Устройство для имитации изменения освещенности объекта

1647623 света относительно модели объекта.Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства эа счет дополнительного обес 5 печения комбинирования изображения модели объекта с изображением второго плана - фона при одновременном упрощении устройства, Предлагаемое устройство имитации изменения освещен ности модели объекта содержит модель 1 объекта, систему 2 освещения, камеру 3 телевизионную, формирователь 4 сигналов дополнительного видеоизображения (силуэтного сигнала), комИзобретение 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 относитепьно модели наблюдаемого объекта.Цель изобретения - расширение дидактических возможностей устроистваЗО 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), 40 на фиг.З - схема коммутатора, на фиг.4 - схема генератора, на фиг,5 - форма составляющих имитационного сигнала и соответствующие коды управления, 45Устройство для имитации изменения освещенности объекта содержит модель 1 объекта, выполненную в соответствующем масштабе, систему 2 освещения, представляющую собой несколько неподвижно установленных ис,точников света, камеру 3 телевизионную, формирующую черно-белое иэображение модели 1 объекта, формирователь 4 сигналов дополнительного видеоизображения, коммутатор 5, сумматор 6, блок 7 отображения информации, генератор 8 формирователь 9 сигналов дополни)тельного видеоизображения, блок 10 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 светанеподвижными 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,синхронизации, формирователь 11 сигналов видеоизображения объекта.Формирователь 4 сигналов дополнительного видеоизображения выделяетсилуэт изображения модели объекта иэсигнала изображения модели объектаметодом двустороннего ограничения.Формирователь 4 выполнен из последовательно соединенных усилителя12, 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 позадимодели располагался черный фон, аконтраст окраски модели исключал быналичие темных (близких к черному)деталей. Для исключения окантовок награнице иэображения модели и второгоплана в формирователь 4 введена схема 14 укорочения силуэтного сигнала,выполненная на логических элементах.Двусторонний ограничитель выполненна 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 фазоинвертором 20, вход управления которого является выходом формирователя 4, стоки транзисторов 18, 19 соеди 5 1647623кекы между собой и являются входомвыходного каскада 21,Сумматор 6 обеспечивает аддцтивное сложение комбинированного сигнала5изображения модели 1 и сигнала второго плана формирователя 9 с сигналом генератора 8. Сумматор 6 состоитиз схемы 6. 1 сложекия и двустороннего ограничителя. Двусторонний ограничитель выполнен ка двух дифференциальных каскадах, схема сложения (суммирования) выполнена по классическойсхеме - на резисторах и операционномусилителе. Блок 7 служит для воспроизведения и для наблюдения комбинированного изображения.Генератор 8 обеспечивает формирование сложного сигнала, содержащегопилообразные и параболические составляющие частоты строк и полей, Управление размахами, полярностью ипостоянным уровнем составляющихимитационного сигнала по заданнойирограмме от устройства формирования 25двоичных кодов управления, напримерот ЭВМ, обеспечивает засветку илизатемнение любой части растра ТВизображения и, таким образом, создает иллюзию перемещения источника 30света относительно модели объекта.Генератор 8 выполнен из двух идентичных каналов формирования составляющих пилообразной и параболической Формы частоты стРОк и полеи. Каждый из каналов состоит из последовательно соединенных схем 22, 23 формирования пилообразного напряжения,схем 24, 25 формирования параболического напряжения, регулируемого . 40фазоинвертора 26, выход которого соединен с входом сумматора 27.Генератор 8 также содержит схему28 эамешивания, усилитель 29, двусторонний ограничитель 30, выходной 45каскад 31, блок 32 управления составляющими имитационного сигнала;состоящий иэ цепочек последовательносоединенных схем 33 приема команд,цифроаналогового преобразователя 34и схемы 35 согласования уровней,Схема 22 (23) формирования пилообразного напряжения (частоты строкполей) состоит иэ входного каскада,Формирующего импульсы управления из 55импульсов частоты строк (полей), интегратора на операционном усилителес емкосткой обратной связью и управляемого ключа, осуществляющего раэряд интегрцрующй емкости во времяимпульса частоты с троя (полей . Схема 24 (25) формирования параболического напряжения выполнения ка КС-цепочках, интегрирующих пилообразноенапряжение частоты строк (полей).