Спосіб юстирування системи візуалізації тренажера

Реферат: Спосіб юстирування системи візуалізації тренажера полягає в тому, що генерують та спостерігають зображення тест-об'єкта, визначають координати зображень опорних точок спостережуваного зображення тест-об'єкта, за цими координатами знаходять правило перетворення координат опорних точок генерованого зображення тест-об'єкта в координати опорних точок спостережуваного зображення тест-об'єкта, а зображення зовнішньої візуальної обстановки формують по точках зображень або із графічних примітивів з координатами, попередньо викривленими щодо формованих моделюючою системою. Додатково попередньо в заданому місці спостереження тренажера або біля нього встановлюють генератор тестового зображення, в місці розміщення генератора зображення системи візуалізації тренажера або біля нього встановлюють реєстратор зображення, генерують із заданого місця спостереження тренажера зображення тест-об'єкта або його частини, реєструють спостережуване з місця установки реєстратора зображення тест-об'єкта або його частини, визначають координати енергетичних центрів зображень опорних точок цього зображення або його частини, а за правило попереднього викривлення формованих моделюючою системою координат точок зображень або графічних примітивів, що надходять на генератор зображення, приймають правило перетворення координат опорних точок генерованого зображення тест-об'єкта або його частини в координати енергетичних центрів зображень опорних точок реєстрованого зображення тест-об'єкта або його частини. UA 101444 C2 (12) UA 101444 C2 UA 101444 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується систем візуалізації тренажерів, переважно авіаційних, і може бути використаний для корекції викривлень геометрії формованих системою візуалізації видимих зображень. Відомий спосіб юстирування системи візуалізації авіаційного тренажера, який полягає у тому, що попередньо розрахунковим шляхом визначають правило викривлення координат точок зображень, що подаються на вхід системи візуалізації для одержання невикривлених при спостереженні із заданої точки зображень при заданій номінальній конфігурації системи візуалізації, після юстирування оптичної проекційної системи на її вхід подають викривлене за цим правилом зображення тест-об'єкта, спостерігають зображення тест-об'єкта із точки спостереження, на вхід системи візуалізації подають зображення тест-об'єкта та повторюють юстирування для мінімізації відхилень спостережуваних із заданої точки кутових координат зображень точок тест-об'єкта від кутових координат точок тест-об'єкта, а координати точок зображень, що подаються в систему візуалізації, попередньо викривлюють по цьому ж правилу [див., наприклад, Applied Optics and Optical Engineering / Edited by R.R. Shannon and J.C. Wyant, vol. IX, ch. 6 (N. Mohon), Academic Press, New York, 1983]. Недоліками цього способу є необхідність попереднього визначення правила викривлення координат точок зображень, що подаються на вхід системи візуалізації для одержання невикривлених при спостереженні із заданої точки зображень, шляхом розрахунку для номінальної конфігурації системи візуалізації, недостатня адекватність перспективи спостережуваного оператором зображення модельованої зовнішньої візуальної обстановки, великі витрати часу на повторне юстирування, відносно високі вимоги до кваліфікації персоналу, що здійснює юстирування та високі вимоги до обчислювальної потужності моделюючої системи через необхідність викривлення координат всіх точок модельованого зображення в реальному масштабі часу. Найбільш близьким до пропонованого способу юстирування системи візуалізації авіаційного тренажера й прийнятим за прототип є спосіб юстирування системи візуалізації авіаційного тренажера, відповідно до якого попередньо розрахунковим шляхом визначають правило викривлення координат точок зображень, що подаються на вхід системи візуалізації для одержання невикривлених при спостереженні із заданої точки видимих зображень при номінальних параметрах системи візуалізації, після попереднього юстирування системи візуалізації на її вхід подають викривлене за цим правилом зображення тест-об'єкта, спостерігають зображення тест-об'єкта Із точки спостереження, визначають кутові координати спостережуваних із заданої точки спостереження видимих зображень опорних точок тестоб'єкта, за цими координатами знаходять правило перетворення кутових координат спостережуваного із заданої точки видимого зображення в координати опорних точок тестоб'єкта при реальній конфігурації системи візуалізації, за цим правилом викривлюють координати опорних точок зображень, формованих моделюючою системою, а зображення зовнішньої візуальної обстановки формують по опорних точках зображень із цими координатами [див. Москаленко М.