Brevet FR2445567A1 — publié le 19800725

L'invention concerne l'amélioration de la projection, sur grand écran, d'images synthétisées par ordinateur. L'invention a trait au simulateur de paysage, dans des applications multiples, telles que méthode d'enseignement, surveillance des positions de mobiles, ou méthode d'entrainement au combat d'aéronefs. La visualisation d'informations de toute nature sur grand écran, a lieu actuellement sous la forme de production lumineuse par l'écran lui-m8- me, 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 ge projetée et ne peut pas la modifier, à son gré ; et dans le cas de production par l'écran, l'électronique de commande se révèle trop complexe, lorsque l'image comporte une densité d'informations 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, mais que l'on peut faire varier rapidement en fonction de la position et de la vitesse de l'observateur ou du mobile. Cette synthèse de l'image par l'ordinateur fait partie de l'art antérieur et l'on décrira, pour exemple, un algorithme particulier, afin que l'homme de l'art puisse réaliser l'invention, mais sans que cela fasse partie à proprement dit de l'invention, ni que cela puisse amener une quelconque limitation à 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 LABORATDIRES D'ELECTROI4UE ET CE 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 projetées selon un mode de balayage adapté à la qualité des informations.En effet, d'une manière générale, le paysage synthétisé 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 visualiser 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'information, pour améliorer la résolution géométrique de l'image, ceci sans augmentation de la bande'passante. Pour ce faire, conformément à l'invention, le procédé d'affichage est remarquable en ce qu'il consiste à inscrire l'image en deux séquences successives, la première séquence consistant à inscrire le fond de l'image à l'aide d'un balayage rapide du type télévision, la seconde séquence consistant à retracer les contours des différents domaines équilumineux de l'image et à inscrire les points isolés à l'aide d'un balayage de type aléatoire. L'idée de l'invention repose sur le fait qu'un tube TITUS peut être balayé selon deux modes de balayage distincts, l'un de type télévision, l'autre de type aléatoire (ou calligraphique), ainsi qu'il est précisé dans le brevet déposé en France le 31 mars 1971, et délivré sous le numéro 2 131 076. Selon une première réalisation de l'invention, le balayage de type télévision est continu, c'est-à-dire que le balayage du fond de l'image, en mode TV n'est pas interrompu lors de la traversée d'une discontinuité. Selon une deuxième réalisation de l'invention le balayage de type télévision est diseontinu, c'est-à-dire interrompu lors de la traversée d'une discontinuité de l'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 du dispositif de projection et des éléments de commande. La figure 2 est up schéma du dispositif de projection. La figure 3 est un schéma synoptique du dispositif de correction. La figure 4 est un algorithme des séries d'instructions, pour la synthèse par un ordinateur de la séquence d'image consistant à retracer les contours des domaines équilumineux. La figure 5 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 1, munie éventuellement d'une console d'entrée d'informations supplémentaires 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, émis par l'ordinateur 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 la fonction principale consis te à calculer les corrections de balayage, 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 similicabine 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, référencés 11, 12 et 13 sont donc placés virtuellement sur un même axe, au moyen de lames séparatrices dichrolques 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 lipsoldal 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 llopérateur-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 l'écran), permet de cadrer l'image préalablement à toute projection. Conformément à la présente invention, l'inscription de l'image s'effectue en deux séquences successives, la première séquence consiste à inscrire le fond de l'image à l'aide d'un balayage rapide du type télévision, la seconde séquence reprend les contours des différents domaines équilumineux de l'image et les points isolés à l'aide d'un balayage de type aléatoire. Ainsi, chaque image étant générée en un temps inférieur au temps