Brevet FR2550873A1 — publié le 19850222

SYSTEME DE VISUALISATION D'IMAGES ENREGISTREES SUR FILM ET UTILISABLE POUR LA SIMULATION DE VOL L'invention concerne la visualisation d'images enregistrées, notamment de photographies, pour représenter l'évolution d'une situation telle que le défilement d'un paysage vu d'une trajectoire prédéterminée ou soumise à des imprévus L'invention est avantageusement utilisée pour la simulation de vol afin de permettre l'entraînement au sol des pilotes de navigation aérienne. Dans le domaine des simulateurs, ou de la conception assistée par ordinateur, on sait calculer en temps réel une représentation plane en perspective et son évolution, à partir de données stockées en mémoire Ainsi le panorama d'un paysage peut être reproduit 10 assez fidèlement mais l'image visualisée garde un certain caractère symbolique qui ne lui confère pas l'apparence totale de la réalité, à moins d'utiliser une très grande puissance de calcul. Par ailleurs, le défilement rapide d'une succession de photographies, ou de portions de photographies, telle un enregistrement 15 cinématographique, permet de présenter à un observateur une évolution dynamique de l'image du champ d'observation qu'il percevrait, s'il se déplaçait, mais seulement selon la trajectoire suivie lors de la prise de vue. Un but de l'invention est de réaliser un système de visuali20 sation permettant de produire ce résultat pour la simulation de vol d'aéronef, en visualisant l'image réelle du paysage telle qu'elle apparaîtrait à chaque instant au pilote si ce dernier se déplaçait le long de la trajectoire choisie. Le document de brevet français FR-A-2 504 673 décrit un 25 indicateur cartographique aéroporté utilisant un film photographique sur lequel est enregistrée une carte géographique découpée en plusieurs parties Cet appareil permet de visualiser selon un balayage du type télévision la zone survolée L'appareil assure un S 50871 asservissement de position précis du film transversalement en X (longitude) par des moyens purement électroniques et statiques, et longitudinalement en Y (latitude) en s'aidant des perforations latérales du film Un calculateur de bord élabore, en fonction de la longitude et du cap de l'aéronef, les données de balayage ligne par 5 ligne de la zone utile à visualiser et, en fonction de la latitude, les données de positionnement en Y, en procédant périodiquernent à un balayage latéral le long des perforations o sont déposées des inscriptions codées, en sorte d'élaborer un signal qui correspond à un calage fin en Y. Un objet de l'invention consiste à utiliser un film photographique dont les images correspondent à des prises de vue d'un espace afin de représenter à un observateur qui peut être fixe au sol, une évolution de situation telle que le parcours d'une trajectoire de vol par un aéronef Dans l'utilisation de l'invention dans un simulateur IJ 5 de vol, on emploie une série particulière d'images répondant aux diverses trajectoires envisageables a priori. Suivant une particularité de l'invention on sélectionne à chaque instant parmi une collection de photographies, la zone à visualiser qui permet au moyen d'une lecture vidéo de reproduire à 20 chaque instant considéré, avec un agrandissement approprié à la visualisation cathodique, le paysage ou la situation correspondant à la réalité. Selon l'invention il est proposé un système de visualisation à partir d'images enregistrées sur un film photographique comportant 25 un lecteur vidéo d'images procédant selon un balayage ligne par ligne du film à l'aide d'un tube cathodique analyseur à spot mobile et d'un générateur de balayage pour commander la déflexion du spot et balayer la zone utile d'image à visualiser, et comportant un circuit d'asservissement de position du film par rotation de ses bobines 30 d'enroulement, des moyens de calcul et de gestion comprenant des mémoires mortes programmables qui contiennent les adresses des différentes images, et élaborant à partir de paramètres reçus comportant une information instantanée de position, les signaux de balayage et ceux d'asservissement de position, et un dispositif de visualisation alimenté par le lecteur vidéo, le système étant caractérisé en ce que