Устройство для имитации изменения освещенности объекта Советский патент 1991 года по МПК G09B19/00 

света относительно модели объекта. Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства за счет дополнительного обес- печения комбинирования изображения модели объекта с изображением второго плана - фона при одновременном упрощении устройства. Предлагаемое устройство имитации изменения освещенности модели объекта содержит модель 1 объекта, систему 2 освещения, камеру 3 телевизионную, формирователь 4 сигналов дополнительного видеоизображения (силуэтного сигнала), ком

с

76234

мутатор 5 (быстродействующий), сумматор 6, блок 7 отображения информации, генератор 8 (имитационных сигналов) , формирователь 9 сигналов дополнительного видеоизображения (.сигнала второго плана), блок 10 синхронизации. Выполнение источников света неподвижными и непереключаемыми, введение генератора 8, сумматора 6, формирователя 4, коммутатора 5 и формирователя 9 позволяет повысить эффективность учебного процесса при использовании данного устройства. 5 ил.

10

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в тренажерах, использующих телевизионные методы формирования изображений, для имитации изменения положения источника

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено в тренажерах, использующих средства телевидения при наблюдении модели объекта, для имитации изменения положения источника света относительно модели наблюдаемого объекта.

Цель изобретения - расширение дидактических возможностей устройства за счет дополнительного обеспечения комбинирования изображения модели объекта с изображением второго плана при одновременном упрощении устройства.

На фиг.1 изображена схема устройства, на фиг.2 - схема первого формирователя сигналов дополнительного видеоизображения (силуэтного сигнала), на фиг.З - схема коммутатора, на фиг.4 - схема генератора, на фиг.З - форма составляющих имитационного сигнала и соответствующие коды управления .

Устройство для имитации изменения освещенности объекта содержит модель 1 объекта, выполненную в соответствующем масштабе, систему 2 освещения, представляющую собой несколько неподвижно установленных источников света, камеру 3 телевизионную, формирующую черно-белое изображение модели 1 объекта, формирователь 4 сигналов дополнительного видеоизображения, коммутатор 5, сумматор 6, блок 7 отображения информации, генератор 8, формирователь 9 сигналов дополнительного видеоизображения, блок 10

5

0

5

0

5

0

5

синхронизации, формирователь 11 сигналов видеоизображения объекта.

Формирователь 4 сигналов дополнительного видеоизображения выделяет силуэт изображения модели объекта из сигнала изображения модели объекта методом двустороннего ограничения.

Формирователь 4 выполнен из последовательно соединенных усилителя 12, двустороннего ограничителя 13, схемы 14 укорочения силуэтного сигнала и выходного каскада 15, Для уверенного (,без срывов) выделения силуэтного сигнала из сигнала изображения модели необходимо, чтобы позади модели располагался черный фон, -а контраст окраски модели исключал бы наличие темных (близких к черному) деталей. Для исключения окантовок на границе изображения модели и второго плана в формирователь 4 введена схема 14 укорочения силуэтного сигнала, выполненная на логических элементах. Двусторонний ограничитель выполнен на компараторах.

Коммутатор 5 обеспечивает врезание изображения модели 1 в изображение второго плана. Коммутатор состоит из двух схем 16, 17 управляемой фиксации, на входы которых поданы импульсы частоты строк от устройства синхронизации, а входы соединены с истоками полевых транзисторов 18, 19, затворы которых соединены с фазо- инвертором 20, вход управления которого является выходом формирователя 4, стоки транзисторов 18, 19 соедиS16

йены между гобой и являются входом выходного каскада 21,

Сумматор 6 обеспечивает адд.ттив- ное сложение комбинированного сигнал изображения модели 1 и сигнапа второго плана формирователя 9 с сигналом генератора 8. Сумматор 6 состоит из схемы 6.1 сложения и двустороннего ограничителя. Двусторонний огра- ничитель выполнен на двух дифференциальных каскадах, схема сложения (суммирования) выполнена по классической схеме - на резисторах и операционном усилителе. Блок 7 служит для воспро- изведения и для наблюдения комбинированного изображения.

