DE3106545C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Bestimmen von Lage und Abmessung einer Testanzeige nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise nützlich als Testverfahren zum Testen der Lage und Abmessung einer Abbildung auf einer Kathodenstrahlröhre, wie sie beispielsweise bei Flugzeugen Verwendung findet, wo die Abbildung in das Blickfeld des Piloten projiziert wird.

Um die Genauigkeit der Abbildung eines Anzeigesystems sicherzustellen, ist es notwendig, dieses System durch Beobachten des Ansprechens des Systems auf Signale bekannter Größe zu kalibrieren oder einzustellen. Dies wird, beispielsweise bei einem Zeigerinstrument, durchgeführt, indem an das Instrument eine Spannung bekannter Größe angelegt wird und dann der Ausschlag des Zeigers beobachtet wird. Der Beobachter bestimmt den Fehler, den der Zeigerausschlag aufweist und errechnet die Einstellung, welche erforderlich ist, damit das Instrument diesen Fehler auskorrigiert. Bei einem Kathodenstrahlröhrenanzeigesystem zur Anzeige eines Liniensymbols kann es notwendig sein, die Größe dieses Symbols, die Linienbreite, die Orientierung der Linie und ihre Lage, sowie die Helligkeit des Symbols zu bestimmen. Bei einem Anzeigesystem beispielsweise, bei welchem das Bild einer Kathodenstrahlröhre im Blickfeld des Betrachters ins Unendliche fokussiert ist, ist es notwendig, die Lage und Abmessung der Anzeige bzw. des Bildes dem Betrachter gegenüber in Winkelgraden zu bestimmen. Bisher war es zu diesem Zweck üblich, die Anzeigeeinheit fest zu montieren und die Winkel mittels eines Theodoliten zu messen, der so lange gedreht wird, bis er mit dem Bild fluchtet. Die Lage des Theodoliten wird vom Betrachter festgehalten und eine Berechnung durchgeführt, um zu bestimmen, welche Justierungen bei der Anzeigeeinheit erforderlich sind.

Diese manuelle Prüfmethode ist langwierig und schwierig, insbesondere im Fall von Anzeigesystemen, bei denen das Bild bzw. die Anzeige in das Blickfeld des Betrachters projiziert wird.

Es besteht die Aufgabe, die Schaltungsanordnung so auszubilden, daß die Abweichungen der Lage und Abmessung einer Testanzeige von einer vorgegebenen Lage und Abmesung auf einfache Weise ermittelbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Der Oberbegriff des Anspruchs 1 ist fiktiv und von keinem Stand der Technik abgeleitet. Von den Merkmalen des Oberbegriffs werden daher keine Rechte hergeleitet.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Anzeigesystem mit einem Testgerät;

Fig. 2 eine Modifikation der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 die Intensitätsverteilung über die Breite eines Bildes eines Anzeigesystems und

Fig. 4 schematisch einen Teil des Anzeigesystems.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind auf einer optischen Bank 1 ein Anzeigesystem 2 und eine Kamera (Fernsehkamera) 3 angeordnet. Bei dem Anzeigesystem 2 handelt es sich um ein Anzeigesystem, welches in Luftfahrzeugen verwendet wird und bei dem die Anzeige in das Blickfeld des Piloten projiziert wird. Es wird nachfolgend als Flugzeuganzeigesystem bezeichnet.

Die optische Bank 1 ist konventionell aufgebaut und weist ein starr angeordnetes Schienensystem auf, längs dem das Anzeigesystem 2 und die Kamera 3 verschoben werden können.

Das Anzeigesystem 2 ist konventionell aufgebaut und beispielsweise in den GB-PS 15 26 396 und 15 03 646 beschrieben. Das Anzeigesystem 2 weist eine Kathodenstrahlröhre 20 auf, welche als Anzeigefläche einen Bildschirm 21 besitzt, auf welchem Flugzustands-, Waffensteuerungs- und andere Informationen durch Rasterabtastung oder durch kursive Anzeige abgebildet werden. Das Bild vom Bildschirm 21 wird projiziert auf einen halbtransparenten Reflektor 22, welcher zur normalen Blickrichtung des Piloten, dargestellt durch eine Linie (Sichtlinie) 23, geneigt ist, so daß nunmehr das Anzeigebild vom Reflektor 22 gegenüber dem Hintergrund erscheint, den der Pilot durch die Windschutzscheibe sieht. Der Reflektor 22 kann alternativ aus einem Difraktionselement bestehen, wie beispielsweise einem holographischen Difraktionselement. Vom Bildschirm 21 wird das Bild bzw. die Anzeige der Kathodenstrahlröhre 20 durch ein optisches System 24, welches eine horizontal angeordnete Konvergenzlinse 25 umfaßt, so fokussiert, daß das Bild vom Piloten im wesentlichen im unendlichen gesehen wird. Das Anzeigesystem 2 umfaßt weiterhin eine elektronische Einheit 26, welche die Erzeugung des Bilds auf dem Bildschirm 21 steuert. Bevor die Vorrichtung in einem Flugzeug installiert wird, wird die elektronische Einheit 26 eingestellt und kalibriert, um deren korrekten Arbeitsweise sicherzustellen und insbesondere sicherzustellen, daß die Anordnung und die Helligkeit des Bildes auf dem Bildschirm 21 korrekt ist.

