Brevet FR2448819A1 — publié le 19800905

L'invention concerne l'amélioration des procédés d'inscription images synthétisées par ordinateur. L'invention a trait au domaine de la simulation, dans des applications multiples, telles que méthode d'enseignement, surveillance des positions de mobiles, ou méthode d'entratnement au combat d'aéronefs. La visualisation d'informations de toute nature sur grand écran, a lieu actuellement sous la forme d'une production lumineuse par l'écran lui-m8me,.ou par la projection d'images filmées ou d'images télévision. Mais, dans le cas de projection d'images, l'opérateur ne possède pas le contrôle de l'image projetée et ne peut pas la modifier, à son gré ; et dans le cas de production par 1'écran, 1'électronique de commande se révèle trop complexe, lorsque l'image comporte une densité dtinforma- tions trop importante. Les ordinateurs actuels présentent une capacité de stockage d'informations suffisante et des possibilités de calculs suffisamment rapides pour les utiliser afin de synthétiser des images de paysage, relativement simples, et que l'on peut faire varier rapidement en fonction de la position et de la vitesse relative observateur-mobile. Cette synthèse de l'image par l'or- dinateur fait partie de l'art antérieur, qu'il n'y a pas lieu de décrire ici d'une manière plus approfondie, comme ne faisant pas partie à proprement dit de l'invention. L'invention concerne plus précisément l'affichage d'informations, générées par un ordinateur, au moyen d'un projecteur Titus. Un tel projecteur est décrit amplement dans la revue Acta Electronica, volume 18, numéros 2 et 3, Juillet 1975, et protégé par divers brevets, déposés en France au nom des LABORATOIRES D'ELECTRONIQUE ET DE PHYSIQUE APPLIQUEE L.E.P., tels le brevet de numéro 1 479 284 et ses certificats d'addition. L'invention vise à couvrir l'utilisation de ces tubes Titus, pour la projection d'informations générées par un ordinateur, et inscrites selon un mode de balayage adapté à la qualité des informations. En effet, d'une manière générale, un paysage synthé tisé par l'ordinateur, se présente sous la forme de domaines équilumineux, auxquels on peut superposer éventuellement des points lumineux (balises, feux d'aéroports, étoiles ...). La quantité d'informations contenue dans une telle image est nettement plus faible que celle contenue dans une image ordinaire. Ainsi, la bande passante nécessaire pour transmettre la quantité d'informations contenue dans une image synthétique est théoriquement nettement inférieure à celle nécessaire pour une image de télévision classique, dans le rapport des quantités d'informations. L'invention vise donc à mettre à profit cette diminution de quantité d'information1 pour améliorer la résolution géométrique de l'image, ceci sans augmentation de la bande passante. Pour ce faire, conformément à l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il consiste à inscrire l'image au moyen d'un balayage du type télévision, balayage dont la vitesse peut prendre au moins deux valeurs distinctes, une première vitesse, élevée, servant à inscrire l'intérieur des domaines1 une seconde vitesse, lente, servant à inscrire les transitions entre les différents domaines ôquilumineux de ladite image. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre comment l'invention se réalise. La figure 1 est un schéma général de l-'agencement du dispositif de projection et des éléments de commande. La figure 2 est un schéma du dispositif de projection. La figure 3 est un schéma synoptique du dispositif de traitement des signaux. La figure 4 est un exemple d'une image synthétisée par ordinateur. Selon la présente invention, décrite en référence à la figure 1, la projection d'images synthétisées par un ordinateur i, munie éventuellement d'une console d'entrée d'informations sup plômentaires 2, s'effectue sur un grand écran 3 qui peut, pour certaines applications particulières, telle la simulation de l'espace, être sphérique, au moyen d'un dispositif de projection propre à cet usage, 4, et comportant des tubes Titus, qui sont des relais électro-optiques, à effet Pockels.Le signal vidéo, semis par ltordinateur 1, 1, selon un programme d'instructions qui peut varier suivant la fonction propre du dispositif, le paysage ou même la qualité des informations à projeter, est transmis par un canal à faible bruit, à un dispositif électronique de commande 5, qui sera décrit plus en détail ultérieurement et dont les fonctions principales consistent à sélectionner la vitesse de balayage, et à modifier le spectre de fréquences du signal vidéo, le signal étant ensuite amplifié par un amplificateur 6, avant d'être appliqué au dispositif de projection 4. Lorsqu'un tel dispositif est utilisé à des fins de simulation de vol aérien (ou de combat aérien) l'observateur est situé dans une simili-cabine 7 au centre de l'écran sphérique 3, et les instructions relatives à la modification de la vitesse ou de la position de l'avion que l'observateur est