Brevet FR2017839A1 — publié le 19700522

La présente invention se rapporte à la simulation du brouillard pour l'entraînement des pilotes d'avion, mais concerne aussi, d'une façon générale, la dégradation commandée d'une scène, telle qu.'elle est vue par l'oeil, par une caméra photographique 5 ou de télévision, etc.. Pour l'entraînement des pilotes d'avion et pour les essais des systèmes de navigation, il est souhaitable de pouvoir simuler un brouillard naturel. Toutefois, il est fréquemment souhaitable que la vision d'un co-pilote reste claire afin qu'il puisse pren-10 dre en charge la conduite de l'avion en cas de difficultés. Le brouillard a deux effets sur la vision d'une scène, le premier étant que la lumière directe provenant des "régions de cible" est atténuée par la diffusion produite par le brouillard. Cet effet augmente en même temps que 1'épaisseur de la nappe de 15 brouillard à travers laquelle les cibles sont vues. Le second effet, dû à la diffusion de la lumière le long de la ligne de vision, dans l'éclaireraent général ambiant-, fait qu'une luminance superposée semble provenir de la direction de la cible. Ces effets augmentent tous deux avec la distance entre l'observateur 20 et la cible. Le résultat en est une dégradation du contraste de la scène pour 1'observateur.L'oeil n'est capable de détecter qu' , un certain contraste minimal, en deçà duquel les cibles sont invisibles . - L'invention concerne un simulateur de vol dans lequel une 25 feuille transparente est placée entre le siège du pilote et le pare-brise, de sorte que le pilote voit la scène à travers la feuille, cette feuille étant inclinée de sorte que le pilote voit des distances croissantes suivant un angle croissant par rapport à la perpendiculaire à la feuille, et de manière qu"une lu-30 raière provenant d'une source diffuse soit réfléchie par. la feuille vers le pilote, d'où il résulte que ce dernier semble voir la scène à travers un brouillard. De préférence, il y aun certain nombre de feuilles transparentes espacées parallèles. La feuille ou les feuilles dégradent le contraste de la scè-35 ne vue par le pilote en fonction de l'angle d'élévation, ainsi, quand l'avion se présente pour atterrir, la piste et l'éclairage du sol sont dégradés sensiblement de la même manière que par un brouillard naturel. L'invention apporte aussi un dispositif pour dégrader de fa-40 çon réglable une scène visuelle qui comprend une pile de feuilles 6930975 2 2017839 transparentes parallèles, ces feuilles étant disposées suivant un certain angle par rapport à la trajectoire moyenne de la lumière à travers la pile, et une source lumineuse diffuse disposée de manière que sa lumière soit réfléchie par l'une, au moins, des 5 feuilles de façon à ressortir de la pile sensiblement dans la même direction que la lumière qui a traversé cette pile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin 10 annexé, dans lequel : — la figure 1 montre schématiquement un simulateur de brouillard conforme à l'invention, et, - la figure 2 montre une modification du simulateur de brouillard de la figure 1. 15 Sur la figure 1, on voit une pile de cinq plaques de ver re 10 interposées, entre l'oeil 11 d'un pilote en train de subir un entraînement, et le pare-brise 12 de l'avion. Les plaques 10 sont disposées suivant un certain angle par rapport à la ligne de vision moyenne entre le pilote et lê pare—brise. Une source -20 lumineuse 13 éclaire une plaque de diffusion en verre translucide 14, la lumière de cette plaque de diffusion étant réfléchie par .les plaques 10 vers l'oeil 11 du pilote. Les plaques 10 sont inclinées à l'opposé du pilote, de sorte que quand ce dernier regarde à travers la partie supérieure de 25 la plaque, les rayons provenant de la scène observée frappent les plaques suivant un angle d'environ 80° par rapport à la normale. Par contre, quand le pilote regarde à travers la partie inférieure de la plaque, les rayons émis par la partie de la scène qu'il observe ainsi frappent les plagues 10 suivant un angle d'environ 60° 30 par rapport à.la normale. Le principe de fonctionnement du simulateur de brouillard ainsi constitué est le suivantj Une feuille diélectrique, par exemple, en verre ou en matière plastique transparente transmet la lumière et la réfléchit 35 à sa surface. En général, la proportion de la lumière transmise par une plaque de verre de matière plastique transparente est plus grande que celle réfléchie. Lorsque l'angle entre le faisceau lumineux et le plan de la feuille diélectrique décroit, et que le " faisceau tend à devenir rasant, la proportion de la lumière réflé-40 chie augmente aux dépens de la lumière transmise. Cet effet est 6930975 3 2017839 renforcé lorsque plusieurs plaques diélectriques sont superposées. La scène que le pilote voit, en regardant à travers la-pile de plaques 10, est une modification de la scène réelle» Quand il ■regarde vers le bas, une grande partie de la lumière qui pénètre 5 dans son oeil provient de la scène réelle, une partie relativement petite venant de la source 13 placée au-dessus de la pile et qui est vue par réflexion. En conséquence, le contraste n'est que légèrement diminué. Par contre, quand le pilote regarde suivant un angle