Das Anzeigesystem 2 ist auf der optischen Bank 1 angeordnet über zwei elektrisch betriebene Drehindextische, und zwar über einen horizontalen Tisch 27 und einen vertikalen Tisch 28. Mittels des horizontalen Tisches 27 ist es möglich, das Anzeigesystem 2 um eine vertikale Achse 29 rechtwinklig zur Sichtlinie 23 zu drehen. Der vertikale Tisch 28 ist auf dem horizontalen Tisch 27 angeordnet, wird also mit diesem gedreht und ist so ausgebildet, daß das Anzeigesystem 2 um eine horizontale Achse 30 rechtwinklig zur Sichtlinie 23 gedreht werden kann. Die beiden Drehtische 27 und 28 sind so angeordnet, daß das Anzeigesystem 2 um das Zentrum des optischen Systems des Anzeigesystems 2 schwenkbar ist, d. h. um den Punkt, wo die Sichtlinie 23 den Reflektor 22 trifft. Die Drehbewegungen der Tische 27 und 28 werden durch Ausgangssignale eines Rechners 4 über Leitungen 5 und 6 gesteuert.

Die Fernsehkamera 3 ist eine CCD-Kamera, welche eine ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD) 31 umfaßt. Diese weist eine Matrixanordnung von lichtempfindlichen Bauteilen 310 auf. Das Bild wird durch Linsen 32 auf die CCD 31 fokussiert und die CCD 31 wird durch einen geeigneten Schaltkreis innerhalb der Kamera 3 abgetastet. Signale, welche repräsentativ sind für die Lichtintensität des auf die einzelnen Bauteile 310 auftreffenden Lichts, werden von der Kamera 3 längs einer Leitung 7 dem Rechner 4 zugeführt. Die Linsen 32 werden ins Unendliche fokussiert, bei denen es sich um ein Teleobjektiv handelt, welches der Kamera 3 einen Blickwinkel von 1,5° verleiht, so daß ein schmaler Bereich des von dem Anzeigesystem 2 erzeugten Bilds geprüft werden kann. Die CCD 31 kann typischerweise aus einer Matrix von 488 Elementen längs der Vertikalachse und aus 380 Elementen längs der Horizontalachse bestehen. Ein vom dem Anzeigesystem 2 erzeugter Lichtzeiger oder Lichtpunkt kann typischerweise 0,6 Milliradianten groß sein, das sind 124 Bogensekunden, was übertragen auf die Kamera 3 zu etwa 3,6 Bogensekunden horizontal und 2,2 Bogensekunden vertikal führt, wobei der Streueffekt der Linsen 32 vernachlässigt ist. Die Linsenstreuung kann kalibriert und durch den Rechner 4 geeignet korrigiert werden. Das vom Bildschirm 21 erzeugte Bild kann hierbei auch so angeordnet sein, daß es zentral im Blickfeld der Kamera 3 liegt, wobei dann die Streuung der Linsen 32 ein Minimum ist.

Die Kamera 3 ist auf der optischen Bank 1 über einen zweiachsigen Kreuzschlitten 33 befestigt, so daß die Kamera 3 seitlich längs zwei Achsen rechtwinklig zur Längsrichtung der optischen Bank 1 versetzt werden kann.

