Устройство для имитации визуальной обстановки в тренажере транспортного средства

 

Изобретение может быть использовано для воспроизведения синтезируемых в ЭВМ стереоизображений внешней и внутрикабинИой 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,ностей 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сациАлистич Вских

РЕСПУБЛИК (sl)s G 09 В 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

От СВ4 к гвп

Фиг.1 (21) 4745290/11 (22) 05;10.89 (46) 23.1.2,91. Бюл. № 47 (71) Донецкий политехнический институт (72) А.Я.Аноприенко, Е.А.Башков, Ю.А.Коба и А.А. Кухтин (53) 629.113,014.5(088,8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР № 1427409, кл. G 09 В 9/04, 1988, 2. Патент США

¹ 4743200, кл. G 09 В 9/08, 1988, (54) УСТРОЙСТВО Реа ТАЦi4 Вi4ЭУАЛЬНОЙ ОБСТАНОВКИ В ТРЕНАЖЕРЕ

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение может быть использовано для воспроизведения синтезируемых в

ЭВМ стереоизображений внешней и внутрикабинНой обстановки в нашлемных сис„,5U ÄÄ 1700573 А1 темах 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 710, телекамеры 11 и 12, блок 13 синхронизации„каналы 14 и 15 наблюдения. При работе устройства обеспечивается учет особенностей 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. 700573

В

50

Изобретение относится к средствам имитации визуальной обстановки в трена>керах транспортных средств и может быть использовано для воспроизведения синтезируемых в ЭВМ стереоизображений внешней и внутрикабинной обстановки в нашлемных системах визуализации.

Известно устройство, ссдержашее установленный над ronoaoA водителя стерео,датчик, соединенный с малогабаритным стереоскопом, состоящим из видеоконтрольных устройств левого и правого изображений, скомпонованных вместе с оптической системой в пластмассовом корпусе, укрепленном на шлеме, который установлен в транспортном средстве на специальном кронштейне, обеспечивающем возможность регулировки его положения и перемещение головы оператора в различных плоскостях j1 g

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 оператора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее шлем, два телевизионных монитора с оптическими системами, формирующие иэображения 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 эа счет обеспечения изменения углового положения и размера наблюдаемого окна.

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

его головы, Введение новых структурных элементов и соответствующих связей позволяет реалиэовать 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 наблюдения. Дополнительные блоки памяти в каналах наблюдения, обеспечивающие многоуровневую фиксацию информации о положении контрастных меток на,шлеме и подвижной раме, позволяют реализовать ускоренный анализ текущего положения видимого оператора окна наблюдения, что создает возможность для соответствующей оперативной коррекции синтезируемых изображений визуальной обстановки, На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг,2 — нашлемная система, вид сбоку; на фиг,3 — структурная схема блока синхронизации; на фиг.4 — структурная схема канала наблюдения, Устройство 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

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 координаты Х, счетчик 18 координаты У, Каждый иэ каналов 14 и 15 наблюдения содержит коммутатор 19 Х, коммутатор 20

У, преобразователь 21 кода, компаратор 22, схему И 23, основной блок 24 памяти, несколько дополнительных блоков 25 памяти и регистр 26.

Блок 13 синхронизации предназначен для формирования на первом выходе опорного синхросигнала, частота которого равна частоте дискретизации растра в каналах наблюдения, на втором и третьем его выходах — цифровые значения координат Х и Y текущего положения луча телевизионной развертки, на четвертом выходе — цифровые значени координат Х и Y текущего положения луча телевизионной развертки, на четвертом выходе — необходимая для синхронизации телекамер смесь синхронизирующих и гасящих телевизионных импульсов, на пятом выходе — кадровый синхросигнал. используемый как сигнал сброса для счетчика 18 координатo Y и как третий выход устройства, подключенный к входу прерывания синтезатора визуальной обстановки (С ВО).

Первый вход счетчика 18 координаты Y яв1700573

55 ляется счетным входом, на который поступает строчный синхросигнал, поступающий также и на вход сброса счетчика 17 координаты Х, на счетный вход которого поступает опорный синхросигнал, Каналы 14 и 15 наблюдения предназначены для дискретизации видеосигнала, поступающего с TBEloKBvop, и хранения в цифровом виде, доступном для последующего анализа, многоуровневого представления получаемых растровых иэображений.

Коммутаторы 19 и 20 в зависимости от сигнала на управляющем входе коммутируют на выход или координаты Х и У, 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 преобраэоьателя при этом поступают опорный синхросигнал, координаты Х 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

nîëóòàêòà: 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 значе.-:ий — при единичном значении, поступающем со схемы И 23. В режиме анализа изображения сигналы записи не формируются. При необходимости может быть введено дополнительное стробирование выходов преобразователя, Преобразователь может быть выполнен на программируемой логическои матрице, Компаратор 22 предназначен для выработки логических 3H348HNUI "0" Pl "1" в 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 изображения.

