Brevet FR2288354A1 — publié le 19760514

La présente invention concerne, d'une manière générale, la simulation d'un panorama anime, à partir d'une image d'un paysage et d'une image animée d'un objet. Cette invention concerne plus particulièrement un système électronique assurant, non seulement l'insertion et le déplacement de l'image de l'objet dans l'image du paysage, mais également une pénétration apparente de cet objet en simulant sa disparition totale ou partielle derrière les éléments de ce paysage. Elle trouve de nombreuses applications dans les entraîneurs, à la visée périscopique, au tir, à la conduite des navires et chaque fois qu'il est nécessaire de simuler des objets mobiles passant devant ou derrière des obstacles Les procédés utilises se limitent alors à une substitution globale entre l'i uge de objet et la partie de l'image du paysage logiquement cachée par cet objet. Cette substitution peut être effectuée, point par point, par balayages en synchronisme de l'image de ltobjet sur fond noir et de l'image du paysage.Pour chaque couple de points homologues, une sélection ne conserve pour l'image finale du panorama animé que le point qui satisfait, par exemple, à un critère donné de luminance ou de chrominance, ce critère étant choisi de ânière à toujours donner au point de Objet la priorité sur le point homolo- que du paysage. Selon une première caractéristique de l'invention, le point conserve pour l'image finale du panorama anime est le point qui dans le paysage réel se trouverait à la distance la plus faible de l'observateur. le système selon l'invention, outre les deux images signalées, exige de plus une connaissance suffisante des particularités du relief et des éléments remarquables, édifices ou végétation, propres au paysage et susceptibles de cacher l'objet mobile (Seconde pluralité de données) Les informations nécessaires peuvent être obtenues à partir d'une vue panoramique et d'une tarte orographique donnant les lignes de niveau de la région considérée, lés coordonnées des points du paysage étant stockées puis traitées par un calculateur. le traitement d'un très grand nombre de points conduit, cependant, à des équipements onéreux comportant des mémoires de grande capacité et des circuits de calcul importants. I1 importe donc, non seulement de réduire autant que possible le nombre de points traités, mais de le limiter à une valeur relativement très faible, la qualité des images ne pouvant être respectée que par un choix judicieux des points sélectionnés. galon une seconde caractéristique de l'invention, l'analyse des images, repérées en gisement et en site, est effectuée au moyen de convertisseurs optique/électronique classiques, mais disposés de façon que le balayage de lignes corresponde à un balayage en site et qu'à chaque ligne puisse être affec tée une valeur de gisement déterminée. Selon une troisième caractéristique de l'invention, les points du payasage dont les coordonnées sont mises en mémoire, sont limités à un nombre restreint de points caractéristiques définis dans les revendications et dans la description qui fait suite. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de cette description. Bien entendu, celle-ci et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente un panorama animé, La figure 2 représente un profil de paysage tracé pour un gisement déter miné et par rapport à la verticale et à l'horizontale d'un point d'observation donne, La figure 3 représente un profil de paysage suivant un système d'axes repérés en distance et en site, La figure 4 est un tableau donnant l'organisation de la mémoire utilisée, La figure 5 représente le schéma d'un exemple de réalisation selon l'invention, Les figures 6, 7 et 8 montrent le synchronisme des balayages du paysage de la maquette et du panorama animé, la figure 9 est un tableau résumant le fonctionnement du système selon l'invention. Le système d'incrustation selon l'invention permet de réaliser un panorama animé dans lequel, par exemple, un char de combat qui se déplace dans un payas ge peut se trouver successivement caché par un arbre et par des replis de terrain L1 et L2 (figure 1). La figure 2 représente le profil d'un paysage, suivant une valeur déterminée de gisement ,et repéré par rapport à la verticale V et à l'horizontale H du point d'observation 0. Chaque point du paysage est,en outre,repéré par son angle de site s et sa distance d au point 0. De deux points ayant le même angle de site, un observateur ne peut évidemment voir que celui qui se trouve à la distance la plus faible. Du point 0, il ne peut ainsi voir, du profil considéré ,que les parties OE et FJ, la partie EF lui étant cachée. Les points E et J sont des points caractéristiques à partir desquels le système selon