Brevet FR2512236A1 — publié le 19830304

La présente invention concerne un procédé de simulation de vision, suivant lequel, en vue de l'entraîne- ment à un processus de combat, on représente l'image d'un arrière-plan sur un moniteur de télévision placé dans le champ de vision du système optique d'une personne à exercer et on insère dans cet arrière-plan l'image d'une cible mo- bile, l'image de l'arrière-plan et l'image de la cible étant toutes deux mémorisées numériquement et parvenant à la représentation après conversion en un signal vidéo. On utilise un procédé de ce genre, notamment dans des ap- pareils d'entraînement à une situation de combat. D'après le brevet allemand DE-28 03 101, on connaît un procédé servant à produire une image d'arrière- plan, une image de moniteur pouvant être produite sous la forme d'une partie ou zone quelconque d'une image de grandes dimensions La sélection de la partie d'image s'effectue dans ce cas, par exemple par l'intermédiaire de générateurs d'adresses qui sont couplés avec des éléments direction- nels et par l'intermédiaire desquels des éléments d'images individuels peuvent être extraits et réunis sous forme d'une partie d'image Conformément à la demande de brevet allemand DE-OS 29 19 047, ces images individuelles peuvent également être mémorisées numériquement et on peut aussi insérer dans le contenu d'image d'arrière-plan repré- sentée sur le moniteur, en correspondance à la partie d'image adressée, des silhouettes ou des images d'objets détermi- nés, comme par exemple des cibles mobiles La production de ces silhouettes ou images s'effectue alors d'une ma- nière connue avec un ordinateur Lorsqu'on dispose un tel moniteur dans le champ de vision d'un système optique de pointage ou de commandement, il est possible de simuler par exemple une situation de combat pour des engins blindés. L'invention a pour but d'améliorer un procédé de stimulation de vision du genre défini ci-dessus de manière à pouvoir simuler une situation de combat d'une façon encore plus proche de la réalité Ce problème est résolu par le fait que des objets individuels placés dans l'image d'arrière-plan sont pourvus d'une information nu- 6957 FR mérique d'éloignement et qu'on compare point-image par point-image l'information d'éloignement concernant les objets individuels avec une information numérique d'éloi- gnement de la cible de façon à déterminer point-image par point-image si la cible doit être représentée en arrière ou en avant de l'objet individuel. L'invention peut également concerner les carac- téristiques ci-après considéres isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles l'information d'éloignement EH concernant les objets-individuels B, W, etc est obtenue en amenant la cible Z, par commande de ses coordonnées x, y, au voisinage de l'objet individuel correspondant et par modi- fication d'échelle de la cible Z par rapport à l'image d'arrière-plan H, on établit une relation réaliste entre la cible et l'image d'arrière-plan, de sorte que, pour une partie connue du champ de vision du système optique et pour une grandeur connue de la cible, un éloignement peut être associé à l'objet individuel; en commandant la clarté d'un point-image sur le contour de l'objet individuel B, W, etc, ou bien en suivant le contour de l'objet individuel à l'aide du point-image de brillance commandée, la même informa- tion d'éloignement EH est associée à tous les points-image se trouvant à l'intérieur de l'objet individuel pour différents points d'une trajectoire de la cible, un opérateur introduit complémentairement, en plus des coordonnées x, y et d'une information d'éloigne- ment Ez, des angles d'inclinaison longitudinale, de lacet et de roulis N, G, R et une interpolation effectuée à l'aide d'un calculateur 10 permet d'établir une trajectoire de cible avec comportement réaliste-de mouvement de cette cible; chaque point-image, aussi bien de la cible Z que de l'arrière-plan H comporte une information, codée à l'aide de plusieurs bits, concernant la valeur de grille GH,GZ et l'éloignement EH, EZ; on prédétermine à volonté dans l'image d'arrière-plan H des zones individuelles X, o la cible Z est représentée partiellement ou complètement masquée par l'arrière-plan. