Brevet FR2512235A1 — publié le 19830304

1. La présente invention concerne un procédé de si- mulation de vision suivant lequel, en vue d'un entraînement au combat, on représente l'image d'un arrière-plan sur un moniteur de télévision placé dans le champ de vision d'une personne à exercer et on insère dans cet arrière-plan l'image d'une cible mobile, l'image de l'arrière-plan ainsi que l'i- mage de la cible étant méinorisées numériquement et représen- tées sur le moniteur après conversion en un signal vidéo On utilise un tel procédé, notamment, dans des appareils d'en- traînement à une situation de combat. D'après le brevet allemand DE-PS 23 03 l Oi, on sait, par exemple, produire sur un moniteur une image corres- pondant à une zone partielle quelconque d'une grande image. La sélection de la zone partielle est effectuée dans ce cas, par exemple, par l'intermédiaire de générateurs d'adresses couplés avec des éléments directionnels et par l'intermédiai- re desquels on peut extraire des parties d'images individuel- les et les réunir sous forme d'une zone partielle de la gran- de image Conformément à la demande de brevet allemand DE-OS 29 19 047, ces images individuelles peuvent aussi être mémo- risées numériquement, et on peut également insérer dans l'i- mage d'arrière-plan représentée sur le moniteur, en correspon- dance à la zone partielle adressée, des silhouettes ou des i- mages d'objets déterminés, comme par exemple des cibles mobi- les La génération de ces silhouettes ou de ces images est a- lors effectuée d'une manière connue par un ordinateur Si l'on dispose un tel moniteur dans le champ -ao vision du système op- tique d'un pointeur ou d'un commandant, il est possible, par exemple, de simuler une situation de combat pour des équipages d'engins blindés. Ces derniers temps, on a utilisé, de plus en plus, notamment pour la détection de cibles, des appareils à images thermiques, c'est-à-dire des appareils qui n'opèrent pas dans le spectre optiquement visible mais dans le domaine infrarou- ge lointain Ces appareils à images thermiques sont générale- ment compatibles avec la télévision, car ils présentent des structures d'analyses semblables à celles des caméras de té- lévision normales, c'est-à-dire qu'ils sont structurés en li- gnes et, à l'intérieur des lignes, en valeurs de grilles, les 2. valeurs de grilles du rayonnement infrarouge reçu Atant asso- ciées à la scène. L'invention a pour but de perfectionner un procé- dé du type défini ci-dessus de manière que, lors de la simu- lation de vision, il soit possible de produire d'une manière relativement simple une représentation-correspondant à une image thermique Ce problème est résolu conformément à l'in- vention par le fait que les valeurs de grilles d'une image vidéo diurne de l'arrière-plan sont converties, point-image par point-image, avec un facteur prédéterminé par une fonc- tion de traitement, de façon à produire une représentation correspondant à une image thermique. L'invention peut également présenter les caracté- ristiques ci-après, considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: des objets individuels (H, Wa, B, Wi) apparais- sant dans l'image vidéo diurne de l'arrière-plan sont conver- tis à l'aide d'une fonction de traitement qui leur est asso- ciée spécifiquement. La fonction de traitement est obtenue en compa- rant point-image par point-image les valeurs de grilles d'une prise de vues vidéo diurne avec les valeurs de grilles d'une image thermique réelle du même arrière-plan. On effectue une conversion séparée de la prise de vues vidéo diurne et une mémorisation dans une mémoire vi- déo thermique ( 10 ') séparée de la mémoire vidéo diurne ( 10). On effectue une conversion en temps réel de la prise de vues vidéo diurne à l'aide d'une table matérielle de recherche 19 branchée entre la mémoire vidéo diurne ( 10) et un moniteur ( 16) et contenant la fonction de traitement. La base de données pour une image de cible à in- sérer dans l'image d'arrière-plan est modifiée en ce qui con- cerne les zones marquantes, afin de faire ressortir des sur- faces associées aux zones marquantes lors d'une simulation d'image thermique. D'après le brevet allemand DE PS 19 51 622, on sait en outre effectuer le pointage, à l'aide d'éléments di- rectionnels, d'un système optique observant un paysage-modèle et projeter additionnellement, par réflexion dans le trajet 3. optique des rayons, l'image dtun tube cathodique, afin de re- présenter sur l'écran du tube cathodique la trajectoire d'un projectile. L'invention a en outre pour but de permettre éga- lement avec ce procédé faisant intervenir une observation di- recte d'un paysage-modèle, une simulation de vision avec l'- impression d'une image thermique L'invention concerne donc aussi un procédé de simulation de