Brevet FR2539867A1 — publié le 19840727

APPAREIL INDICATEUR DE DONNEES TOPOGRAPHIQUES ENREGISTREES SUR FILM ET SON UTILISATION POUR LA NAVIGATION AERIENNE L'invention concerne un appareil indicateur de données topo- graphiques enregistrées sur un film photographique, qui sont lues et visualisées sur un indicateur cathodique Son utilisation est plus particulièrement envisagée pour la navigation aérienne. Les indicateurs cartographiques présentent l'image d'une carte géographique aux pilotes de certains véhicules, en particulier dans le domaine aéronautique Ces indicateurs cartographiques utilisent une carte géographique préalablement enregistrée sur un support opti- que, magnétique ou autre, analysée par une lecture pour sélec- tionner la zone utile de carte à visualiser et la traduire sous forme de signaux vidéo aptes à une visualisation sur un indicateur catho- dique La zone visualisée défile en correspondance avec le vol et son positionnement est asservi à la longitude et à la latitude de l'aéronef et éventuellement au cap Outre la carte géographique, le dispositif 1 S de navigation est généralement agencé pour visualiser conjoin- tement des repères et symboles pour indiquer le point figuratif de l'aéronef ainsi que des informations de navigation (vitesse, consom- mation de carburant, route à suivre, etc) Ces indicateurs cartographiques servent donc essentiellement à présenter aux pilo- tes d'avion la carte géographique de la zone survolée, mais ne présentent par l'information d'altitude. Il est connu de représenter le relief sur des cartes géogra- phiques en utilisant généralement des courbes de niveaux ou une famille de teintes dégradées qui correspondent chacune à -une tranche déterminée d'altitude Les coloris entre le jaune et le marron sont ainsi souvent utilisés pour représenter de manière croissante les différentes tranches successives d'altitudes positives. Ces types de cartes ne permettraient pas au pilote d'apprécier avec précision l'altitude des points survolés, le nombre de différentes tranches d'altitude étant souvent tel que chacune d'elles couvre plusieurs centaines de mètres. Le but de l'invention est, de traiter un levé précis d'altitude d'un territoire donné pour visualiser de manière fine l'altitude d'une série quelconque de points d'une zone de ce territoire Ces points constituent, à titre d'exemple l'itinéraire d'un aéronef équipé de l'appareil. On connaît par le document de brevet français FR-A-2 499 743 un indicateur cartographique permettant de visualiser l'image cou- leur d'une carte Cet appareil comporte la carte mémorisée sur un support optique ou magnétique, en utilisant deux composantes chromatiques ou l'unique composante de luminance Dans ce mode préféré, le support est un film noir et blanc dont les densités enregistrées correspondent aux différentes couleurs, en nombre limité, de la carte Le capteur unique est une caméra TV noir et blanc associée à une source lumineuse, ou un photomultiplicateur associé à un tube analyseur à spot mobile appelé communément, selon l'appelation anglo-saxonne correspondante, flying-spot La voie vidéo détectée est transmise après conversion analogiquenumérique dans une mémoire morte programmée pour l'identification de la couleur lue et la restitution des composantes chromatiques conven- tionnelles rouge, verte et bleue de visualisation couleur selon une table de correspondance prédéterminée. Une particularité de l'invention est d'utiliser comme support d'information un film photographique sur lequel est enregistré le levé précis d'altitude, ce film étant codé selon un grand nombre de teintes distinctes afin de couvrir avec une précision désirée la gamme totale d'altitude envisagée. Suivant une autre particularité de l'invention, un circuit de traitement des signaux vidéo issus de la lecture du film délivre par une unique voie vidéo l'information décodée, permettant ainsi d'uti- liser un simple tube cathodique noir et blanc pour visualiser les variations fines de l'altitude que présentent les différents points successivement analysés. L'objet de l'invention est de réaliser un indicateur de données