Регулируемый фгзоинвертор 26 выполнен на дифференциальном усилителе, на входы которого поданы пилообразные (параболические) напряжения,Управление усилителем дифференциального усилителя обеспечивает изменение размаха и полярности (фазц) пилообразного (параболического)напряжения на его выходе. Сумматор27 выполнен на резисторах и операционном усилителе.Схема 28 замешивания (постояннойсоставляющей) представляет собойэмиттерный повторитель, к выходу которого подключен ключевой каскад,управляемый смесью гасящих импульсов от устройства синхронизации, Двусторонний ограничитель 30 выполненна двух дифференциальньгх каскадах сраздельной установкой уровня ограничения сверху и снизу. Выходной каскад 31 выполнен на транзисторе посхеме эмиттерного повторителя.Формирователь 9 формирует сигналвидеоизображения, на Фоне которогонеобходимо наблюдать изображение модели объекта. В качестве формирователя 9 может использоваться любой датчик ТВ сигнала, который имеет режимвнешней синхронизации: камера телевизионная, видеомагнитофон, накопитель неподвижных изображекий, датчиктелекино и т,д. Блок 10 обеспечивает синхронную работу устройства,Устройство работает следующим образом,Система 2 освещения обеспечиваетравномерную освещенность модели 1объекта. Камера 3 преобразует оптическое изображение модели в телевизионный сигнал. С выхода камеры 3ТВ-сигнал изображения модели объекта поступает на формирователь 4, который методом усиления и двустороннего ограничения по размаху преобразует ТВ-сигнал изображения модели вимпульсный сигнал, положение фронтов которого соответствует силуэту изображения модели. Возможность вьщеления силуэтного сигнала из сигналаизображения модели объекта определяется разницей в уровнях сигнала иэобра 1647623жения объекта и сигнала от фона, перед которым расположена модель объекта. При этом возможны два вариантаФон выбирают белым, а самые светлые детали окраски модели объекта выполняют на уровне серого . В этом случае уровни ограничения в Формирователе силуэтного сигнала устанавливают 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 уровнючерного в видеосигнале, В данном устройстве используется второй вариант, так как использование белого Фона вызывает большие конструктивные и эксплуатационные труднос ти, чем в случае использования черного Фона.С выхода формирователя 4 ,коммутирующий сигнал в виде прямоугольного импульса подается на вход управления 25 коммутатора 5, на который также подается сигнал иэображения модели с выхода камеры 3 и сигнал с выхода Фор" мирователя 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 40 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- Ф1вязка входных видеосигналов к постоянному уровню, для чего на него подаются импульсы частоты строк отблока 10.С выхода коммутатора 5 комбинированный сигнал подается на один вход 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 управления от блока 32, На входы блока 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 кодаНапряжение с выхода преобразователя 34 поступает на буферный каскад 35, в котором происходит согласование 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 вход гбД 7623ных двоичных кодов на входах первыхчетырех каналов от 00000001 до11111110 обеспечивается изменениеполярности и размаха составляющих сигнала (фиг. 5).Таким образом, на выходах регулируемых Фазоинверторов 26 формируются в зависимости от значений входных кодов управления пилообразные и параболические сигналы частоты строк и полей с полярностью и размахом, изменяющимися в соответствии со значением входных кодов, взятых от поля к полю. С выхода регулируемых фаэо инверторов 26 сигналы пилообразных и параболических составляющих имитационного сигнала поступают на входы сумматора 27, где эти сигналы складываются, а на выходе образуется смесь пилообразных и параболических составляющих частоты строк и полей, Сигнал с выхода сумматора 27 поступает на схему 28 эамешивания Упостоянной составляющей, где в соот ветствии с изменением управляющего аналогового сигнала с выхода пятого канала блока 32 изменяется постоянная составляющая смеси пилообразных и параболических составляющих 30 имитационного сигнала (при этом цля простоты иэображечия выбраны такие коды управления по каналам управления пилообразныи