DE3043710A1

DE3043710A1 - Anordnung zum elektronischen aufzeichnen eines abbildes der bordexternen umgebung in luftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3043710A1
Application number: DE19803043710
Authority: DE
Inventors: Hasse Olofsson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-19
Filing date: 1980-11-19
Publication date: 1981-09-03
Also published as: GB2065053B; SE429690B; US4380024A; DE3043710C2; GB2065053A; SE7909530L

Description

Exemplar 1

Patentanwälte Dipr.-iNXS. H. We ick man ν-, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LiSKA 3043710

8000 MÜNCHEN 86, DEN 'f M y POSTFACH 860 820 8 So PS OV. 1980

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

D/80

Hasse Olofsson

Nämndemansbacken 25
S-122 36 Enskede
Schweden

Anordnung zum elektronischen Aufzeichnen eines Abbildes der bordexternen Umgebung in Luftfahrzeugen

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In Luftfahrtsystemen besteht ein Bedarf zum Aufzeichnen von dem Piloten angezeigten Informationen, die zum Training, zur Entwicklung der Leistungsfähigkeit des Piloten, zur Unfallaufklärung und zu anderen Zwecken benutzt werden. 5

In Luftfahrzeugen, die mit im Blickfeld des Piloten angeordneten Anzeigen ausgerüstet sind, wird dem Piloten Information, die die Fluglage, den Kurs usw. betrifft, mittels eines Kombinationselements angezeigt, das gestattet, diese Information dem Abbild der bordexternen Umgebung, das der Pilot durch einen Kombinator sieht, zu übertragen. Um die zusammengesetzten Daten und das Abbild der bordexternen Umgebung, wie es durch den Piloten gesehen wird, aufzuzeichnen, ist es notwendig, eine Kamera zu benutzen, die zwischen dem Piloten und dem Kombinator angeordnet ist.

Dieses Verfahren hat beträchtliche Nachteile, weil die Kamera nicht gleichzeitig das Abbild der bordexternen Umgebung und die gesamte Anzeige, die der Pilot sieht, mit genügend großer Auflösung und Genauigkeit erfassen kann. Weiterhin behindert der optische Teil der Kamera die Außensicht des Piloten, was in einigen Fällen spezielle Maßnahmen von Seiten des Piloten während des Flugauftrages verlangt. Wegen dieser Nachteile wird die Kamera nur bei Flugaufträgen zusätzlich angeordnet, bei denen eine Aufzeichnung hinreichend wichtig ist, so daß die Behinderung, die durch die Anwendung der Kamera verursacht

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wird, annehmbar bleibt.

Durch die vorliegende Erfindung werden diese Nachteile aufgabengemäß behoben. Gleichzeitig wird eine Lösung für ein rationelles und vereinfachtes Gesamtsystem erreicht, mit dem das Aufzeichnen von Daten des gesamten oder eines Teils des Flugauftrages für eine geeignete Verwendung zu den oben genannten Zwecken durchgeführt werden kann.

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum elektronischen Aufzeichnen des Abbildes der bordexternen Umgebung mittels einer Kamrera (beispielsweise einer Kamera des CCD-Typs) und eines Aufzeichnungsgerätes (beispielsweise eines Magnetbandrecorders oder anderer Speichermittel) kombiniert mit einem elektronischen Einstellverfahren.

Die Lösung der Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil. des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Es werden keine anderen als bereits bekannte Komponenten oder Einrichtungen benutzt.

Eine Möglichkeit, die elektronischen Signale der Kamera derart zu verarbeiten, daß das aufgezeichnete Abbild bei der Wiedergabe mit dem Bild korrespondiert, das der Pilot zur Zeit der Aufnahme zusammen mit der in seinem Blickfeld angeordneten Anzeige, die dem Bild der bordexternen Umgebung überlagert ist, gesehen hat, ist ebenfalls durch die vorliegende Erfindung gegeben .

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer, Ausführungsbeispiele für die Erfindung betreffender Figuren im einzelnen erläutert.

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Fig. 1 zeigt das Prinzip des herkömmlichen Verfahrens, das zur Zeit benutzt wird.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung. 5

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen bestimmte Winkelbeziehungen in Verbindung mit der Erfindung.

Fig. 5 zeigt schematisch die Signalverarbeitung in einem Bordsystem.