d'intégration de l'oeil humain, ce temps est divisé en deux périodes successives et alors que la première période permet de balayer l'intégralité de l'image, par un balayage ligne après ligne, du type télévision, le spectre de fréquence d'une telle ligne étant constitué de basses fréquences dues à l'unifor mité de couleur et de luminance à l'intérieur de domaines de l'image, et de fréquences élevées dues aux discontinuités lors d'un changement de domaines, la seconde période permet de tracer les contours de chaque domaine par un balayage de type aléatoire. Ce nouveau procédé de projection d'images peut ainsi s'effectuer selon deux variantes - dans une première variante, le balayage de type télévision n'est pas inter rompu, lors d'un changement de domaine, et le spectre de fréquence d'une tel le ligne-image comprend une partie des fréquences élevées dues aux disconti nuités, la transition entre deux domaines adjacents n'étant plus instantanée mais douce. Comme il n'existe pas de corrélation entre les instants d'inscrip tion d'un point en mode calligraphique, et d'effacement de celui-ci, en mode TV, la durée pendant laquelle ce point reste inscrit dépend de sa position et du contenu de l'image. Pour atténuer cet effet et assurer que l'impression vi suelle soit indépendante de la structure de l'image, on peut fractionner l'image en un certain nombre de bandes comportant un même nombre de lignes. - dans une seconde variante, le balayage de type télévision est interrompu pen dant les intervalles de temps correspondant à l'inscription des discontinui tés, le spectre de fréquence d'une telle ligne-image ne comprenant plus de fréquences élevées, et l'image n'a pas besoin d'être fractionnée. Le tracé des contours lors de la seconde période de balayage a pour effet, pour ces deux variantes, de rendre abruptes les transitions de luminance entre domai nes adjacents. Les informations relatives au balayage proviennent de l'ordinateur, tant en ce qui concerne le balayage de type télévision (signal vidéo, interruption du signal vidéo aux discontinuités ...), que le balayage de type aléatoire (trajectoire, intensité ...). Cependant, lors du balayage de type aléatoire, les coordonnées de position d'un point de l'image, coordonnées fournies par l'ordinateur, doivent être corrigées pour tenir compte des caractéristiques par- ticulières au tube TITUS (diamètre du spot électronique ...). Le calcul de ces corrections, relatives au balayage de type aléatoire, peut être effectué par un dispositif électronique de commande relativement simple et qui sera décrit en référence à la figure 3 des dessins annexés, figure qui représente un schéma synoptique des fonctions à exécuter.Les coordonnées de position d'un point de l'image X(t) et Y(t) sont appliquées aux deux entrées du dispositif ; ces signaux à corriger sont alors dérivés dans un circuit dérivateur 23, et 23', les signaux dérivés A et B sont alors appliqués à un circuit 24 qui délivre à sa sortie, un signal les circuits 25 et 25' effectuent alors les rapports entre les signaux appliqués à leurs entrées, soit pour le circuit 25, le rapport et pour le circuit 25', le rapport Du signal B, issu du circuit 23', un comparateur 26 dont l'entrée positive reçoit le signal B, et dont l'entrée négative est reliée à la masse, permet d'obtenir un signal représentatif du signe de B, que l'on notera sign(B) et qui est appliqué aux deux commutateurs bistables 27 et 27', de telle manière que, lorsque 8 est positif, le signal issu de 25, soit affecté d'un signe négatif, alors que celui issu de 25' est affecté d'un signe positif et inversement. Ces signaux sont ensuite amplifiés par un amplificateur à gain variable, 28 et 28', le gain étant une donnée indépendante des coordonnées, mais dépendante notamment du diamètre 'du faisceau d'électrons analysant la cible du tube TITUS et noté , dans ce schéma. Le signal issu de l'amplificateur 28 et noté ty, est alors ajouté dans un circuit sommataur 29, à la coordonnée Y(t), afin d'obtenir la coordonnée corrigée Y'(t) et de meme, le signal issu de l'amplificateur 28' et noté Qx, est alors ajouté dans un circuit sommateur 29', à la coordonnée X(t), afin d'obtenir la coordonnée corrigée X'(t). Ces coordonnées corrigées X'(t) et Y'(t) peuvent alors être amplifiées, conformément à la description faite ci-dessus, et servent à adresser le faisceau d'électrons qui, dans le tube TITUS, balaye une face d'un cristal de DKDP, en modifie la charge électrique donc la biréfringence, ce qui permet de