Brevet FR2386877A1 — publié le 19781103

La présente invention se rapporte à la production d'images de fond dans des dispositifs de visualisation, et concerne plus particuliàrement un procédé et un appareil de formation d'un panorama marin continu, tel qu' il serait vu d'un aéronef, dans une perspective déterminez par l'altitude, l'attitude et le cap de l'aéronef et avec un mouvement apparent déterminé par la vitesse de ce dernier. L'invention est destinée particulièrement aux dispositifs d'entraînement sur simulateur de vol. L'appareil d'entraînement au vol aux instruments de Edwin A. Link et destiné au nvol sans visibilité" est bien connu sous le nom de "Boite bleuen mais d'autres tentatives ont été faites pour présenter une simulation réaliste du sol tel qu'il apparaîtrait au pilote d'un aéronef. Le Brevet des Etats Unis d'AmOrique N 2 385 291 décrit un dispositif dans lequel le pilote d'un simulateur de vol voit une image projetée d'un film préalablement tournez ce Brevet décrit un appareil et un procédé permettant de déplacer l'image projetée en fonction de la trajectoire de vol simulée. Des dispositifs plus élaborée comprenant une caméra et une maquette ont ensuite été développés et perfectionnés pour permettre à une caméra de voler au-dessus d'une maquette du sol, la caméra se déplaçant en fonction des variations de vitesse, d'altitude et d'attitude du simulateur de vol.Le champ de la caméra est présenté sous la forme d'une image à l'infini vue par le pilote à travers les fenêtres du simulateur Bien que ces dispositifs à films et à caméra et maquette soient actuellement très véridiques, ils présentent tous l'in- convénient d'obliger le pilote à l'entraînement de voler dans une région relativement réduite c'est-à-dire qui a été placée sur un film ou présentée sur la maquette à la caméra. Le générateur de sol synthétique décrit dans le Brevet des Etats Unis d'Amérique N 3 911 597 représente une tentative récente de voler au-delà des limites de la maquette de terrain. Quand le pilote à l'entraînement approche des limites de la maquette ou du film, un nuage simule apparaît et le pilote doit le traverser. Lorsqu'il en sort, il "voit" un sol produit synthétiquement et qui se déplace au-dessous de lui à une vitesse qui correspond à la vitesse simulée. L'aspect de la présentation change quand le pilote effectue des manoeuvres en altitude et en attitude (passage sur le dos, virage, roulis, tangage, et lacet). La portée du pilote au-dessus du terrain synthétique est illimitée. Après un vol d'une certaine durée, il peut revenir à 11 endroit initial représenté sur le film ou sur la maquette ou, avec des dispositions appropriSes, un nouveau film ou une nouvelle maquette peut lui Titre présenté. Le sol produit synthétiquement avec sa disposition géomé- trique régulière se prête parfaitement à la stimulation du vol sur terre ferme. Mais, pour l'entraînement au vol en mer, le générateur de terrain synthétique laisse à désirer. Un pilote qui vole au-dessus de la mer attend à voir des vagues de forme non régulière et non géométrique. L'invention a donc pour objet de présenter un panorama marin non limité sur lequel un pilote à l'entraînement peut voler, dans un simulateur de vol. L'invention a aussi pour objet de présenter un panorama marin non limité à un pilote à l'entraînement avec les apparences de vitesse, d'altitude, d'attitude et de cap Un cliché de panorama marin constitué par exemple par quatre clichés identiques de 50 x 50 mm est monté sur la plaque de fibres optiques d'un analyseur à point lumineux mobile. Les quatre images identiques sont assemblées entre elles de manière que les raccords sont inviaibles et qu'il n' ait aucune ligne de séparation entre elles. La trame de l'analyseur se dé- place sur la surface du cliché, à une vitesse qui représente la vitesse de l'aéronef simulé et sous une forme qui reflète son roulis, son tangage, son lacet et son altitude. Une limite invisible est établie sur le cliché et qui, lorsqu'elle est coupée par le nadir de l'aéronef simulé, provoque le passage de la trame de l'analyseur dans une nouvelle position de cliché dont l'image est identique à celle où elle se trouvait. La trame de l'analyseur semble donc se déplacer sur un panorama marin