и параболическими составляющими имитационного сигнала, что их значения равны или близки к нулю). С выхода схемы 28 смесь сигналов с регулируемой постоянной составляющей, называемая полным имитационным сигналом, поступает 10 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 4 имитационного сигнала имеет максимальное значение) до значения 00000001 (раэмах имитационного сигнала имеет минимальное значение, близкое к нулевому) размах полного имитационного сигнала меняется от максимального до минимального, С выхода усилителя 29 полный имитационный сигнал поступает на вход двустороннего ограничителя 30, где огг 5 раничиваетсл его размах в пределах от 700 до минус 700 мВ, а затем посгупает на выходной каскад 31 а далее на вход сумматора 6, Сложение комбинированного сигнала в сумматореб с имитационным сигналом пои управлении :.оставляющими им".тапионного сигнала позволяет поднять уровеньсигнала комбинированного изображения к уровню белого или опуститьк уровню черного и, таким образом,имитировать подсветку или затенениявплоть до полного затемнения изображения объекта, в любой части растраизображения по закону, определяемомукодами управления,Например, при кодах управления попеРвому каналу 00000001, по второму -четвертому каналу 10000000, по пятомуи шестсму каналу 11111110 имитационный сигнал в соотвстствии с Фнг.5содержит только пилообразную составляющую частоты строк с наклоном справа налево, т,е, падающую пилу , чтодаст плавный переход от засветки вправой части растра к затенению в левой части растра, при кодах управления по второму каналу 00000001, попервому, третьему, четвертому и пятому каналам 10000000, по шестому11111110 имитационный сигнал содержит параболические составляющие частоты строк и полей положительной полярности, что даст подсветку в центральной части растра в форме круга сплавным переходом к затенению от центра растра к краям. С целью исключечия превышения динамического диапазона усилителей в компгексе и в видгоконтрольных устройствах суммарным сигналом, а -.акже исключить возможность появления сигналов нижеуровня "черного", что может возникнуть при отрицательных значенияхимитационного сигнала и малых уровнях видеосигнала объекта, в суммато"ре 6 производится ограничение побелому и по черному в ограничителе. Сформированный сигнал с выходного каскада сумматора 6 поступаетна блок 7.Использование предлагаемого устройства в тренажерах позволит значительно упростить конструкцию системыосвещения модели, а поэтому и всеготренажера. Становятся ненужными управление изменением яркости и переключения источников света по имитационной программе. При этом появляется дополнительная возможность получения комбинированного иэображенияза счет обеспечения нормальных усло1647623 0 НОГО дХО РцР 2 дх ф,ОУ уара 5 яения вий работы пороговых схем, выделяющих сигнал контура модели объекта,Сигнал изображения второго плана вкомбинированном изображении делаетнаблюдаемую визуальную обстановкублизкой к реальной и позволяет проводить тренировки, содержащие задачиориентации в пространстве. Формула 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 - 20 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены генератор, коммутатор, сумматор и формирователи сигналов дополнительно го видеоизображения, причем управляющие 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 отображенияинформации, синхровход первого формирователя сигналов дополнительноговидеоизображения соединен с первымвыходом блока синхронизации, информационный вход - с выходом формирователя сигналов видеоизображения объекта и первым информационным входомкоммутатора, а выход - с управляющим входом коммутатора, синхровходкоторого подключен к первому выходу блока синхронизации, а второйинформационный вход - к выходу второго формирователя сигналов допол"нительного видеоизображения, первыйи второй синхровходы которого соединены с соответствующими выходамиблока синхронизации, 16476231647623 Код квналов Упр. Пр 0000001 100 ООООО 000 1 ООООООО 10000000 001 10000000 00000001 000000 0000000 10000 11 П 110 10000000 00000 111 П 110 П 1 П 10 0000000 00000 10000 0000000 100000 0000000 Составитель А, КарлоТехред И. Дндьпс актор Л.Мотыл рректор Б.Ревская Заказ 1403 Тираа 291 ВНИИПИ Государственного коинтета по 113035, Москва, й"3изводствеяно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Форин соств вящихмитоционного Подпи обретенняи н Раушская набноеткрытняи прн ГКИТ СССРд. 4/5