Brevet FR2499743A1 — publié le 19820813

APPAREIL INDICATEUR CARTOGRAPHIQUE, NOTAMMENT POUR LA NAVIGATION AERIENNE La présente invention a trait aux appareils indicateurs carto- graphiques dans lesquels une carte géographique, préalablement enregistrée sur un support optique, magnétique ou autre, est ana- lysée par un lecteur pour sélectionner la zone utile de carte à visualiser et la traduire sous forme de signaux vidéo aptes à une visualisation en couleur sur un indicateur cathodique. Les indicateurs cartographiques présentant l'image d'une carte géographique aux pilotes de certains véhicules sont de plus en plus utilisés, en particulier dans le domaine aéronautique. L'invention s'applique plus particulièrement dans ce domaine à réaliser un dispositif indicateur électronique de navigation aérienne. Un indicateur cartographique sert essentiellement à présenter au pilote de l'avion la carte géographique de la zone survolée. La zone visualisée défile en correspondance avec le vol et son position- nement est asservi à la longitude et à la latitude de l'avion et éventuellement au cap. Outre la carte géographique, le dispositif de navigation est agencé pour visualiser conjointement des repères et symboles pour indiquer le point figuratif de l'avion ainsi que des informations de navigation (vitesse, consommation de carburant, route à suivre, etc...). Dans le cas d'une carte enregistrée sur un support optique, le lecteur assurant l'analyse du film couleur comporte un séparateur spectral suivi des détecteurs photoélectriques, ou capteurs, au nombre de trois pour produire les signaux vidéo respectifs rouge R, vert V et bleu B nécessaires à la présentation couleur. Ces détec- teurs qui fonctionnent chacun dans une bande spectrale déterminée sont constitués, soit par des caméras de télévision, soit par des photomultiplicateurs, selon que le lecteur utilise une simple source lumineuse ou bien un tube d'analyse à spot mobile, dit flying-spot. Outre les composants détecteurs, le lecteur comporte les circuits de t 499? 49 commande des caméras ou du tube flying-spot, ainsi que des circuits d'amplification vidéo. Pour les autres solutions à support magnétique (bande vidéo- disque,...) il est également nécessaire de produire la distribution des trois couleurs au niveau du support pour extraire ensuite les trois voies vidéo. Un but de l'invention est d'apporter des perfectionnements permettant de diminuer l'encombrement des matériels et leur con- sommation en réduisant le nombre de composants électroniques,ce qui par ailleurs augmente la fiabilité, ces impératifs étant primor- diaux pour des applications telles que celles relatives à du matériel aéroporté. L'utilisation de la couleur pour les cartes géographiques per- met la distinction aisée des différents détails à représenter et est une manière de coder ces détails: routes en rouge, bois en vert, hydrographie en bleu, etc... L'invention s'appuie sur la remarque que le document couleur constitué par une carte géographique ne comporte en fait qu'un nombre N limité de couleurs distinctes bien définies. Le nombre N est généralement assez voisin de dix. Par couleurs distinctes, on entend aussi bien des couleurs nettement différentes telles qu'un tracé jaune et un autre en rouge, et celles qui dérivent d'une même couleur mais se distinguent par la nuance ou la teinte, par exemple une gamme de bleus entre un bleu clair et un bleu foncé. En fait tous les points d'une même couleur ou d'une même teinte sont identiques des points de vue chrominance et luminance. Il en résulte que les signaux vidéo R, V, B en sortie de l'analyseur vont également consister en N configurations distinctes au cours de l'analyse du document, chaque configuration R, V, B étant connue et correspondant à une couleur ou teinte analysée. Il résulte également de la propriété précitée présentée par tels documents que les couleurs sont spectralement bien déterminées et reproductibles, l'intensité de chaque couleur étant connue à l'avance, et que la reproduction de ces couleurs ou d'autres ne comportera qu'un nombre défini des combinaisons d'intensité des 2499T43 trois couleurs R, V, B de base, ces combinaisons pouvant être connues à l'avance. Un objet de l'invention est de réaliser un indicateur cartogra- phique dans lequel le document à visualiser, formé par un nombre limité de couleurs, est enregistré sur un film, lequel est analysé par un lecteur pour élaborer les trois voies de