А., Потапова Г.К., "Спосіб юстирування системи візуалізації авіаційного тренажера", патент України на корисну модель № 25508, 2007 р.] Недоліками цього способу є необхідність знання хоча б номінальної конфігурації системи візуалізації, у тому числі геометрії її оптичної частини, відносно великі витрати часу на юстирування системи візуалізації, високі вимоги до кваліфікації здійснюючого юстирування по цьому способі персоналу. Завданням винаходу є забезпечення можливості юстирування системи візуалізації без апріорної інформації про її номінальну та/або реальну конфігурацію, з компенсацією геометричних викривлень, внесених у формоване системою візуалізації видиме зображення закабінного простору склінням кабіни тренажера, скорочення часу на юстирування системи візуалізації, урахуванням геометричних викривлень, внесених у видиме зображення закабінного простору склінням кабіни модельованого об'єкта, зниження вимог до дисторсії об'єктива проектора та кваліфікації здійснюючого юстирування персоналу. Технічний результат досягається тим, що за пропонованим способом юстирування системи візуалізації тренажера, як і за відомим, генерують і спостерігають зображення тест-об'єкта, визначають координати зображень опорних точок спостережуваного зображення тест-об'єкта, за цими координатами знаходять правило перетворення координат опорних точок генерованого зображення тест-об'єкта в координати опорних точок спостережуваного зображення тестоб'єкта, а зображення зовнішньої візуальної обстановки формують по точках зображень або із графічних примітивів з координатами, попередньо викривленими щодо формованих моделюючою системою. 1 UA 101444 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Новим у пропонованому способі юстирування системи візуалізації тренажера є те, що за ним додатково попередньо в місце спостереження тренажера або біля нього встановлюють генератор тестового зображення, у місце розміщення генератора зображення системи візуалізації тренажера або біля нього встановлюють реєстратор зображення, генерують із заданого місця спостереження тренажера зображення тест-об'єкта або його частини, реєструють зображення тест-об'єкта або його частини, спостережуване з місця установки реєстратора зображення, визначають координати енергетичних центрів зображень опорних точок цього зображення або його частини, а за правило попереднього викривлення формованих моделюючою системою координат формованих моделюючою системою точок зображень або графічних примітивів, що надходять на генератор зображення, приймають правило перетворення кутових координат опорних точок генерованого зображення тест-об'єкта або його частини в координати енергетичних центрів зображень опорних точок реєстрованого зображення тест-об'єкта або його частини. Суть винаходу пояснюється наведеними на Фіг. 1-6 схемами, що ілюструють реалізацію пропонованого способу юстирування системи візуалізації тренажера при юстируванні проекційно-колімаційної системи візуалізації авіаційного тренажера із трьома проекторами. На Фіг. 1а та 1б наведена схема юстируваної проекційно-колімаційної системи візуалізації авіаційного тренажера, яка містить дзеркало 1, просвітний проекційний екран 2, перший 3, другий 4 і третій 5 проектори, кожний з яких містить об'єктиви 6 і світлоклапанні матриці 7. Юстирування виконується для точки 8 спостереження, яка розташована посередині між зіницями очей правого пілота. На Фіг. 2а та 2б наведені відповідно схема юстирування другого 4 проектора проекційноколімаційної системи візуалізації авіаційного тренажера для точки 8 спостереження посередині між зіницями очей правого пілота, яка містить дзеркало 