DE3043710C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektronischen Aufzeichnen eines Abbilds der bordexternen Umgebung und zur Registrierung von Anzeige-Symbolen in Luftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Luftfahrtsystemen besteht ein Bedarf zum Aufzeichnen von dem Piloten angezeigten Informationen, die zum Training, zur Entwicklung der Leistungsfähigkeit des Piloten, zur Unfall­ aufklärung und zu anderen Zwecken benutzt werden.
In Luftfahrzeugen, die mit im Blickfeld des Piloten angeord­ neten Anzeigen ausgerüstet sind, wird dem Piloten Information, die die Fluglage, den Kurs usw. betrifft, mittels eines Kombinationselements angezeigt, das gestattet, diese Informa­ tion dem Abbild der bordexternen Umgebung, das der Pilot durch einen Kombinator sieht, zu übertragen. Um die zusammengesetz­ ten Daten und das Abbild der bordexternen Umgebung, wie es durch den Piloten gesehen wird, aufzuzeichnen, ist es notwen­ dig, eine Kamera zu benutzen, die zwischen dem Piloten und dem Konbinator angeordnet ist.
Dieses Verfahren hat beträchtliche Nachteile, weil die Kamera nicht gleichzeitig das Abbild der bordexternen Umgebung und die gesamte Anzeige, die der Pilot sieht, mit genügend großer Auflösung und Genauigkeit erfassen kann. Weiterhin behindert der optische Teil der Kamera die Außensicht des Piloten, was in einigen Fällen spezielle Maßnahmen von Seiten des Piloten während des Flugauftrages verlangt. Wegen dieser Nachteile wird die Kamera nur bei Flugaufträgen zusätzlich angeordnet, bei denen eine Aufzeichnung hinreichend wichtig ist, so daß die Behinderung, die durch die Anwendung der Kamera verursacht wird, annehmbar bleibt.
Aus dem US-Patent 40 28 725 ist es bekannt, in Flugzeugen die Informationen von Anzeigefeldern unter Einsatz von Fern­ sehkameras und Bildwiedergaberöhren in das Gesichtsfeld des Piloten zu bringen. Bei der bekannten Anordnung wird das von einer Fernsehkamera aufgenommene Instrumentenbild über eine am Helm des Piloten angebrachte Bildwiedergaberöhre in des­ sen Gesichtsfeld eigespiegelt, wobei eine Nachführregelung dafür sorgt, daß das eingespiegelte Bild der Blickrichtung folgt und das Bild dementsprechend in gleichbleibender Posi­ tion zur Blickrichtung erscheint.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der gattungsge­ mäßen Art so zu verbessern, daß sowohl die bordexterne Umge­ bung als auch die Anzeigesymbole mit genügend großer Auflö­ sung und Genauigkeit erfaßt werden können und darüber hinaus die Sicht des Piloten nicht beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Erfindung werden die eingangs erläuterten Nachtei­ le behoben. Gleichzeitig wird ein rationelles und verein­ fachtes Gesamtsystem erreicht, mit dem das Aufzeichnen von Daten des gesamten oder eines Teils des Flugauftrags für die eingangs erläuterten Zwecke durchgeführt werden kann. Hier­ bei kann auf bereits bekannte Komponenten oder Einrichtungen zurückgegriffen werden.
Die Erfindung ermöglicht es ferner, die elektronische Si­ gnale der Kamera derart zu verarbeiten, daß das aufgezeich­ nete Abbild bei der Wiedergabe mit dem Bild korrespondiert, das der Pilot zur Zeit der Aufnahme zusammen mit der in sei­ nem Blickfeld angeordneten Anzeige, die dem Bild der bordex­ ternen Umgebung überlagert ist, gesehen hat.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungs­ beispiele im einzelnen erläutert.
Fig. 1 zeigt das Prinzip des herkömmlichen Verfahrens, das zur Zeit benutzt wird.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen bestimmte Winkelbeziehungen in Ver­ bindung mit der Erfindung.
Fig. 5 zeigt schematisch die Signalverarbeitung in einem Bord­ system.