censé conduire, sont adressées en retour à l'ordinateur 1, pour qu'il puisse modifier l'image suivante à synthétiser. Le dispositif de projection; tel que représenté en détail à la figure 2, comporte des tubes Titus qu'il n'y a pas lieu de décrire ici, comme parfaitement décrits dans les brevets et revues précédemment cités, mais dont l'agencement présente un intérêt certain, pour celui qui désirerait mettre en oeuvre l'invention, dans son meilleur mode de réalisation. Ainsi, décrit en référence à la figure 2 qui représente plus en détail le dispositif de projection, trois tubes Titus, ré férencés 11, 12 et 13 sont donc placés virtuellement sur un même axe, au moyen de lames séparatrices dichrotques 14 et 15, et modulent ainsi les trois composantes (rouge, verte et bleue) de la lumière émise par un arc au xénon 16, réfléchie par un miroir el lipsoidal 17 et polarisée par un polariseur 18. Les références 19 et 20 indiquent des objectifs de projection, destinés à collimater le faisceau lumineux polarisé issu de la source (arc au xénon 16) et la référence 21 indique une soufflerie, destinée à refroidir l'arc au xénon 16. Le faisceau lumineux est ensuite repris par une optique de projection 22 orientée de manière à pouvoir former l'image sur la portion de l'écran 3, dans le champ de vision de l'opé- rateur-observateur 7 de la figure 1. Dans le cas où il y aurait plusieurs dispositifs de projection, il est alors possible de situer les différentes images projetées l'une par rapport à l'autre. Un jeu de points lumineux fixes (issus par exemple de diodes électroluminescentes fixées à ltécran), permet de cadrer l'image préalablement à toute projection. Conformément à la présente invention, chaque ligne de balayage est décomposée en une succession de zones correspondant, successivement, les unes à l'inscription du fond de l'image, les autres à l'inscription des transitions séparant les domaines équilumineux de l'image. Dans le signal vidéo généré par l'ordinateur, le spectre de fréquence des zones équilumineuses est constitué de fréquences basses, tandis que le spectre de fréquence des zones de transition est constitué de hautes fréquences. Soit f une fréquence temporelle contenue dans le signal o vidéo généré par l'ordinateur. L'image est normalement recons tituée au moyen d'un balayage de type télévision, balayage effectué-à la vitesse vO, de manière à restituer la fréquenec spa tiale f = fo/vo. Pour obtenir la même fréquence spatiale f au s s moyen d'une vitesse de balayage v différente de vO, il faut préa- lablement multiplier la fréquence f0 par le rapport des vitesses v/vO. Cette opération est un changement d'échelle de temps, elle~ ne peut être effectuée que sur un signal préalablement enregistrô. La bande passante vidéo étant fixée, onaméliore la rgc solution géométrique de l'image en diminuant les haute fréquences des zones de transition au moyen d'une vitesse de balayage lente1 tandis que, pour conserver la même périodicité des images, leszones équilumineuses sont inscrites au moyen d'une vitesse de balayage élevée. L'application de cette technique au tube Titus est sim- plifiée lorsque ce tube est utilisé selon le mode dit "par stabilisation de potentiel" ; dans cette hypothèse, la luminance de l'image reste indépendante, dans certaines limites, de la vitesse de balayage, même si le courant de faisceau est maintenu constant. Le mode d'enregistrement du signal vidéo, le changement de l'échelle de temps et la sélection de la vitesse de balayage sont effectués par un dispositif électronique qui sera décrit en référence à la figure 3 des dessins annexés, figure qui représente un schéma synoptique des fonctions à exécuter. Selon ce dispositif, le traitement du signal vidéo est effectué sur une seule ligne à la fois, les vitesses rapide v1 et lente v2 étant fixées préalablement d'après la quantité d'information contenue dans les images à projeter. Le signal vidéo V et les signaux de balayage ligne X et trame Y, générés par l'ordinateur, sont appliqués aux trois entrées du dispositif. Le signal X qui est une succession de dents de scie, est dérivé dans un circuit dérivateur 23, et sert notamment à synchroniser l'horloge 24. Le signal vidéo V est échantillonné dans un circuit échantillonneur 25, puis enregistré dans un registre analogique 29, ces deux opérations étant effectuées à la fréquence d'horloge issue de 24. Le circuit 26 calcule la valeur absolue de la dérivée du signal vidéo, il fournit donc la séquence temporelle des zones d'égale luminance et des transitions entre zones. Compte tenu de la structure de l'image, ce signal ne peut prendre que l'une des deux valeurs désignées arbitrairement par zéro et par un, la première correspondant aux zones d'ôquiluminance, la seconde correspondant aux transitions. Cette séquence est enregistrée dans un registre numérique30, à la fréquence d'horloge issue de 24, si multanément à l'enregistrement du signal vidéo échantillonné. La fréquence du signal de synchronisation issu