Генератор 8 обеспечивает формирование сложного сигнала, содержащего пилообразные и параболические сое- тавляющие частоты строк и полей. Управление раэмахами, полярностью и постоянным уровнем составляющих имитационного сигнала по заданной программе от устройства формирования двоичных кодов управления, например от ЭВМ, обеспечивает засветку или затемнение любой части растра ТВ- изображения и, таким образом, создает иллюзию перемещения источника света относительно модели объекта.

Генератор 8 выполнен из двух идентичных каналов формирования составляющих пилообразной и параболической формы частоты строк и полей. Каждый из каналов состоит из последовательно соединенных схем -22, 23 формирования пилообразного напряжения, схем 24, 25 формирования параболического напряжения, регулируемого фазоинвертора 26, выход которого соединен с входом сумматора 27.

Генератор 8 также содержит схему 28 замешивания, усилитель 29, двусторонний ограничитель 30, выходной каскад 31, блок 32 управления составляющими имитационного сигнала, состоящий из цепочек последовательно соединенных схем 33 приема команд, цифроаналогового преобразователя 34 и схемы 35 согласования уровней.

Схема 22 (23) формирования пилообразного напряжения (частоты строк- полей) состоит из входного каскада, формирующего импульсы управления из импульсов частоты строк (полей), интегратора на операционном усилителе с емкостной обратной связью и управляемого ключа, осуществляющего раз-

Q 5

0 5 0

0

5

5

ряд интегрирующ и емкости во время импульса частоты отрок (полей). Схема 24 (25) формирования параболического напряжения выполнен т на ЧС-це- почках, интегрирующих пилообразное напряжение частоты строк (полей).

Регулируемый Фазоинвертор 26 выполнен на дифференциальном усилителе, на входы которого поданы пилообразные (параболические) напряжения. Управление усилителем дифференциального усилителя обеспечивает изменение размаха и полярности (фа- зьх) пилообразного (параболического) напряжения на его выходе. Сумматор 27 выполнен на резисторах и операционном усилителе.

Схема 28 замешивания (постоянной составляющей) представляет собой эмиттерный повторитель, к выходу которого подключен ключевой каскад, управляемый смесью гасящих импульсов от устройства синхронизации. Двусторонний ограничитель 30 выполнен на двух дифференциальных каскадах с раздельной установкой уровня ограничения сверху и снизу. Выходной каскад 31 выполнен на транзисторе по схеме эмиттерного повторителя.

Формирователь 9 формирует сигнал видеоизображения, на фоне которого необходимо наблюдать изображение модели объекта. В качестве формирователя 9 может использоваться любой датчик ТВ сигнала, который имеет режим внешней синхронизации: камера телевизионная, видеомагнитофон, накопитель неподвижных изображений, датчик телекино и т.д. Блок 10 обеспечивает синхронную работу устройства.

Устройство работает следующим образом.

Система 2 освещения обеспечивает равномерную освещенность модели 1 объекта. Камера 3 преобразует оптическое изображение модели в телевизионный сигнал. С выхода камеры 3 ТВ-сигнал изображения модели объекта поступает на формирователь 4, который методом усиления и двустороннего ограничения по размаху преобразует ТВ-сигнал изображения модели в импульсный сигнал, положение фронтов которого соответствует силуэту изображения модели. Возможность выделения силуэтного сигнала из сигнала изображения модели объекта определяется разницей в уровнях сигнала изобра71

жеиия объекта и сигнала от фона, перед которым расположена модель объекта. При этом возможны два варианта

Фон выбирают белым, а самые светлые детали окраски модели объекта выполняют на уровне серого. В этом случае уровни ограничения в формировтеле силуэтного сигнала устанавливаю близкими к уровню белого в сигнале изображения модели.

Фон выбирают черным, а самые темные детали окраски модели выполняют на уровне серого. Тогда уровни ограничения устанавливаются близкими к уровню черного в видеосигнале. В данном устройстве используется второ вариант, так как использование белого фона вызывает большие конст

руктивные и эксплуатационные трудное- 2Q управления от блока 32. На входы бло

черного фона.