signaux vidéo alimentant un organe de visualisation cathodique en couleur. L'information couleur originelle est traduite au préalable sur le film soit en monochrome, soit en couleur avec compression du spectre lumineux, moyennant quoi le lecteur ne comporte respectivement qu'un seul ou deux capteurs et une mémoire programmée pour identifier point par point et en temps réel la couleur et pour élaborer, d'après une table de correspondance prédéterminée, les configurations R, V, B que l'on désire visualiser. Les particularités de l'invention apparaîtront dans la descrip- tion qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent: - FIG. 1, un diagramme d'un mode préféré de réalisation d'un appareil indicateur cartographique conforme à l'invention; - FIG. 2, un diagramme d'un deuxième mode de réalisation de l'appareil selon l'invention; - FIG. 3, un schéma d'une réalisation d'un film optique pour l'appareil selon FIG. 1 ou 2; - FIG. 4, un diagramme d'un dispositif d'enregistrement sur film optique de la carte, pour un indicateur cartographique selon l'invention; - FIG. 5, un diagramme d'une variante de réalisation relative à un appareil utilisant un enregistrement de carte sur un support magnétique. En se reportant à la FIG. 1, l'appareil indicateur cartogra- phique comporte des moyens d'analyse ou lecteur, dont les sorties R, V, B alimentent un indicateur cathodique couleur 1, tel un moniteur de télévision couleur. La carte géographique, ou tout autre document qui ne présente qu'un nombre limité de couleurs, est enregistrée sur un moyen support 2. Dans le cas de la FIG. l il s'agit d'un film optique et pour en effectuer la lecture, l'appareil comporte une source lumineuse 3 avec son alimentation 4, des éléments optiques et des moyens de photodétection et d'analyse 5. Dans une version à tube flying-spot (FIG. 2) l'analyse généralement ligne par ligne de la zone utile est commandée au niveau de la source. Conformément à l'invention, les moyens détecteurs 5 dits capteurs, sont en nombre réduit. Ceci résulte de la transcription particulière faite du document sur le support 2 en utilisant un nombre réduit de composantes chromatiques, soit deux composantes couleur, soit l'unique composante de luminance. Cette dernière formule (FIG. 1) est préférée car elle conduit à utiliser un seul capteur, une caméra d'images vidéo dans la version de la FIG.1 ou un photomultiplicateur si la source est un tube flying-spot. La formule à deux composantes chromatiques (FIG. 2) néces- site deux capteurs, deux caméras vidéo pour un lecteur à source fixe, ou deux photomultiplicateurs avec un tube flying-spot. Ainsi le nombre de voies vidéo issues du capteur se trouve réduit d'autant que celui des composantes utilisées pour l'enregis- trement et le matériel se trouve simplifié. Il est nécessaire d'iden- tifier et restituer la couleur désirée pour chaque point de l'image et le lecteur est doté de moyens d'identification et de restitution 6 qui peuvent être réalisés de manière simple et sous un faible volume. Dans la version représentée sur la FIG. 1 le film est mono- chrome, noir et blanc; l'information s'y trouve stockée selon différents niveaux de gris. Ces niveaux sont prédéterminés en rela- tion avec les différentes couleurs Cl à CN à traduire, N étant le nombre de couleurs distinctes du document. Chaque couleur Cj est affectée à une valeur de densité Dj déterminée du film, c'est-à-dire à un, certain niveau de gris dans la gamme allant du noir au blanc. Les valeurs extrêmes Dl à DN peuvent correspondre sensiblement à ces limites. La plage Dl à DN sera prise par exemple entre une S valeur de densité proche de zéro et l'autre valeur choisie entre 2 et 3 pour un film courant. Ainsi, la combinaison initiale d'une couleur Cj constituée de X % de rouge R, Y % de vert V et Z % du bleu B est remplacée par une nouvelle combinaison Dj qui ne comporte plus qu'un seul paramètre à identifier et consécutivement ne nécessite qu'une seule voie détectrice. Le film monochromatique 2 est lu par le capteur unique 5 sensible uniquement à l'intensité de la lumière qui traverse l'image enregistrée. L'élément 5 peut donc consister en une caméra TV noir et blanc. Le signal vidéo SV issu de la caméra est traité dans les circuits 6 d'identification et de restitution. L'amplitude de ce signal, en supposant l'émission de la source 3 uniforme, est une fonction monotone décroissante connue de la densité Dj et sa valeur permet donc d'identifier