Fig. 6 zeigt schematisch die Bodeneinrichtung für eine Wie­ dergabe der Aufzeichnungen.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Cockpit eines Flugzeuges, wobei der Pilot 1 durch eine Windschutz­ scheibe 2 in Richtung auf die bordexterne Umgebung 3 blickt. Im Blickfeld des Piloten ist genau vor ihm ein Anzeigefeld 5 mit einem diesem zugeordneten Kombinator 4 angeordnet. Eine Anzeige-Symbolik 10, die mit dem im Blickfeld 8 des Piloten 1 angeordneten Anzeigefeld 5 angezeigt wird, wird dem Abbild der bordexternen Umgebung 3 überlagert. Eine aufzeichnende Kamera 6 mit einem Öffnungswinkel 9 ist abnehmbar am hinteren Ende des im Blickfeld des Piloten angeordneten Anzeigefeldes montiert. Eine Linie 7 markiert die vordere Begrenzung für ein freies Katapultieren des Piloten 1 mit dem Schleudersitz. Die zuvor genannten Nachteile der Kameraanordnung ergeben sich aus der Figur ohne weitere, ins einzelne gehende Beschreibung.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung auf die gleiche einfache Weise wie in Fig. 1 gezeigt. Hier ist der Pilot 1, die Windschutzscheibe 2, die bordexterne Umgebung 3, das im Blickfeld des Piloten angeordnete Anzeigefeld 5 mit dem Konbinator 4, die Begrenzungslinie 7 für ein freies Kata­ pultieren mit dem Schleudersitz, das Blickfeld 8 des Piloten 1 mit der Anzeigeeinrichtung und die Anzeige-Symbolik 10 ge­ zeigt. Eine aufzeichnende Kamera 6′, die vom CCD-Typ oder ei­ nem vergleichbaren Typ sein kann und die einen Öffnungswinkel 9′ hat, ist hier fest auf der Einrichtung für das im Blick­ feld 8 des Piloten 1 angeordnete Anzeigefeld 5 zwischen dem Kombinator 4 und der Windschutzscheibe 2, durch die die bord­ externe Umgebung 3 sichtbar ist, montiert. Nach einer Einstel­ lung einer Bordanlage 12 werden die Signale der Kamera 6′, die das elektronische Bild der bordexternen Umgebung repräsen­ tieren, mit den Signalen, die die Anzeige-Symbolik 10 in dem Anzeigefeld 5 repräsentieren, koordiniert, gemischt und mit­ tels eines Aufzeichnungsgeräts 13, beispielsweise eines Mag­ netbandrecorders (oder eines anderen Speichermittels) aufge­ zeichnet. Andere in dem Flugzeug neben logischen Steuerfunk­ tionen zur Sichtbarmachung und Aufzeichnung verfügbare Daten können aus einem Datengeber 11 zum Zwecke eines gleichzeiti­ gen Aufzeichnens mittels des Aufzeichnungsgerätes eingegeben werden. Die Helligkeit der Anzeige-Symbolik 10 und die Öff­ nung der Kamera 6′ werden automatisch durch einen Sensor 14 in der Kamera 6′ gesteuert.
Fig. 3 zeigt schematisch eine mechanische Winkelabweichung 16, die in der horizontalen Ebene zwischen den Bezugsachsen des Flugzeuges 15 und dem Anzeigefeld 5 auftreten kann. Ein ent­ sprechender Einstellungsfehler kann ebenso in der senkrechten Ebene auftreten.
Fig. 4 zeigt eine Winkelabweichung 17 bzw. 18, die zwischen der Bezugsachse des Anzeigefeldes 5 und der Null-Achse der Kamera 6′ und der Anzeige-Symbolik 10 auftreten kann, wenn die Kamera fest auf der Einrichtung für das im Blickfeld des Pilo­ ten angeordnete Anzeigefeld montiert ist.
In einer Kamera vom CCD-Typ oder von einem vergleichbaren Typ wird das abgetastete Bild auf einer mechanisch nicht bewegten Matrix aus einem hochempfindlichen Material abgebildet, in der es in elektrische Signale umgewandelt wird, die in gleicher Weise wie andere elektrische Signale verarbeitet und anschließ­ end beispielsweise mittels eines Magnetbandrecorders aufge­ zeichnet werden. Weil die Kamera 6′ fest auf der Einrichtung für das Anzeigefeld 5 montiert ist, ist das aufgenommene Bild der bordexternen Umgebung ständig auf das Anzeigefeld 5 be­ zogen.
Fig. 3 zeigt, daß die Bezugssysteme des Flugzeuges 15 und das Anzeigefeld 5 nicht grundsätzlich übereinstimmen. Daher ist eine mechanische und/oder elektrische Einstellung erforder­ lich. Diese kann mittels herkömmlicher Verfahren durchgeführt werden, so daß die Winkelabweichung 16 mit einer gegebenen Genauigkeit zu Null wird.