Um Fehler zu vermeiden, welche durch Streuung in einer horizontalen Konvergenzlinse 25 und durch den Reflektor 22 entstehen könnten, ist es notwendig, verschiedene Teile des Bildschirms 21 über die gleichen Teile der Konvergenzlinse 25 des Reflektors 22 zu betrachten. Dies könnte erreicht werden, wenn die Kamera 3 sowohl drehbar als auch seitlich verschieblich angeordnet wäre. Da jedoch das Anzeigesystem 2 anstelle der Kamera 3 drehbar angeordnet ist, ist es möglich, die verschiedenen Teile des Bildschirms 21 über die gleichen Teile der Konvergenzlinse 25 und des Reflektors 22 zu betrachten, ohne daß es notwendig ist, nach der anfänglichen Ausrichtung irgendwelche seitlichen Bewegungen des Anzeigesystems 2 oder der Kamera 3 auszuführen. Falls die Kamera 3 drehbar angeordnet wäre, beispielsweise mittels zweier Drehtische auf dem Kreuzschlitten 33, dann würden weitere Probleme entstehen. Um die notwendige Genauigkeit zu erhalten, sind die Drehtische 27, 28 üblicherweise relativ schwer, beispielsweise 113 kg schwer. Um Verbiegungen des Kreuzschlittens 33 und der optischen Bank 1 zu vermeiden, müßten diese ebenfalls entsprechend schwer und stabil ausgebildet sein, wodurch insgesamt die Größe und das Gewicht des Testgeräts erhöht werden würden.

Beim Betrieb bewirkt der Rechner 4, daß ein Generator 8 Signale zu Anzeigesystem 2 liefert. Diese Signale bewirken ein Bild bestimmter Form, Größe und Helligkeit an einer bestimmten Stelle und mit einer bestimmten Orientierung auf dem Bildschirm 21. Der Rechner 4 liefert weiterhin Signale längs der Leitungen 5 und 6 zu Anzeigesystem 2, wodurch dieses um die Achsen 29 und 30 geschwenkt werden kann, in eine Stellung, bei welcher das erzeugte Bild innerhalb des Blickfeldes der Kamera 3 liegt. Die Kamera 3 liefert dann Signale längs der Leitung 7 zum Rechner 4, wobei diese Signale repräsentativ sind für die Anordnung, d. h. der Ort, die Orientierung und Größe, und für die Helligkeit des Bildes im Blickfeld der Kamera 3.

Diese Signale von der Kamera 3 und Informationen über die Orientierung des Anzeigesystems 2 ermöglichen es den Rechner 4, die tatsächliche Anordnung des Bildes im Blickfeld zu errechnen und ebenso den Unterschied zwischen der Istanordnung und der durch den Rechner 4 signalisierten Anordnung zu errechnen.

Der Rechner 4 errechnet sodann die notwendigen Justagen, welche bei dem Anzeigesystem 2 durchgeführt werden sollen und gibt diese Signale an ein Anzeigepult 9, wo diese Justagemaßnahmen abgelesen werden können.

Wie der Fig. 4 entnehmbar ist, umfaßt der Rechner 4 einen konventionellen Rechner 401 und einen Videoprozessor 402.

Der Videoprozessor 402 ist eine mikroprozessorgesteuerte Einheit, welche Videosignale von der Kamera 3 sowie Steuersignale vom Datenbus erhält. Der Videoprozessor 402 ist selbst in zwei Einheiten unterteilt, nämlich in ein Videoboard 403 mit zwei Speichereinheiten (Videospeicher) 404 und 405 und ein CPU-board 406. Das Videoboard 403 erhält die Eingangssignale von der Kamera 3 und kategorisiert alle Bildelemente in schwarze und in weiße Bildelemente, entsprechend einem Schwellwert wie er vom konventionellen Rechner 401 bestimmt wird. Dies ermöglicht eine Anzeige der Gesamthelligkeit der zu bestimmenden Szene. Die schwarzen und weißen Bildelemente werden sodann in einem der beiden Videospeicher 404 und 405 gespeichert. Der konventionelle Rechner 401 instruiert sodann den Videoprozessor 402, einen Bereich oder ein Fenster auszuwählen und das Bild innerhalb dieses Fensters zu analysieren. Das CPU-board 406 befragt sodann die Videospeicher 404 und 405 und analysiert die Szene innerhalb des Fensters, zählt und kategorisiert gemäß der Größe der innerhalb des Fensters gesehenen Objekte.