l'invention, peut déduire d'une manière simple, pour la valeur du gisement et pour le point d'observation donnés, les parties vues et les parties cachées du profil. Ces deux points E et J sont les intersections entre le plan vertical correspondant à la valeur du gisement et deux contours de mas ques, analogues aux lignes L1 et L2 for eesiolréts par les replis de terrain de la figure 1. L'allure de ces deux lignes dépend étroitement du point d'observation. Celles-ci ne doivent pas être confondues avec les lignes de crête classiques caractérisant un relief. Les éléments remarquables du paysage, tels que les édifices, ouvrages d'art ou végétation, peuvent également former des masques dont le système selon 1 'in- vention peut tenir compte au moyen d'un certain nombre de points caractéristiques. La figure 3 représente un profil de terrain, en fonction des deux coordonnées, site s et distance d, définies sur la figure 2. Etant donné l'importance des dimensions réelles du paysage comparées à celles des éléments remarquables ou à celles de l'objet obile, une simplification qui assure cependant une approximation suffisante et un bon réalisme pour la simulation, consiste à assimiler l'objet et chaque élément remarquable à une por tion verticale de plan située à la distance moyenne de l'objet ou de l'élément considéré. Moyennant cette simplification, l'objet mobile situé à la distance do se traduit, sur la figure 3, par un segment de droite me compris entre les deux sites s et s Le point e de l'objet, confondu avec le profil du sol, montre que le plan de la figure passe par un des points d'application de l'objet sur le sol. Au contraire en ce qui concerne le segment AB qui représente, par exemple, un arbre ou une arche de pont, le point A de site mini ut est situé au-dessus du sol. Les quatre points caractéristiques A, B, C, D suffisent à la détermination des profils vus pour la valeur de gisement considérée. Ces points caractéris tiques sont définis cow e étant les points particuliers du profil du paysage dont le site est maximum tou minimum lorsque ces points représentent respectivexent des points réels situés aurdessus du sol); ce profil de paysage étant représenté au moyen dxun système d'axes repérés en distance et en site et pour une valeur déterminée de gisement. Le relevé des points caractéristiques pour chaque valeur de gisement et le stockage de leurs coordonnées dans une mémoire permettent ensuite de déduire les parties vues et les parties cachées du paysage tout entier le nombre total de ces points caractéristiques est fonction de la résolution désirée pour l'image finale et du nombre de particularités ou d'éléments remarquables présents dans le paysage. Dans le système selon l'invention, le balayage de lignes des caméras de télévision couleur classiques utilisées est affecté aux balayage en site. La définition de ces caméras, dite a 625 lignes, correspond à une analyse effective des images par un nombre de lignes moindre, égal à 400 environ, et le re levé des points carsctbristiques est limité,en conséquence, aux 400 valeurs de gisement ainsi déterminées. L'expérience montre, par ailleurs, que dans la plupart des paysages convenant à l'exécution d'un tir, le nombre de points caractéristiques, pour un gisement donné, ne dépasse pas une quinzaine, voir une dizaine. Il en résulte que le nombre de mots de mémoire nécessaires, égal au nombre des points caractéristiques, ne dépassent pas 16 x 400 1 6400 Chaque mot contient la valeur du site d'un point caractéristique et une valeur de distance dont le choix sera justifié plus loin. A chacune de ces deux informations sont affectés 12 bits permettant de représenter toute valeur de site ou de distance par un nombre compris entre O et 4096. La capacité de la mémoire reste ainsi inférieure à x x2 x 12 =153 600 soit inférieure a 2 x 105 bits. la mémoire nécessaire est d'un type classique à semi-conducteurs ou a tores de ferrite. La figure 4 montre l'organisation de cette mémoire dans laquelle les mots sont classés par rangs et par colonnes. Chaque colonne est affectée à une valeur déterminée de gisement g1 . .