1, просвітний проекційний екран 2, генератор тестового 9 зображення, розташований на місці точки 8 спостереження посередині між зіницями очей правого пілота, розташований у місці 12 розміщення другого 4 проектора реєстратор 10 зображення, що містить об'єктив 6 проектора 4, розташування якого не змінюється, та фоточутливу матрицю 11, розташовану на місці світлоклапанної матриці 7 другого 4 проектора. На Фіг. 3а та 3б наведені відповідно зображення тест-об'єкта - фронтальної ортогональної сітки 5 × 13 та його частини - спостережуваної реєстратором 10 зображення через об'єктив 6 другого 4 проектора фронтальної ортогональної сітки 55. На Фіг. 4а та 4б відповідно наведені спостережувані при показаній на Фіг. 2 схемі юстирування зображення на просвітному проекційному 2 екрані тест-об'єкта об'єкта фронтальної ортогональної сітки 513 - при проектуванні її із заданої точки 8 спостереження та фронтальна проекція цього зображення. На Фіг. 5а та 5б наведені відповідно зображення, спостережувані при показаній на Фіг. 2 схемі юстирування, та реєстроване реєстратором 10 з місця 12 розміщення другого 4 проектора зображення частини тест-об'єкта - фронтальної ортогональної сітки 55, формоване на просвітному проекційному екрані 2 із цієї частини зображення тест-об'єкта, яке формується використовуваним як об'єктив реєстратора 10 об'єктивом 6 проектора 4 на розташованій у місці розміщення світлоклапанної матриці 7 проектора 4 фоточутливій матриці 11. На Фіг. 6 наведене спостережуване із заданого місця 8 спостереження видиме при показаній на Фіг. 1 конфігурації системи візуалізації в дзеркалі 1 зображення на просвітному проекційному екрані 2 проекційно розташованим у місці 12 другим 4 проектором показаного на Фіг. 5 та перенесеного на світлоклапанну 7 матрицю проектора 4 зображення на фоточутливій матриці 11 частини тест-об'єкта - фронтальної ортогональної сітки 55. Реалізацію пропонованого способу юстирування системи візуалізації авіаційного тренажера розглянемо на прикладі юстирування проектора 4 проекційно-колімаційні системи візуалізації зображення, схема якої наведена на Фіг. 1. За пропонованим способом, як і показано на Фіг. 2, на початку юстирування в показаному на Фіг. 2 місці 12 розташування проектора 4 розміщують реєстратор 10 зображення, у точці 8 спостереження розташовують генератор 9 тестового зображення, що формує зображення показаної на Фіг. 3б зображення частини 55 наведеної на Фіг. 3а ортогональної сітки 513. Відбившись від дзеркала 1, формовані генератором 9 тестового зображення промені попадають на просвітний проекційний екран 2, формуючи на ньому показані на Фіг. 4а та 4б зображення. Показана на Фіг. 3б частина 55 показаного на Фіг. 4 зображення через використовуваний як об'єктив реєстратора 10 об'єктив 6 другого 4 проектора проектується на встановлену на місце світлоклапанної 7 матриці проектора 4 фоточутливу 11 матрицю реєстратора 10 зображення. У 2 UA 101444 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 цьому випадку як фоточутлива 11 матриця реєстратора 10 може бути використана фоточутлива матриця цифрового задника для фотоапарата, бажано з розмірами, близькими до розміру світлоклапанної матриці проектора 4. Як об'єктив 6 може бути використаний як об'єктив проектора 4, так і об'єктив з аналогічними або близькими параметрами, наприклад об'єктив фотоапарата з виправленою дисторсією. Також як реєстратор 10 може бути використаний цифровий фотоапарат, дисторсія об'єктива якого виправлена, відома або може бути відкалібрована. Для простоти надалі припускаємо, що реєстратор 10 зображення створений шляхом заміни у проекторі 4 світлоклапанної 7 матриці проектора 4 на фоточутливу 11 матрицю реєстратора 10, причому розміри фоточутливої 11 матриці реєстратора 10 такі ж, як і розміри світлоклапанної 7 матриці проектора 4, фоточутлива 11 матриця встановлена на місце, у якому перебувала світлоклапанна 7 матриця проектора 4, а положення використовуваного як об'єктив реєстратора 10 об'єктива 6 проектора 4 не змінилося. У цьому випадку на фоточутливій 11 матриці реєстратора 10 з показаної на Фіг. 5а частини 55 показаної на Фіг. 4 ортогональної сітки 513, яка попадає в поле зору використовуваного як об'єктив реєстратора 10 