Brevet FR2504673A1 — publié le 19821029

INDICATEUR CARTOGRAPHIQUE A ENREGISTREMENT SUR FILM PHOTOGRAPHIQUE La présente invention concerne un indicateur cartographique à enregistrement de carte sur un film photographique. Les indicateurs cartographiques en question servent à visua- liser une carte géographique mobile à bord de véhicule et ils sont utilisés en particulier pour la navigation aérienne Dans ce concept, l'image de carte visualisée sur un indicateur cathodique représente la zone survolée; à cette carte se rajoutent, généralement, des symboles et inscriptions relatifs à des paramètres de navigation et à la position avion L'image visualisée doit se déplacer comme le sol sous le mobile et son positionnement doit donc être asservi en x, en y et en y, correspondant respectivement aux données longitude, latitude et cap de l'avion, ces données étant fournies par le système de navigation qui équipe le véhicule L'indicateur cartographique comporte un calculateur qui élabore, à partir de ces données, des signaux de commande d'asservissement de position de l'image en x, y et 0. Il est connu par la demande de brevet français 76-20256 du 2 juillet 1976 publiée sous le N O 2 357 022, un indicateur cartogra- phique qui comporte: la carte enregistrée sur un film photo sup- porté par des bobines, un lecteur video d'images selon un balayage ligne par ligne, des moyens d'asservissement de l'image en fonction de la latitude, la longitude et le cap, et des circuits d'exploitation des signaux video de lecture Le lecteur video comporte, soit une source lumineuse et une caméra de télévision, soit un tube d'analyse à spot mobile (flying spot) et un photodétecteur (photomultiplicateur ou autre), des éléments optiques de transport d'image et de foca- lisation, et un générateur des signaux de balayage de la caméra ou du tube flying-spot Dans le cas d'un film couleur, il faut rajouter un séparateur optique trichrome et trois photodétecteurs ou caméras de prise de vues au lieu d'un élément. Le calculateur de bord élabore: en fonction du cap &, les corrections de tensions de balayage pour faire tourner l'image d'une quantité correspondante; en fonction de la latitude y, une com- mande d'asservissement de position du film par rotation des bo- bines; et en fonction de la longitude x, une commande d'asser- vissement de position d'un miroir assurant, par déflexion optique du rayonnement lumineux émis par la source ou le spot mobile, le déplacement correspondant de l'image balayée Les circuits d'exploi- tation comportent un moniteur TV précédé de circuits pour le mélange vidéo avec les signaux de symbologie, ou pour effectuer un traitement désiré, ou encore des commutations de voies vidéo locales. Un but de l'invention est de réaliser le mouvement en x par des moyens purement électroniques et donc statiques, de manière à éviter les inconvénients divers liés à des solutions électro- mécaniques nécessitant le déplacement de pièces mécaniques, miroir ou autre Ces inconvénients portent sur l'encombrement et le poids trop élevés, une fragilité éventuelle, une constante de temps de réponse et, surtout sur une précision limitée, et une sensibilité aux accélérations. Dans un même esprit d'accroissement de la précision, le mouvement longitudinal (en y) est réalisé de façon particulière, comportant un recalage fin asservi aux variations de la latitude. Un objet de l'invention est de réaliser un indicateur carto- graphique dans lequel le calculateur élabore les données de balayage en tenant compte à la fois de la rotation due au cap et des translations en x c'est-à-dire transverses au film dues aux variations de la longitude, le calculateur commande en outre, périodiquement, un balayage en y des perforations latérales, le signal video corres- pondant étant appliqué à un circuit détecteur à seuil pour produire l'information de position longitudinale et permettre le calcul de la donnée de recalage en y à transmettre à l'asservissement. Les particularités de l'invention apparaîtront dans la des- cription qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif, à l'aide des figures annexées qui représentent: Fig 1, un diagramme général d'un indicateur cartographique conforme à la présente invention; Fig 2, un schéma montrant, sur une portion de film notamment, un dimensionnement possible