С выхода формирователя 4 коммутирующий сигнал в виде прямоугольного импульса подается на вход управления коммутатора 5, на который также подается сигнал изображения модели с выхода камеры 3 и сигнал с выхода формирователя 9. При наличии сигнала на выходе формирователя 4 на выходе коммутатора 5 присутствует составной (комбинированный) сигнал изображения в тех частях (сегментах) строки, где коммутирующий сигнал имеет значение логической единицы, выходной сигнал соответствует сигналу объекта, а в остальных частях, где коммутирующий сигнал принимает значение логического нуля, выходной сигнал соответствует сигналу фона. Чтобы выходное изображение представлялось более реальным, граница перехода не должна быть заметна, для чего фронт и срез импульсов коммутации должны иметь короткую (порядка одного элемента ТВ изображения) длительность. Именно поэтому коммутатор 5, выполняющий такие функции, является быстродействующим. Чтобы уровни черного в комбинированном сигнале не изменились при изменении постоянной составляющей входных видеосигналов, на входах коммутатора 5 осуществляется при- входных видеосигналов к постоянному уровню, для чего на него подаются импульсы частоты строк от блока 10,

С выхода коммутатора 5 комбинированный сигнал подается на один вход

5

0

5

сумматора 6, на другой вход которого подается сигнал с генератора 8.

Полный имитационный сигнал формируется в генераторе 8 таким образом, что импульсы частоты строк и полей от блока 10 поступают на входы схем 22 и 23 соответственно. Сформированные пилообразные напряжения частоты строк и полей поступают с выходов на входы схем 24, 25 соответственно, а также на первые входы двух регулируемых фазоинверторов 26. В схемах 24, 25 формируются параболические напряжения частоты строк и полей, которые подаются на первые входы третьего и четвертого регулируемых фазоинверторов 26. На вторые входы всех четырех фазоинверторов 26 подаются сигналы

0

5

5

0

5

0

5

ка 32 подаются 8-разрядные двоичные коды от устройства формирования двоичных кодов управления, например от ЭВМ. В блоке 32, состоящем из шести аналогичных каналов, входной код управления фиксируется в триггерах схемы 33 фронтом импульса частоты полей и удерживается в памяти на время поля до прихода следующего значения кода управления. С выхода схемы 33 код управления поступает на вход 8-разрядного цифроаналогового преобразователя 34, в котором он преобразуется в аналоговый эквивалент кода. Напряжение с выхода преобразователя 34 поступает на буферный каскад 35, в котором происходит согпасование уровней и обеспечивается необходимая нагрузочная способность, а затем поступает на второй вход соответствующего регулируемого фазоинвертора 26, Точно так же работают остальные пять каналов блока 32. Аналоговые сигналы с их выходов, соответствующие в каждый момент времени значению входного двоичного кода на входе соответствующего канала управления, поступают на вторые входы соответствующего фазоинвертора 26, а сигналы с выходов пятого и шестого каналов блока 32 поступают на схему 27 для замешивания постоянной составляющей и на усилитель 29 соответственно. Таким образом, блок 32 в каждый момент времени обеспечивает преобразование входных двоичных кодов в сигнал управления цепочек формирования составляющих имитационного сигнала. При изменении значений входных двоичных кодов на входах первых четырех каналов от 00000001 до 11111110 обеспечивается изменэнир полярности и размаха составляющих . сигнала (фиг. 5).

Таким образом, на выходах регулируемых фазоинверторов 26 формируются в зависимости от значений входных кодов управления пилообразные и ,Q параболические сигналь; частоты строк и полей с полярностью и размахом, изменяющимися в соответствии со значением входных кодов, взятых от поля к полю. С выхода регулируемых фазо- 15 инверторов 26 сигналы пилообразных и параболических составляющих имитационного сигнала поступают на входы сумматора 27, где эти сигналы складываются, а на выходе образует- 20 ся смесь пилообразных и параболических составляющих частоты строк и полей. Сигнал с выхода сумматора 27 поступает па схему 28 замешивания постоянной составляющей, где в соот- 25 ветствии с изменением управляющего аналогового сигнала с выхода пятого канала блока 32 изменяется посто- янная составляющая смеси пилообразных и параболических составляющих 30 имитационного сигнала (при этом для простоты изображения выбраны такие коды управления по каналам управления пилообразными и парабсли ческими составляющими имитационного ,г сигнала, что их значения равны или близки к нулю). С выхода схемы 28 смесь сигналов с регулируемой постоянной составляющей, называемая полным имитационным сигналом, поступает ,jO на первый вход усилителя 29, на второй вход которого поступает сигнал управления с выхода шестого канала блока 32. При изменении кода управления от значения 11111110 (размах 45 имитационного сигнала имеет максимальное значение) до значения 00000001 (размах имитационного сигнала имеет минимальное значение, близкое к нулевому) размах полного сп имитационного сигнала меняется от максимального до минимального, С выхода усилителя 29 полный имитационный сигнал поступает на вход двустороннего ограничителя 30, где or- г раничивается его размах в пределах от 700 до минус 700 мВ, а затем пес- уупает на выходкой каскад 31, а. далее на вход сумматора б. Сложение