об'єктива 6 проектора 4, формується зображення, показане на Фіг. 5б. Відповідно до закону оборотності світлового променя промінь світла, що поширився по певній траєкторії в одному напрямку, повторить свій хід у точності при поширенні й у зворотному напрямку. Тому заміна створеного із другого 4 проектора реєстратора 10 з об'єктивом 6 та фоточутливою 11 матрицею на проектор 4 з тим же об'єктивом 6 та світлоклапанною 7 матрицею з тим же, показаним на Фіг. 56 зображенням, призведе до того, що із заданого місця спостереження 8 бачиться невикривлене зображення тест-об'єкта при будьякій конфігурації системи візуалізації, що забезпечує як тільки наявність такого зображення. Якщо умови рівності розмірів світлоклапанної 7 матриці проектора 4 і фоточутливої 11 матриці реєстратора 10 або збереження положення об'єктива 6 проектора та установки фоточутливої 11 матриці реєстратора 10 на місце світлоклапанної 7 матриці проектора 4 не виконуються, формоване на поверхні фоточутливої 11 матриці реєстратора 10 буде з точністю до масштабного коефіцієнта близьким до показаного на Фіг. 5 зображення, тобто подібним йому. У цьому випадку зображення для світлоклапанної 7 матриці проектора 4 може бути отримане простим масштабуванням зображення на фоточутливій 11 матриці реєстратора 10. Юстирування першого 3 і третього 5 проекторів виконується аналогічно з тією лише різницею, що реєстратор 10 встановлюється в місце розташування юстируваного в цей момент проектора, а генерується, спостерігається та реєструється спостережувана через об'єктив 6 відповідного проектора відповідна частина зображення, формованого генератором тестового 9 зображення. Тому далі за пропонованим способом визначають енергетичні центри зображень на фоточутливій 11 матриці реєстратора 10 опорних точок показаного на Фіг. 5б зображення тестоб'єкта та визначають правило перетворення координат опорних точок відповідної частини тест-об'єкта в координати енергетичних центрів зображень цих опорних точок, наприклад, так, як це робиться в наприклад, так, як це робиться в прототипі. При необхідності подальшого юстирування (наприклад, для більш точної "зшивки" зображень від різних проекторів) на перший 3 другий 4 і третій 5 проектори подають відповідним чином сформовані зображення відповідних частин тест-об'єкта. Подальше юстирування зводиться до уточнення знайдених за пропонованим способом правил введення попередніх викривлень у подавані на систему візуалізації зображення, за які приймаються правила перетворення координат опорних точок тест-об'єкта в координати енергетичних центрів зображень його опорних точок. Це може бути виконано, наприклад, так, як це робиться в прототипі. Таким чином, як видно з наведеного вище приклада реалізації способу, пропоноване технічне рішення дозволяє здійснювати юстирування системи візуалізації без будь-якої апріорної інформації про її конфігурацію, (наприклад, дистанційно) завдяки тому, що геометрія спостережуваного й реєстрованого в точці розташування генератора зображення системи візуалізації тренажера викривленого зображення тест-об'єкта або його частини, створюваного розташованим у точці спостереження генератором тестового зображення того ж об'єкта або його частини точно така, яка внаслідок закона оборотності світлового променя (відповідно до якого промінь світла, що поширився по певній траєкторії в одному напрямку, повторить свій хід у точності при поширенні й у зворотному напрямку) необхідна для того, щоб при генерації реєстрованого в точці розташування генератора зображення системи візуалізації тренажера викривленого зображення в заданій точці спостереження бачити невикривлене зображення об'єкта при будь-якій конфігурації системи візуалізації, що забезпечує лише наявність такого 3 UA 101444 C2 5 10 15 20 25 зображення. Саме тому для юстирування системи візуалізації необхідно й достатньо лише зображення або зображень, реєстрованих у точках розташування проектора або проекторів системи візуалізації тренажера. Також завдяки тому, що свою частку викривлень у геометрію створюваного розташованим у заданій точці спостереження (тобто в кабіні тренажера) генератором тестового зображення викривленого зображення тест-об'єкта або його частини, спостережуваного в