Durch die Anordnung der Kamera 6′ gemäß der vorliegenden Er­ findung wird diese nicht die Anzeige-Symbolik aufnehmen. An­ statt dessen werden die Signale von der Kamera und die Signa­ le, die die Anzeige-Symbolik repräsentieren, verarbeitet und kombiniert, so daß sie das repräsentieren, was der Pilot tat­ sächlich durch den Kombinator sieht. Dieses Verarbeiten und Kombinieren der Signale wird in einer Signal-Koordinations­ einheit durchgeführt, die Teil einer elektronischen Einheit für das Anzeigefeld 5 oder des Recorders 13 sein kann. Das Aufzeichnen kann ebenso durchgeführt werden, bevor die Signa­ le verarbeitet und kombiniert werden, wobei in einem solchen Fall die Signal-Koordination und eventuelle Korrekturen bei einem späteren Wiedergabevorgang notwendig sind.
Nachdem die Kamera 6′ auf der Einrichtung für das Anzeigefeld 5 montiert ist, können die Winkelabweichungen 17 und 18 ge­ mäß Fig. 4 auf mechanischem und/oder elektrischen Wege während des Zusammenbaus der Einrichtung in der Fertigung oder in der Wartungshalle mit Hilfe von Kalibrierungsmitteln zu Null ge­ macht werden.
Durch die beschriebenen Anordnungen können die während des Fluges aufgezeichneten Informationen direkt zur Auswertung be­ nutzt werden. Dies bedeutet außerdem, daß die Vorgänge, die mit der gegenwärtigen Technik vor, während und nach dem Flug notwendig sind, in hohem Maße vereinfacht sind, weil nur eine Entnahme und ein Ersatz einer Bandkassette erforderlich ist.
In der oben gegebenen Beschreibung wurde angenommen, daß die Kamera 6′ auf der Einrichtung für das Anzeigefeld 5 montiert ist. Die Kamera kann selbstverständlich auch an anderer Stel­ le in dem Flugzeug angebracht sein, in welchem Falle andere Korektur-Faktoren für ihre Einstellung im Zusammenhang mit dem Anzeigefeld erforderlich sind. In diesem Falle kann die erforderliche Korrektur beispielsweise durch Vergleich eines durch die Kamera aufgenommenen, flugzeugbezogenen festen Ab­ bildes einer vorgegebenen bordexternen Umgebung mit einer auf dem Kombinator 4 des Anzeigefeldes zu diesem Zweck angezeig­ ten Kalibrierungs-Symbolstellung gegenüber der gleichen gege­ benen bordexternen Umgebung bestimmt werden. Ersatzweise kann ein Prüfgerät vom Theodolit-Typ anstelle des Anzeigefeldes benutzt werden.
Der Sensor 14 wird hauptsächlich dazu benutzt, fortlaufend eine korrekte Einstellung der Öffnung der Kamera 6 zu errei­ chen und um die Helligkeit der Anzeige-Symbolik 10 zu steu­ ern, so daß sie gut an die aktuellen Lichtverhältnisse der bordexternen Umgebung angepaßt ist. In zweiter Linie können die Signale aus dem Sensor 14 mittels des Aufzeichnungsgerä­ tes aufgezeichnet werden. Die Auswertung der aufgezeichneten Daten ergibt eine Information über die aktuellen Lichtbedin­ gungen während des Fluges.
Die Art der System-Eigenschaften und der Funktion in einem Aufzeichnungssystem ist abhängig von dem Flugzeug, in dem die­ ses System verwendet wird.
Ein einfaches System, beispielsweise für die zivile Luftfahrt, kann aus einer Kamera-/Video- und Datenaufzeichnungseinheit mit einer Wiedergabe über eine elektronische Einheit auf ei­ nem TV-Motor bestehen. Ein weiter entwickeltes System, bei­ spielsweise für ein militärisches Kampfflugzeug, kann aus ei­ ner Multisensor- und Datenaufzeichnungseinheit mit einem voll­ ständigen Boden-Multianzeige-System bestehen.
