DE3133889A1

DE3133889A1 - Verfahren zur sichtsimulation

Info

Publication number: DE3133889A1
Application number: DE19813133889
Authority: DE
Inventors: Robert Dr.-Ing. 6078 Neu-Isenburg Stickel
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1981-08-27
Filing date: 1981-08-27
Publication date: 1983-03-17
Also published as: GB2106744A; FR2512235B1; GB2106744B; US4597740A; FR2512235A1; DE3133889C2

Description

HONEYWELL GMBH --J 24. August 1981

Kaiserleistraße 55 0700452 GE

6050 Offenbach am Main Hz/umw

Verfahren zur Sichtsimulation

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sichtsimulation nach dem Gattungsbegriff des Anspruches Von einem derartigen Verfahren wird insbesondere bei Geräten zum Training einer Gefechtssituation Gebrauch gemacht.

Aus der DE-PS 28 03 101 ist es beispielsweise bekannt, ein Monitorbild als beliebigen Teilausschnitt aus einem Großbild zu erzeugen. Die Auswahl des Teilausschnittes erfolgt hierbei beispielsweise über mit Richtgriffen gekoppelte Adressgeber, über die Teilevon Einzelbildern abrufbar und zu einem Teilausschnitt des Großbildes zusammensetzbar sind. Gemäß der DE-OS 29 19 047 können diese Einzelbilder auch digital abgespeichert werden und es können in das auf dem Monitor dargestellte Hintergrundbild entsprechend dem adressierten Teilausschnitt

oder Bilder
auch SilhouettenYbestimmter Gegenstände wie beispielsweise von beweglichen Zielen in den Bildinhalt eingeschnitten werden. Die Erzeugung dieser SilhouettenV^rfolgt hierbei in bekannter Weise durch einen Computer. Ordnet man einen solchen Monitor im Sehfeld einer Richtschützenoder Kommandantenoptik an, so kann beispielsweise eine Gefechtsituation für Panzerbesatzungen simuliert werden.

In letzter Zeit haben sich insbesondere bei der Zielaufklärung in verstärktem Maße Wärmebildgeräte durch -

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gesetzt, d.h. Geräte,die statt im optisch sichtbaren Spektrum

im fernen Infrarotbereich arbeiten. Diese Wärmebildgeräte sind im allgemeinen fernsehkompatibel·, da sie ähnliche Abtaststrukturen wie normale Fernsehbilder besitzen, d.h. sie sind in Zeilen und innerhalb der Zeilen in Graüwerten strukturiert, wobei die Grauwerte der empfangenen Infrarotstrahlung de ^r Szene zugeordnet sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, da^s eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß bei der Sichtsimulation in relativ einfacher Weise eine Darstellung entsprechend einem Wärmebild erzeugt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren. Weitexe vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den abhängigen Unteransprüchen entnehmbar.

Aus der DE-PS 19 51 622 ist es ferner bekannt, mittels Richtgriffen eine in eine Modell-Landschaft einblickende Optik zu richten und zusätzlich in den optischen Strahlengang das Bild einer Kathodenstrahlröhe einzuspiegeln, wobei auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre eine Schußbahn eines Projekt!les dargestellt wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich die ferner die Aufgabe gestellt, auch bei diesem Verfahren mit Direkteinblick in eine Modell-Landschaft eine Sichtsimulation mit dem Eindruck eines Wärmebildes zu ermöglichen, Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß dem im Anspruch 7 gekennzeichneten Verfahren. Weitere Ausge-

staltungen dieses Verfahrens sind den hierzu abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind darin zu sehen, daß zur Ausübung des Verfahrens auf einem

Trainingsgerät dieses selbst nicht mit einem Wärmebildgerät ausgestattet sein muß, was aus Platzgründen in den meisten Fällen garnicht möglich wäre und aus Kostengründen auch nicht erwünscht ist.
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Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung

des verwendeten CSI-Verfahrens (CSI=Computer Synthesized Imagery);

Fig.2 ein Blockschaltbild eines ersten Äusführungsbeipieles der Erfindung;

Fig.3 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung;

Fig.4 ein Bild eines Hintergrundes mit Einzelobjekten;

Fig.5 ein schematisiertes Bild des gleichen Hintergrundes ;