vision avec observation di- recte d'un paysage-modèle dans lequel se déplacent des cibles- modèles, caractérisé en ce que, pour la simulation d'un appa- reil à images thermiques, les zones marquantes des cibles sont revêtues d'une couleur fluorescente et sont éclairées par une lampe à ultraviolets et en ce qu'une image vidéo diurne, pour- vue de cette manière de zones marquantes, est transmise à un moniteur par l'intermédiaire d'une table de recherche mémori- sant de façon analogique la fonction d'analyse. Selon une autre caractéristique de ce procédé, 1 '- image du moniteur 16 ' peut être insérée par réflexion dans le trajet des rayons du système optique ( 24). Les avantages de l'invention consistent en ce que, pour l'application du procédé à un appareil d'entraînement, celui-ci n'a pas besoin d'être équipé par lui-même d'un appa- reil à image thermique, ce qui ne serait pratiquement pas possible dans la plupart des cas pour des raisons de place, et ce qui ne serait également pas souhaitable pour des rai- sons de coût. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux des- sins annexés dans lesquels: Fig 1 est un schéma de principe expliquant le pro- cédé CSI utilisé (CSI: abréviation de l'expression anglaise Computer Synthetized Imagery, se traduisant par "production d'images synthétisée par ordinateur"); Fig 2 est un schéma de principe d'un premier exem- ple de mise en oeuvre de l'invention; Fig 3 est un schéma de principe d'un second exem- ple de mise en oeuvre de l'invention; Fig 4 représente une image d'un arrière-plan com- 4. portant des objets individuels; Fig 5 est une image schématisée du même arrière- plan; Fig 6 est un schéma de principe d'un agencement pour le traitement d'objets individuels avec une fonction de traitement; Fig 7 est une représentation schématique d'un au- tre exemple d'application de l'invention. Conformément à la Fig 1, une mémoire numérique 10 d'image contient l'information, convertie numériquement, d'u- ne grande image vidéo Par un adressage qui est réalisé notam- ment par les éléments de commande 11, il est possible d'ex- traire de la grande image EBI-EBVIII mémorisée dans la mémoi- re d'image 10, une image partielle TB, qui est composée dans ce cas par exemple de plusieurs images individuelles EBI, EBII, EBV, EBVI, comme cela a été décrit dans le brevet alle- mand DE PS No 28 03 101 et dans la demande de brevet alle- mand DE OS NO 29 19 047. Un calculateur de processus 12 sélectionne, sur la base d'un programme d'exercice qui a été introduit, une re- présentation numérique de cible dans une mémoire numérique 13 de cible, et il commande un mélangeur d'images 14 de façon que l'image numérique de cible soit insérée dans l'image par- tielle numérique L'image mixte ainsi formée parvient à un moniteur 16 après une conversion numérique/vidéo dans un con- vertisseur 15 Le moniteur 16 est disposé, d'une manière non représentée, dans le champ de vision d'un système optique de viseur, auquel cas l'image de télévision est optiquement adap- tée, en vue d'obtenir une qualité optimale d'image, de telle sorte que le champ de vision du système optique corresponde à la grandeur de l'écran du moniteur. Sur la Fig 2, on a représenté un agencement cor- respondant essentiellement à la Fig 1 et qui permet d'opérer sélectivement, à l'aide d'un commutateur 18, avec une image 33 Vidéo diurne ou bien avec une image vidéo-thermique obtenue par traitement à l'aide d'un dispositif 17 Le dispositif 17 peut, en principe, être pré-défini par le calculateur de pro- cessus 12, qui emmagasine la fonction de traitement, par e- xemple dans une mémoire fixe En ce qui concerne l'image vidéo 5. thermique, il s'agit d'una image thermique simulée qui est obtenue de la façon suivante: Pour la représentation de l'image thermique d'une scène de la nature, on enregistre initialement une image vi- déo diurne de cette scène et, après conversion numérique, el- le est emmagasinée dans une mémoire vidéo diurne 10 Ensuite, à l'aide d'une fonction de traitement mémorisée dans le dis- positif 17, les valeurs de grilles de cette image vidéo diur- ne sont converties point-image par point-image de façon que l'image pouvant être représentée après la conversion appa- raisse à l'oeil humain comme semblable à l'image thermique de la même scène L'information d'image convertie par la fonc- tion de traitement est emmagasinée dans une mémoire vidéo thermique 10 ' La fonction de traitement proprement dite peut être définie par exemple de telle sorte que les valeurs de grilles d'une image-vidéo diurne soient comparées point par point avec celles d'une image thermique correcte de la même scène, moyennant quoi on peut calculer à l'aide de méthodes de classification et de distributions statistiques les para- 2 D mètres de la fonction de traitement. Alors