moduler le faisceau lumineux polarisé issu d'une source lumineuse extérieure (arc au xénon 16, dans la figure 2). Afin de permettre à l'homme de l'art de réaliser l'invention, la figure 4 décrit un algorithme particulier, destiné à fournir à l'ordinateur l'ensemble des instructions nécessaires, pour tracer selon un mode pseudo-aléatoire une quantité finie de segments. Cette figure 4 se compose de trois planches qu'il convient de placer les unes à la suite des autres, dans l'ordre alphabétique, pour reconstituer l'algorithme. L'ordinateur comprend initialement en mémoire les coordonnées d'une série de points, qui sont les extrémités de segments à tracer, 1a matrice représentative des segments à tracer et la matrice des luminances de chaque côté des segments à tracer, pour chacune des trois couleurs. Dans une première série d'instructions, de 1 à 11, l'ordinateur choisit un point P. (INS 1 et 2), un point relié Pj (INS 3), calcule l'angle i J Wij compris entre la direction des lignes de balayage en mode TV et le segment P.P. (INS 4), choisit la luminance L (INS 5, 6 et 7) trace le segment PiPj, et 'J l'efface de la mémoire (INS 8 et 9). Si ce segment est le seul ou le dernier segment reliant P. à un autre point, il efface également le point P. I i (INS 1(3 et 11). Dans une deuxième série d'instructions de 13 à 23, l'ordinateur calcule les angles wJk (INS 13) formés par tous les segments PjPk s'il y en a, calcule les différences relatives par rapport au précédent tracé #ijk (INS 14), calcule cette différence modulo 2G, soit aijk (INS 15) et choisit k de telle manière que aijk soit minimal (INS 16) et suivant le signe de Wjk > utilise pour l'intensité du segment à tracer Lkj ou Ljk (INS 17, 18 et 19) puis trace le segment (INS 20) et efface les informations qui ne sont plus utiles (21, 22 et 23). Enfin dans une dernière série d'instructions de 23 à 29, l'ordinateur lit les points P1 reliés à Pk (INS 25) s'ils existent, calcula les angles Wkl (INS 26), les angles relatifs Ejkl (INS 27), ajkl modulo 2II (INS 28) et choisit 1 pour que l'angle ajkl soit maximal (INS 29). Les bouclages nécessaires au bon déroulement des instructions et à l'épuisement de tous les points sont signalés par des flèches avec le numéro de l'instruction de retour. De cette manière, le tracé des segments s'effectue d'une manière pseudo-aléatoire, qui est une des méthodes possibles de génération d'un tracé de segments, sans que la Demanderesse prétende qu'il soit le meilleur, mais qui permet de tracer les segments en un temps minimal. La figure 5 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 modifia dans le temps, et qui peut servir à la simulation de paysage ou d'environnement, pour la conduite de mobiles en tout genre, et plus particulièrement d'aéronefs. I1 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 la correction des coordonnées fournies par l'ordinateur, ou dans celle d'un algorithme permettant le tracé pseudo-aléatoire d'une série de segments, et que toute modification non essentielle entre dans le cadre de la présente invention telle que revendiquée ci-après. REVENDICATIONS : 1. Procédé de projection sur grand écran, d'images synthétisées par un ordinateur, et comprenant des domaines équilumineux et éventuellement des points lumineux, caractérisé en ce qu'il consiste à inscrire les images en deux séquences successives, la première séquence consistant à inscrire le fond de l'image à l'aida d'un balayage rapide du type télévision, la seconde séquence consistant à inscrire les contours des différents domaines équilumineux de l'image et les points isolés à l'aide d'un balayage de type aléatoire. 2. Procédé de projection sur grand écran d'images synthétisées par un ordinateur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première séquence est effectuée de manière ininterrompue. 3. Procédé de projection sur grand écran d'images synthétisées par un ordinateur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première séquence est effectuée de manière interrompue, lors de la traversée par le faisceau de balayage d'une ligne de discontinuité de l'image. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, et comprenant au moins un dispositif de projection composé d'un ou plusieurs projecteurs du type relais optique à effet Pockels, un ordinateur destiné à synthétiser l'image à projeter, et un écran plan ou sphérique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend également un dispositif électronique, pour le calcul des corrections de balayage.