Fig.6 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Bewertung von Einzelobjekten mit einer Bewertungsfunktion; und

Fig.7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Gemäß Figur 1 enthält ein digitaler Bildspeicher 10 die digital umgesetzte Information eines Video-Großbildes. Durch Adressierung^wobei dies insbesondere durch Richtgriffe 11 geschieht, kann aus dem in dem Bildspeicher 10 abgespeicherten Großbild EBI-EBVIII ein Teilbild TB abgerufen werden, das sich hier z.B. aus mehreren Einzelbildern EBI, -EBII, EBVf EBVI zusammensetzt, wie dies in der DE-PS 28 03 101 und der DE-OS 29 19 o47 beschrieben ist.

Ein Prozessrechner 12 wählt aufgrund eines eingegebenen Übungsprogrammes aus einem digitalen Zielspeicher 13 eine digitale Zieldarstellung aus und er steuert einen Bildmischer 14 so, daß das digitale Zielbild in das digitale Teilbild eingeschnitten wird. Das so zusammengemischte Bild gelangt nach Digital/ Video-Umsetzung einem Wandler 15 auf einem Monitor 16 zur Darstellung. Der Monitor 16 ist in nicht dargestellter Weise im Sehfeld einer Visieroptik angeordnet, wobei zwecks optimaler Bildgüte das Fernsehbild optisch so angepaßt ist, daß das Sehfeld der Optik der Größe des Bildschirmes entspricht.

Gemäß Figur 2 ist eine der Figur 1 im wesentlichen entsprechende Anordnung dargestellt, die es ermöglicht, durch einen Umschalter 18 wahlweise mit einem Tagesvideobild oder einem durch Bewertung mittels einer Einrichtung 17 gewonnenen Wärmevideobild zu arbeiten . Die Einrichtung 17 kann prinzipiell durch den Prozessrechner 12 vorgegeben sein, der beispielsweise in einem Festwertspeicher die Bewertungsfunktion speichert. Bei dem Wärmevideobild handelt es sich um ein simuliertes Wärmebild, das folgendermaßen gewonnen wird: Zur Darstellung des Wärmebildes einer Szene aus der Natur wird zunächst von dieser Szene ein Tages-Videobild · aufgenommen und nach Digitalisierung in einem Tages-

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Videospeicher 10 abgelegt. Sodann werden mit Hilfe einer in der Einrichtung 17 abgespeicherten Bewertungsfunktion die Grauwerte dieses Tages-Videobildes BiIdpunkt für Bildpunkt so umgesetzt, daß das nach der Umsetzung darstellbare Bild für das menschliche Auge dem Wärmebild der gleichen Szene ähnlich wird. Die mit der Bewertungsfunktion umgesetzte Bildinformation wird in einem Wärmevideospeicher 10' abgelegt. Die Bewertungsfunktion selbst kann beispielsweise dadurch gewonnen werden, daß die Grauwerte eines Tages-Videobildes mit denen eines echten Wärmebildes der gleichen Szene punktweise verglichen werden, worauf mit Hilfe von Klassierungsmethoden, sowie statistischen Verteilungen die Parameter der Bewertungsfunktion errechenbar sind.

Während gemäß Figur 2 das Wärmebild durch eine Off-Line-Bearbeitung der einzelnen Bildpunkte in einem Rechner durch Behandlung mit einer Bewertungsfunktion gewonnen wird, worauf sodann sowohl das Tages-Videobild als auch das Wärme-Videobild alternativ für eine Echtzeit-Sichtsimulation zur Verfugung stehen, bietet die Anordnung gemäß Figur 3 die Möglichkeit einer On-Line-Umsetzung des im digitalen Tagesvideospeicher 10 gespeicherten Hintergrundbildes. Durch Betätigung des Umschalters 18 kann der Bildmischer 14 an einer Absuchtabelle 19 angeschlossen werden, über die die digitale Tagesvideoinformation geführt wird, wobei jeder Bildpunkt wiederum mit der ermittelten Bewertungsfunktion behandelt wird. Die Absuchtabelle 19 kann wiederum durch den Prozessrechner 12 vorgegeben sein, der beispielsweise in einem Festwertspeicher die Bewertungsfunktion gespeichert aufweist. Selbstverständlich kann die Absuchtabelle auch durch eine elektronische Schaltung realisiert werden. Figur 4 zeigt ein Beispiel eines Hintergrundbildes, das sich im wesentlichen aus Himmel H, Wald Wa, Büschen B