de l'image utile à visua- liser; Fig 3, un schéma illustrant les mouvements de la zone utile en fonction de la longitude et du cap; Fig 4, des formes d'ondes relatives au balayage des perfo- rations latérales; Fig 5, un mode possible de découpe de la carte en un enregistrement sur film; Figs 6, 7 et 8, des images-test pour l'initialisation du positionnement, des contrôles intermédiaires et le contrôle -de linéarité, respectivement. L'indicateur cartographique doit lire la position de film corres- pondant à l'image de la carte géographique à visualiser Pour obtenir ce résultat, les moyens mis en oeuvre permettent: le déplacement dans le sens transversal (en x) de l'infor- mation qui représente le mouvement en longitude du véhicule; le déplacement dans le sens longitudinal (en y) pour repré- senter, de même, le mouvement en latitude; et généralement aussi, la rotation de l'image sur elle-même (en O) pour tenir compte du cap suivi; en outre, subsidiairement, il est prévu le recalage du spot d'analyse et un contrôle de linéarité grâce à la lecture d'images test. La fig 1 représente un mode de réalisation possible de l'indicateur cartographique selon l'invention. Le lecteur video à la partie supérieure comporte le film 1 portant l'enregistrement photographique de la carte géographique. La source de lumière est le spot d'un tube 2 du type flying-spot Ce tube est à luminance élevée et le spot est de très petit diamètre, de l'ordre d'une dizaine de microns Le balayage est du type ligne par ligne, les signaux de deflexion correspondants étant délivrés par un générateur de balayage 3 Un objectif optique 4 forme l'image de la face avant du tube 2 sur le film 1 La lumière émise par le spot est modulée par la transparence du film lors de la traversée du film et est reprise par un condenseur 5 qui la canalise vers l'entrée d'un séparateur trichrome 6 dans le cas considéré d'un film en couleur; les trois voies rouge R, vert V, bleu B sont détectées par les éléments 7, 8 et 9, tels des photomultiplicateurs par exemple, pour produire les signaux video destinés à l'exploitation en 10 et la visualisation couleur. L'objectif 4 est tel que l'image FS de toute la face avant du tube 2 recouvre toute la largeur du film à analyser, comme le montre la fig 2 En réalité, on veut afficher sur l'écran de visualisation que l'information contenue dans une surface utile SU de forme rectangulaire, carrée ou autre, et dont les dimensions sont nettement inférieures à la largeur Lx de l'enregistrement sur le film Cette surface utile SU correspond à l'image à visualiser Grâce à une commande appropriée des balayages en x et en y du tube d'analyse, on peut avoir accès à tout point du film dans la zone utile SU Cette commande est produite à l'aide d'un calculateur ou processeur 11 programmé à cet effet, qui reçoit les paramètres latitude LAT, longitude LON et cap CAP, et qui commande, à partir de ces données, le générateur de balayage 3 Le détail de cette commande est exposé dans ce qui suit à l'aide, notamment, de la Fig 3 L'aire ABCD représente la portion utile SU de film à balayer. Le système d'axe Oy, Ox est constitué par la direction médiane Oy longitudinale du film passant par le milieu de celui-ci à égale distance des perforations PF latérales, et par la direction ortho- gonale Ox passant par le centre Q 1 de la surface utile ABCD Soit L la distance 001, le point O correspond à l'image du centre élec- trique du tube FS La zone ABCD a subi une rotation d'angle par rapport à Ox On appelle M le point courant de balayage obtenu par des tensions Vx et Vy adéquates appliquées au tube, et X et Y les coordonnées de M par rapport au système d'axes cartésiens 01 X, OIY passant par QI et présentaÀt la rotation 9 Le passage d'un système d'axe à l'autre résulte de cette rotation O et de la trans- lation 001 de valeur absolue L Les coordonnées x,y de M dans le système Oxy sont donc données par les relations connues: x=Xcos O -Ysin D -L y=Xsin O +Ycos O Le calculateur Il peut être réalisé à partir d'un micropro- cesseur; il détermine à tout moment les valeurs x et y des points M successifs à balayer dans l'aire ABCD selon un balayage ligne par ligne Il est ainsi tenu compte du cap (rotation O) et de la longitude 1 W (distance 001) En ce qui concerne la latitude (position de O selon l'axe longitudinal