точці розташування генератора зображення системи візуалізації тренажера у випадку наявності скління кабіни тренажера вносить і це скління, пропонований спосіб дозволяє компенсувати й ці викривлення. Використання як тест-об'єкт зображення або його частин, координати опорних точок якого відповідають координатам цих же опорних точок, спостережуваних через скління кабіни пілотів модельованого літального апарата, дозволяє при використанні пропонованого способу формувати зображення закабінного простору, кутові координати точок якого відповідають спостережуваним у реальному літальному апараті. Це зображення може бути отримане наприклад, так, як це робиться в [Потапова Г.К., Москаленко М.А./ Взаємне неколінеарне відображення простору предметів і простору видимих зображень/ Оптичний журнал. 2008. Т. 75. № 3. С. 36-42.]. Завдяки тому, що за пропонованим технічним рішенням зображення тест-об'єкта або його частини реєструють шляхом проектування на розташовані на місці світлоклапанних матриць проекторів або біля них фоточутливі матриці через об'єктиви проекторів, розташованих у точках розміщення проекторів системи візуалізації тренажера або біля них, його використання дозволяє також скоротити час, затрачуваний на юстирування системи візуалізації та знизити вимоги до дисторсії об'єктивів проекторів і кваліфікації здійснюючого юстирування персоналу. Дякуючи тому, що за пропонованим технічним рішенням зображення тест-об'єкта або його частини при необхідності генерують на довжині хвилі випромінювання за межами видимого діапазону, наприклад, у Інфрачервоному діапазоні довжин хвиль, можливе безперервне, у тому числі й під час роботи системи візуалізації тренажера, юстирування системи візуалізації тренажера. Це дозволяє істотно знизити вимоги до стабільності конфігурації системи візуалізації, зменшити витрати на забезпечення стабільності конфігурації. 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 1. Спосіб юстирування системи візуалізації тренажера, який полягає в тому, що генерують та спостерігають зображення тест-об'єкта, визначають координати зображень опорних точок спостережуваного зображення тест-об'єкта, за цими координатами знаходять правило перетворення координат опорних точок генерованого зображення тест-об'єкта в координати опорних точок спостережуваного зображення тест-об'єкта, а зображення зовнішньої візуальної обстановки формують по точках зображень або із графічних примітивів з координатами, попередньо викривленими щодо формованих моделюючою системою, який відрізняється тим, що додатково попередньо в заданому місці спостереження тренажера або біля нього встановлюють генератор тестового зображення, в місці розміщення генератора зображення системи візуалізації тренажера або біля нього встановлюють реєстратор зображення, генерують із заданого місця спостереження тренажера зображення тест-об'єкта або його частини, реєструють спостережуване з місця установки реєстратора зображення тест-об'єкта або його частини, визначають координати енергетичних центрів зображень опорних точок цього зображення або його частини, а за правило попереднього викривлення формованих моделюючою системою координат точок зображень або графічних примітивів, що надходять на генератор зображення, приймають правило перетворення координат опорних точок генерованого зображення тест-об'єкта або його частини в координати енергетичних центрів зображень опорних точок реєстрованого зображення тест-об'єкта або його частини. 2. Спосіб юстирування системи візуалізації тренажера за п. 1, який відрізняється тим, що зображення тест-об'єкта або його частини реєструють шляхом його проектування на розташовану на місці світлоклапанної матриці проектора або біля нього фоточутливу матрицю через об'єктив проектора, розташованого в місці розміщення генератора зображення тренажера або біля нього. 3. Спосіб юстирування системи візуалізації тренажера за п. 1, який відрізняється тим, що зображення тест-об'єкта або його частини генерують на довжині хвилі випромінювання за межами видимого діапазону, наприклад, в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль. 4 UA 101444 C2 5 UA 101444 C2 6 UA 101444 C2 7 UA 101444 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8