Устройство для имитации визуальной обстановки в тренажере транспортного средства Советский патент 1991 года по МПК G09B9/04 

От СВЦ

Изобретение может быть использовано для воспроизведения синтезируемых в ЭВМ стереоизображений внешней и внут- рикабинИой обстановки в нашлемных системах визуализации. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет оперативного изменения углового положения и размера наблюдаемого окна. Устройство содержит шлем 1, малогабаритные телевизионные мониторы 2 и 3, направляющие 4 и 5, раму б с двумя парами зеркальных поверхностей 7- 10, телекамеры 11 и 12, блок 13 синхронизации, каналы 14 и 15 наблюдения. При работе устройства обеспечивается учет особен,но- стей наблюдения визуальной обстановки отдельными категориями операторов транспортных средств при исключении противоречия между пространственным разрешением формируемого изображения и его угловыми размерами, определяющими поле обзора оператора при фиксированном положении его головы 4 ил. сл с

XI

О О

сл

XI со

Изобретение относится к средствам митации визуальной обстановки в тренаерах транспортных средств и может быть спользовано для воспроизведения синтеируемых в ЭВМ стереоизображений внешей и внутрикабинной обстановки в нашлемных системах визуализации.

Известно устройство, ссдержашее установленный над головой водителя стерео- атчик, соединенный с малогабаритным стереоскопом, состоящим из ви,геоконт- рольных устройств левого и правого изображений, скомпонованных вместе с оптической системой в пластмассовом кор пусе, укрепленном на шлеме, который установлен в транспортном средстве на специальном кронштейне, обеспечивающем возможность регулировки его положения и перемещение головы оператора в различных плоскостях

Недостатками устройства являются использование для фиксации положения шлема механического кронштейна, что ограничивает возможности свободного перемещения головы оператора, необходимого, например, для обзора верхней и боковых полусфер пространства, а также отсутствует возможность оперативного изменения положения видимого окна в поле зрения опа- ратора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее шлем, два телевизионных мониторе с оптическими системами, формирующие изображения отдельно для левого и правого глаза. На шлеме укреплены инфракрасные датчики, по которым с помощью двух телекамер инфракрасного диапазона определяется текущее положение шлема и. соответственно, головы оператора 2.

Недостатком является отсутствие возможности оперативного изменения положения видимого окна в поле зрения оператора.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения изменения углового положения и размера наблюдаемого окна.

Возможность изменения углового положения видимого окна позволяет учесть осо- бенности наблюдения визуальной обстановки отдельными категориями операторов транспортных средств. Возможность изменения размера наблюдаемого окна позволяет преодолеть противоречие между пространственным разрешением формируемого изображения и его угловыми размерами, определяющими поле обзора оператора при фиксированном положении его голпвы.

Введение новых структурных элементов и соответствующих связей позволяет ре- ализовать в устройстве оперативное изменение углового положения и размера

наблюдаемого окна как при предварительной настройке системы имитации визуальной обстановки на конкретную область применения, так и в процессе тренировки при необходимости изменения условий на0 блюдения. Дополнительные блоки памяти в каналах наблюдения, обеспечивающие многоуровневую фиксацию информации о положении контрастных меток на шлеме и подвижной раме, позволяют реализовать

5 ускоренный анализ текущего положения видимого оператора окна наблюдения, что создает возможность для соответствующей оперативной коррекции синтезируемых изображений визуальной обстановки.

0На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг,2 - нашлемная система, вид сбоку; на фиг.З - структурная схема блока синхронизации; на фиг.4 - структурная схема канала наблюдения,

5Устройство для имитации визуальной

обстановки в тренажере транспортного средства содержит шлем 1, малогабаритные телевизионные мониторы 2 и 3, направляющие 4 и 5, раму 6, зеркальные поверхности

0 7-10, телекамеры 11 и 12, блок 13 синхронизации и каналы 14 и 15 наблюдения.

Блок 13 синхронизации содержит генератор 16 телевизионной синхронизации, счетчик 17 координа гы X, счетчик 18 коорди5 наты Y.

Каждый из каналов 14 и 15 наблюдения содержит коммутатор 19 X, коммутатор 20 Y, преобразователь 21 кода, компаратор 22, схему И 23, основной блок 24 памяти, не0 сколько дополнительных блоков 25 памяти и регистр 26.

Блок 13 синхронизации предназначен для формирования на первом выходе опорного синхросигнала, частота которого равна

5 частоте дискретизации растра в каналах наблюдения, на втором и третьем его выходах - цифровые значения координат X и Y текущего положения луча телевизионной развертки, на четвертом выходе - цифровые значения координат X и Y текущего по0 ложения луча телевизионной развертки, на четвертом выходе - необходимая для синхронизации телекамер смесь синхронизирующих и гасящих телевизионных импульсов, на пятом выходе - кадровый синхросигнал.

