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Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines
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Bildgenerators für Sichtsimulatoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betrieb eines Bildgenerators für Sichtsimulatoren, insbesondere für farbige
Darstellungen, mit einer Bildröhre und Ablenkeinheit für einen Schreibstrahl, mit
der das zu generierende Bild sowohl in Raster- als auch in Vektorschreibweise herstellbar
ist, sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Sichtsimulatoren dienen dazu, den Führern und Besatzungen von Flugzeugen
aller Art, aber auch Panzerführern die Einweisung in die Bedienung der Geräte am
Boden ohne den Streß des tatsächlichen "heißen Einsatzes bieten zu können. Hierzu
wird der Führerstand des Fahrzeuges bzw.
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das Cockpit des Flugzeuges naturgetreu nachgebildet, so daß das auszubildende
Personal die Umgebung des zukünftigen Arbeitsplatzes nahezu identisch wiederfindet.
Durch die Fensterscheibe des Führerstandes wird außen eine Welt künstlich dargestellt,
die der des Einsatzterritoriums des Fahrzeuges möglichst naturgetreu nachgebildet
sein soll.
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Beispiele für Sichtsimulatoren der genannten Art finden sich in der
US-PS 2 385 291, US-PS 3 911 597, DE-OS 25 58 501. Ein'ruder Hauptvorteile des Einsatzes
von Sichtsimulatoren - im übrigen nicht nur für die Ausbildung, sondern auch für
die spätere Weiterbildung zur Übung spezieller Einsatzprofile - liegt auch darin,
daß
teuere Ausbildungsstunden auf dem Gerät vermieden werden können und die der Ausbildung
eigentümlichen hohen Anforderungen an das Material des Gerätes unterbleiben.
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Eines der wesentlichsten Merkmale bei der Beurteilung der Qualität
eines solchen Sichtsimulators ist der Grad der naturgetreuen Darstellung des Geländes,
welches der Benutzer des Sichtsimulators durch die Scheiben des Führerstandes erblickt.
Zur Darstellung bzw. zur Bildwiedergabe werden heute vorwiegend Fernsehbildschirme
oder Projektoren verwendet, wobei entweder das bekannte Rasterbildprinzip, dem normalen
Zeilenfernsehen entsprechend, oder die bekannte Vektorschreibweise (Strokewriting)
ähnlich einer Oszillographenröhre angewendet wird.
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Beide grundsätzlichen Arten der Bildgenerierung weisen Vorteile auf.
So sind die Vorteile der Rasterbilddarstellung u.a. darin zu sehen, daß Flächen
einfacher in natürlichen Farben dargestellt werden können. Allerdings stellt sich
auch der Nachteil ein, daß bei gegebener Strahlbreite und Zeilen sowie Bildelementezahl
pro Zeile die Auflösung des Bildes durch die Rastergröße begrenzt ist. Kleine, scharfkantig
begrenzte Objekte können damit nahe der Auflösungsgrenze nur unvollkommen oder gar
nicht dargestellt werden.
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Die Vektorschreibweise ermöglicht es, den Schreibstrahl stufenlos
zu steuern und damit von kleinen Objekten bei gleicher Strahlbreite ein wesentlich
deutlicheres Bild zu erzeugen. Daneben kann bei der Vektorschreibweise die
Schreibgeschwindigkeit
des Schreibstrahles frei gewählt werden, wodurch kleine Details mit geringer Schreibgeschwindigkeit
und Strahlhelligkeit und damit auch normalerweise geringerem Strahldurchmesser mit
weit erhöhter Genauigkeit wiedergegeben werden können. Allerdings würde die Anwendung
der Vektorschreibweise zum Aufbau des kompletten Bildes zu einem bekanntermaßen
nicht vertretbaren immensen gerätetechnischen Aufwand führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten
Art anzugeben, mit dem die Formauflösung kleiner Objekte, wie z.B. darzustellender
Luftziele oder weit entfernter Ziele bei gleichbleibender Rastergröße verbessert
wird, wobei besonderes Augenmerk darauf gelegt wird, daß der gerätetechnische Aufwand
für diese Qualitätverbesserung nicht oder nur unwesentlich erhöht werden muß. Besonders
letzterer Aspekt ist von erheblicher Wichtigkeit, da die hier angesprochenen Geräte
bei einer Sichtsimulationsanlage alleine einen Wert von bis zu ca. 2 Millionen DM
darstellen. Neben dem Verfahren sollen auch Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
angegeben werden.