de dimension illimitée.La lumière de l'analyseur qui traverse le cliché est recueillie et rencontre un détecteur photosensible, par exemple un photo-multiplicateur dont le signal de sortie est transmis de la manière habituelle à un dispositif électronique de visualisation. Le pilote à ltentratnement voit ainsi l'image finale comme il verraitla mer d'un aéronef dont le vol est aLmulé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé . donné uniquement à titre d'exemple nullement limitatif La Fig. 1 illustre un dispositif auquel l'invention s'applique, et la Fig. 2 représente un mode de réalisation d'un cliché qui convient pour la mise en oeuvre de l'invention. Les présentations de sol synthétique constituent des sur- faces d'entraînement non limitées pour les pilotes des imula- teurs de vol. Les impressions d'altitude sont données en aug mentant ou en diminuant la surface du terrain qui est vue suivant que l'aéronef simuld vole plus haut ou plus bas. Des chan gements de perspective sont faits dans la présentation en uti lisant un calculateur de trame analogique dynamique, d' une manitre bien connue, afin de simuler les changements d'attitude de l'aéronef. Les changements de cap peuvent Titre signalés par une rota tion appropriée de la trame de présentation. La vitesse à laquelle passe la présentation sur la face du dispositif de vi sua- lisation donne une impression de la vitesse simulée de l'aéronef. D'une manière similaire, une présentation marine ou de terre ferme obtenue initialement à partir d'une image conservée sur un cliché monté sur la face d'un analyseur à point lumineux mobile peut donner des impressions d'altitude, d'attitude, de cap et de vitesse. La dimension de la trame de l'analyseur, c'esst-à-dire la dimension de la surface du cliché éclairée, détermine la surface vue sur l'image finale par le pilote du simulateur. La surface couverte par l'image finale est une fonc tion de la dimension de la trame de l'analyseur, qui varie en fonction de l'altitude de l'aéronef simulé. La trame de l'ana lyseur est d8form8e eelectiuement par un calculateur de trame analogique pour donner les impressions d'attitude. La vitesse à laquelle une trame donnée se déplace sur la face de 1' analyseur indique la vitesse de l'aéronef simulée. Le pilote à l'entraînement qui commande le simulateur dé passerait rapidement les limites de la surface présentée par le cliché, à moins que les principes qui seront décrits ci-aprè ne soient appliqués. Ces principes conviennent aux panoramas marins pour la simulation des vols en mer et des surfaces forestires serrées ou autres surfaces du sol dans lesquelles le terrain vu de 1 aRronef se présente sous une forme stricterent répétitive. La figure 1 illustre l'application de l'invention. Un calculateur, non représenté, contient les équations de vol de l'aéronef piaulé ainsi que d'autres paramètres nécessaires pour entraîner le pilote du simulateur, de la manière bien connue. L'interface 11 du calculateur reçoit des données provenant de ce dernier et indiquant l'altitude dynamique, l'attitude la vitssse et le cap de l'aéronef ainsi que des paramètres de perspective statique, nécessaires pour permettre la correction des distorsions optiques, de présentation et des distorsions géométriques de visualisation. Un générateur de balayage 12 reçoit les signaux de sortie de l'interface 11 et les traite pour effectuer les corrections dynamiques et statiques nécessaires pour la perspective finale de l'image. Les signaux de balayage sont appliqués à uz circuit 13 d'attaque de tube à rayons cathodiques qui commande le faisceau d'électrons de l'analyseur 14 à point lumineux mobile, formant ainsi une trame dlune forme et d' une dimension qui sont déterminées par le signal provenant du générateur 12. L'analyseur 14 comporte une face 14a à fibres optiques avec laquelle le cliché 15 est en contact intime. La lumière produite par le faisceau de l'analyseur traverse le cliché 15 et elle est recueillie par le dispositif optique 16 qui la trans fère au photo-multiplicateur 17. Ce dernier détecte la lumière et son signal de sortie est appliqué au processeur d'image 18 et de là au dispositif de visualisation, non représenté. Le générateur de balayage 12 peut comporter