plus grand, la lumière directe est atténuée dans une plus 10 large mesure, et la contribution de la lumière réfléchie à la scène est plus grande, de sorte que la dégradation du contraste de la scène réelle est élevée. Ainsi, des objets vus à travers les plaques suivant un angle d'élévation relativement grand paraissent présenter un contraste 15 moins grand que les objets vus suivant un angle d'élévation plus faible. Quand la gamme des angles d'élévation correspond à celle des cibles, comme c'est le cas des détails des pistes et des lumières dé balisage que le pilote voit en approchant de la piste dratterrissage, on obtient une très fidèle simulation des lois ""tô naturelles régissant la dégradation du contraste des cibles par le brouillard. Le simulateur de brouillard représenté sur l'a figure 2 est basé sur le principe de celui de la figure 1. Le pilote est placé de manière que son oeil 11 reçoive la lumière du pare-brise 12 25 après que celle-ci a traversé la pile de plaques 10. Le champ de vision du pilote est limité par les frontières 25 et 26, et la pile de plaques a une étendue suffisante pour inclure ces frontières, lors d'un mouvement convenable de la tête du pilote, afin d'éviter d'imposer des restrictions excessives à celle-ci. Un 30 appui-tête 20 contribue à localiser la tête du pilote. La source lumineuse auxiliaire, comprenant les lampes 13 et la plaque de diffusion 14, comporte aussi un filtre 22 choisi pour réaliser l'équilibre de couleur optimal de la plaque 14, dans la gamme de luminance des lampes 13, afin d'imiter la couleur du 35 brouillard naturel. La quantité de luminance superposée peut être modifiée en changeant l'alimentation de la source 13. Le fait d'augmenter la luminance superposée simule un brouillard plus dense , et le point de coupure, c ' est-à-dire 1 ' angle d ' élévation auquel, le contraste de la scène n'est plus détectable par l'oeil du pilo-40 te et au-dessus duquel les détails du terrain ou les équipements 6930975 4 2017839 de la piste ne peuvent plus être vus par suite de l'influence du brouillard simulé, est réduit. Pour commandfer l'intensité de la source lumineuse 13, on prévoit une compensation des conditions de lumière ambiante. 5 Cette compensation est constituée par un dispositif photomé trique comprenant un élément photosensible couplé à une optique appropriée, et qui est monté de façon à mesurer la brillance du ciel. Une boucle d'asservissement détecte la différence entre les signaux de sortie de- ce dispositif photométrique et un dispositif 10 analogue qui est placé pour me s tirer la brillance du diffuseur 14, et qui modifie l'intensité de la source 13 jusqu'à ce que le rapport entre la brillance du ciel et celle du diffuseur ait une valeur prédéterminée.La valeur dé ce rapport détermine le point de coupure• 15 Dans le cas des brouillards naturels, l'angle de coupure va rie avec la hauteur de l'avion de diverses manières. On enregistre la fonction particulière convenant au type de brouillard que l'on désire simuler, par exemple sous la forme de circuits électriques analogiques ou bien au moyen de bandes perforées ou ma-20 gnétiques, et on utilise cette fonction pour faire varier ladite valeur prédéterminée du rapport selon la hauteur de l'avion, de 3a manière voulue. La hauteur de l'avion est mesurée soit au moyen d'un altimètre barométrique et/ou radioélectrique installé à bord de 11 avion. On obtient ainsi 1 * angle de coupure correspondant à 25 partir de l'enregistrement. L'angle d'inclinaison de l'avion est fourni par un gyroscope vertical ou par une plate-forme à inertie montée dans l'avion, et cette information est ajoutée à l'angle de coupure requis, la somme étant utilisée comme signal d'entrée pour le réglage de l'intensité des lampes afin d'obtenir l'angle 30 de coupure correct, indépendamment de l'inclinaison de l'avion. Ainsi, le brouillard simulé est stabilisé, et semble rester immobile par rapport au sol, pendant que l'avion se déplace le long de son axe d'inclinaison. Les lois naturelles régissant la réflexion et la transmission 35 de la lumière à travers les plaques diélectriques sont différentes pour chaque plan de polarisation, de sorte que pour permettre d'obtenir une simulation correcte, le plan de polarisation doit être correctement choisi. C'est pourquoi on prévoit des moyens pour polariser la lumière directe provenant de la scène ou de la cible 40 ou pour produire une certaine polarisation de la luminance réflé 6930975 5 2017839 chie. Comme représenté, un écran de polarisation 21 est interposé entre les plaques 10 et l'oeil 11 du pilote. La surface de l'écran diffuseur 14 et son angle sont choisis, conjointement avec un écran de polarisation 21 approprié, pour réaliser la fonction de 5 dégradation du contraste avec l'angle qui imite le plus fidèlement la fonction rencontrée dans les brouillards naturels. La surface de la plaque de diffusion 14 peut être alvéolaire, estampée ou profilée pour réaliser la fonction de luminance désirée en fonction de l'angle. 