topographiques enregistrées sur un film photographique selon un codage de teintes prédéterminé, ces données correspondant à un levé déterminé Cet appareil appareil comporte un dispositif d'ana- lyse dit lecteur vidéo sélectionnant sur le film la partie à visualiser et délivrant des signaux vidéo correspondants, un circuit de traite- ment pour décoder ces signaux point par point et en temps réel en procédant par une identification de la teinte et par une restitution de données selon une table de correspondance prédéterminée, et un dispositif de visualisation à tube cathodique des signaux décodés. Selon l'invention, l'enregistrement du film est un levé d'altitude codé selon une pluralité de teintes afin de couvrir une gamme totale d'altitude avec une précision désirée, et le circuit de traitement délivre par une unique voie vidéo l'information décodée de manière à représenter les variations d'altitude des points successifs analysés. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: figure 1, un diagramme d'un premier mode de réalisation d'un appareil indicateur selon l'invention, utilisant un film couleur; figure 2, un diagramme selon un deuxième mode de réali- sation d'un appareil indicateur selon l'invention, utilisant un film noir et blanc; figure 3, un diagramme d'un dispositif d'enregistrement du film couleur utilisé dans un appareil selon la figure 1; figure 4, un diagramme partiel d'une variante de réalisation d'un appareil indicateur conforme à l'invention; figure 5, un schéma relatif au calcul de paramètres de visualisation dans le cadre de la réalisation selon la variante de la figure 4; figure 6, un exemple de visualisation de courbes de niveau dans le cadre de la variante selon les figures 4 et 5. En référence à la figure 1, l'appareil indicateur illustré correspond à un mode préférentiel de réalisation car il fait appel à un film photographique 1 en couleurs pour supporter l'enregis- trement des données topographiques, ce qui permet de stocker un nombre élevé de valeurs plus aisément que sur un film noir et blanc. Ces données sont constituées par un levé précis d'altitude d'un territoire L'appareil indicateur comporte un lecteur vidéo 10, un circuit de commande 15, un circuit de traitement 20 et un dispositif de visualisation 30. Le lecteur vidéo 10 comprend essentiellement, afin d'analyser le film couleure 1, un tube d'analyse 2 à spot mobile et ses circuits d'alimentation et de balayage 4 Le lecteur vidéo comprend égale- ment un séparateur, trichrome 5, décomposant le faisceau 3 en trois faisceaux respectivement vert, bleu et rouge sur lesquels sont placés trois photodétecteurs 6 V, 6 B, 6 R délivrant chacun un signal vidéo SV, SB, SR Un dispositif commutateur 7 commandé permet le branchement d'une boucle de régulation 8 de l'intensité de la source lumineuse constituée par le spot du tube d'analyse 2 Un circuit d'asservissement 9 permet le positionnement vertical du film 1. Le circuit de traitement 20 reçoit les trois signaux vidéo SV, SB, SR qui sont appliqués à l'entrée de trois convertisseurs ana- logiques-numériques, respectivement 21 V, 21 B, 21 R Les sorties numériques de ces convertisseurs sont branchées à l'entrée d'une mémoire morte programmée 22 ou mémoire PROM, qui reçoit ainsi un mot binaire auquel elle fait correspondre, selon une table de décodage, la valeur numérique d'altitude du point analysé La sortie de la mémoire 22 est connectée à un unique convertisseur numérique-analogique 23 délivrant le signal vidéo qui est destiné à la visualisation. Z 539867 Le dispositif de visualisation 30 comprend un tube catho- dique 33 noir et blanc; la déflexion du spot est commandée par un circuit de balayage horizontal 32 et un circuit de balayage ver- tical 31 La sortie vidéo Z du circuit de traitement 20 alimente le circuit de balayage vertical 31 afin de produire la tension de déflexion verticale du spot appliquée à la bobine correspondante 31 A, ou à une plaque de déviation électromagnétique. Le circuit de commande 15 élabore les différents signaux de commande et de synchronisation nécessaires au fonctionnement de l'ensemble Ces signaux comprennent