Ein weiter entwickeltes System ist in Fig. 2 und in Block­ schaltbildern in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigt. In diesem System ist die Video-Kamera 6′ fest auf der Einrichtung für das An­ zeigefeld 5 montiert und zwischen ihrem Kombinator 4 und der Windschutzscheibe 2 angeordnet. Die Kamera wird zum Aufzeich­ nen des Abbildes der bordexternen Umgebung durch die Wind­ schutzscheibe und ohne überlagerte Symbole benutzt. Sie hat einen Festkörper-Fernsehsensor des CCD-Typs und ist mit aus­ wechselbaren Linsen ausgestattet, die ein Blickfeld von bei­ spielsweise 16° × 22° hat. Die Kamera ist mechanisch in die Einrichtung für das Anzeigefeld integriert, was bedeutet, daß sie nicht die Sicht des Piloten behindert.
Der CCD-Sensor 14 ist mittels einer Wärmepumpe 20 temperatur­ geregelt, um ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis zu erreichen. Ein Linsensystem 21 hat eine Blende, die durch einen Motor 22 angetrieben wird, der durch eine automatische Belichtungssteu­ erung 23 gesteuert wird, die den Videopegel von einem Video- Prozessor 24 abtastet, um die Empfindlichkeit an die aktuellen Lichtverhältnisse über einen großen dynamischen Bereich anzu­ passen. Die Blendenstellung und hieraus die umgebenden Licht­ bedingungen werden einer elektronischen Einheit 19 zum Codie­ ren und gleichzeitigen Aufzeichnen mittels des Aufzeichnungs­ gerätes 13 signalisiert. Dieses Signal wird außerdem der Ein­ richtung für das Anzeigefeld zum automatischen Steuern der Helligkeit der Anzeige-Symbolik 10 zugeführt.
Der Video-Prozessor 24 der Kamera 6′ wird durch die elektro­ nische Einheit 19 synchronisiert, um eine Markiersteuerung 25 zum Identifizieren der Bildelemente des Sensors zeitlich zu steuern. Der Anzeigeprozessor oder die elektronische Einheit 19 hat einen Datenspeicher 26, in den ein Prozessor und Gene­ rator 27 Daten einschreibt, die aufgezeichnet werden sollen.
Diese Daten sind Symboldaten für die Anzeige-Symbolik 10 und Einstelldaten für eine zweckmäßige Symbol-Kompensation gemäß den Winkelabweichungen 17 und 18. In den Datenspeicher 26 wird außerdem die Blendenstellung eingeschrieben. Andere Da­ ten, die für eine Bodenauswertung benötigt werden und nicht in dem Anzeigeprozessor verfügbar sind, beispielsweise Ma­ schinendaten, können ebenso in den Datenspeicher 26 über den Datengeber 11 eingeschrieben werden.
Der Datenspeicher 26 besteht aus zwei sich abwechselnden Tei­ len, wobei ein Teil als Datenpuffer für Daten aus dem Prozes­ sor und Generator 27, dem Datengeber 11 und der Kamera 6′ be­ nutzt wird, während der andere Teil zum Aufzeichnen mittels des Aufzeichnungsgerätes 13 verwendet wird. Das Wechseln wird durch das Video-Halbbildsignal der Videokamera 6′ gesteuert. Die Puffer wechseln damit aufgrund des Halbbild-Synchronisa­ tionssignals. Die Daten, die während einer Halbbildperiode gepuffert oder zwischengespeichert werden, werden in der näch­ sten Halbbildperiode aufgezeichnet.
Das Aufzeichnungsgerät 13 liest die Daten aus dem Datenspei­ cher 26 aus, führt das notwendige Codieren entsprechend der Magnetband-Leistungsfähigkeit betreffend Rauschen, Ausfälle und dergl. aus und erzeugt ein synthetisches Videosignal in einem Coder- und Video-Aufbereiter 29. Dieses Videosignal wird in die oberen und unteren Video-Zeilen des Video-Bildes aus der Kamera 6′ in einem Video-Multiplexer 30 eingemischt.
Für die Daten werden angenähert 20% des Bildbereiches anstelle des Ursprungsbildes verwendet. Die Einrichtung enthält außer­ dem Mittel zum Multiplexen weiterer Video-Quellen 32, beispiels­ weise Radar, FLIR (foreward looking infrared = Infrarot Sicht­ system), Flugkörperbeobachtung usw. in das Videosignal, das aufgezeichnet werden soll. Das gewonnene Videosignal wird an einen Video-Kassettenrecorder 31 zum Aufzeichnen übertragen. Der Video-Kassettenrecorder 31 wird außerdem zum gleichzeitigen Aufzeichnen von Funkverkehr, Anmerkungen des Piloten, Warntö­ nen usw. auf einer separten Audio-Spur benutzt.