médian y), l'action s'effectue par le position- nement longitudinal du film. Les données x, y des points M successifs du balayage sont élaborées par le calculateur Il qui les transmet à un circuit de balayage 3 o s'effectue notamment la conversion en signaux ana- logiques de sortie Vx et Vy à transmettre aux organes de déflexion du tube 2 Le circuit de balayage 3 peut comporter, comme repré- senté, des registres à bascule 30 et 31 recevant les données x,y numériques de M, des mémoires tampons 32 et 33 o ces données sont transférées, constituant respectivement l'adresse en x et celle en y du balayage, les circuits de conversion numérique - analogique 34 et 35 et des amplificateurs de puissance 36 et 37 Le calculateur 11 comporte une mémoire 12 dont une partie peut être utilisée pour stocker les informations x,y de balayage et en assurer ensuite le rafraîchissement en fonction de l'évolution des trois paramètres d'entrée. On a ainsi réalisé un calage électronique à la fois en x et en OD de l'image ne mettant en oeuvre aucune pièce mécanique. Pour le positionnement en y, le film 1 est déplacé par enroulement sur les bobines support 13 et 14 Le calculateur Il élabore la commande SC d'un asservissement de position 15 à partir de la latitude LAT et de la recopie de position du film Celle-ci est obtenue de façon particulière et très précise en utilisant les perforations latérales PF du film Les perforations d'un film font l'objet de soins particuliers d'exécution avec une très grande préci- sion; elles peuvent ainsi servir de repères à la prise de vue grâce à un dispositif de positionnement, ce qui annule les défauts dus aux tolérances elles-mêmes Dans de but, le calculateur 11 commande périodiquement le générateur de balayage 3 pour faire parcourir au spot une droite de direction y sensiblement positionnée vers le milieu d'une rangée latérale de perforations PF, comme indiqué sur la Fig 2 Ce balayage particulier est commandé au cours d'un intervalle de temps disponible, par exemple au cours de la sup- pression de trame Le signal correspondant est prélevé sur l'une des voies video (ou la voie unique dans le cas d'une analyse monochrome) et est appliqué à un circuit de remise en forme tel un détecteur à seuil 16 pour éliminer le bruit et rendre les transitions brutales, par exemple un comparateur à seuil à sortie binaire Le signal résultant SP a la forme indiquée sur la Fig 4 a, chaque impulsion corres- pondant à une perforation Le point 02 de départ de ce balayage particulier a une position bien définie en x et en y par rapport au centre O de l'image du tube sur le film La droite de direction y balayée sur une longueur déterminée à partir du point 02 parcourt d'une part un certain nombre de perforations latérales PF donnant naissance aux impulsions de la figure 4 a et d'autre part des inscrip- tions codées MB portées sous forme de transparences par le film dans des espaces entre des perforations; le signal résultant repré- senté sur la figure 4 b correspond à l'exemple de la figure 2 Les inscriptions MB sont produites lors de l'enregistrement de la carte en relation avec celui-ci, pour identifier la localisation en y des images successives enregistrées et permettre en quelque sorte une numérotation Le mot numérique SP obtenu en sortie du détecteur à seuil 16 est transmis au calculateur Il grâce à un circuit d'inter- face 17 qui comporte notamment un registre à décalage constituant une mémoire tampon, côté sortie vers le calculateur Les autres circuits du bloc 17, qui constitue un circuit adaptateur pour com- munication asynchrone, sont destinés à préserver l'information SP constituée d'impulsions de différentes largeurs (figure 4 b) pour sa C 4673 mise en mémoire de transfert. Le fonctionnement est le suivant: le microprocesseur 11 dé- termine à partir des informations de position avion, notamment de la latitude, la valeur de consigne du positionnement en y du film que le spot doit lire lors du balayage latéral; il calcule avec précision, en grandeur et en signe, la différence entre cette valeur de consigne et celle SP effectivement lue La différence constitue, après con- version analogique, le signal d'erreur de positionnement SC qui va commander l'asservissement 15 Celui-ci comporte des moyens am- plificateurs de puissance pour commander un dispositif