Fig. 6 zeigt schematisch die Bodeneinrichtung für eine Wiedergabe der Aufzeichnungen.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Cockpit eines Flugzeuges, wobei der Pilot 1 durch eine Windschutzscheibe 2 in Richtung auf die bordexterne Umgebung 3 blickt. Im Blickfeld des Piloten ist genau vor ihm ein Anzeigefeld 5 mit einem diesem zugeordneten Kombinator 4 angeordnet. Eine Anzeige-Symbolik 10, die mit dem im Blickfeld 8 des Piloten 1 angeordneten Anzeigefeld 5 angezeigt wird, wird dem Abbild der bordexternen Umgebung 3 überlagert. Eine aufzeichnende Kamera 6 mit einem öffnungswinkel 9 ist abnehmbar am hinteren Ende des im Blickfeld des Piloten angeordneten Anzeigefeldes montiert. Eine Linie 7 markiert die vordere Begrenzung für ein freies Katapultieren des Piloten 1 mit dem Schleudersitz. Die zuvor genannten Nachteile der Kameraanordnung ergeben sich aus der Figur ohne weitere, ins einzelne gehende Beschreibung.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung auf die gleiche einfache Weise wie in Fig. 1 gezeigt. Hier ist der Pilot 1, die Windschutzscheibe 2,die bordexterne Umgebung 3, das im Blickfeld des Piloten angeordnete Anzeigefeld 5 mit dem Kombinator 4, die Begrenzungslinie 7 für ein freies Katapultieren mit dem Schleudersitz, das Blickfeld 8 des Piloten 1 mit der Anzeigeeinrichtung und die Anzeige-Symbolik 10 gezeigt. Eine aufzeichnende Kamera 6', die vom CCD-Typ oder ei-

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-ιέ-

nem vergleichbaren Typ sein kann und die einen öffnungswinkel 9' hat, ist hier fest auf der Einrichtung für das im Blickfeld 8 des Piloten 1 angeordnete Anzeigefeld 5 zwischen dem Kombinator 4 und der Windschutzscheibe 2, durch die die bordexterne Umgebung 3 sichtbar ist, montiert. Nach einer Einstellung einer Bordanlage 12 werden die Signale der Kamera 6', die das elektronische Bild der bordexternen Umgebung repräsentieren, mit den Signalen, die die Anzeige-Symbolik 10 in dem Anzeigefeld 5 repräsentieren, koordiniert, gemischt und mittels eines Aufzeichnungsgeräts 13, beispielsweise eines Magnetbandrecorders (oder eines anderen Speichermittels) aufgezeichnet. Andere in dem Flugzeug neben logischen Steuerfunktionen zur Sichtbarmachung und Aufzeichnung verfügbare Daten können aus einem Datengeber 11 zum Zwecke eines gleichzeitigen AufZeichnens mittels des Aufzeichnungsgerätes eingegeben werden. Die Helligkeit der Anzeige-Symbolik 10 und die Öffnung der Kamera 6' werden automatisch durch einen Sensor 14 in der Kamera 6' gesteuert.

Fig. 3 zeigt schematisch eine mechanische Winkelabweichung 16, die in der horizontalen Ebene zwischen den Bezugsachsen des Flugzeuges 15 und dem Anzeigefeld 5 auftreten kann. Ein entsprechender Einstellungsfehler kann ebenso in der senkrechten Ebene auftreten.

Fig. 4 zeigt eine Winkelabweichung 17 bzw. 18, die zwischen der Bezugsachse.des Anzeigefeldes 5 und der Null-Achse der Kamera 6' und der Anzeige-Symbolik 10 auftreten kann, wenn die Kamera fest auf der Einrichtung für das im Blickfeld des PiIoten angeordnete Anzeigefeld montiert ist.

In einer Kamera vom CCD-Typ oder von einem vergleichbaren Typ wird das abgetastete Bild auf einer mechanisch nicht bewegten Matrix aus einem hochempfindlichen Material abgebildet, in der es in elektrische Signale umgewandelt wird, die in gleicher Weise wie andere elektrische Signale verarbeitet und anschließend beispielsweise mittels eines Magnetbandrecorders aufge-

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zeichnet werden. Weil die Kamera 6' fest auf der Einrichtung für das Anzeigefeld 5 montiert ist, ist das aufgenommene Bild der bordexternen Umgebung ständig auf das Anzeigefeld 5 bezogen.
5

Fig. 3 zeigt, daß die Bezugssysteme des Flugzeuges 15 und das Anzeigefeld 5 nicht grundsätzlich übereinstimmen. Daher ist eine mechanische und/oder elektrische Einstellung erforderlich. Diese kann mittels herkömmlicher Verfahren durchgeführt werden, so daß die Winkelabweichung 16 mit einer gegebenen Genauigkeit zu Null wird.