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Die Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Bildgenerierung im Rasterschreibverfahren
erfolgt und daß Objekte, die infolge des vorgegebenen Rasters nur noch unscharf
dargestellt werden können, durch die Vektorschreibweise nachgezeichnet werden, wobei
zwischen den beiden Schreibweisen umgeschaltet wird.
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Wie bereits bei der Darstellung des Standes der Technik ausgeführt,
sind zwar Rastet und Vektorschreibweise durchaus bekannte Bildgenerierungsverfahren.
So ist beispielsweise es bekannt, das Rasterbild darzustellen und in den Rücksprungpausen
des Rasterbildes die Vektorschreibweise anzuwenden. Äußerst nachteilig bei diesem
bekannten Verfahren hat sich jedoch ausgewirkt, daß sehr leistungsfähige und damit
teuere Ablenkverstärker benötigt werden und sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit
dieser Ablenkverstärker gestellt werden müssen, da das Vektorschreibweise-Bild in
dem Rasterbild exakt positioniert werden muß, da andernfalls verwaschene, unbrauchbare
Darstellungen die Folge sind.
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Mit dem Verfahren nach der Erfindung werden beide Nachteile auf verblüffend
einfache Weise beseitigt. Die Einrichtung und weitere Ausbildungen der Erfindung
finden sich in den Unteransprüchen.
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Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert.
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Diese zeigen: Fig.1 ein Zielbild eines Flugzeuges in reiner Rasterdarstellung,
Fig.2 eine Bildwiedergabe desselben Zieles unter Anwendung der Erfindung.
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Wie die Fig.1 deutlich zeigt und im übrigen als wohl bekannt vorausgesetzt
werden darf, können kleine, scharfkantig begrenzte Objekte nahe der Auflösungsgrenze
aufgrund der vorgegebenen Rastergröße nur unvollkommen dargestellt werden. Dem Benutzer
des Sichtsimulators wird
damit eine in Natur in Wirklichkeit nicht
vorhandene optische Unsicherheit" bezüglich der Erkennbarkeit und Identifizierung
eines Zieles mitgeteilt.
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Fig.2 zeigt in beeindruckender Weise die Verbesserung der Formauflösung
durch Kombination von Raster- und Vektorschreibweise, wobei die Vektorschreibweise
begrenzt ist auf das Nachzeichnen der Konturen. Die Auflösung von Luft- und Bodenzielen
kann, wie Rechnersimulationen gezeigt haben, um den Faktor 4 verbessert werden,
ohne daß die Zahl der zu verwendenden Geräte erhöht werden muß. Als äußerst nützlicher
Nebeneffekt stellt sich ein, daß ein Großteil der Probleme, welche im Zusammenhang
mit der Ausrichtung von Bildern aus verschiedenen Projektoren entstehen, umgangen
werden, da dieselbe Optik und Ablenkeinheit für Raster- und Vektorschreibbild verwendet
werden, siehe hierzu auch die Anmeldung P 31 OO 584.5 des Anmelders.
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Für die nachfolgende Beschreibung der Erfindung wurden keine gesonderten
Figuren erstellt, da es sich im wesentlichen um die erfindungsgemäße Modifizierung
bekannter Schaltungseinrichtungen handelt, so daß der Fachmann auf diesem Gebiet
auch ohne figürliche Darstellungen allein durch die schriftliche Anweisung in der
Lage ist, die Erfindung nachzuvollziehen.
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Es wird eine Bildröhre verwendet, welche zwei getrennte Sätze von
Ablenkeinheiten aufweist. Die Grundablenkung zur Erzeugung des normalen Rasterbildes
erfolgt durch eine Ablenk- und Verstärkereinheit, wie sie auch in jedem Fernsehgerät
verwendet wird, bzw. verwendet werden kann.
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Die zweite Ablenkeinheit mit X-Y Ablenkverstärkern arbeitet mit hoher
Bandbreite, aber geringer maximaler Ablenkamplitude, z.B. je nach erwünschter maximaler
Zielbildgröße ungefähr 3 - 20 Zeilenhöhen. Hiermit wird das Nachzeichnen der Zielbildkanten
während des Rasterbildaufbaus durchgeführt. Immer dann, wenn ein Zielbild nachzuzeichnen
ist, wird von Rasterschreibweise auf Vektorschreibweise umgeschaltet. Um das Entstehen
einer Lücke im Rasterbild an den Stellen, an denen auf Vektorschreibweise umgeschaltet
wurde, zu vermeiden, wird das Signal für das Rasterbild in der Zwischenzeit in einem
schnellen Digitalspeicher oder auch einer Verzögerungsschaltung abgespeichert. Nach
Beendigung des Vektorschreibvorganges wird die Rasterzeile aus diesem Speicher fertiggeschrieben.