und einer Weise Wi zusammensetzt. Statt nun die Bewertungsfunktion, mit der die Grauwerte eines Tagesvideobildes in ein Wärmevideobild umgesetzt werden, für das ganze Bild einheitlich vorzugeben, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Einzelobjekte im Hintergrundbild; wie Himmel H, Wald Wa, Büsche B und Wiese Wi jeweils mit einer spezifischen Bewertungsfunktion zu bewerten. Zu diesem Zweck wird gemäß den Figuren 5 und

ein BiIdpunkt auf der Umrandung eines Einzelobjektes H,B, Wa, Wi in dem über eine Konsole 20 abgerufenen Teilbild hellgesteuert und der hellgesteuerte Bildpunkt mit einem Steuer-

21 (z.B.Trackball)
geräBVäuf der Kontur des Einzelobjektes verschoben. Nach Umfahrung des Einzelobjektes werden alle Bildpunkte innerhalb der Umrandung mit einer für die Einzelobjekte H, B, Wa und Wi charakterischen Bewertungsfunktion umgesetzt. Diese Bewertungsfunktionen können in Absuchtabellen 19 des Prozessrechners 12 abgelegt sein, wie dies in Figur angedeutet ist, oder wieder durch eine elektronische Schaltung realisiert werden.

Was die in das Bild des Hintergrundes eingeschnittenen Ziele betrifft, deren Wärmevideobilder sich von ihren Tagesvideobildern sehr deutlich unterscheiden, da beispielsweise heiße Auspuffanlagen, warmgelaufende Ketten oder durch Schuss erwärmte Rohe eines Panzers sehr markante Stellen darstellen,so ist für deren simulierte Wärmebilddarstellung ein anderer Weg zu beschreiten. Die Ziele werden_;wie bereits erwähnt, bei einer Tagessichtsimulation durch Einschneiden bzw. Einstanzen in das Videobild gebracht. Die Quelle der Zieldarstellung bildet hierbei beispielsweise ein in Echtzeit von einem Rechner ermitteltes Zielbild.Dieses Verfahren ist als CGI-Verfahren bekannt (CGI=Computer Generated Image). Es ist aber auch möglich, ein Zielbild in einzelnen Fernseh-Vollbildern in Nicht-Echtzeit zu errechnen, in einem

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Speicher abzulegen und bei der Wiedergabe in Echtzeit
abzurufen. In beiden Fällen bildet die Quelle des Zielbildes eine Datenbasis, die die geometrische Zielfigur
durch eine geeignete Anzahl von Punkten auf der Figurenoberfläche beschreibt. Diese Beschreibung ^ d.h. die Datenbasis, kann nun für das Tagbild und das simulierte Wärmebild gleichgewählt werden; lediglich für das Wärmebild
werden einzelne Daten in der Datenbasis so ergänzt,
daß die entsprechende Fläche einer markanten Stelle bei

der Berechnung der Zielansicht für das simulierte Wärmebild mit einer anderen Helligkeit als bei dem Tagbild
errechnet wird.

Das vorstehend erläuterte Verfahren'zur Simulation eines Wärmebildgerätes ist nicht auf die Anwendung in Trainern beschränkt, deren Sichtsimulation mit Hilfe des CSI-Verfahrens gelöst wird. Gemäß Figur 7 kann auch bei
einem Direkteinblick in eine Modell-Landschaft L mit
sich darin bewegenden Modellzielen Z der Eindruck eines

Wärmebildes erzeugt werden. Normalerweise blickt ein

Beobachter durch eine über Richtgriffe richtbare Visieroptik 24 in die Modell-Landschaft L,in der sich die Ziele Z bewegen. Über einen in der Visieroptik 24 im Strahlengang angeordneten halbdurchlässigen schräggestellten

Spiegel 25 wird beispielsweise das von dem Richtschützen gesehene Bild ausgespiegelt und einer Videokamera 22 zugeführt. Das von der Videokamera 22 aufgenommene Videobild kann in der dargestellten Stellung des über den Umschalter 18 betätigbaren Schalters auf einem Monitor

16 dargestellt werden, so daß beispielsweise ein Ausbilder die Richtbewegung der auszubildenden Person überwachen kann.