Weil das aufgezeichnete Abbild der bordexternen Umgebung in einer Bodeneinrichtung zum Überlagern auf die Anzeige-Symbo­ lik 10 benutzt wird, wird eine Einrichtungsprozedur durchge­ führt, um eine Kompensation mechanischer und elektrischer Ab­ weichungen zwischen der Kamera und elektrischen Abweichungen zwischen dem Kamerabild und den Anzeige-Symbolen zu ermöglichen. Dies wird für jede Bordanlage durchgeführt und wenn notwendig, durch Bewegen einer Marke in dem Kamerabild auf einer Anzeige, bis eine Übereinstimmung zwischen einem Zielpunkt in dem An­ zeigefeld über ein bordexternes Objekt und der Marke über demselben Objekt in der Anzeige erreicht ist. Die Marke wird in das Videosignal mittels eines Videomischers 28 eingeblen­ det. Die Abweichung zwischen dem Bild und den Symbolen des Anzeigefeldes wird durch den Anzeigeprozessor bzw. die elek­ tronische Einheit 19 ermittelt und aufgezeichnet, um eine ge­ naue Wiedergabe des Abbildes der bordexternen Umgebung mit den diesen überlagerten Anzeigesymbolen zu ermöglichen. Die Einstellung wird für einige Punkte durchgeführt, um eine zweck­ mäßige Kompensation der Untersetzung, der Übersetzung und der Rotation zu erzielen, wenn die Ausrechnung und die Überlage­ rung der Anzeige-Symbole in der Bodeneinrichtung vorgenommen wird.
Die Bodeneinrichtung ist schematisch in Fig. 6 gezeigt. Sie enthält einen Video-Kassettenrecorder 33, einen Anzeige-Gene­ rator 34 und Fernseh-Monitoren 35 und 36.
Die Wiedergabe wird durch den Video-Kassettenrecorder 33 durch­ geführt. Ein Videosignal-Analysator und -Decoder in dem Anzei­ ge-Generator 34 trennt das Kamerabild und die aufgezeichneten Daten. Die Daten für die Anzeige-Symbole und die Einstellda­ ten werden in dem Anzeige-Generator 34 benutzt, um eine auto­ matische Korrektur der Symbole für eine genaue Überlagerung auf das nach vorn gerichtete Kamerabild zu geben. Es sind Mit­ tel eingebaut, mit denen sowohl mehr als ein Sensorbild als auch andere Daten verarbeitet werden können. Die Bodenein­ richtung macht eine Wiedergabe der Sicht des Piloten in dem Flugzeug mit den Anzeige-Symbolen, die dem Bild der bordex­ ternen Umgebung überlagert sind, möglich.

Claims (4)

1. Anordnung zum elektronischen Aufzeichnen eines Abbildes der bordexternen Umgebung und zu einer Registrierung von Anzeige-Symbolen in Luftfahrzeugen, bei der eine elektroni­ sche, aufzeichnende Kamera, beispielsweise vom CCD-Typ, ein im Blickfeld des Piloten angeordnetes Anzeigefeld und ein Aufzeichnungsgerät, beispielsweise ein Magnetbandrecorder, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (6′) mechanisch und/oder elektrisch mit engen Toleranzen mittels derselben Bezugsachsen, mittels derer auch die Anzeige-Symbolik (10) des im Blickfeld des Piloten angeordneten Anzeigefeldes (5) kalibriert ist, kalibriert wird und daß die Ausgangssignale der Kamera (6′) und Steuer­ signale für die Anzeige-Symbolik (10) in einer elektronischen Einheit (19) zum gleichzeitigen Aufzeichnen mittels des Auf­ zeichnungsgerätes (13) verarbeitet und miteinander kombiniert werden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kamera (6′) vom CCD-Typ oder von einem ver­ gleichbaren Typ ist und daß die Kamera (6′) fest auf einem Teil der Einrichtung für das im Blickfeld des Piloten ange­ ordneten Anzeigefeldes (5) montiert ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine gemeinsame automatische Helligkeitssteuerung (14) für die Öffnung der Kamera (6′) und die Anzeige-Symbo­ lik (10) des im Blickfeld des Piloten angeordneten Anzeige­ feldes (5) vorgesehen ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Steuersignal für die gemeinsame automatische Helligkeitssteuerung (14) ebenfalls aufgezeichnet wird.
DE19803043710 1979-11-19 1980-11-19 Anordnung zum elektronischen aufzeichnen eines abbildes der bordexternen umgebung in luftfahrzeugen Granted DE3043710A1 (de)

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