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Für die Weiterbehandlung der Rasterbilddarstellung während der Vektorschreibweise
sind zwei grundsätzliche Möglichkeiten vorgesehen. Bei der ersteren wird die Rasterzeile
mit erhöhter Zeilenschreibgeschwindigkeit in der Horizontalen fertiggeschrieben.
Hierzu ist ein Digitalspeicher erforderlich, der unterschiedliche Ein-und Auslesegeschwindigkeiten
zuläßt. Von Vorteil ist dabei, daß eine konstante Zeilenschreibdauer eingehalten
wird.
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Bei der zweiten Möglichkeit wird die Rasterbildzeile mit einer durch
die Schreibdauer des Vektorschreibens bestimmten Verzögerung fertiggeschrieben.
Dies setzt eine ausreichende Zeitreserve vor Einleitung des Zeilenrücksprungs voraus
und die Einhaltung einer konstanten Schreibdauer pro Zeile für das in Vektorschreibweise
hergestellte Bild. Zum Einsatz kann ein wesentlich
billigerer einfacherer
Speicher bzw. eine einfache Verzögerungsschaltung mit konstanter Totzeit kommen.
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Auch die Ablaufsteuerung ist bei dieser Ausführung sehr einfach. Das
Rasterbild wird zunächst mit dem unverzögerten Bildsignal geschrieben. Dann wird
der in Vektorschreibweise darzustellende Bildteil geschrieben und das Rasterbild
mit dem verzögerten Bildsignal fertiggeschrieben.
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Eine genaue Positionierung des in Vektorschreibweise zu erstellenden
Bildteiles in Bezug auf den Rasterbildteil wird dadurch erreicht, daß dem Rasterbildsignal
ein Schlüsselsignal in Form einer nur für diesen Zweck verwendeten Intensitätsverteilung
deWdrei Grundfarben aufgeprägt wird. Bei Auftreten dieser Intensitätsverteilung
wird die Vektorschreibweise an dem Ort des Auftretens der Intensitätsverteilung
ausgelöst. Dieses Schlüsselsignal wird für den Schaltzweck über eine Abtrennstufe
aus dem Grundbildsignal ausgefiltert. Hierdurch können die Genauigkeitsanforderungen
an die Ablenkverstärker wesentlich reduziert werden, ohne daß die Positioniergenauigkeit
der Bildteile zueinander leidet, - im Gegenteil wird diese verbessert. Auch können
die Anforderungen an die Rechengeschwindigkeit eines Symbolgenerators für das in
Vektorschreibweise darzustellende Bild - dieser ist nicht Gegenstand der Erfindung
und daher auch nicht näher erläutert im übrigen Stand der Technik - wesentlich gesenkt
werden, wenn die Steuersignalverläufe für das Bild zeitlich vor dem Schreibvorgang
errechnet werden und in schnelle Digitalspeicher abgelegt werden, aus denen sie
während des Schreibvorganges extrem schnell ausgelesen werden können,
sobald
das Schlüsselsignal für den Schreibvorgang aus dem Grundrasterbild abgelesen worden
ist.
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Für höchste Ansprüche bei der Bildgenerierung werden für die drei
Grundfarben - wenn höchste Auflösung verlangt wird - drei getrennte Bildröhren verwendet,
wobei also jede eine der drei Grundfarben rot, grün und blau erzeugt und auf dem
Bildschirm bzw. in das Auge des Beobachters überlagert. Zur Erzielung optimaler
Kantenauflösung wird in diesem Fall nur die grüne oder rote Röhre zum Nachzeichnen
der Konturen des Rasterbildes in Vektorschreibweise verwendet. Der Schreibstrahl
wird mit wesentlich geringerer Schreibgeschwindigkeit als im Rasterbetrieb erzeugt.
Dadurch stellt sich eine wesentlich höhere Auflösung der Bildumrisse und wichtiger
Bilddetails ein.
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Im Sinne der Erfindung kann es auch Vorteil sein, kleine Objekte,
welche nicht Ziele sind, ebenfalls nachzuzeichnen, damit die Auffälligkeit von nachgezeichneten
Zielen infolge anderer Bildstruktur reduziert wird.