la couleur Cj correspondante. On verra ultérieu- rement à l'aide de la FIG. 4 comment former les densités pour obtenir des niveaux de signaux SV régulièrement espacés et per- mettre ainsi l'identification immédiate des couleurs sans codage intermédiaire. Une table de correspondance de niveau SV à couleur Cj permet de faire correspondre ensuite à chaque couleur identifiée une combinaison R, V, B prédéterminée pour la visualisation catho- dique. Ceci est réalisé aisément avec une mémoire morte pro- grammée 7, du type PROM par exemple, moyennant conversion analogiquenumérique préalable en 8 à l'entrée et conversion inverse en 9-10-11 en sortie, d'autant que le nombre N est réduit et généralement inférieur à seize soit quatre bits. Ainsi le conver- tisseur 8 peut fournir l'information Dj détectée sous forme d'un mot binaire de quatre bits à la mémoire 7 qui, selon la table mémorisée, y fait correspondre trois mots binaires correspondant aux para- mètres R, V, B. Ces mots SR, SV, SB peuvent avoir un nombre très réduit de bits, deux par exemple pour y choisir seize combinaisons parmi les soixante quatre possibles; avec trois bits le choix se fait parmi cinq cent douze combinaisons possibles et peut donc être beaucoup plus affiné. Les convertisseurs numérique-analogique de sortie 9, 10 et Il reproduisent les valeurs analogiques R, V, B pour l'utilisation. A noter que la combinaison restituée ne sera pas généralement exactement celle X, Y, Z de la valeur originale Cj du document; elle pourra s'en approcher dans le cas d'une restitution fidèle mais pourra également s'en écarter assez si l'exploitant désire modifier la couleur originelle, voire s'en écarter franchement et correspondre à une autre couleur. La table de couleur est préala- blement déterminée dans le serns désiré pour l'exploitation. La fidélité de la reproduction ou un degré élevé dans le choix des nuances reproductibles, est lié au nombre de bits utilisés pour le transcodage de l'information d'entrée dans la mémoire 7 en l'infor- mation de sortie SR, SV, SB. Le nombre de bits du mot SD d'entrée est lui, fonction uniquement de la valeur N. En considérant un exemple simple avec N = 8, le mot SD comporte trois bits pour coder les différentes couleurs du document: 000 noir, 001 violet, bleu, 011 vert, 100 jaune, 101 rouge et 111 blanc. Ce codage est obtenu dans le circuit 8. La mémoire 7 comporte huit combinaisons SR, SV, SB stockées correspondant respectivement à ces valeurs 000 à 111; par exemple avec deux bits, pour un point violet 001, la combinaison peut être la suivante: SR = 10, SV = 00, SB = 10 soit un signal de visualisation composé de % de rouge et 50 % de bleu. Les autres éléments représentés sur la FIG. 1 désignent un circuit 12 générateur des signaux de synchronisation de l'ensemble et des signaux de balayage de la caméra S, un circuit d'asservis- sement 13 de positionnement du film et un circuit de commande 14 pour sélectionner en X et en Y la zone utile à analyser. Dans le cas d'un indicateur cartographique de bord, le circuit 14 est un calcu- lateur qui élabore les ordres de commande en fonction de l'évolution de l'avion. Ces circuits ne sont pas décrits dans le détail, on pourra se reporter par exemple à la demande de brevet français publiée sous le NI 2 357 022 et déposée le 2 juillet 1976. Le circuit 12 pilote les circuits 6 à la cadence point. La stabilité de l'émission lumineuse peut être obtenue par une piste de test PT portée par le film et dont la densité est. connue. Cette piste est lue séquentiellement, par exemple à chaque retour vertical de trame, ou après un certain nombre d'images. Le signal vidéo correspondant est dérivé par un circuit d'aiguillage 15 qui commute la sortie vidéo de la caméra S vers un circuit de commande 16 du réglage de l'intensité de la source 3. Le circuit 15 est synchronisé à la cadence désirée par le circuit 12. Le circuit 16 peut consister en un comparateur à seuil dont la sortie amplifiée va commander le circuit d'alimentation pour asservir le débit alimen- tant la souroe 3. Le réglage préalable est obtenu par ajustage de la valeur du seuil du comparateur. La FIG. 3 représente une portion de film avec des voies successives Ij-1, Ij, lj+1 enregistrées de la carte, une piste codée PC pour l'identification des voies, et la piste de test PT précitée. La zone Zj correspond à celle en cours d'analyse déterminée par déplacement en X et en Y du film. La FIG. 4 illustre un mode