servo-moteur qui va alimenter les bobines 13, 14 dans le sens désiré jusqu'à stabilisation de la boucle, c'est-à-dire jusqu'à annulation de l'er- reur SC Le montage permet ainsi de produire de manière continue et quasi instantanée le calage fin en y du film 1 On pourra coder chaque intervalle entre perforation avec des transparences MB, ou un intervalle sur deux ou encore moins; l'essentiel est de lire une information MB au cours d'un balayage latéral quelconque, autre- ment dit l'espacement maximal 'des inscriptions MB est fonction de l'amplitude en y du balayage latéral. L'organisation du film support de carte peut être du type représenté sur la figure 5 La carte géographique à enregistrer CG est virtuellement découpée en bandes parallèles BI, B 2, B 3, chacune faisant l'objet d'une plage photographique Pour des raisons de normalisation, la carte est, en général, présentée avec le NORD en haut De façon à éviter que le point représentatif ne sorte de la carte, les plages chevauchent la quantité à x Le document ainsi constitué permet une présentation pratiquement continue de toute route, quelle que soit sa direction géographique. La dimension transversale d'image peut être choisie pour correspondre sensiblement à la largeur à x de chevauchement des bandes Dans une réalisation envisageable selon la Fig 2, le format de présentation est carré, l'image visualisée mesure 125 X 125 mm et le grandissement équivalent du système vaut 15, d'o la lar- geur A x = 8,33 mm, soit un peu plus du tiers de la largeur de l'image standard ( 24 mm) sur un film de 35 mm Comme l'indicateur cartographique effectue aussi les rotations d'image, il doit être capable de lire, dans la plus grande hauteur, donc parallèlement à la direction principale du film, une plage de largeur au moins égale à 8,33 x Vi, soit 11,8 mm, correspondant à la diagonale de l'image présentée (ce cas se présente lorsque la carte doit être présentée NW ou NE ou SW ou SE en haut). Lors du passage d'une bande à la suivante, nécessité par l'évolution du véhicule, le film doit subir un déplacement important en y (saut de bandes) dans les conditions d'enregistrement précitées. Pendant ces phases de mouvement rapide du film corres- pondant à un calage gros en y, le spot est maintenu immobile au point 02 et le microprocesseur compte les transitions dues aux perforations PF (impulsions larges du signal SP) Le processeur Il reçoit du système de navigation l'information de latitude et, en comparant les deux grandeurs, commande les servo-moteurs 15 du mouvement en y du film jusqu'à la position désirée avec une précision égale au pas des perforations; puis il est procédé au calage fin, comme il a été décrit précédemment. Le réglage initial de l'indicateur cartographique peut être produit à l'aide d'une vue test portée par le film, du type représenté sur la Fig 6 La croix CX est centrée sur le film lors de l'enregistrement et symétrique par rapport aux directions x ou y Le calculateur Il commande un balayage ligne par ligne en x du spot sur toute la largeur du film; le signal SP détecté par le circuit 16 est utilisé par le calculateur pour déterminer le centre de la croix et, consécutivement, les directions ox, oy initiales La vue peut comporter, en outre, des informations codées IF sous forme de transparences réparties selon une direction transversale pour indi- quer: la coordonnée chiffrée du centre O de la croix, le numéro du film, l'identification des documents filmés, etc. Les types d'images répondant à l'initialisation du position- nement sont très divers On pourra faire appel, pour des recalages intermédiaires, à des images plus simples du type Fig 7, o l'information géographique donnée par le centre du cercle CR se calcule par la moyenne, et o l'information de repérage est donnée sous forme analogique par le diamètre du cercle, par exemple variable d'une image à la suivante. La lecture de l'image test, par exemple la croix de la figure 6, la détermination de la valeur du centre et sa mise en mémoire, constituent le repérage du spot en x et servent au recalage éventuel du dispositif de balayage. Dans les parties du film o la précision de positionnement est la plus importante, on intercale chaque zone filmée à une image test permettant le recalage et la numérotation des zones Ainsi, à chaque changement de zone, le