un générateur de vitesse, un calculateur de trame analogique dynamique tel que celui décrit dans le Brevet des Etats Unis d'AmOrique NO 3 911 597 précité, et un régulateur numérique. Le générateur de vitesse reçoit les termes de vitesse X et Y provenant de l'interface de calculateur 11 et, selon un mode de réalisation, il peut convertir ces tenues en un signal d'horloge de vitesse dont les impulsions sont comptées par comparaison avec unowp- tage de référence indiquant une position connue de la trame sur l'analyseur 14.De cette manière, la position de la trame sur la face de l'analyseur et par conséquent, sur la surface du cliché 15, est toujours connue par rapport à une position de référence spécifiée. Le générateur de vitesse peut également fournir des signaux analogiques de vitesse au calculateur de trame analogique. Le calculateur de trame analogique met en forme les signaux de balayage de l'analyseur 14 de manizre à suivre dynamiquement les paramètres dynamiques de l'aéronef et les paramètres statiques de distorsion optique. Un régulateur numérique peut Entre utilisé pour éviter les changements brusques de présentation visuelle chaque fois que des données sont changées dans le calculateur. Ce régulateur nwné- rique peut strie selul décrit dans la demande de Brevet des Etats Unis d'Amérique N 650 102 déposée le 19 Janvier 1976 au nom de D. L. Peters. L'analyseur 14 à point lumineux mobile peut Entre un tube à rayons cathodiques avec une plaque à fibres optiques, de Litton Industries Inc., L 4229-01/LP201. La plaque à fibres optiques comporte une surface intérieure usinée avec précision sous une forme sphérique dont le rayon correspond au rayon de dvia- tion du faisceau de l'analyseur, éliminant ainsi la distorsion en "coussin". Les techniques normales de correction de linéarité peuvent réduire la distorsion résiduelle à moins de 0,025 mm ou la dimension du un point lumineux sur toute la surface utile de l'écran du tube. La plaque à fibres optiques permet d'utiliser directement l'image d'un cliché en contact avec la plaque sur la surface de l'écran du tube. Pour le tube mentionné ci-dessus, le fabricant indique que le nombre f effectif pour la plaque à fibres optique en contact direct est f/o,7. Ce nombre f estrtmement réduit, combiné avec d'autres caractristiques du tube, permet d'obtenir un rapport signal/bruit de 40 dB. Le cliché 15 est représenté sur la figure 2. L'image 20 d'un panorama marin ou autre sol répétitif est constitué de quatre images identiques I à IV obtenues selon des procédés connus d'impression répétitive de haute précision. Les images I à IV se chevauchent de manière à intégrer régulièrement les vagues ou autres motifs répétitifs aux jonctions entre les images voisines. Ces jonctions sont fusionnées de manière à Stre indiscernables à l'oeil dans la visualisation finale. Le périmètre 21 du lieu du nadir, représenté pour simplifier l'explication sur la figure 2, ne fait pas partie de l'image du cliché 15. Ce périmètre 21 est une frontière invisible qui, lorsqu'elle est coupée par le nadir de l'aéronef simulé ramène la trame de l'analyseur 14 par exemple de 1 image I à un point identique de l'image III. L'image sur laquelle la trame est réellement ramenée est déterminée par la trajectoire de vol de l'aéronef à l'instant considéré. En pratique, la trame n'est pas ramenée à l'instant où le nadir de 1'aRronef coupe le périmètre 21. Le déplacement se produit pendant la période suivante de retour de balayage vertical de l'analyseur 14. Le générateur de vitesse, décrit rapidement comme une partie du générateur de balayage 12, garde la trace de la position de la trame sur la face de 1' analyseur 14 et par conséquent, sur le cliché 15. Quand le périmètre du lieu du nadir est franchi, un compteur à dépassement continue à compter quand le nadir continue à avancer au- delà du périmètre Quand le retour de balayage vertical se produit, le compteur à dépassement peut être utilisé pour mettre en place le compteur de position de trame, et ainsi, la trame est déplacée de manière que le nadir de llaéro- nef se trouve dans une nouvelle position du cliché dont ltimage est identique à celle où se trouvait l'aéronef avant le début du retour de balayage vertical. Le collecteuroptique 