#. g1400 et dans chaque colonne, les rangs sont numérotés dans l'ordre croissant des nombres entiers. Chaque mot contient une valeur de distance et une valeur de site relatives aux points caractéristiques. D'une manière générale, le stockage de ces valeurs est effectué de la ma nière suivante. Dans chaque colonne, les valeurs de site sont stockées par valeur croissante et dans l'ordre croissant des rangs. Pour chaque mot, la valeur de distance stockée est telle qu'à chaque site maximum soit associée la valeur de la distance du point caractéristique relatif à ce site et qu'à chaque site minimum soit associée la valeur de la distance du point caractéristique immédiatement supérieure à celle du point du sol de site égal au site minimum considéré. Ainsi, la nième colonne de la figure 4 contient les valeurs de site et distance des quatre points caractéristiques A, B, C, D de la figure 3. Les valeurs des sites 519 52 83, 514 sont rangées dans la colonne par valeurs croissantes. Pour les points B, C, D de sites maxima 529 s3 514 les valeurs des distances d1, d3, d4 sont respectivement associées aux valeurs 52' s3 et 514. Pour le point A, de site miniwum,est associée la valeur de la distance d3 du point caractéristique C, valeur immédiatement supérieure à celle du point a du sol, de site égal au site du point A considéré. De plus, aux points caractéristiques A, B, C, D déjà définis, il est néces saire d'associer le point X de l'image du paysage dont les coordonnées en site Sx et en distance dx sont maxima. Ces coordonnées sont représentées dans le tableau de la figure 4 au cinquième rang de la colonne gn. Elles permettent un fonctionnement correct du système, soit lorsque la valeur du site définie par le balayage de lignes dépasse la valeur s4, soit lorsque la distance du mobile est supérieure à la distance dq. La figure 5 représente le schéma d'tm exemple de réalisation du système selon l'invention. L'image du paysage est convertie sous la forme d'un signal à vidéo fréquence St fourni par une caméra de télévision CA1 (premier convertisseur optique électronique) qui analyse une photographie PH (du type diapositive) d'un paysage. L'image de l'objet est également convertie en un signal à vidéo fréquence S2 fourni par une caméra de télévision CA2 (second convertisseur optique électronique) devant laquelle une maquette éclairée de l'objet MA évolue et se découpe sur fond noir. Ces deux signaux sont sélectionnés, à l'exclusion l'un de l'autre, par un comitateur K représenté symboliquement par une lame pivotante à contact, à un moniteur MO de télévision (convertisseur électronique/optique) sur l'écran duquel apparat le panorama animé. Le déplacement en site et en gisement et l'attitude de la maquette, en tangage, roulis et cap, qui doivent être semblables au déplacement et à l'attitude de l'objet siralléssont obtenus par un banc de déplacement BD. Ce banc est comr mandé par un dispositif LB, du type lecteur de bandes magnétiques ou de bandes perforées, ou encore du type calculateur, qui fournit toutes les soixante millisecondes environ, les coordonnées go, s0,d0 et les angles d'attitude de l'objet mobile (première pluralité de données). Dans le cas du lecteur de bandes, ces données sont prédéterminées et correspondent à des trajets définis de l'objet mobile dans le paysage. Les figures 6 et 7 montrent comment les deux caméras analysent en synchronisme la photographie & H du paysage et la maquette MA. Le balayage est effectué par site croissant, chaque ligne de balayage correspondant à une valeur déterminée de gisement. L'image du panorama (figure 8) fournie par le moniteur MO, est elle-même obtenue par un balayage de l'écran engynchronisme avec le balayage des deux caméras. Sur la figure 5, le coninutateur K à deux positions R et T, est commandé par un ensemble de circuits forme par un circuit porte "ET", P1, un comparateur numérique C2 (second comparateur) et un circuit à seuil S. Le commutateur K est placé sur la position T, de manière à sélectionner le signal S2 de l'image de la maquette, lorsque les deux conditions suivantes se trouvent simultanément remplies. D'une part, le point analysé à l'instant considéré doit correspondre à un point de la maquette, et non à un point du fond noir, et par conséquent, sa luminance Lu doit être supérieure à la luminance sensiblement nulle du fond noir. D'autre part, la valeur de la distance d de l'objet fournie par le lec o teur de bandes, doit être inférieure à la valeur de la distance dc contenue dans le registre de sortie RS de la mémoire ME. Ces deux conditions se traduisent par les deux inégalités do #dc (1) et Lu > 0 (2) Le comparateur C2 fournit un signal d'amplitude unité lorsque la première inégalité est vérifiée, et un signal d'amplitude nulle dans le cas contraire. Le circuit à seuil S fournit un signal d'amplitude unité lorsque la seconde inégalité est vérifiée, et un signal d'amplitude nulle dans le cas contraire. Lorsque le circuit porte P1 détecte la présence simultanée de deux signaux d'amplitude unité,elle place le commutateur K sur la position T. Dans le cas contraire, le commutateur K reste sur la position R en sélectionnant le signal S1 de l'image du paysage. La distance do, envoyée au comparateur C2, est envoyée également à un système optique de grossissement téléeommandé de la caméra CA2 qui ajuste automa tiquement l'angle apparent de la maquette en fonction