de 23 est divisée par 2 dans le diviseur 31. Le signal issu de 31 commande les commutateurs 27 et 28, permettant ainsi d'enregistrer les signaux correspondant à une même ligne, alternativement dans les registres 29 et 30 d'une part, et 29' et 30' d'autre part. Le signal issu de 31 commande également, après inversion, les deux commutateurs 32 et 33, permettant de lire alternativement les signaux préalablement enregistrés dans les registres 29 et 30 d'une part, et 29' et 30' d'autre part. Ainsi, pendant l'enregistrement d'une ligne, on procède à la lecture de la ligne précédente. Le signal vidéo modifié V' est obtenu à la sortie du commutateur 32. La permutation des signaux dthorloge utilisés en mode enregistrement et des signaux d'horloge utilisés en mode lecture, est effectuée au moyen du commutateur 38 commandé par le signal issu de 31. Après avoir subi un retard égal à la période ligne, dans la ligne à retard 34, le signal issu de 23 sert à synchroniser l'horloge 35 dont la fréquence est supérieure à celle de l'horloge 24. La fréquence du signal de l'horloge 35 est ensuite divisée par v1/v2 dans le diviseur 36. Les signaux issus des horloges 35 et 36 sont utilisés pour la lecture des registres. Le signal issu du registre temps en cours de lecture, 30 ou 30', sélectionne, par l'intermédiaire du commutateur 37, la fréquence de l'horloge de lecture appropriée. Lorsque ce signal est au niveau zéro, la lecture est effectuée au moyen de l'horloge dont la fréquence est la plus élevée, fournie par 36 inversement lorsque ce signal est au niveau un, la lecture est effectuée au moyen/l'horloge de fréquence la plus basse, issue de 35. Le signal de balayage ligne X' est obtenu à la sortie de l'amplificateur différentiel 41, par différence entre un signal en dents de scie, de pente v1. délivré par le générateur 39 et un signal issu du générateur 40. Ce générateur 4o est commandé par le signal issu du registre temps, lorsque ce dernier est au niveau zéro, le générateur 40 délivre un signal constant, tandis que lorsque le signal issu du registre temps est au niveau un, le générateur 40 délivre un signal en dents de scie de pente v1 - v2. Le signal de balayage trame Y' est obtenu en retardant le signal Y de la durée d'une période ligne au moyen de la ligne à retard 42. Les signaux de balayage X' et Y' peuvent alors être amplifiés, et servent à adresser le faisceau d'électrons qui, dans le tube Titus, balaye une face d'un cristal de DKDP Le signal vidéo T' est appliqué à la grille de commande du tube Titus ; il modifie la charge électrique, donc la birôfringence du cristal de DKDP, ce qui permet de moduler le faisceau lumineux polarisé issu d'une source lumineuse extérieure (arc au xénon 16, dans la figure 2). La figure 4 est un exemple d'une scène pouvant être générée par un ordinateur. La modification de la position et de la vitesse d'un observateur par rapport à cette scène est calculée par l'ordinateur, qui modifie pour chaque nouvelle image les informations nécessaires à sa construction, et délivre ainsi une image qui se modifie dans le temps, et qui peut servir à la simulation de paysage d'environnement, pour la conduite de mobiles en tout genre, et plus particulièrement d'aéronefs. Il est bien évident pour l'homme de l'art qu'une telle description n'est pas limitative, notamment dans la donnée d'un schéma synoptique pour le mode d'enregistrement et le changement d'échelle de temps du signal vidéo, ainsi que pour la sé- lection de la vitesse de balayage, et que toute modification non essentielle entre dans le cadre de la présente invention telle que revendiquée ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé d'inscription d'images synthétisées par ordinateur et comprenant des domaines équilumineux, par un balayage de type télévision au moyen d'un faisceau d'électrons d'un cristal d'un relais optique à effet Pockels, caractérisé en ce que le balayage s'effectue avec au moins deux vitesses, la plus élevée étant utilisée pour inscrire l'intérieur des domaines, la plus lente étant utilisée pour inscrire les transitions entre les différents domaines équilumineux de ladite image. 2. Procédé d'inscription d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on enregistre dans un registre des blocs d'au moins une ligne de balayage, puis en ce que l'on multiplie les fréquences contenues dans le spectre du signal vidéo contenu dans ce registre, par un facteur proportionnel à la vitesse de balayage. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du-procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend~ au moins un ordinateur destiné à synthétiser l'image, un dispositif électronique pour le traitement du signal vidéo et pour la détermination de la vitesse de balayage, un dispositif de projection composé d'un ou plusieurs projecteurs du type relais optique à effet Pockels et/ou un écran plan ou sphérique. 4. Utilisation du dispositif selon la revendication 3 à des fins d'enseignement, d'affichage et/ou de simulation.