dispositif peut être recalé; il peut l'être aussi périodiquement, lorsque le système travaille sur la même zone pendant un temps trop long en accédant à l'image test la plus proche. Pour les corrections de linéarité, le film pourra comporter une ou plusieurs images test, par exemple sous forme d'une grille GR représentée sur la figure 8 Les valeurs de signaux de balayage correspondant aux transmissions détectées par le lecteur sont intro- duites dans la mémoire du calculateur, et ces valeurs permettent une correction de linéarité de l'ensemble de la chaîne de lec- ture; cette correction sera d'autant meilleure que le nombre de lignes tracées est plus grand. REVENDICATIONS 1 Indicateur cartographique à enregistrement de carte sur un film photographique ( 1) supporté par des bobines ( 13-14), comportant un lecteur vidéo d'image ( 2 à 9) selon un balayage ligne par ligne, un calculateur ( 11) élaborant, à partir des paramètres cap, longitude et latitude du véhicule porteur de l'indicateur, des données d'asser- vissement de position de l'image de film à visualiser pour com- mander une correction des signaux de balayage en fonction du cap, ainsi qu'un asservissement de position en y ( 15) du film selon la direction longitudinale par rotation des bobines en fonction de la latitude et des circuits d'exploitation comprenant un indicateur cathodique, caractérisé en ce que le calculateur (Il) élabore les données de balayage qui tiennent compte à la fois de la rotation ( O) due au cap et des translations en x transverses au film à produire en fonction de la longitude, le film comporte des inscrip- tions codées (MB) entre les perforations (PF), ledit calculateur commandant en outre un balayage périodique en y à l'endroit des perforations latérales en sorte de produire l'information de position longitudinale et permettre le calcul de la donnée de recalage en y (SC) à transmettre à l'asservissement. 2 Indicateur cartographique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les inscriptions latérales (MB) sont sous forme de transparences enregistrées entre les perforations (PF) pour former après détection video du balayage latéral un mot numérique (SP) identifiant le positionnement précis en y du film. 3 Indicateur cartographique selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le lecteur video comporte au moins une voie détectrice ( 9) connectée à un détecteur à seuil ( 16) à sortie numérique, lequel est connecté via un circuit interface à mémoire tampon ( 17) au calculateur ( 11) pour la transmission dudit mot de fonctionnement en y (SP), le calculateur déterminant en fonction de la latitude la donée de positionnement vraie en y et calculant la différence en grandeur et en signe qui constitue ladite donnée de 2 D 04673 Il recalage (SC) appliquée à l'asservissement ( 15) après conversion analogique. 4 Indicateur cartographique selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le générateur de balayage comporte une voie en x et une voie en y composée chacune d'un registre à bascule ( 30, 31) en série avec une mémoire tampon ( 32, 33) suivie d'un convertisseur numérique-analogique ( 34, 35) qui alimente un amplificateur terminal ( 36, 37). Indicateur cartographique selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de recalage du spot d'analyse par lecture d'images test portées par le film. 6 Indicateur cartographique selon la revendication 5, carac- térisé en ce que les images de test comportent une croix centrée sur le film et symétrique par rapport à la direction médiane y longi- tudinale du film. 7 Indicateur cartographique selon la revendication 5, carac- térisé en ce que les images test comportent un cercle centré sur le film sur l'axe médian longitudinal. 8 Indicateur cartographique selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de contr 8 le de linéarité du lecteur video par lecture d'images test portées par le film. 9 Indicateur cartographique selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les moyens de contrôle de linéarité comportent des images test représentant des grilles. Utilisation d'un indicateur cartographique selon l'une quelconque des revendications précédentes dans un ensemble de navigation aérienne pour visualiser la zone survolée sur un indi- cateur cathodique ainsi que des informations de navigation.