des signaux de balayage SB appliqués au circuit de balayage 4 du tube d'analyse 2 pour produire un balayage du type "cavalier", un-signal SP ou synchronisation point par point des valeurs analysées, un signal de synchronisation image SI pour commander, d'une part le commutateur 7 et commu- ter périodiquement à la période image ou à une période multiple les sorties vidéo vers la boucle de régulation 8, et d'autre part le circuit de balayage horizontal 32 du tube de visualisation 33 et des signaux SF de commande de positionnement du film. Pour faciliter la compréhension du fonctionnement de l'appa- reil, l'enregistrement du film est maintenant décrit Le territoire concerné par le levé a été divisé, par exemple selon un quadrillage longitude-latitude, afin de définir des zones correspondant chacune à une image, chaque zone étant elle-même subdivisée en des surfaces élémentaires de dimensions limitées Pour chacune d'elles une altitude a été relevée, en l'occurence l'altitude moyenne La gamme totale couverte par toutes les altitudes du territoire est alors divisée en tranches élémentaires; à titre d'exemple on peut choisir un intervalle de dix mètres pour définir une tranche élémentaire. En se reportant à la figure 3, on introduit avec un adressage approprié dans une mémoire de masse 40 les valeurs d'altitude mesurées et converties en numérique A chacune des tranches on fait correspondre une couleur distincte, selon la table de correspondance utilisée par l'intermédiaire d'une mémoire morte programée 41 du type PROM Cette mémoire produit une fonction de codage inverse à celle de décodage de la mémoire 220 Chaque couleur est définie par un pourcentage de bleu, un pourcentage de vert et un pour- centage de rouge En relation avec l'exemple de réalisation illustré par la figure 1, huit niveaux de vert, huit niveau de bleu et quatre niveaux de rouge peuvent être employés à l'enregistrement On dispose ainsi de deux cent cinquante six couleurs distinctes qui symbolisent autant d'altitudes différentes, et permettent de visua- liser un dénivellation de deux mille cinq cent soixante mètres pour l'incrément de dix mètres considéré Chacune des trois voies vidéo îo de sortie de la mémoire morte 41 alimente un convertisseur numériqueanalogique respectivement 42 V, 42 B, 42 R afin de commander un tube cathodique couleur 43 pour l'impression du film 1 à travers une optique de transport d'image 46 Un dispositif de commande 44 qui peut consister en un microprocesseur, un clavier et une console de visualisation synchronise ces différents éléments ainsi qu'un circuit de balayage horizontal 45 de balayage point par point du tube 43 Les couleurs correspondant respec- tivement aux valeurs d'altitude successivement extraites de la mémoire 40 sont ainsi enregistrées sur le film 1 sur une même ligne horizontale Ce dispositif 44 commande également, à la fin de l'enregistrement d'une ligne, le déroulement vertical du film 1 pour passer à la ligne suivante de l'image considérée. Un film monochrome noir et blanc peut donc être utilisé, une seule composante de luminance étant utilisée pour modifier la densité du film Dans ce concept la mémoire morte programmée 41 ne comporte qu'une seule voie vidéo de sortie, il n'y a qu'un seul convertisseur numériqueanalogique et la voie vidéo correspondante est appliquée à un tube cathodique monochrome. Le fonctionnement de l'appareil indicateur illustré sur la figure 1 est le suivant Le circuit d'asservissement 9 regulant le positionnement vertical du film 1 est commandé par le circuit de commande 15 pour sélectionner l'image du film à exposer au faisceau 3 du tube d'analyse 2 Le circuit de commande 15 comprend un processeur, tel un microprocesseur, qui élabore les signaux de commande et de synchronisation Ces signaux SB sont appliqués au circuit de balayage en 4 pour dévier en X et Y le faisceau le long du parcours à analyser. Les moyens de balayage 15 et 4 produisent un balayage cavalier; le balayage du faisceau 3 s'effectue selon une suite de vecteurs élémentaires lelong du parcours, ou des parcours successifs à analyser On considère que chaque balayage