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention seront mis en évidence, dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: Figure 1 est un schéma illustrant le procédé CSI selon l'invention (en anglais CSI = "Computeur Synthesized Imagery", se traduisant par: Représentation synthétisée par ordinateur); Figure 2 représente un autre schéma permettant d'expliquer la sélection d'image et la combinaison d'image Figure 3 est un schéma permettant d'expliquer la génération de la trajectoire de cible; Figure 4 est une représentation de l'image de moniteur apparaissant dans le champ de vision d'un système optique; Figure 5 est une représentation schématique, conforme à la figure 4, montrant des objets individuels qui sont placés à différents éloignements; et Figure 6 est un croquis explicatif de la dé- termination d'éloignement d'objets individuels à l'aide de cibles se déplaçant dans l'arrière-plan. Sur la figure 1, on a représenté les parties essentielles d'un système auquel est appliqué le procédé CSI selon l'invention Un calculateur 10 d'image de système commande l'ensemble de l'installation Il reçoit par exemple des signaux d'adresses qui sont fournis par des éléments directionnels, non représentés, de façon à commander, par l'intermédiaire d'une interface 11 et d'une unité 12 de gestion de mémoires, des mémoires d'arrière-plan 13, 13 ', dans lesquelles l'image d'un arrière-plan est mémorisée, des zones ou parties de cette image d'arrière-plan pouvant être sélectionnées par l'intermédiaire des signaux prove- nant des éléments directionnels Le calculateur de sys- tème est en outre relié à un pupitre, non représenté, par l'intermédiaire duquel des cibles mémorisées déterminées peuvent être appelées et qui permet de prédéterminer une trajectoire pour lesdites cibles. L'information vidéo d'arrière-plan mémorisée numériquement dans les mémoires d'arrière-plan 13, 13 ' parvient, par l'intermédiaire de bus de transmission d'ima- ge 14, 14 ', associés aux mémoires d'image d'arrière-plan 13, 13 ', sous le contrôle d'un bus de commande 15, dans une mémoire de moniteur 16 d'une première unité 17 de com- mande de moniteur Une seconde unité 17 ' de commande de moniteur ainsi que d'autres unités de ce genre peuvent être disposées en correspondance au nombre des moniteurs, afin de pouvoir entraîner simultanément plusieurs personnes. Les moniteurs, non représentés sur la figure 1, sont disposés dans le champde vision du système optique d'un pointeur ou d'un commandant, auquel cas l'écran remplit précisément le champ de vision du système optique d'obser- vation. En plus de la zone de l'image d'arrière-plan qui est mémorisée dans la mémoire de moniteur 16, on mémo- rise dans une mémoire de cible 18 une image de la cible et dans une mémoire de viseur 19 une image de réticule et, le cas échéant, le cadran de tourelle, ou d'autres informa- tions concernant par exemple un véhicule blindé Une-unité de gestion de moniteurs commande l'affectation corres- pondante des mémoires En outre, un calculateur de concen- tration 22, relié par l'intermédiaire d'une interface 11 ' au calculateur 10 d'image de système, effectue, par l'in- termédiaire d'un autre bus 15 ' de commande et de données, une affectation hiérarchisée des différentes unités 17, 17 ' etc de commande de moniteurs. Après combinaison des contenus des trois unités de mémorisation 16, 18 et 19 dans un mélangeur d'image 21 et, également, après conversion de l'information-image numé- rique en une information vidéo-analogique, on réalise par l'intermédiaire de sorties séparées Al, A 2 une commande du moniteur associé au pointeur ou commandant Par commande à l'aide des éléments directionnels, on peut ainsi faire suivre une cible en mouvement par le réticule, auquel cas la zone de l'image d'arrière-plan est soumise à une modifi- cation constante Le pointeur ou le commandant voit par conséquent sur l'écran de moniteur placé dans le champ de vision de son système optique, une situation de combat se rapprochant de la réalité. Sur la figure 2, on a représenté d'autres détails du système de la figure 1 Une horloge centrale TV-23 com- mande des générateurs d'adresses x-24 a et y-24 b Les géné- rateurs d'adresses 24 a et 24 b sont, dans ce cas, prédéter- minés par exemple par des codeurs d'angles numériques couplés avec les éléments directionnels et ils sélection- nent, par l'intermédiaire de bus x-14 a et y-14 b une zone, prédéterminée par l'adresse, de l'image d'arrière-plan. En outre, la cible et le viseur sont superposés à l'arrière- plan Conformément à une caractéristique essentielle de la présente invention, chaque point-image de l'arrière-plan ou de la cible est codé aussi bien en ce qui concerne sa valeur de grille Gis GZ, que son éloignement EH, EZ, de façon numérique à l'aide de plusieurs bits Une logique de décision 25 est par conséquent en mesure de déterminer si, pour la cible existante (GZ> 0), cette cible est placée en avant d'un objet individuel correspondant (maison, taillis, forêt) de l'arrière-plan (EH> EZ) ou bien en ar- rière de cet objet individuel (EH avec le réticule du point-image sélectionné en correspon- dance et après la conversion numérique/analogique ultérieure, on obtient alors la représentation-de l'image mixte sur le moniteur. La figure 3 représente une extension du système de la figure 1 avec possibilité de génération d'une tra- jectoire de cible Par l'intermédiaire d'un élément direc- tionnel 27 relié au calculateur 10 