10 Diverses autres modifications, dont certaines sont mention nées ci-après, peuvent être apportées au simulateur de brouillard de la figure 1. La source lumineuse 13 et la plaque de diffusion 14 peuvent être enlevées et, dans ce cas, le ciel peut être utilisé comme 15 source diffuse d'éclairement. Là encore, la luminance superposée peut être modifiée par l'introduction de filtres neutres ou de polariseurs croisés constitués par le produit disponible sur le marché sous le nom de polaroïd, par exemple. L'angle d'inclinaison de la pile de plaques peut être rendu variable afin de modi-20 fier la densité effettive du brouillard simulé. L'agencement utile le plus épais correspond normalement à celui où la lumière provenant de l'horizon frappe les plaques 10 suivant une incidence rasante. Les plaques 10 peuvent avoir des indices de réfraction ou des 25 constantes diélectriques différentes, et l'une des plaques pourrait être montée individuellement, de façon à pouvoir être inclinée indépendamment des autres. Les plaques 10 peuvent être faites de matériaux autres que le verre, par exemple, de pellicules de matière plastique feuille** 30 tées ou de feuilles de matière plastique et peuvent être séparées par des matières autres que l'air, par exemple,J>ar des feuilles ayant des indices de réfraction différents. Toutefois,' dans certains cas, une seule plaque peut être suffisante. Les plaques 10 peuvent être montées de façon à tourner par -35 rapport à l'avion afin de compenser les variations d'attitude de celui-ci. Le simulateur peut être utilisé dans d'autres situations pour' fournir une dégradation réglable d'une scène visuelle. Certains exemples d'une telle utilisation sont donnés ci-après. 40 C'est ainsi que le dispositif peut être placé devant une 6930975 6 2017839 caméra de télévision ou photographique afin de conférer à l'image résultante l'apparence d'un brouillard. Le dispositif peut être utilisé pour mesurer l'acuité de la vision de l'oeil humain. A cette fin, on place le dispositif en-5 tre l'oeil du sujet et une carte d'examen, et on modifie l'angle d'inclinaison, ou le nombre des plaques, jusqu'à ce que l'observateur puisse voir la carte d'examen. L'angle d'inclinaison ou le nombre des plaques qui sont alors utilisées fournit une indication de H£pti£uâë-.de l'oeil à percevoir le contraste. 10 Le dispositif peut être utilisé de manière analogue pour tes ter, par exemple, les performances d'un dispositif de télévision ou photographique, ou d'un détecteur de rayons infrarouges. Le dispositif peut aussi être utilisé pour mesurer la distribution de la luminance, par exemple, de panneaux lumineux ou d'au-15 très dispositifs d'affichage, afin de s'assurer que toutes les lumières ont une brillance analogue. Enfin, il peut aussi être utilisé pour mesurer la densité des brouillards naturels. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne Se limite nullement à ceux de ses 20 modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 6930975 7 2017839 REVEHDICATIONS I. Simulateur de vol dans .lequel-une feuille transparente est placée entre le siège du pilote et le pare-brise, de sorte que le pilote voit la scène àrtravers la feuille, cette feuille étant 5 inclinée de sorte que le pilote voit des distances croissantes suivant un angle croissant par rapport à la perpendiculaire à la feuille, et de manière qu'une lumière provenant d'une' source diffuse soit réfléchie par la feuille vers le pilote, d'où il résulte que ce dernier semble voir la scène à travers un brouillard. 10 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un certain nombre de feuilles transparentes parallèles espacées. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend une source lumineuse diffuse placée près 15 de la (ou des) plaque(s). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la source lumineuse comprend une Cou plusieurs) lampe(s) montée(s) derrière une plaque de diffusion. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait 20 que la brillance de la (ou des) lampe(s) est variable. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5., caractérisé par le fait que la (ou les) plaque(s) est (ou sont) montée(s) à rotation afin de compenser les variations d'attitude de l'avion. 25 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la brillance de la (ou des) lampe(s) est réglée de façon à maintenir un rapport prédéterminé entre la lumière ambiante et la brillance de la source. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait 30 que ledit rapport est variable en fonction de la hauteur de l'avion . 9. Dispositif selon la revendication 5, 7 ou 8, caràctérisé par le fait que la brillance de la (ou des) lampe(s) est variable en fonction de 1'inclinaison de 1'avion. 35 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend une feuille polarisante interposée entre la (ou les) feuille(s) transparente(s) et la position normale de vision du pilote. II. Dispositif pour dégrader de façon réglable une scène vi— 40 suelle qui comprend une pile de feuilles transparentes parallè- 693Ô975 8 2017839 les, ces feuilles étant disposées suivant un certain angle par rapport à la trajectoire moyenne de la lumière à travers la pile, et une source lumineuse diffuse disposée de manière que sa lumière soit réfléchie par l'une, au moins, des feuilles de façon 5 à ressortir de la pile sensiblement dans la même direction que la lumière qui a traversé cette pile.