les images enregistrées correspondent à des prises de vue préalablement effectuées dans un espace déterminé, les emplacements et les directions de ces prises de vues étant prédéter5 minés en sorte de couvrir la quasi-totalité de cet espace et permettre ensuite, par lecture vidéo du film de visualiser l'évolution de la représentation dynamique d'un champ observé lorqu'on se déplace selon une trajectoire qui peut être quelconque dans cet espace, lesdits paramètres reçus comportant outre l'information de 10 position, celle du vecteur vitesse de déplacement pour définir ladite trajectoire, ladite zone utile balayée correspondant à chaque fois audit champ d'observation. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple et illustrée par 15 les figures annexées qui représentent: figure 1, un diagramme général d'un système de visualisation selon l'invention; figure 2, un schéma relatif à un découpage fictif d'un paysage en vue de l'élaboration d'un film utilisé selon l'invention 20 dans un simulateur de vol; figures 3, 4, 5, des schémas relatifs à certaines phases de calcul effectué par le système conformément à l'invention. L'exemple décrit sur la figure I se rapporte à un système selon l'invention utilisé dans un simulateur de vol dont les circuits annexes 25 sont symbolisés par le bloc 20. Le simulateur est destiné à replacer les pilotes d'aéronef dans les conditions réelles de vol et le système de visualisation qui l'accompagne reproduit le champ d'observation tel qu'il se présente à leurs yeux et tel qu'il évolue à chaque instant Une fréquence de 30 vingt cinq images par seconde permet une reproduction correcte de l'évolution de ce panorama Ces différentes images sont obtenues à l'aide de photographies d'un paysage enregistrées sur le film 2 non pas par un simple défilement cinématographique, mais par sélection à chaque instant de la zone d'une photographie qui représente à l'instant considéré le champ d'observation à reproduire. Dans ce but le film selon l'invention supporte des photographies de prises de vue préalablement effectuées dans un espace dans lequel le pilote est sensé évoluer L'emplacement et les directions des prises de vue sont prévus pour couvrir la quasitotalité de cet espace. Le système de visualisation comprend principalement des moyens de calcul et de gestion 1 commandant un lecteur vidéo 3 pour analyser les images du film 2 considéré en couleur Ce lecteur 10 vidéo d'images procède selon un balayage ligne par ligne du film à l'aide d'un, tube analyseur à spot mobile 12. Les moyens de calcul et de gestion 1 comportent des circuits d'interfaces d'entrée 4 recevant, des circuits annexes 20 du simulateur, six paramètres sous forme analogique ou numérique Ces 15 paramètres représentent les coordonnées cartésiennes de la position et de la vitesse de l'aéronef Les interfaces 4 peuvent comporter des convertisseurs analogiques-numériques pour numériser les paramètres, et des mémoires tampons, pour stocker la dernière valeur de chaque paramètre Des moyens de mémorisation programmables, qui 20 sont constitués par des mémoires mortes 5, font également partie des moyens de gestion et de calcul Ces mémoires contiennent des données correspondant, selon l'invention, d'une part, à des paramètres caractéristiques des photographies du film 2 et d'autre part les adresses de ces mêmes photographies sur le film Ces paramètres 25 caractéristiques correspondent aux coordonnées des emplacements des prises de vue photographiques Des circuits d'interfaces de sortie 6 transmettent des signaux analogiques de commande du lecteur vidéo 3 Ces interfaces comprennent des convertisseurs numériquesanalogiques et des moyens d'amplification pour élaborer des signaux 30 de commande SBX, SBY et SY du lecteur vidéo Les circuits d'interfaces 4 et 6 et les mémoires 5 sont reliés à un microprocesseur 7 par l'intermédiaire d'un bus d'adresses 8 et un bus de données 9 Le microprocesseur est programmé pour effectuer des calculs, décrits ultérieurement, en fonction de la position et de la vitesse de l'aéronef, pour sélectionner à chaque instant dans les mémoires mortes programmées 5 une photographie 18, et déterminer la zone utile 19 de ceux-ci à visualiser. Le film 2 est