5 используемый как сигнал сброса для счетчика 18 координаты Y и как третий выход устройства, подключенный к входу прерывания синтезатора визуальной обстановки (СВО). Первый вход счетчика 18 координаты Y является счетным входом, на который поступает строчный синхросигнал, поступающий также и на вход сброса счетчика 17 координаты X, на счетный вход которого поступает опорный синхросигнал.

Каналы 14 и 15 наблюдения предназначены для дискретизации видеосигнала, поступающего с телекамер, и хранения в цифровом виде, доступном для последующего анализа, многоуровневого представления получаемых растровых изображений.

Коммутаторы 19 и 20 в зависимости от сигнала на управляющем входе коммутируют на выход или координаты X и Y, поступающие из блока 13 синхронизации, или адрес, поступающий из синтезатора визуальной обстановки.

Преобразователь 21 кода предназначен для формирования сигналов записи для каждого из блоков 24 и 25 памяти. На вход преобразователя при этом поступают опорный синхросигнал, координаты X и Y из блока 13 синхронизации, сигнал с выхода схемы И 23 и сигнал режима работы с входа устройства. При этом возможны два режима работы: запись изображения и анализ изображения, В первом режиме каждый период опорного синхросигнала разбит на два полутакта: стирание значения элемента предыдущего изображения при нулевом значении опорного синхросигнала и запись нового значения элемента изображения при единичном значении опорного синхросигнала. При этом преобразователь 21 кода выполнен так, что для основного блока 24 памяти сигналы записи вырабатываются в каждом полутакте, а для дополнительных блоков 25 памяти стирание происходит при первом обращении к соответствующему укрупненному элементу изображения, а запись новых значений - при единичном значении, поступающем со схемы И 23. В режиме анализа изображения сигналы записи не формируются. При необходимости может быть введено дополнительное стро- бирование выходов преобразователя. Преобразователь может быть выполнен на программируемой логической матрице.

Компаратор 22 предназначен для выработки логических значений О и 1 з зависимости от значений аналогового сигнала на входе и может быть реализован в виде простейшего аналого-цифрового преобразователя.

Схема И 23 предназначена для формирования нулевого значения на соответствующем входе преобразователя 21 кода в полутактах стирания и передачи значения с выхода компаратора 22 в полутактах записи нового изобоажения.

Основной блок 24 памяти предназначен для растрового представления изображения с максимальным разрешением.

Дополнительные блоки 25 памяти слу- 5 жгт для представления изображения с по- ь - .женным разрешением. Например, в первом блоке 25 памяти изображение мо- ,ч;;ег храниться с разрешением в 2 раза меньшим по каждой оси по сравнению с

0 изображением в блоке 24, а в К-м блоке 25 памяти могут храниться только 4 битовых признака для каждого из 4-х квадрантов .изображения в целом. В полутактах стирания ид информационные входы блоков па5 мяти поступает нулевое значение опорной; синхросигнала, а в полутактах записи - единичное.,

Регистр 26 предназначен для фиксации слова битовых признаков, соответствующих

0 определенному адресу при считывании информации из устройства в режиме анализа изображения.

Устройство работает следующим образом.

5В режиме записи изображения в каждом полутакте стирания происходит очистка соответствующих ячеек блоков памяти, а в полутакте записи - фиксация новых значений по тем же адресам. При этом нулевое

0 значение, записываемое при стирании,соответствует фону, а единичное - контрастной метке. При появлении единичного значения с выхода схемы И 23 на соответствующем выходе преобразователя 21 кода

5 произойдет запись единицы в ячейки исех блоков 24 и 25 памяти. Таким образом, после окончания фиксации изобоажения, что соответствует появлению кадрового синхроимпульса на третьем выходе устройства,

0 фсУновые значения будут только в тех ячейках памяти, которым соответствуют элементы изображения только с нулевыми значениями. Появление в соответствующей группе элементов изображения хотя бы од5 него единичного значения приводит к единичному значению ячейки.