d'image de système, un opérateur peut sélectionner une zone de terrain, valable pour la représentation, à partir de la mémoire 13 numérique d'arrière-plan du système CSI 28 de manière que cette zone apparaisse sur un moniteur 29 En outre, l'opérateur peut provoquer par l'intermédiaire d'un pupitre 30 la représen- tation d'une cible (par exemple un blindé) qui est emmaga- sinée par exemple dans une bibliothèque 31 de mémorisation à disques et qui contient une représentation, déterminée par ordinateur, de différentes cibles dans différentes orientations Par l'intermédiaire d'un autre appareil d'en- trée 32, on peut introduire à volonté en plus de la posi- tion x, y sur l'écran et de l'éloignement E (c'est-à-dire de la grandeur) les angles d'inclinaison longitudinale N, de lacets G et de roulis R de la cible Après introduction desdites valeurs, celles-ci peuvent être extraites du calculateur 10 d'image de système par l'intermédiaire du pupitre 30 La cible définie par ces paramètres représente maintenant une partie précise de l'ensemble de la trajec- toire de cible, par exemple le début L'opérateur peut ensuite définir de la même manière et à volonté un grand nombre de points de la trajectoire de cible, et il peut indiquer au calculateur 10 d'image de système, par l'in- termédiaire du pupitre 30, à quelle vitesse la cible doit parcourir la trajectoire ainsi définie Lors de la retrans- mission de la trajectoire au moniteur, il s'effectue en- suite une interpolation entre toutes les grandeurs intro- duites ponctuellement x, y, E, N, G et R Lors d'une re- transmission au moniteur, il se produit ensuite un mouvement provoquant de façon continue l'apparition d'un mouvement réel de cible, de l'image de cible produite par l'oridina- teur (CGI = image engendrée par ordinateur). Lors d'une observation, généralement monoculai- re, de l'image d'arrière-plan, par exemple à l'aide d'une caméra vidéo, on ne dispose pas de chaque information d'éloignement par rapport à la dernière image d'arrière- plan mémorisée numériquement D'autre part, la trajectoire de cible contient une information d'éloignement et la cible modifie sa grandeur lors du parcours de sa trajectoire. Pour déterminer alors l'éloignement d'objets individuels définis, comme un taillis, une forêt, etc dans l'image d'arrière-plan, on opère de la façon suivante: La figure 4 représente une cible Z se présen- tant sous la forme d'un char de combat représenté par le travers devant une forêt W L'échelle de représentation de la cible Z, c'est-à-dire son éloignement, peut être modi- fiée, par l'intermédiaire de l'appareil d'entrée 32 déjà décrit, jusqu'à ce que sa grandeur apparaisse comme réalis- te pour l'observateur par rapport aux objets individuels de l'image d'arrière-plan Il est maintenant connu que le champ de vision du système optique est prédéterminé par exemple par un angle de 60, auquel cas l'écran disposé dans le champ de vision du système optique doit avoir une largeur d'une dimension par exemple de 107 mm En consé- quence, 1 mm de largeur correspond à 6/1070 = 1 trait. Lorsque le char orienté tranversalement sur la figure 4 apparaît suivant un angle de 6 traits et lorsque, d'autre part, par exemple la longueur de ce char est prédéterminée à 6 m, il doit être éloigné d'environ 1000 m Dans la position o il est représenté juste devant la forêt, on peut par conséquent affecter à la forêt également un éloignement de 1000 m De la même manière, on peut détermi- ner des éloignements des taillis représentés en avant de la forêt. Les caractéristiques fondamentales du principe de mesure expliqué cidessus ont été mis en évidence sur la figure 6 On est parti du fait que l'écran du moniteur est disposé par rapport à l'observateur O de manière que sa longueur d'image b remplisse exactement le champ de vision a du système optique d'observation Ainsi, un objet s ayant une grosseur g et un éloignement e produit sur l'écran une image ayant une grosseur g et il est vu par l'observateur O sous l'angle ag. On peut déduire de la figure 6, la relation suivante: g/e = tg a 9 pour e "g on peut écrire g/e = a ( 1) En outre, on a la relation 9 gs/bs ag/a ( 2) On déduit des équations ( 1) et ( 2) la relation suivante: e b/ g/g 5 ( 3) A titre d'exemple numérique, on suppose que l'écran doit avoir une largeur bs de 125 mm et que, avec ce dimensionnement, il remplit le champ de vision de 6 = (correspondant à 105 mrad) Si l'on prend encore comme cible un char ayant en vue latérale une longueur de g = 6 m et si ce char est représenté sur l'écran avec une longueur de gs = 3,5 mm, on peut calculer l'éloignement e de la manière suivante 125 mm 6 m 2041 m. mrad 3,5 mm L'éloignement ainsi obtenu est à chaque fois associé à l'objet individuel, adjacent au char, dans l'image d'arrière-plan Si l'on définit par exemple chaque point- image par un codage de 16 bits, dont 8 