Основной блок 24 памяти предназначен для растрового представления изобрпжеHMA с I ÿêñèìàïüíûì разрешением.

Дополнительные блоки 25 памяти служа. для представления иэображения с пониженным разрешением. Например, в первом блоке 25 памяти изображение мо:;:er .рачиться с разрешением,в 2 раза меньшим по каждой оси по сравнению с иэобоажением в блоке 24, а в К-м блоке 25 пам"ти могут храниться только 4 битовых признака для каждого из 4-х квадрантов изображения в целом. В полутактах стирания нэ информационные входы блоков памяти поступает нулевое значение опорноге синхросигнала, а в полутактах записи — здини-;.-.ое.

Регистр 26 предназначен для фиксации слова битовых признаков, соответствующих определен .аму адресу при считывании информации из устройства в режиме анализа изображения. устройство работает следующим образом.

В 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 значение, записываемое при стирании, соответствует фону, а единичное — контрастной метке. При появлении единичного значения с выхода схемы И 23 на соответствуюшем выходе преобразователя 21 кода произойдет запись единицы в ячейки всех блоков 24 и 25 памяти. Таким образом, после 0KoH4ания фиксации изобоажения, что соответствует гоявлению кадрового с .нхроимпульса íà третьел:, выходе устройства, фсГновые значения будут только в тех ячейках памяти, которым соответствуют элементы изображения только с нулевыми значениями. Появление в соответствующей группе элементов изображения хотя бы одноГО единичноГО значения приводит к единичному значению ячейки.

В режиме анализа изображения через трстий и четвертый входы устройства н» каналы наблюдения от синтезатора визуальной обстановки поступают, кроме признака режима, блокирующего преобразователь 21 кода и переключающего коммутаторы 19 и

20, также адреса, по которым производится считывание инфоомации из блоков 24 и 25 памяти, и строб, по которому производится запись информации в регистр 26, выход ко1орого является выходом устройства. Путем анализа содержимого регистра 26 при соответствующем переборе адресов памяти определяется положение контрастных меток

1700573

50 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 ходы телевизионных мониторов 2 и 3, зканы которых наблюдаются оператором при помощи зеркальных поверхностей

7 — 10.

Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе стандартной малогабаритной телевизионной техники, Электронные цифровые схемы блока 13 синхронизации и каналов 14 и 15 наблюдения могут быть реализованы с использованием микросхем серий 132, 1533. 1531, 1556, 565 и других, С целью улучшения услоий эксплуатации устройства и наблюдения интезируемой визуальной обстановки на раме 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 s 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 канага 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, четверть;й 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 выхсд которого представляет собой четвертый выход блока синхронизации, второй и третий выходы -- выходы соответственно первого и

45 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 -обой первый выход блока синхронизации, пятым выходом которого является четвертый выход генератора телевизионной синхронизации, соединенный с вторым входом второго счетчика, каждый из каналов наблюдения содержит два коммутатора, компаратор и основной блок памяти, адресные входы которого подключены к вь ходам коммутаторов, управляющие входы которых, соединенные между собой и с

råpBüìè информационными входами коммутаторов, представляют собой первый вход канала наблюдения, третьим и четвертым входами которого являются вторые информационные входы соответственно первого и второго коммутаторов, а пятым входом канала наблюдения является вход компаратора, о тл ич а ю ще ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем оперативного изменения углового положения и размера наблюдаемого окна, оно снабжено подвижной рамой, выполненной с возможностью перемещения в направляющих, закрепленных вместе с соответствующими телевизионными мониторами на вращающихся осях, расположенных на "îêîâûõ сторонах шлема, на раме закреплены две пары зеркальных поверхностей с возможностью наблюдения каждым глазом эа экраном соответствующего монитора при любом из возможных положений подвижной рамы, а также закреплены контрастные метки, так же как и на шлеме, для оперативного отслеживания при помощи телекамер текущих положений рамы и шлема, а каждый иэ каíà lGB наблюдения содержит дополнительные блоки памяти, регистр, схему И и преобразователь кода. первый вхоД которого, являющийся вгорым входом канала наблюдения, соединен с входами, блоков памяти и с первым входом схемы И, второй вход которой подключен к выходу компаратора, выход схемы И подключен к пятому входу преобразователя кода и информационным входам блоков памяти, выходы основного и дополнительного блоков памяти подключены к соответствующим входам регистра, выход которого является выходом 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, каж1700573

10 дый из выходов преобразователя кода соединен с управляющим входом одного из блоков памяти, адресные входы которых подключены к выходам коммутаторов, причем основной блок памяти связан со всеми выходами коммутаторов, а для каждого последующего блока памяти количество соответствующих связей убывает на единицу по сравнению с количеством связей предыду5 щего блока памяти.

1?00573

i3u2 Ч

Редактор Н. Рогулич

Заказ 4469 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комите. а по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский ксмбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101! !

1 ! !

I ! ! ! ! !

t ! ! !

1 !

Составитель А, Аноприенко

Техред M.Óоргентал Корректор Т. Малец