Der konventionelle Rechner 401 instruiert den Videoprozessor 402 und liefert dem Rechner 4 Daten bezüglich des größten Objekts. Der Videoprozessor 402 liefert dem konventionellen Rechner 401 Signale bezüglich der Größe und Anordnung dieses Objekts und zwar mit folgenden Werten: Signale n (Größe des Objekts), x (Summe der x-Koordinaten der Bildelemente des Objekts), y (Summe der y-Koordinaten der Bildelemente des Objekts), x² (Quadratsumme der x-Koordinaten) und y² (Quadratsumme der y-Koordinaten). Von diesen Daten errechnet der konventionelle Rechner 401 die Größe, das Zentrum des Bereichs und die Orientierung des betrachteten Objekts.

Der Videoprozessor 402 kann zwei komplette Fernsehbilder speichern und kann diejenigen Teile der Bilder identifizieren, welche gleich zueinander sind oder diejenigen Teile, welche unterschiedlich zueinander sind. Dies hat eine Anwendung in der Trennung beweglicher Objekte vom Hintergrund. Ein Mechanismus zum Erfassen der Kante eines Objekts ist ebenfalls im Videoprozessor 402 enthalten.

Das Gerät kann alternativ rückkopplungsartig arbeiten. Bei dieser Arbeitsweise wird auf dem Bildschirm 21 ein Bild in einer feststehenden Lage bei dem Anzeigesystem 2 erzeugt und die Orientierung des Anzeigesystems wird verändert in Abhängigkeit von Signalen von der Fernsehkamera 3 über den Rechner 4, bis das Bild in einer vorbestimmten Stellung erscheint. Bevorzugt erscheint es im Zentrum des Blickfeldes der Kamera 3. Signale, welche repräsentativ sind für die Orientierung des Anzeigesystems 2, sind dann indikativ für den Ort des Bildes.

In Fig. 2 ist eine Modifikation gezeigt, mit welcher es möglich ist, die Helligkeit des Bildes des Anzeigesystems 2 genau bestimmen zu können. Das Gerät nach Fig. 2 umfaßt, zusätzlich zu den Geräteteilen nach Fig. 1, eine Lichtquelle 40 und eine Spiegelbaueinheit 41. Die Lichtquelle 40 ist auf der optischen Bank 1 angeordnet und erzeugt einen enggebündelten Lichtstrahl 42 von im wesentlichen der gleichen Wellenlänge wie das vom Anzeigesystem 2 erzeugte Licht. Die Lichtquelle 40 ist umschaltbar zwischen zwei Helligkeiten, von denen ein Helligkeitspegel groß und der andere klein ist. Der Lichtstrahl 42 ist nach oben gegen einen Reflektor 43 gerichtet, wobei der Reflektor 43 schwenkbar angeordnet ist, so daß er, gesteuert durch ein Betätigungsglied 44 in und aus der Sichtlinie 23 geschwenkt werden kann.

Wenn der Reflektor 43 nach unten in die Sichtlinie 23 eingeschwenkt wird, dann wird der Lichtstrahl 42 von der Lichtquelle 40 in Richtung der Kamera 3 reflektiert, während das Licht vom Anzeigesystem 2 total abgeschirmt ist. Um die Helligkeit eines Lichtpunktes bestimmen zu können, wie er vom Anzeigesystem 2 erzeugt wird, wird der Reflektor 43 nach unten geschwenkt, wodurch das von der Lichtquelle 40 stammende Licht auf eines oder mehrere Bauteile 310 der CCD 31 reflektiert wird. Die Lichtquelle 40 wird sodann zwischen den beiden Heligkeitsstufen umgeschaltet und die Signale von den Bauteilen 310 des CCD 31, die den beiden bekannten Helligkeitspegeln entsprechen, werden vom Rechner 4 gemessen. Das Betätigungsglied 44 schwenkt sodann den Reflektor 43 aus der Sichtlinie 23 nach oben, so daß nunmehr der vom Anzeigesystem 2 erzeugte Lichtpunkt auf das oder diejenigen Bauteile 310 der CCD 31 auftrifft, auf welche zuvor der Lichtstrahl 42 von der Lichtquelle 40 aufgetroffen ist. Das Signal, welches dieser Lichtpunkt bei dem Bauteil 310 des CCD 31 erzeugt, wird bestimmt und verglichen mit den beiden Signalen der unterschiedlich hellen Lichtstrahlen von der Lichtquelle 40, so daß nunmehr eine Helligkeitsbestimmung des vom Bildschirm 21 erzeugten Lichtpunktes erhalten werden kann. Die Helligkeit des Lichteinfalles von der Lichtquelle 40 hängt ab von den Reflektionseigenschaften des Reflektor 43, wobei diese Reflektioneigenschaften bei der Helligkeitsbestimmung berücksichtigt werden.