комбинированного сигнала в сумматоре 6 с имитационным сигналом пои уп- равлении доставляющими имитационного сигнала позволяет поднять уровень сигнала комбинированного изображения к уровню белого или опустить к уровню чераого и, таким образом, имитировать подсветку или затенения, РПЛОТЬ до полного затемнения кзобра.- женчя объекта, в любой части растра изображения по закону, определяемому кодами управления.

Например, при кодах управления по первому каналу 00000001, по второму четвертому каналу 10000000, по пятом и шестому каналу 11111110 имитационный сигнал з соответствии с фиг.5 содержит только пилообразную составляющую частоты строк с наклоном справа налево, т.е. падающую пилу, что даст плавный переход от засветки в правой части растра к затенению в левой части растра, при кодах управления по второму каналу 00000001, по первому, третьему, четвертому и пятому каналам 10000000, по шестому 11111110 имитационный сигнал содержит параболические составляющие частоты строк и полей положительной полярности, ч то дасг подсветку в центральной части растра в форме круга с плавным переходом к затенению от центра растра к краям. С целью исключения превышения динамического диапазона усилителей в комплексе и в ви- дгоконтрольных устройствах суммарным сигналом, а также исключить возможность появления сигналов ниже уровня черного, что может возникнуть при отрицательных значениях имитационного сигнала и малых уровнях видеосигнала объекта, в сумматоре 6 производится ограничение по белому и по черному в ограничителе. Сформированный сигнал с выходного каскада сумматора 6 поступает на блок 7.

Использование предлагаемого устройства з тренажерах позволит значительно упростить конструкцию системы освещения модели, а поэтому и всего тренажера. Становятся ненужными управление изменением яркости и переключения источников света по имитационной программе. При этом появляется дополнительная возможность получения комбинированного изображения за счет обеспечения нормальных уело-

вий работы пороговых схем, выдепяю- щих сигнал контура модели объекта. Сигнал изображения второго плана в комбинированном изображении делает наблюдаемую визуальную обстановку близкой к реальной и позволяет проводить тренировки, содержащие задачи ориентации в пространстве.

Формул.а изобретения

Устройство для имитации изменения освещенности объекта, содержащее фор- мирователь сигналов видеоизображения объекта и блок отображения информации, первые и вторые синхровходы которых соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, о т - личающееся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены генератор, коммутатор, сумматор и формирователи сигналов дополнительно- го видеоизображения, причем управляюФаг. 2

Фиг.З

Вход упробления

0 5

щие входы генератора являются соответствующими входами устройства, синхровходы соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, а выход - с одним входом сумматора, другой вход которого подключен к выходу коммутатора, а выход - к информационному входу блока отображения информации, синхровход первого формирователя сигналов дополнительного видеоизображения соединен с первым выходом блока синхронизации, информационный вход - с выходом формирователя сигналов видеоизображения объекта и первым информационным входом коммутатора, а выход - с управляющим входом коммутатора, синхровход которого подключен к первому выходу блока синхронизации, а второй информационный вход - к выходу второго формирователя сигналов дополнительного видеоизображения, первый и второй синхровходы которого соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.

Выход 8/с

n

чО

vЈi

iЖМНОУL

t-J4 .f--L J..-UJ- .Г --ЛШ.-.M-J --1JT- I V

tL....Zkf

j Јf jeI ШМНОУJH5

I I

1

j /

..

fr

Wet

гг

Я

tt

4

{и)лдми пшошэон

пэчипиии

Ј

гг

(3)хос/шэ яшошэоь

wwfiuk/M