В режиме анализа изображения через третий и четвертый входы устройства на каналы наблюдения от синтезатора визуаль0 ной обстановки поступают, кроме признака режима, блокирующего преобразователь 21 кода и переключающего коммутаторы 19 и 20, также адреса, по которым производится считывание информации из блоков 24 и 25

5 памяти, и строб, по которому производится запись информации в регистр 26, выход ко- юрого является выходом устройства. Путем анализа содержимого регистра 26 при соответствующем переборе адресов памяти определяется положение контрастных меток

на растре для каждого из каналов наблюдения, на основе чего вычисляется текущее положение шлема и подвижной рамы. Результаты вычислений служат для коррекции исходных данных при синтезе текущих изображений визуальной обстановки, которые в виде полных видеосигналов или отдельных цветовых составляющих поступают на Е1ходы телевизионных мониторов 2 и 3, экраны которых наблюдаются оператором при помощи зеркальных поверхностей

-ю.

Предлагаемое устройство может быть феализовано на базе стандартной малогабаритной телевизионной техники. Электронные цифровые схемы блока 13 Синхронизации и каналов 14 и 15 наблюдения могут быть реализованы с использозг- нием микросхем серий 132, 1533. 1531, i556, 565 и других. С целью улучшения условий эксплуатации устройства и наблюдения (ринтезируемой визуальной обстановки на |эаме может быть также укреплен легкий защитный кожух, выполненный, например, в Виде чехла из непрозрачной ткани. В качестве синтезатора визуальной обстановки может использоваться универсальная ЭВМ достаточной мощности или специальная вычислительная система.

Формула изобретения

Устройство для имитации визуальной обстановки е тренажере транспортного средства, содержащее шлем, два телевизионных монитора для отображения информации отдельно для левого и правого глаза, две телекамеры для слежения за положением шлема, блок синхронизации и два кэнагз наблюдения, выходы которых представляют собой соответственно первый и второй выходы устройства, первым и вторым входами которого являются входы телевизионных мониторов, третьим и четвертым входами - первые входы соответственно первого и второго каналов наблюдения, вторые, третьи и четвертые входы которых, соединенные между собой, подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока синхронизации, четвертый выход которого связан с входами телекамер, выходы которых подключены к пятым входам соответствующих каналов наблюдения, третьим выходом устройства является пятый выход блока синхронизации, содержащий два счетчика и генератор телевизионной синхронизации, первый выход которого представляет собой четвертый выход блока синхронизации, второй и третий выходы -- выходы соответственно первого и

второго счетчиков, первые входы которых соединены между собой и подключены к второму выходу генератора телевизионной синхронизации, третий выход которого, соединенный с вторым входом первого счетчика, представляет собой первый выход блока синхронизации, пятым выходом которого является четвертый выход генаратора телевизионной синхронизации, соединенный с

0 вторым входом второго счетчика, каждый из каналов наблюдения содержит два коммутатора, компаратор и основной блок памяти, адресные входы которого подключены к выходам коммутаторов, управляющие зхо5 ды которых, соединенные между собой и с первыми информационными входами коммутаторов, представляют собой первый вход канала наблюдения, третьим и четвертым входами которого являются вторые инфор0 мационные входы соответственно первого и второго коммутаторов, а пятым входом канала наблюдения является вход компаратора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможно5 стей устройства путем оперативного изменения углового положения и размера наблюдаемого окна, оно снабжено подниж- ной рамой, выполненной с возможностью перемещения в направляющих, закреплен0 ных вместе с соответствующими телевизионными мониторами на вращающихся осях, расположенных на боковых сторонах шлема, на раме закреплены две пары зеркальных поверхностей с возможностью

5 наблюдения каждым глазом за экраном соответствующего монитора при любом из возможных положений подвижной рамы, а также закреплены контрастные метки, так же как и на шлеме, дпя оперативного отсле0 живзния при помощи телекамер текущих положений рамы и шлемр, а каждый из каналов наблюдения содержит дополнительные блоки памяти, регистр, схему И и преобразователь кода, первый вход которо5 го, являющийся вторым входом канала наблюдения, соединен с входами, блоков памяти и с первым чходом схемы И, второй вход которой подключен к выходу компаратора, выход схемы И подключен к пятому

0 входу преобразователя кода и информационным входам блоков памяти, выходы основного и дополнительного блоков памяти подключены к соответствующим входам регистра, выход которого является выходом

5 канала наблюдения, а управляющий вход соединен с первым входом канала наблюдения и с вторым входом преобразователя кода, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами канала наблюдения, каждый из выходов преобразователя кода соединен с управляющим входом одного из блоков памяти, адресные зходы которых подключены к выходам коммутаторов, причем основной блок памяти связан со всеми 5 щего блока памяти.

-Г

W

17

Квыходами коммутаторов, а для каждого последующего блока памяти количество соответствующих связей убывает на единицу по сравнению с количеством связей предыдуФиг. 2

/

фиг.З

ОЗиг 4