comporte un nombre fini déterminé N de vecteurs élémentaires La durée de balayage d'un vecteur élémentaire correspond à la période TP du signal de synchronisation point SP La durée du balayage est donc donnée par la valeur TH égale à N fois TP Ce balayage est reproduit à la période Il d'image = TH+TS, la durée TS de suppression pouvant être utilisée pour commuter le ciruit 7 et entraîner la régulation par le circuit 8, ou pour produire une visualisation de symboles à l'aide d'un générateur de symboles non figuré Il faut en effet considérer que la régulation n'a pas lieu d'être branchée systématiquement durant chaque intervalle TS de suppression. L'optique précédant le film 1 produit un transport d'image de spot lumineux au niveau du film 1 La lumière du faisceau lumineux 3 est modifiée par la transparence et la couleur du point analysé du film 1, et est reprise par une autre optique pour être transmise au séparateur trichrome 5 qui sélectionne les trois compo- santes lumineuses verte, bleue et rouge Les trois photo- détecteurs 9 V, 9 B, 9 R peuvent être des photomultiplicateurs Le commutateur triple 7 et la boucle de régulation 8 permettent d'agir sur l'alimentation en 4, de façon à ce que l'intensité lumineuse du faisceau 3 reste sensiblement constante Dans le circuit de trai- tement 20 les trois signaux SV, SB, SR sont convertis numéri- quement sous forme binaire Dans l'exemple traité, cette conversion se traduit par trois bits pour le vert, trois bits pour le bleu et deux bits pour le rouge Un mot de huit bits ainsi formé identifie la couleur du point lu et est introduit dans la mémoire morte 22 o il est remplacé par la valeur numérique de l'altitude correspondante du point analysé à l'instant considéré Cette valeur est convertie en 253986 T grandeur analogique Z par l'unique convertisseur numérique- analogique 23 Le signal Z est appliqué au circuit de balayage vertical 31 qui peut comporter un amplificateur à gain variable pour adapter la déflexion verticale à l'échelle désirée. Le circuit de balayage horizontal 32 synchronisé par le signal SI est équipé d'un circuit générateur de tension en dents de scie 34 (figure 4) Ce générateur peut être suivi d'un amplificateur à gain réglable 35 pour régler de même à l'échelle désirée l'amplitude du balayage vertical Pour visualiser des symboles durant les inter- valles de suppression les circuits de balayage 31 et 32 devront recevoir des signaux correspondant du circuit 15 ce qui entraîne en particulier un circuit de commutation sur la liaison Z allant au circuit 31. La figure 2 représente un mode de réalisation pour lequel le film 1 est monochrome, noir et blanc; les altitudes se trouvent stockées selon différents niveaux de gris qui sont prédéterminés en relation avec les différentes tranches d'altitude à traduire Chaque tranche d'altitude Zi est affectée à une valeur de densité Di déter- minée du film, c'est-à-dire à un certain niveau de gris dans une gamme, s'étendant de préférence du noir au blanc Le dispositif de lecture comporte une source ponctuelle lumineuse fixe 12 avec son alimentation 11, des éléments optiques pour collimater la source et pour transporter l'image de la zone éclairée au niveau des moyens de photodétection et d'analyse 14 sensibles uniquement à l'intensité de la lumière Ces moyens sont commandés par le circuit de com- mande 15 et peuvent consister en une simple caméra TV noir et blanc Un interrupteur simple 17 permet à une boucle de stabi- lisation 18 semblable à celle 8 précitée de contr 8 ler le circuit d'alimentation 11 Le signal vidéo SV du dispositif de lecture 10 est ensuite traité dans un circuit de traitement 20 qui ne diffère de celui utilisé dans la version précédente que par le fait qu'un seul convertisseur analogique-numérique 21 est nécessaire à l'entrée pour alimenter la mémoire morte programmée 22 Tous les autres élé- ments de cette figure sont identiques à ceux utilisés dans le mode de réalisation de la figure 1 et ont les mêmes références. Selon une variante de réalisation on commande par le circuit de commande 15 le balayage du faisceau d'analyse plusieurs parcours distincts