de cette distance d . Les o deux caméras ainsi que le moniteur de télévision sont sycnnronisés par les deux signaux issus d'une horloge H : le signal de début de ligne TL et le signal de début d'image TI. Ces deux signaux sont également envoyés aux circuits annexes de la mémoire ME. Il va de soi que dans des variantes plus évoluées de l'exemple de réalisation, il pourrait être fait appel à plusieurs images de maquettes obtenues au moyen de plusieurs caméras et que les signaux de sortie de ces caméras pourraient être sélectionnés entre eux au moyen de circuits élémentaires en fonction des distances des objets correspondants dans le paysage, ces distances étant fournies par un lecteur de bande tel que LB ou par un calculateur et le procédé de stockage de la mémoire ME restant identique à celui qui est décrit ci-dessous. Les mots de la mémoire sont classés par rangs et par colonnes. L'adresse de ces mots est définie par deux compteurs. Le compteur de colonnes CC, à 9 bits, et le compteur de rangs CR, à 4 bits. Le compteur de colonnes CC permet de compter au moins de 1 à 400, chacune de ses positions étant affectée à une colonne et à une valeur déterminée de gisement. il est commandé par l'horloge H et avance d'une position a chaque début de ligne sous l'effet du signal TL. Il est mis dans la position 1 (position initiale), qui correspond à la première valeur déterminée de gisementlsous l'effet du signal TI. Les valeurs caractéristiques de site et de distance étant stockées dans la mémoire, par valeurs de gisement et de manière qu'a chaque colonne corresponde une valeur de gisement, l'affectation des valeurs de gisement aux colonnes et le stockage des valeurs caractéristiques dans celles-ci doivent être tels que les lectures successive. des différentes colonnes, dans l'ordre défini par le compteur deccolonnes CC, Sournissent ces valeurs dans l'ordre dans lequel les lignes sont effectivement balayées , cet ordre étant défini par les convertisseurs d'images (lignes paires et lignes impaires). le compteur de rangs CR permet de compter de 1 à 16, chacune de ses positions étant affectée à un numéro de rang des points caractéristiques. Il avance d'une position, chaque fois que la valeur du site s, définie par le balayage de ligne, atteint la valeur de site s contenue dans le registre de sortie RS c de la mémoire ME. Il est lis dans la position 1 (position initiale) à chaque début de balayage de ligne par le signal TL. L'égalité entre la valeur du site O et la valeur se est détectée par un con parateur C1 (premier coiparateur) qui commande l'avancement du compteur CR et la lecture de la mémoire par l'intermédiaire du circuit porte "OU", P2, du circuit à retard R,et d'un circuit de lecture CL. La lecture est également déclenchée à chaque début de ligne par le signal TL. A chaque lecture, le registre de sortie RS reçoit la valeur de site s et c la valeur de distance de contenues dans le mot dont l'adresse est affichée à cet instant par les deux compteurs CC et CR. la valeur du site s est élaborée sous forme numérique par un ensemble clas- Bique constitué par un générateur DS de signal en dents de scie, un générateur d'impulsions GI et un compteur de site CS. le générateur GI fournit une impulsion chaque fois que l'amplitude du signal en dents de scie déclenché par le signal TL augmente d'une même quantité. Les impulsions sont comptées par le compteur CS et leur nombre représentant le site s est envoyé au comparateur C1. le tableau de la figure 9 et celui de la figure 4 permettent de résumer le Sonctionnenent du système pour le profil de paysage de la figure 3. Ce profil correspond à une valeur déterminée de gisement gn et à une position n du comp- teur de colonnes CC. Lorsque le compteur CC atteint cette position, le compteur de rangs est lis dans la position 1 par le signal TL. Les valeurs affichées par le registre RS, qui correspondent au rang 1 de la mémoire,sont les valeurs S1 et d3 tandis que le compteur de site CS affiche la valeur 0 correspondant à la valeur nulle du site initial. le tableau de la figure 9 résume les différentes phases du fonctionnement lorsque le site croît de la valeur O à la valeur axi-us s du point extrême x - du paysage. Du site 0 au site se, la luminance Lu de la liquette est nulle, le contact K est donc sur la position R, l'image sélectionnée est celle du paysage et l'observateur aperçoit le profil e. Du site se au site s1, la luminance Lu n'est plus nulle (L#o) et la dis tance d fournie par le lecteur de bandes est inférieure à la distance d (d =d ) o cc3 affichée par le registre RS. Il en résulte que le contact K est sur la position T et que l'image sélectionnée est celle de la maquette. L'observateurpeut donc voir le profil e n de l'objet. Lorsque le site