de réalisation préalable du film monochromatique 2. Le filtre FLj permet de sélectionner les zones du document de couleur Cj. Le document est éclairé par la source 20. Un posemètre 21 symbolisé par une diode détectrice, un conden- sateur et un comparateur à seuil 22, détermine la durée d'exposition. Cette durée est réglée par étalonnement de la valeur de seuil du comparateur 22 pour produire la densité Dj désirée correspondante sur le film 2. Le posemètre contrôle l'alimentation 23 de la source. Cette solution nécessite le changement du filtre FLj pour chaque couleur soit N filtrages et N expositions. De manière préférée les filtres FL1 à FLN sont remplacés par un unique filtre multicouches pour obtenir le film 2 avec une seule exposition. Dans l'une ou l'autre solution, le filtrage est tel que, si on appelle Lj la luminance résultant de la couleur Cj et 17j la transmission du filtre pour la couleur Cj, les valeurs ?tj x Lj forment une échelle linéaire en luminance. En conséquence, aux différentes couleurs CI à CN corres- pondent, à la lecture du film, des valeurs de signal détecté éche- lonnées régulièrement, avec un incrément d'amplitude constant. Dans ces conditions, le circuit d'entrée 8 de la mémoire d'identi- fication et de restitution 7 est un simple convertisseur analogique numérique et ne nécessite pas, en outre, un codeur à haute réso- lution. La FIG. 2 a trait à un appareil indicateur cartographique o le support mémoire est constitué par un film optique couleur 30 sur lequel les couleurs Cj sont traduites par deux composantes chroma- tiques, de préférence des composantes choisies dans -les spectres des couleurs V et B. Le film 30 est réalisé selon la méthode précé- demment décrite en utilisant un filtre multicouches adapté pour éliminer totalement la composante non retenue, en l'occurrence une bande spectrale située dans le rouge. Chaque point est ainsi défini par deux paramètres Y % de V -et Z % de B, la densité Dj résultant de la somme Y + Z étant déterminée au préalable (FIG. 3). De manière à utiliser deux photomultiplicateurs 31 et 32 à la place de deux caméras vidéo la source est du type à tube flying-spot 33. Les circuits d'alimentation de balayage 34 du tube sont synchronisés par le circuit de synchronisation 35. Le montage optique 36 sépare les faisceaux V et B de bande spectrale différente vers les capteurs 31 et 32 respectifs. Le convertisseur analogique-numérique d'entrée est ici doublé en deux circuits SA, 8B pour recevoir les deux voies vidéo. La boucle de stabilisation de la source comporte un double commu- tateur 36 et le circuit de commande 37 qui contrôle le circuit d'alimentation 34 pour agir sur l'intensité du spot. Le circuit 37 peut être identique à celui 16 de la FIG. 1 et ne comporter qu'une entrée dans la mesure o la piste du test du film est formée avec une seule des composantes V ou B sélectionnées. La variante FIG. 2 présente les avantages suivants: lecture de régions spectrales performantes; gain de place par rapport au système conventionnel à trois capteurs; le nombre d'information reçues à l'entrée des circuits 6 est deux fois plus grand, d'o une plus grande sécurité de fonctionnement et de codage, rendant le système mieux protégé contre des variations éventuelles de densité du film, dues à son vieillissement par exemple. Par contre, comparé à la version précédente (FIG. 1) il présente les inconvénients d'utiliser un S film couleur au lieu d'un film monochromatique et deux capteurs au lieu d'un. La présente invention n'est pas limitée aux appareils induc- teurs cartographiques o la mémoire de masse est un support optique et concerne également les autres variantes, à bande magné- tique, à vidéo disque, etc... La FIG. 5 a trait à un appareil à bande magnétique qui peut être réalisé à partir d'un simple magnétoscope noir et blanc 40 équipé en complément avec les circuits d'identification et de restitution 6 de la FIG. 1. L'enregistrement de la bande est réalisable aisément à partir du film monochrome 2 et le lecteur selon la FIG. 1 en appliquant le signal SV détecté à l'entrée correspondant du magnétoscope qui alimente la tête d'écriture 41. Ainsi, l'image couleur initiale est stockée sur une piste unique de la bande magnétique 42. Lors de la lecture, la tête 41 délivre le signal de lecture aux circuits 43 du magnétoscope et la voie vidéo de sortie est traitée comme précédemment pour obtenir les signaux R, V, B. Les avantages procurés par un