sur le film Ceci permet de visualiser simultanément plusieurs coupes de terrain sur l'écran du tube 33 Ces différents parcours d'analyse pourront se situer dans les plans perpendiculaires à la direction de l'aéronef et être de plus en plus éloignés de celui- ci La visualisation de ces parcours est obtenue en décalant ces coupes de terrain les unes par rapport aux autres selon l'axe vertical du tube 33 Cette visualisation peut produire une impression de perspective du terrain se présentant devant l'aéronef. En référence à la figure 4 cette variante utilise un sommateur analogique 60 recevant par une première entrée la sortie Z des circuits de traitement 20, et par une deuxième entrée un signal de décalage A Z issu du circuit de commande 15 Le signal AZ de décalage des coupes, proportionnel à la distance séparant les cour- bes les unes des autres sur le film peut être déterminé par programmation préalable en 15 pour obtenir une loi de décalage déterminée. Pour améliorer le confort de la vision, accroître le réalisme de l'image en renforçant l'impression de perspective et la notion de relief du terrain on pourra déterminer les décalages des coupes de la manière suivante en se reportant aux figures 5 et 6. Les courbes perpendiculaires à la direction x de l'aéronef sont à des distances respectives dl, d 2, d 3, d 4 de la verticale du point A représentant la position de l'aéronef Ces différentes coupes définis- sent des angles croissants avec la distance d. En élaborant un signal de la forme AZ = Kx Arc tg d ou d est la distance d'éloignement du plan de coupe, la visualisation obtenue s'apparente au panorama vu du point A Dans l'expression précitée K est une constante Ce signal peut être élaboré aisément par des moyens de calcul 61 faisant partie du circuit de commande Dans le cas d'un matériel aéroporté il s'agira d'un calculateur de bord Ce signal est converti en analogique par un circuit de conversion numérique-analogique 62 Le bloc 63 représente un alti- mètre mesurant l'altitude instantanée ZA de l'aéronef, cette donnée étant fournie au calculateur 61. La figure 6 visualise différentes courbes Cj, Cj+l et les déca- lages verticaux successifs A Zj, A Zj+l, Pour l'élaboration d'un balayage cavalier on pourra se reporter au brevet français FR-A-2 218 646; pour le problème de régulation de la luminance on pourra se reporter au brevet français FR-A-2 499 743. REVENDICATIONS 1 Appareil indicateur de données enregistrées sur un film photographique selon un codage de teintes prédéterminé, ces don- nées correspondant à un levé déterminé, comportant un dispositif d'analyse dit lecteur vidéo pour sélectionner sur le film la partie utile à visualiser et délivrer les signaux vidéo correspondants, un circuit de traitement pour décoder ces signaux point par point et en temps réel en procédant par une identification de la teinte et une restitution de données selon une table de correspondance déterminée et un dispositif de visualisation à tube cathodique des signaux décodés, des moyens de commande pour élaborer des différents signaux de synchronisation et de commande, l'appareil étant carac- térisé en ce que l'enregistrement du film ( 1) est un levé d'altitude codé selon une pluralité de teintes afin de couvrir une gamme totale d'altitude avec une précision désirée, et que le circuit de trai- tement ( 20) délivre par une unique voie vidéo l'information décodée de manière à représenter les variations d'altitude des points succes- sivement analysés. 2 Appareil indicateur selon la revendication 1 dans lequel les circuits de traitement ( 20) comportent successivement des moyens de conversion analogique-numérique des signaux analogiques détectés, des moyens de décodage pour identifier la teinte en chaque point et lui faire correspondre la valeur numérique corres- pondante selon une table de correspondance inverse de celle utilisée à l'enregistrement du film, et des moyens de conversion numérique- analogique des dites valeurs numériques, caractérisé en ce que les signaux analogiques formant ladite voie vidéo en sortie représentent lesdites variations d'altitude et sont utilisés pour former un premier signal de déflexion pour la déviation du faisceau du tube cathodique ( 33) de visualisation. 