atteint la valeur s1, le comparateur C1 détecte l'égalité s = s1 et fait avancer le compteur de rangs CR d'une position. Ce dernier passe donc en position 2 tandis que le registre RS affiche les valeurs s2 et d1. La distance d choisie pour l'objet étant supérieure à d1 le contact K est sur o la position R et l'image sélectionnée est celle du paysage. L'observateur voit donc le profil AB d'un masque du paysage. Lorsque le site atteint la valeur sm, la luminance Lu devient nulle sans provoquer de changement d'images. En 52 par contre#, le compteur de rangs avance d'une position, car le site s affiché par le registre RS est égal à Ce compteur passe donc dans la position 3 et les valeurs affichées par le registre de sortie RS sont s3 et d3. le fonctionnement continue ainsi jusqu'au rang 5 pour lequel les données en mémoire sont égales aux coordonnées Sx et d du point du profil le plus éloigné x en site et en distance. Lorsque le site extrême de ce point est atteint,un nouveau balayage en site commence pour la valeur déterminée suivante de gisement. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATION Système d'incrustation d'images pour simulation d'objets mobiles au milieu d'un paysage, dans lequel, à partir d'une image de paysage repérée en site et en gisement, d'une maquette animée d'un objet, d'une première pluralité de données définissant l'emplacement et l'attitude de cet objet dans le paysage, l'image du panorama animé est obtenue, point par point, par analyse de l'image du paysage par un premier convertisseur optique/électronique et par une analyse en synchronisme de l'image de la maquette par un second convertisseur optique électronique, l'image du panorama animé est fournie par un convertisseur électr#iique/optique, dont le signal d'entrée à vidéo fréquence est obtenu par sélection, au moyen d'un comsutateur à deux positions, entre le signal de sortie du premier conviez tisseur et le signal de sortie du second convertisseur, ledit système étant caractérisé en ce que - le premier et le second convertisseurs optique/électronique analysent l'image du paysage et l'image de la maquette de telle façon que le balayage de lignes soit affecté au balayage en site de ces images et qu'a chaque ligne corresponde une valeur déterminée de gisement, en ce qu'il fait, en outre, appel à une seconde pluralité de données constituées par les coordonnées en site et en distance de points caractéristiques, ces points étant, pour chaque profil de paysage représenté suivant un système d'axes repérés en distance et en site et propre à une valeur déterminée de gisement, les points de ce profil dont le site est maximum ainsi que les points dont le site est minimum lorsque ces derniers points représentent des points réels situés au dessus du sol, en ce qu'il comprend - une mémoire dans laquelle les mots sont classés par rangs et par colonnes, le compteur de colonnes de cette mémoire avançant d'une position avant chaque balayage de ligne et étant mis à sa position initale à chaque changement d'images 3 à chaque position étant affectée une colonne et une valeur de gisement partie lières ; le compteur de rangs de cette mémoire avançant d'une position lorsqu'un premier comparateur détecte l'égalité entre la valeur du site définie par le balayage de site et la valeur de site affichée dans le registre de sortie, ce compteur étant mis à sa position initiale avant chaque balayage de ligne et l'ordre de ses positions successives correspondant à l'ordre croissant des rangs dans chaque colonne ; le contenu des mots étant formé par une valeur de site et par une valeur de distance de points caractéristiques ; dans chaque colonne étant stockés les sites des points caractéristiques appartenant au profil de paysage propres à cette colonne, ces sites étant rangés par valeurs croissantes dans l'ordre croissant des rangs ; à chaque site maximum étant associée la distance du point caractéristique correspondant, et à chaque site minimum étant associée la distance du point caractéristique dont la valeur est immédiatement supérieure à celle du point du sol dont le site est égal à ce site minimum, et en ce que - la position du commutateur est commandée par des moyens comprenant, par exemple, un circuit porte "ET", un second comparateur et un circuit à seuil d'amplitude, de telle sorte que le signal fourni par le second convertisseur soit sélectionné pour former l'image du convertisseur électronique/optique lorsque, simultanément, la distance de l'objet est inférieure à la distance de point caractéristique contenue dans le registre de sortie de la mémoire et que la luminosité dudit signal est supérieure à une valeur seuil prédéterminée, le signal fourni par le premier convertisseur étant sélectionné dans les autres cas.