Die Intensitätsverteilung eines Bildes vom Anzeigesystem 2 über das Blickfeld der Kamera 3 hinweg ist im allgemeinen nicht scharf definiert, sondern weist eine Form auf, wie sie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist. Eine Bestimmung der Breite des Bildes wird im allgemeinen erhalten durch Bestimmung der Breite eines bestimmten Teils der Maximalintensität, beispielsweise der Breite W bei 50% der Maximalintensität. Ungenauigkeiten würden jedoch auftreten, falls die Breite des Bildes einfach dadurch gemessen wird, indem diejenigen Bauteile 310 der CCD 31 bestimmt werden, welche mit 50% der Maximalbildintensität belichtet werden. Diese Ungenauigkeiten könnten entstehen, da die Lichtempfindlichkeit jedes Bauteils 310 des CCD 31 unterschiedlich ist zu den anderen Bauteilen 310. Die Breite des Bildes wird deshalb bevorzugt bestimmt, indem das Bild über die einzelnen Bauteile 310 der CCD 31 verschoben wird. Sodann wird die Verschiebung bestimmt, welche zwischen zwei Stellungen stattfindet. Die Intensität jedes Bauteils 310 wird bestimmt und diese dann auf den bestimmten Teil der Maximalintensität bezogen. Die Verschiebung des Bildes kann bewirkt werden entweder durch Verschieben des Bildes 200 auf dem Bildschirm 21 oder durch Drehen des gesamten Anzeigesystems 2.

Um die Wirkung der Linsenstreuung zu reduzieren, kann die Blendenöffnung vermindert werden, jedoch mit der Folge, daß die Intensität des bei der CCD 31 einfallenden Lichts reduziert wird. Bei geringen Lichtintensitäten wird jedoch der Dunkelstrom der CCD 31, d. h. der geringe Strom, welcher bei Abwesenheit einer einfallenen Strahlung fließt, beträchtlich. Die Wirkung des Dunkelstromes kann reduziert werden, falls die CCD 31 gekühlt wird, beispielsweise durch ein flüssiges oder dampfförmiges Kühlmittel oder durch Verwendung einer Peltier-Effektverbindung oder durch Verwendung einer anderen Festkörperkühlvorrichtung.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung von Lage und Abmessung einer Testanzeige in einer Anzeigefläche eines Anzeigesystems, dem zur Darstellung der Testanzeige erste Signale zugeführt werden, die eine vorgebbare Lage und Abmessung der Anzeige in der Anzeigefläche bewirken sollen, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kamera (3), die eine Matrixanordnung (31) strahlungsempfindlicher Bauteile (310) aufweist, die Anzeigefläche (21) betrachtet,
daß zweite, von den einzelnen Bauteilen (310) abgeleitete Signale, die der jeweils auftreffenden Lichtintensität entsprechen, einem Rechner (4) zugeführt werden,
daß die zweiten Signale aufgrund eines unter der Maximalbelichtung liegenden Schwellwerts in schwarze und weiße Bildelemente der Matrixanordnung in diesem Rechner (4) kategorisiert werden,
daß der Rechner (4) die der Testanzeige entsprechende Istlage dieser Bildelemente mit der durch die ersten Signale vorgebbaren Sollage vergleicht und Abweichungen zwischen der Ist- und Sollage ermittelt,
und daß zur Erfassung der zu ermittelnden Abmessung die Textanzeige (200) relativ zur Kamera (3) längs dieser Abmessung verschoben und dabei vom Rechner (4) der Verschiebeweg erfaßt und angezeigt wird, der auftritt, solange ein von den Bildrändern der Testanzeige (200) überstrichenes Bauteil (310) dieser zugeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigefläche (21) der Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre (20) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigesystem (2) ein Bild der Testanzeige (200) erzeugt, welche im wesentlichen ins Unendliche fokussiert ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigesystem (2) im Blickfeld des Führers eines Fahrzeugs angeordnet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Helligkeit der Testanzeige (200) mindestens ein Bauteil (310) von einer Lichtquelle (40) beleuchtet wird, die zwischen zwei Helligkeitsstufen bekannter Helligkeit umschaltbar ist, daß dann die Testanzeige (200) dieses Bauteil (310) beleuchtet und der Rechner (4) den dabei auftretenden Pegel des zweiten Signals mit den bei den beiden Helligkeitsstufen auftretenden Signalpegeln vergleicht.