3 Appareil indicateur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le tube cathodique ( 33) de visualisation est un tube monochrome et que les moyens de décodage sont constitués par une mémoire morte ( 22) programmée pour constituer une table de correspondance d'altitude. 4 Appareil indicateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caracté- -risé en ce que les différentes altitudes sont enregistrées sur un film photographique couleur ( 1) sous la forme d'une pluralité de couleurs correspondant à différentes tranches d'altitude à visualiser, le lecteur vidéo ( 10) délivrant trois signaux, chacun sur une voie vidéo différente correspondant aux trois composantes chromatiques. Appareil indicateur selon la revendication 1, 2 ou 3, carac- térisé en ce que les différentes altitudes sont enregistrées sur le film photographique ( 2) qui est monochrome noir et blanc sous la forme d'une pluralité de densités de gris correspondant aux diffé- rentes tranches d'altitude à visualiser, le lecteur vidéo ( 10) délivrant un seul signal sur une seule voie vidéo. 6 Appareil indicateur selon la revendication 4 ou 5, carac- térisé en ce qu'il comporte des moyens de balayage pour analyser le film ( 1) utilisant un balayage cavalier le long d'au moins un parcours d'analyse envisagé et pour visualiser en synchronisme la variation d'altitude correspondante sur l'écran du tube de visualisation ( 33). 7 Appareil indicateur selon la revendication 2 et l'une quel- conque des revendications 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent un circuit générateur de signaux comportant un signal (SB) de commande de balayage cavalier, des signaux (SF) de commande de positionnement du film ( 1), un -signal de synchronisation point par point (SP) pour commander le circuit de traitement ( 20) et un signal de synchronisation image (Si) pour former un deuxième signal de déflexion du tube cathodique ( 33) du dispositif de visualisation ( 30) et synchroniser le balayage de ce tube avec celui du dispositif d'analyse ( 10). 8 Appareil indicateur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un sommateur analogique ( 60) dont une première entrée est connectée à la sortie du circuit de traitement ( 20) pour recevoir le signal d'altitude (Z) et une deuxième entrée est connectée à une sortie du circuit de commande ( 15) pour recevoir un signal de décalage (A Z), le circuit de commande ( 15) comportant des moyens de calcul ( 61) dudit signal de décalage, la sortie du sommateur étant connectée audit dispositif de visualisation ( 30) pour produire ledit premier signal de déflexion (Z+ AZ) pour décaler les différentes courbes de niveaux (Cj, Cj+ 1 l,) constituées par les variations d'altitude visualisées sur l'écran du tube cathodique ( 33) selon plusieurs parcours d'analyse sur le film ( 1) correspondant à différents plans de coupe. 9 Appareil indicateur selon l'une quelconque des revendi- cations 1, 2, 3, 4, 7, ou 8, caractérisé en ce que le film photo- graphique 1 est enregistré au moyen d'une mémoire morte pro- grammée ( 41) recevant les valeurs d'altitude successives d'une mémoire de masse ( 40) pour faire correspondre à chacune d'elles un code couleur selon la table de correspondance, les sorties codées étant converties pour produire trois signaux vidéo couleur, d'un tube cathodique couleur ( 43) et d'une optique associée ( 46) pour effectuer l'enregistrement à partir des signaux vidéo couleur, la déviation du faisceau étant commandée horizontalement et le film ( 1) déplacé verticalement à la fin de chaque balayage ligne. 10 Appareil selon la revendication 8 utilisé pour visualiser des courbes de niveau dans un système indicateur de navigation aérienne d'un aéronef, caractérisé en ce qu'un altimètre ( 63) fournit l'altitude instantanée (ZA) auxdits moyens de calcul ( 61) qui élaborent ledit signal de décalage (AZ) sous la forme: K x Arc tg d o K est une constante et o d représente à chaque fois la distance réelle d'un plan de coupe, de la verticale de la position de l'aéronef.