bits ( 256 échelons) sont affectés à la répartition de valeurs de grilles, les 8 bits restants sont disponibles pour 256 échelons d'éloi- gnement -Dans le cas d'une simultation de visée sur blindé et dans le cas d'un éloignement maximal de combat de 3000 m, il est par conséquent possible d'obtenir environ 256 éche- lons dans une zone comprise entre 500 et 3000 m, ce qui permet de coder à l'aide du bit de plus faible valeur un échelon minimal d'éloignement de 10 m. Conformément à la figure 5, on associe la même information d'éloignement à tous les points-image se trou- vant à l'intérieur du contour d'un objet individuel B, W dans l'image d'arrière-plan Dans ce but, on peut faire intervenir des procédés connus suivant lesquels, par exemple, un point-image est représenté en clair sur le contour d'un objet et, par l'intermédiaire d'un appareil d'entrée (Trackball), le point-image représenté en clair est déplacé sur le contour de l'objet individuel Par l'intermédiaire d'un programme approprié de calcul, on peut ensuite associer la même valeur d'éloignement à tous les points-image situés à l'intérieur de la courbe parcourue. D'autre part, il existe souvent dans la nature, r 51226 à l'intérieur d'un terrain, des parties en creux qui ne peu- vent pas être vues par un observateur non armé ou même par un observateur armé, lorsque le bord de la partie en creux ne présente aucun degré de netteté marquant Un véhi- cule qui s'engage dans une telle partie en creux se place alors pour l'observateur en arrière d'un objet qu'il ne peut prendre en compte Pour simuler également une telle situation, il est possible, par exemple dans un terrain à prairie, de ménager une partie en creux Dans ce cas, également, il est possible, à l'aide d'un point-image clair d'entourer une zone déterminée, d'associer à cette zone une information d'éloignement et de masquer ainsi partiel- lement ou complètement la cible lorsqu'elle pénètre dans cette zone. REVENDICATIONS 1 Procédé de simulation de vision, suivant lequel en vue de l'entraînement à un processus de combat, on représente l'image d'un arrière-plan sur un moniteur de télévision placé dans le champ de vision du système op- tique d'une personne à exercer, et on insère dans cet arrière-plan l'image d'une cible mobile, l'image de l'arrière- plan et l'image de la cible étant toutes deux mémorisées numériquement et parvenant à la représentation après conversion en un signal vidéo, caractérisé en ce que des objets individuels (B, W, etc) placés dans l'image d'arrière- plan (H) sont pourvus d'une information numérique d'éloi- gnement (EH) et en ce qu'on compare point-image par point-image l'information d'éloignement (EH) concernant les objets individuels avec une information numérique d'éloi- gnement (Ez) de la cible (Z) de façon à déterminer point- image par point-image si la cible (Z) doit être représen- tée en arrière ou en avant de l'objet individuel (B, W, etc). 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'information d'éloignement (EH) concernant les objets individuels (B, W, etc) est obtenue en amenant la cible (Z), par commande de ses coordonnées (x, y) au voisinage de l'objet individuel correspondant, par modifi- cation d'échelle de la cible (Z) par rapport à l'image d'arrière-plan (H), on établit une relation réaliste entre la cible etl'image d'arrière-plan, de sorte que, pour une partie connue du champ de vision du système optique, et pour une grandeur connue de la cible, un éloignement peut être associé à l'objet individuel. 3 Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que, en commandant la clarté d'un point-image sur le contour de l'objet individuel (B, W, etc), ou bien en suivant le contour de l'objet individuel à l'aide du point-image de brillance commandée, la même information d'éloignement (EH) est associée à tous les points-image se trouvant à l'intérieur de l'objet individuel. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que, pour différents 6957 FR 12236 il points d'une trajectoire de la cible, un opérateur introduit complémentairement, en plus des coordonnées (x,-y) et d'une information d'éloignement (Ez), des angles d'inclinaison longitudinale, de lacet et de roulis (N, G, R) et une in- terpolation effectuée à l'aide d'un calculateur ( 10) permet d'établir une trajectoire de cible avec comportement réalis- te de mouvement de cette cible. Procédé selon la revendication 4, caracté- risé en ce que chaque pointimage, aussi bien de la cible (Z) que de l'arrière-plan (H) comporte une information, codée à l'aide de plusieurs bits, concernant la valeur de grille (GH' Gz) et l'éloignement (EH, Ez). 6 Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'on prédétermine à volonté dans l'image d'arrière-plan (H) des zones individuelles (X), o la cible (Z) est représentée partiellement ou complètement masquée par l'arrière-plan.