Durch die Anordnung der Kamera 6' gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese nicht die Anzeige-Symbolik aufnehmen. Anstatt dessen werden die Signale von der Kamera und die Signale, die die Anzeige-Symbolik repräsentieren, verarbeitet und kombiniert, so daß sie das repräsentieren, was der Pilot tatsächlich durch den Kombinator sieht. Dieses Verarbeiten und Kombinieren der Signale wird in einer Signal-Koordinationseinheit durchgeführt, die Teil einer elektronischen Einheit für das Anzeigefeld 5 oder des Recorders 13 sein kann. Das Aufzeichnen kann ebenso durchgeführt werden, bevor die Signale verarbeitet und kombiniert werden, wobei in einem solchen Fall die Signal-Koordination und eventuelle Korrekturen bei einem späteren Wiedergabevorgang notwendig sind.

Nachdem die Kamera 6' auf der Einrichtung für das Anzeigefeld 5 montiert ist, können die Winkelabweichungen 17 und 18 gemäß Fig. 4 auf mechanischem und/oder elektrischen Wege während des Zusammenbaus der Einrichtung in der Fertigung oder in der Wartungshalle mit Hilfe von Kalibrierungsmitteln zu Null gemacht werden.

Durch die beschriebenen Anordnungen können die während des Fluges aufgezeichneten Informationen direkt zur Auswertung benutzt werden. Dies bedeutet außerdem, daß die Vorgänge, die mit der gegenwärtigen Technik vor, während und nach dem Flug

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notwendig sind, in hohem Maße vereinfacht sind, weil nur eine Entnahme und ein Ersatz einer Bandkasette erforderlich ist.

In der oben gegebenen Beschreibung wurde angenommen, daß die Kamera 6' auf der Einrichtung für das Anzeigefeld 5 montiert ist. Die Kamera kann selbstverständlich auch an anderer Stelle in dem Flugzeug angebracht sein, in welchem Falle andere Korrektur-Faktoren für ihre Einstellung im Zusammenhang mit dem Anzeigefeld erforderlich sind. In diesem Falle kann die erforderliche Korrektur beispielsweise durch Vergleich eines durch die Kamera aufgenommenen, flugzeugbezogenen festen Abbildes einer vorgegebenen bordexternen Umgebung mit einer auf dem Kombinator 4 des Anzeigefeldes zu diesem Zweck angezeigten Kalibrierungs-Symbolstellung gegenüber der gleichen gegebenen bordexternen Umgebung bestimmt werden. Ersatzweise kann ein Prüfgerät vom Theodolit-Typ anstelle des Anzeigefeldes benutzt werden.

Der Sensor 14 wird hauptsächlich dazu benutzt, fortlaufend eine korrekte Einstellung der öffnung der Kamera 6 zu erreichen und um die Helligkeit der Anzeige-Symbolik 10 zu steuern, so daß sie gut an die aktuellen Lichtverhältnisse der bordexternen Umgebung angepaßt ist. In zweiter Linie können die Signale aus dem Sensor 14 mittels des Aufzeichnungsgerätes aufgezeichnet werden. Die Auswertung der aufgezeichneten Daten ergibt eine Information über die aktuellen Lichtbedingungen während des Fluges.

Die Art der System-Eigenschaften und der Funktion in einem ' Aufzeichnungssystem ist abhängig von dem Flugzeug, in dem dieses System verwendet wird.

Ein einfaches System, beispielsweise für die zivile Luftfahrt, kann aus einer Kamera-/Video- und Datenaufzeichnungseinheit mit einer Wiedergabe über eine elektronische Einheit auf einem TV-Monitor bestehen. Ein weiter entwickeltes System, bei-

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spielsweise für ein militärisches Kampfflugzeug, kann aus einer Multisensor- und Datenaufzeichnungseinheit mit einem vollständigen Boden-Multianzeige-Systern bestehen.