appareil conforme à l'invention sont les suivants: un seul capteur et une seule chaine d'amplifi- cation vidéo pour la variante préférée; réduction du nombre de composants; simplification des circuits; augmentation de la fiabi- lité; possibilité immédiate de modification des couleurs de la carte; remplacement d'une mémoire organisée pour un enregis- trement couleur par une mémoire susceptible seulement d'enre- gistrer un signal monochrome (par exemple utilisation d'un film noir et blanc); possibilité de meilleure adaptation de la source de lecture au domaine de sensibilité du récepteur dans le cas de lecture optique. REVENDICATIONS 1. Appareil indicateur cartographique pour la visualisation de document qui ne présente qu'un nombre limité N de couleurs distinctes auxquelles correspondent N combinaisons connues des composantes chromatiques conventionnelles rouge R, vert V et bleu B, le document étant mémorisé sur un moyen support, l'appareil comportant un dispositif d'analyse dit lecteur pour sélectionner sur le moyen support la zone utile à visualiser, en effectuer la lecture point par point et délivrer les trois voies vidéo détectées R, V, B à un dispositif de visualisation sur tube cathodique couleur, l'appareil étant caractérisé en ce que le document est mémorisé en utilisant au plus deux composantes, les couleurs (CI à CN) étant déterminées par N nouvelles combinaisons distinctes des composantes retenues, le dispositif d'analyse étant consécutivement équipé de au plus deux voies vidéo de détection et de moyens d'identification et de resti- tution de couleur (6) pour traiter ces voies par identification point par point et en temps réel des nouvelles combinaisons et en leur faisant correspondre respectivement N combinaisons prédéterminées des composantes R, V, B pour la visualisation. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'identification et de restitution comportent, un conver- tisseur analogique-numérique (8, SA - SB) d'entrée pour chaque voie vidéo détectée, une mémoire morte programmée (7) alimentée par les sorties numériques (SD, SDA - SDB) et délivrant trois mots binaires appliqués à trois convertisseurs numérique-analogique (9, 10, 11) de sortie, Ja mémoire morte étant programmée selon une table prédéterminée de correspondance des N nouvelles combi- naisons aux N combinaisons R, V, B désirées pour la visualisation. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le document est mémorisé sur le moyen support en utilisant l'unique composante de luminance, et les moyens d'analyse ne comportent qu'une voie vidéo détectée (SV). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen support est un film optique noir et blanc o les N nouvelles combinaisons forment N densités distinctes (DI à DN). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les densités sont prédéterminées pour produire une variation linéaire par palier du signal détecté selon une échelle à incrément constant. 6. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le dispositif d'analyse comporte dans une version à tube d'analyse à spot mobile, un dispositif détecteur constitué par un simple photo- multiplicateur et dans une version à source lumineuse (2), un dispositif lecteur constitué par une caméra TV noir et blanc (5). 7. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le document est mémorisé avec compression de spectre couleur sur le moyen support en utilisant deux composantes chromatiques, de préférence situées dans le vert et le bleu. 8. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen support est un film couleur (30) ou les N nouvelles combi- naisons des deux composantes utilisées forment N densités dis- tinctes. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4, 5, 6 et 8, caractérisé en ce que le film comporte une piste de test (PT) de densité connue pour produire par lecture périodique de cette piste un asservissement de luminosité de la source d'analyse (3, 33) du lecteur. 10. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen support est une bande magnétique- (42) comportant le docu- ment couleur enregistré sur une piste unique par l'intermédiaire d'un lecteur vidéo de film noir et blanc o le document a été préala- blement enregistré en utilisant N densités distinctes correspondant au N nouvelles combinaisons, l'appareil comportant un magnétoscope (40) noir et blanc équipé de ladite bande et desdits moyens d'identi- fication et de restitution de couleur (6).