vorliegenden Erfindung beibehalten werden. Jedoch wird in einem solchen Fall die Bildgestaltungsfunktion bezüglich der Erzeugung eines Sichtbarkeitsmaßes an jedem Punkt, der durch eine gegebene Vertikal- und eine gegebene Horizontalablenkung bestimmt wird, in dem Abtastkonverter durchgeführt Wenn der Abtastkonverter nicht benutzt wird, ist das Sichtbarkeitsmaß das in den Anzeigemitteln erzeugte sichtbare Signal; wenn jedoch ein Abtastkonverter benutzt wird, ist das Sichtbarkeitsmaß das im Abtastkonverter gespeicherte Intensitätssignal.

Bei dem Ausdruck »optische Eigenschaften« handelt es sich um einen Gattungsbegriff für die verschiedenen Charakteristiken, die bei der praktischen Durchführung der Erfindung angewendet werden können. Beispielsweise ist bei einer Schwarz-Weiß-Nachbildung bzw. Simulation nur die Helligkeit von Interesse; bei einer aufwendigeren Farbsimulation können die Helligkeit und der Farbphasenwinkel oder die Helligkeit einer jeden von drei oder mehreren Farbkomponenten für die Simulation eines Infrarotbildes gespeichert werden, wie es mittels einer Bildkonverterröhre erzielt werden kann.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Bildsimulator zum Erzeugen eines von einem Sicht- bzw. Standpunkt (6) mit einer gewissen Höhe (h) über

einen Ursprung (7) betrachteten visuellen Bildes eines Terrains, das durch in einem Speicher gespeicherte Daten beschrieben ist, welche dreidimensionale Koordinaten der Endpunkte von Terrainlinien, die die Schnittstellen zwischen die Geländeflächen approximierenden Geländeebenen bestimmen, und codierte Beschreibungen der optischen Charakteristiken der Oberflächen aufweisen, gekennzeichnet durch