Ein weiter entwickeltes System ist in Fig. 2 und in Blockschaltbildern in Fig. 5 und Fig. 6 gezeiqt. In diesem System ist die Video-Kamera 6' fest auf der Einrichtung für das Anzeigefeld 5 montiert und zwischen ihrem Kombinator 4 und der Windschutzscheibe 2 angeordnet. Die Kamera wird zum Aufzeichnen des Abbildes der bordexternen Umgebung durch die Windschutzscheibe und ohne überlagerte Symbole benutzt. Sie hat einen Festkörper-Fernsehsensor des CCD-Typs und ist mit auswechselbaren Linsen ausgestattet, die ein Blickfeld von beispielsweise 16° χ 22° hat. Die Kamera ist mechanisch in die Einrichtung für das Anzeigefeld integriert, was bedeutet, daß sie nicht die Sicht des Piloten behindert.

Der CCD-Sensor 14 ist mittels einer Wärmepumpe 20 temperaturgeregelt, um ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis zu erreichen.

Ein Linsensystem 21 hat eine Blende, die durch einen Motor 22 angetrieben wird, der durch eine automatische Belichtungssteuerung 23 gesteuert wird, die den Videopegel von einem Video-Prozessor 24 abtastet, um die Empfindlichkeit an die aktuellen Lichtverhältnisse über einen großen dynamischen Bereich anzupassen. Die Blendenstellung und hieraus die umgebenden Lichtbedingungen werden einer elektronischen Einheit 19 zum Codieren und gleichzeitigen Aufzeichnen mittels des Aufzeichnungsgerätes 13 signalisiert. Dieses Signal wird außerdem der Einrichtung für das Anzeigefeld zum automatischen Steuern der Helligkeit der Anzeige-Symbolik 10 zugeführt.

Der Video-Prozessor 24 der Kamera 6' wird durch die elektronische Einheit 19 synchronisiert, um eine Markiersteuerung 25 zum Identifizieren der Bildelemente des Sensors zeitlich zu steuern. Der Anzeigeprozessor oder die elektronische Einheit 19 hat einen Datenspeicher 26, in den ein Prozessor und Generator 27 Daten einschreibt, die aufgezeichnet werden sollen.

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Diese Daten sind Symboldaten für die Anzeige-Symbolik 10 und Einstelldaten für eine zweckmäßige Symbol-Kompensation gemäß den Winkelabweichungen 17 und 18. In den Datenspeicher 26 wird außerdem die Blendenstellung eingeschrieben. Andere Daten, die für eine Bodenauswertung benötigt werden und nicht in dem Anzeigeprozessor verfügbar sind, beispielsweise Maschinendaten, können ebenso in den Datenspeicher 26 über den Datengeber 11 eingeschrieben werden.

Der Datenspeicher 26 besteht aus zwei sich abwechselnden Teilen, wobei ein Teil als Datenpuffer für Daten aus dem Prozessor und Generator 27, dem Datengeber 11 und der Kamera 6' benutzt wird, während der andere Teil zum Aufzeichnen mittels des Aufzeichnungsgerätes 13 verwendet wird. Das Wechseln wird durch das Video-Halbbildsignal der Videokamera 6' gesteuert. Die Puffer wechseln damit aufgrund des Halbbild-Synchronisationssignals. Die Daten, die während einer Halbbildperiode gepuffert oder zwischengespeichert werden, werden in der nächsten Halbbildperiode aufgezeichnet.

Das Aufzeichnungsgerät 13 liest die Daten aus dem Datenspeicher 26 aus, führt das notwendige Codieren entsprechend der Magnetband-Leistungsfähigkeit betreffend Rauschen, Ausfälle und dergl. aus und erzeugt ein synthetisches Videosignal in einem Coder- und Video-Aufbereiter 29. Dieses Videosignal wird in die oberen und unteren Video-Zeilen des Video-Bildes aus der Kamera 6' in einem Video-Multiplexer 30 eingemischt.

Für die Daten werden angenähert 20% des Bildbereiches anstelle des Ursprungsbildes verwendet. Die Einrichtung enthält außerdem Mittel zum Multiplexen weiterer Video-Quellen 32, beispielsweise Radar, FLIR (foreward looking infrared = Infrarot Sichtsystem) , Flugkörperbeobachtung usw. in das Videosignal, das aufgezeichnet werden soll. Das gewonnene Videosignal wird an einen Video-Kasettenrecorder 31 zum Aufzeichnen übertragen. Der Video-Kasettenrecorder 31 wird außerdem zum gleichzeitigen Aufzeichnen von Funkverkehr, Anmerkungen des Piloten, Warntö-

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nen usw. auf einer separaten Audio-Spur benutzt.