16 peut Titre tout dispositif connu mais, pour un meilleur rendement de collecte de lumière, le dispositif optique à reflexion interne totale décrit dans la demande de Brevet des Etats Unis d1Amérique NO 742 288 déposée le 15 Nov. 1976 au nom de R.A. Mecklenburg, est recommandé. Le processeur d'image 18 peut comporter un générateur d'effets spéciaux qui produit une transition d'horizon réaliste entre le ciel et la mer, ainsi que des effets de nuages et autres. L'invention concerne donc un appareil et un procédé de simulation d'une surface non limitée d'entraînement au vol utilisant plusieurs images identiques sur un cliché et en faisant "voler" la trame d' un analyseur à point lumineux mobile sur ce cliché de manière telle que cette trame soit ramenée dans une nouvelle position dans laquelle l'image est identique à la pré édente chaque fois que la trame approche des limites de ltimage du cliché. REVENDICATIONS 1 - Procédé de formation d'unesurface non limitée d'entratne- ment au vol pour un simulateur de vol comportant un dispositif de visualisation dans lequel l'image finale présentée à I'observateur est obtenue à partir d'une image filmée, procédé caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à placer dans ledit dispositif de visualisation un cliché d1 une image d'une surface répétitive, constitué par plusieurs images identiques qui se chevauchent de manière à intégrer régulièrement les images de surface répétitive aux jonctions d'image voisines, lesdites jonctions étant reliées de manière à titre indiscernables à l'oeil, à éclairer des surfaces déterminées dudit cliché au moyen d'un faisceau lumineux qui traverse ladite surface déterminée sous forme d'une trame, à commander le mouvement de ladite trame le long dudit cliché d'une manière analogue à la ligne de vol d'un aéronef qui se déplace au-dessus de lasurface dont le cliché porte l'image, à changer brusquement la position de ladite trame pendant une période prédéterminée quand cette trame arrive à une distance prédétermine des limites de l'image filmée sur ledit cliché, à sélectionner une nouvelle position de ladite trame de manière à éclairer sur le cliché une image identique à celle qui était éclairée au moment où ladite position de la trame a été brusquement changée, et à répéter les opérations depuis la commande du mouvement de ladite trame jus- qu'à la sélection d'une nouvelle position pendant toute la période où le dispositif de visualisation est utilisé. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste également à commander la dimension et la forme de ladite trame afin d'introduire les distorsions voulues ainsi que les changements de perspective voulus. 3 - Dispositif de production d'une surface non limitée dtentratnement au vol destiné à un simulateur de vol comportant un dispositif de visualisation dans lequel l'image finale pré- sentie à l'observateur est obtenue à partir d'une image filmée, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un-cliché utilisé dans ledit dispositif de visualisation et constitué par plusieurs images identiques d'une surface répétitive, se chevauchant de manière à integrer régulièrement les images de surface répétitive à la jonction entre les images voisines, lesdites jonctions étant reliées de manière à Entre indiscernables à l'oeil, un dispositif qui éclaire des surfaces déterminées dudit cliché sous forme d'une trame, un dispositif qui déplace ladite trame sur ledit cliché d'une manière analogue à la ligne de vol d'un aéronef se déplaçant au-dessus de la surface dont le cliché porte l'image, un dispositif de repositionnement rapide de ladite trame pendant une période prédéterminée apparaissant après que ladite trame est arrivée à une distance prédéterminée des limites de l'image filmée sur ledit cliché et un dispositif de sélection du lieu de repositionnement de ladite trame de manière que cette dernière éclaire sur le cliché une image identique à celle éclairée au moment où le repositionnement de ladite trame a été déclenché. 4 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qlt'il comporte un dispositif qui commande la dimension et la forme de ladite trame de manière à introduire les distorsions voulues et les changements de perspective voulus.