que, conformément à la Fig 2, l'image ther- mique est obtenue par un traitement séparé (off-line) des différents points-image dans un calculateur à l'aide d'une fonction d'analyse, grâce à quoi l'image vidéo diurne est disponible, de même que l'image vidéo thermique, pour une si- mulation de vision en temps réel, l'agencement de la Fig 3 offre la possibilité d'une conversion immédiate (on-line) de l'image d'arrière-plan emmagasinée dans la mémoire vidéo di- urne numérique 10 Par actionnement du commutateur 18, le mé- langeur d'images 14 peut être relié à une table de recherche 19, dans laquelle on fait passer l'information vidéo diurne numérique, auquel cas chaque point image est à nouveau traité avec la fonction d'analyse obtenue La table de recherche 19 peut être à nouveau pré-définie par le calculateur de proces- sus 12, qui a mémorisé par exemple dans une mémoire fixe la fonction d'analyse Il va sans dire que la table de recherche peut également être matérialisée par un circuit électronique. La Fig 4 représente un exemple d'une image d'ar- rière-plan qui se compose essentiellement du ciel H, d'une 6. forêt Wa, de taillis 3 et d'une prairie Wi Au lieu de prédé- terminer unitairement la fonction d'analyse, suivant laquel- le les valeurs de grilles d'une image vidéo diurne sont con- verties en une image vidéo thermique, pour l'ensemble de 1 '- image, il est proposé, conformément à un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, d'analyser les différents objets individuels se trouvant dans l'image d'arrière-plan, tels que le ciel H, la forêt Wa, les taillis B et la prairie Wi, chacun avec une fonction d'analyse spécifique A cet effet, conformément aux Fig 5 et 6, on rend brillant un point-image placé sur le bord d'un objet individuel (H, B, Wa, Wi) dans l'image partielle examinée par l'intermédiaire d'un pupitre , et on fait déplacer le point- image rendu brillant sur le contour de l'objet individuel à l'aide d'un appareil de com- mande 21 (par exemple "Trackball") Après entourage de l'ob- jet individuel, tous les points-image se trouvant à l'intéri- eur du contour sont convertis à l'aide d'une fonction d'ana- lyse caractéristique des objets individuels H, B, Wa et Wi. Ces fonctions d'analyse peuvent être incorporées aux tables de recherche 19 du calculateur de processus 12, comme cela est indiqué sur la Fig 6, ou bien encore elles peuvent être matérialisées par un circuit électronique. En ce qui concerne les cibles insérées dans l'ima- ge d'arrière-plan et dont les images vidéo thermiques se dif- férencient très nettement des images vidéo diurnes correspon- dantes, du fait que par exemple dans un char des conduits d'- échappement chauds, des chaînes échauffées ou bien des tubes de canons échauffés par le tir constituent des zones très mar- quantes, on a cherché un autre moyen pour obtenir une repré- sentation simulée de l'image thermique Comme indiqué ci-des- sus, les cibles sont, dans le cas d'une simulation de vision diurne, placées dans l'image vidéo par insertion ou découpa- ge La source de représentation de la cible constitue dans ce cas, par exemple, une image de cible obtenue en temps réel par un calculateur Ce procédé est connu sous l'appellation "Procédé CGI" (CGI: abréviation de l'expression anglaise Computer Generated Image, se traduisant par "image engendrée par ordinateur") Cependant, il est également possible d'ob- tenir en temps non-réel une image de cible dans différentes 7. caméras de télévision, de les emmagasiner dans une mémoire et de les extraire ensuite en temps réel Dans les deux cas, la source de l'image de cible forme une base de données qui définit la figure géométrique de cible par un nombre appro- prié de points sur la surface de figure Cette définition, c'est-à-dire la base de données, peut être choisie, aussi bien pour l'image diurne que pour l'image thermique simulée; mais dans le cas seul de l'image thermique, la base de don- nées doit être complétée par différentes données, de manière que la surface correspondante d'une zone marquante soit éva- luée lors du calcul de l'image de cible avec une brillance qui est différente pour l'image thermique simulée de celle intervenant pour l'image diurne. Le procédé expliqué ci-dessus pour la simulation d'un appareil à image thermique n'est pas limité à son appli- cation à des systèmes d'entraînement, dont la simulation de vision est résolue à l'aide du procédé CSI Conformément à la Fig 7, il est également possible de produire, lors de 1 '- observation directe d'un paysage-modèle L o se déplacent des cibles-modèles Z, l'impression d'une image thermique Norma- lement, un observateur regarde au travers d'un système opti- que de viseur 24 qui peut être pointé par l'intermédiaire d'- éléments de commande sur le paysage-modèle L o se