Weil das aufgezeichnete Abbild der bordexternen Umgebung in einer Bodeneinrichtung zum Überlagern auf die Anzeige-Symbolik 10 benutzt wird, wird eine Einrichtungsprozedur durchgeführt, um eine Kompensation mechanischer und elektrischer Abweichungen zwischen der Kamera und elektrischen Abweichungen zwischen dem Kamerabild und den Anzeige-Symbolen zu ermöglichen. Dies wird für jede Bordanlage durchgeführt und wenn notwendig, durch Bewegen einer Marke in dem Kamerabild auf einer Anzeige, bis eine Übereinstimmung zwischen einem Zielpunkt in dem Anzeigefeld über ein bordexternes Objekt und der Marke über demselben Objekt in der Anzeige erreicht ist. Die Marke wird in das Videosignal mittels eines Videomischers 28 eingeblendet. Die Abweichung zwischen dem Bild und den Symbolen des Anzeigefeldes wird durch den Anzeigeprozessor bzw. die elektronische Einheit 19 ermittelt und aufgezeichnet, um eine genaue Wiedergabe des Abbildes der bordexternen Umgebung mit den diesen überlagerten Anzeigesymbolen zu ermöglichen. Die Einstellung wird für einige Punkte durchgeführt, um eine zweckmäßige Kompensation der Untersetzung, der Übersetzung und der Rotation zu erzielen, wenn die Ausrechnung und die Überlagerung der Anzeige-Symbole in der Bodeneinrichtung vorgenommen wird.

Die Bodeneinrichtung ist schematisch in Fig. 6 gezeigt. Sie enthält einen Video-Kasettenrecorder 33, einen Anzeige-Generator 34 und Fernseh-Monitoren 35 und 36.

Die Wiedergabe wird durch den Video-Kasettenrecorder 33 durchgeführt. Ein Videosignal-Analysator und -Decoder in dem Anzeige-Generator 34 trennt das Kamerabild und die aufgezeichneten Daten. Die Daten für die Anzeige-Symbole und die Einstelldaten werden in dem Anzeige-Generator 34 benutzt, um eine automatische Korrektur der Symbole für eine genaue Überlagerung auf das nach vorn gerichtete Kamerabild zu geben. Es sind Mittel eingebaut, mit denen sowohl mehr als ein Sensorbild als

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auch andere Daten verarbeitet werden können. Die Bodeneinrichtung macht eine Wiedergabe der Sicht des Piloten in dem Flugzeug mit den Anzeige-Symbolen, die dem Bild der bordexternen Umgebung überlagert sind, möglich.

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Claims

Patentansprüche:

Anordnung zum elektronischen Aufzeichnen eines Abbildes der bordexternen Umgebung und zu einer Registrierung von Anzeige-Symbolen in Luftfahrzeugen, bei der eine elektronische, aufzeichnende Kamera, beispielsweise vom CCD-Typ, ein im Blickfeld des Piloten angeordnetes Anzeigefeld und ein Aufzeichnungsgerät, beispielsweise ein Magnetbandrecorder, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Kamera (6') mechanisch und/oder elektrisch mit engen Toleranzen mittels derselben Bezugsachsen, mittels derer auch die Anzeige-Symbolik (10) des im Blickfeld des Piloten angeordneten Anzeigefeldes (5) kalibriert ist, kalibriert wird und daß die Ausgangssignale der Kamera (6') und Steuersignale für die Anzeige-Symbolik (10)- in einer elektronischen Einheit (19) zum gleichzeitigen Aufzeichnen mittels des Auf-Zeichnungsgerätes (13) verarbeitet und miteinander kombiniert werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (6') vom CCD-Typ oder von einem vergleichbaren Typ ist und daß die Kamera (6') fest auf einem Teil der Einrichtung für das im Blickfeld des Piloten angeordneten Anzeigefeldes (5) montiert ist.
3.Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame automatische Helligkeitssteuerung (14) für die Öffnung der Kamera (6') und die Anzeige-Symbolik (10) des im Blickfeld des Piloten angeordneten Anzeigefeldes (5) vorgesehen ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für die gemeinsame automatische Helligkeitssteuerung (14) ebenfalls aufgezeichnet wird.

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