Soll nun der GefechtsVorgang, d.h. die Zielaufklärung
und Bekämpfung unter Verwendung einer Wärmebilddarstellung

sind
trainiert werden, so folgende Maßnahmen erforderlich:

das sich in der Modell-Landschaft L bewegende Ziel Z wird an seinen markanten Stellen ,d.h. insbesondere an den heißen Stellen,die durch das Rohr R, den Motor M und die Ketten K im wesentlichen vorgegeben sind, mit einer fluoreszierenden Farbe versehen. Bei der Umschaltung auf ein simuliertes Wärmebildgerät durch den Umschalter 18 wird einerseits eine UV-Lampe 23 eingeschaltet, die über der Modell-Landschaft L angeordnet ist, und es wird andererseits der Monitor über einen Schalter · an eine anlöge Absuchtabelle 19 angeschlossen, über die das Video-Signal der Kamera 22 geführtwirö, ¹^ ^^ie Grauwerte der Tagesvideoaufnahme mit einer zuvor ermittelten Bewertungsfunktion zu behandeln. Zugleich wird das Bild des Monitors 16 bzw. eines weiteren Monitors 16' über einenKiappspiegel 26 in das Visier 24 des Richtschützen eingespiegelt. Der Klappspiegel 26 ist aus dem Strahlengang herauszuschwenken, wenn der Gefechtsvorgang mit im sieht baren Bereich liegende η Strahlung trainiert werden soll. Gleichzeitig ist hierbei die UV-Lampe 23 auszuschalten und die Absuchtabelle 19 muß umgangen werden.

Claims

Patentansprüche:

/ 1./Verfahren zur Sichtsimulation, bei welchem zwecks ^v—' Training eines Gefechtsvorgar.ges auf einem TV-Monitor im Sehfeld einer auszubildenden Person das Bild eines Hintergrundes dargestellt und in diesen Hintergrund das Bild eines beweglichen Zieles eingeschnitten wird, wobei sowohl das Bild des Hintergrundes als auch das Bild des Zieles digital abgespeichert sind und nach Umsetzung in ein Videosignal zur Darstellung auf dem Monitor gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Grauwerte einer Tagesvideoaufnahme des Hintergrundes Bildpunkt für Bildpunkt mit einem durch eine Bewertungsfunktion vorgegebenen Faktor umgesetzt werden, um eine Darstellung entsprechend einem Wärmebild zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einzelobjekte (H,Wa,B,Wi)

in der Tages-Videoaufnähme des Hintergrundes mit einer ihnen spezifisch zugeordneten Bewertungsfunktion umgesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsfunktion durch bildpunktweisen Vergleich der Grauwerte einer Tagesvideoaufnähme mit*den Grauwerten eines echten Wärmebildes des gleichen Hintergrundes gewonnen wird.
4. Verfahren nach einen der Ansprüche Ibis 3, gekennzeichnet durch eine Off-Line-Umsetzung der Tages-Videoaufnahme und Abspeicherung in Einern von dem Tagesvideospeicher (10) getrennten Värmevideospeicher (10')

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine On-Line-Umsetzung der TagesVideoaufnahme mittels einer zwischen de.n Tagesvideospeicher (10) und einen Monitor (16) geschaltete, die Bewertungsfunktion speichernde Hardware-Absuchtabelle (19).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d adurch gekennzeichnet, daß die Datenbasis für ein in das Hintergrundbild einzuschneidendes Zielbild bezüglich markanter Stellen verändert wird, um bei einer WärmebiIdsimulation die den markanten Stellen zugeordneten Flächen hervorzuheben .
7. Verfahren zur Sichtsimulation mit Direkteinblick

in eine Modell-Landschaft, in der sich Zielmodelle bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Simulation eines Wärmebildgerätes die markanten Stellen (R,M,K) der Ziele (Z) mit einer fluoreszierenden Farbe beschichtet sind und durch eine UV-Lampe (23) angeleuchtet werden, und daß eine auf diese Weise mit markanten Stellen versehene Tages-Videoaufnahme über eine analoge die Bewertungsfunktion speichernde Absuchtabelle (19) einem Monitor (16,16') zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . daß das Bild des Moni- tors (16') in den Strahlengang der Optik (24) einspiegelbar ist.