déplacent les cibles Z Par l'intermédiaire d'un miroir 25 semi-trans- parent et placé en oblique dans le trajet des rayons passant dans le système optique de viseur 24, l'image vue par le pointeur est, par exemple, arrêtée par réflexion et transmise à une caméra vidéo 22 L'image vidéo reçue par la caméra 22 peut être affichée sur un moniteur 26 dans la position repré- sentée de l'élément de commande pouvant être actionné par 1 '- intermédiaire du commutateur 18, de sorte que, par exemple, un entraîneur puisse contrôler le mouvement de pointage de la personne à exercer. Lorsque l'entraînement au combat doit s'effectuer, c'est-à-dire lorsqu'on doit déceler les cibles et les combat- tre en utilisant une représentation avec image thermique, il est nécessaire de prendre les mesures suivantes: la cible Z se déplaçant dans le paysage-modèle L est pourvue, dans ses zones marquantes, c'est-à-dire notamment sur les zones chau- 8. des qui sont définies essentiellement par le tube de canon R, le moteur M et les chaînes K, d'une couleur fluorescente Lois de la commutation sur un appareil à image thermique simulé à l'aide du commutateur 18, il se produit, d'une part, l'allu- mage d'une lampe à ultraviolets 23, qui est placée au-dessus du paysagemodèle L et, d'autre part, le moniteur est relié par l'intermédiaire d'un commutateur à une table de recherche analogique 19 dans laquelle on fait passer le signal vidéo de la caméra 22 afin de traiter des valeurs de grilles de l'ima- ge vidéo diurne avec une fonction d'analyse définie au préa- lable Simultanément, l'image du moniteur 16 ou bien d'un au- tre moniteur 16 ' est réfléchie par l'intermédiaire d'un mi- roir pivotant 26 dans le viseur 24 du pointeur Le miroir pi- votant 26 est écarté par pivotement du trajet des rayons, lorsque l'entraînement au combat doit s'effectuer avec un rayonnement placé dans le spectre visible En même temps, il faut éteindre la lampe à ultraviolets 23 et la table de re- cherche 19 doit être contournée. 12235 9. REVENDICATIONS 1 Procédé de simulation de vision, suivant le- quel, en vue d'un entraînement au combat, on représente l'i- mage d'un arrière-plan sur un moniteur de télévision placé dans le champ de vision d'une personne à exercer et on insère dans cet arrière-plan l'image d'une cible mobile, l'image de l'arrière-plan ainsi que l'image de la cible étant mémorisées numériquement et représentées sur le moniteur après conver- sion en un signal vidéo, procédé caractérisé en ce que les valeurs de grilles d'une image vidéo diurne de l'arrière-plan sont converties, pointimage par point-image, avec un facteur prédéterminé par une fonction de traitement de façon à pro- duire une représentation correspondant à une image thermique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des objets individuels (H, Wa, B, Wi) apparaissant dans l'image vidéo diurne de l'arrière-plan sont convertis à l'aide d'une fonction de traitement qui leur est associée spécifiquement. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la fonction de traitement est obtenue en comparant point-image par point-image les valeurs de gril- les d'une prise de vues vidéo diurne avec les valeurs de grilles d'une image thermique réelle du même arrière-plan. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'on effectue une conversion séparée de la prise de vues vidéo diurne et une mémorisation dans une mémoire vidéo thermique ( 10 ') séparée de la mémoire vidéo diurne ( 10). Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'on effectue une conversion en temps réel de la prise de vues vidéo diurne à l'aide d'u- ne table matérielle de recherche 19 branchée entre la mémoire vidéo diurne ( 10) et un moniteur ( 16) et contenant la fonc- tion de traitement. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que la base de données pour une image de cible à insérer dans l'image d'arrière-plan est modifiée en ce qui concerne les zones marquantes, afin de faire ressortir des surfaces associées aux zones marquantes 6959 FR 12235 10. lors d'une simulation d'image thermique. 7 Procédé de simulation de vision avec observa- tion directe d'un paysage-modèle dans lequel se déplacent des cibles-modèles, caractérisé en ce que, pour la simulation d'- un appareil à images thermiques, les zones marquantes (R, M, K) des cibles (Z) sont revêtues d'une couleur fluorescente et sont éclairées par une lampe à ultraviolets ( 23) et en ce qu'une image vidéo diurne pourvue de cette manière de zones marquantes est transmise à un moniteur ( 16, 16 ') par l'inter- médiaire d'une table de recherche ( 19) mémorisant de façon analogique la fonction de traitement. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'image du moniteur 16 ' peut être insérée par ré- flexion dans le trajet des rayons du système optique ( 24).