supporté par des bobines 16 et 17 Le lecteur 5 comprend un dispositif d'asservissement 10 de position en Y du film selon son sens de déroulement sur les bobines 16, 17, connecté au circuit d'interfaces de sortie 6 dont il reçoit des signaux d'asservissements SY, afin de positionner la photographie choisie 18 en face du tube 12 par rotation des bobines La déflexion du spot du tube 12 10 est commandée par un générateur de balayage ligne par ligne 13, recevant I es signaux de commande SBX et SBY issus de l'interface de sortie 6 L'image du spot balaye une partie correspondant à la zone utile 19 de la photographie 18 à visualiser Un séparateur trichrome 14 placé en aval du film, reçoit la lumière émise par le 15 spot et modulée par la transparence du film, et sépare les trois composantes de couleur R, V et B Trois photodétecteurs 21 R, 21 V, 21 B délivrent à partir de ces trois composantes les signaux vidéo SR, SV, SB qui sont transmis à un dispositif de visualisation cathodique 15. Pour faciliter la compréhension du principe de fonctionnement du système, l'enregistrement du film est maintenant décrit en référence à la figure 2. L'élaboration du film et la programmation de la mémoire morte sont faites en fonction de l'utilisation envisagée Dans le cas 25 d'un simulateur de vol, on définit au préalable l'espace dans lequel on veut simuler les manoeuvres d'entrainement Sur la figure 2 cet espace est représenté par le volume L x I x H englobant le paysage. On réalise un découpage fictif de ce volume par des plans respectivement parallèles aux axes OX, OY, OZ Ces plans sont espacés les 30 uns des autres par un intervalle respectivement égal aux pas AL, AI, AH Si on définit N plans perpendiculaires à OX, P plans perpendiculaires à OY et Q plans perpendiculaires à OZ, on définit ainsi un ensemble de N x P x Q points d'intersection de ces plans trois à trois dans le volume L x I x H On réalise ensuite à partir de chacun de ces points d'intersection une prise de vue du paysage dans au moins une direction déterminée La réalisation de ces différentes prises de vue est faite à bord d'un aéronef 21 sillonnant le volume L x I x H selon les lignes 22 parallèles à un axe (OY sur la figure 2). Les prises de vue sont effectuées à chaque fois que l'avion traverse un des plans perpendiculaires à cet axe, c'est-à-dire à chaque fois qu'il parcourt l'intervalle AM Le nombre des prises de vue est fonction de la précision et la fidélité de la restitution souhaitée. L'invention devant être utilisée avec des simulateurs de vol, la direction à chaque instant de la trajectoire effective résultant de la simulation ne peut être connue de façon précise La direction des prises de vue est définie de préférence par l'orientation générale de la trajectoire du parcours traversant le volume L x I x H et qui devra être suivi par l'utilisateur. Une fois les prises de vue effectuées, toutes les photographies concernant l'espace L x I x H sont rassemblées sur le même film photographique Le placement de chacune des photographies sur le film peut s'apparenter à ceux utilisés pour stocker sur un film le découpage d'une carte géographique. Le fonctionnement du système est le suivant Le simulateur fournit par ses circuits annexes 20 les coordonnées X, Y, Z de la position M et VX, VY, VZ celles du vecteur vitesse V de l'aéronef à chaque instant A chaque impulsion d'un signal d'horloge qu'il élabore lui-même, le microprocesseur 7 compare ces coordonnées reçues par les interfaces d'entrée 4 avec les coordonnées des emplacements de prises de vue, stockées dans la mémoire, afin de sélectionner la photographie à utiliser En se reportant à la figure 3, la valeur X de M est comprise entre des valeurs Xi et Xi+l, qui sont des coordonnées selon un premier axe OX de deux emplacements de prise de vue adjacents stockés en mémoire Il en est de même pour Y avec des valeurs Yj et Yj+i, selon l'axe OY et pour Z avec Zk et Zk + 1 selon l'axe OZ Les six valeurs Xi, Xi + ' Yj' Yj + 1, Zk et Zk+ 1 définissent huit emplacements de prise de vue des photographies du film Ces emplacements sont les huits points voisins du point M et forment un solide à l'intérieur duquel se trouve le point M représentant la position de l'aéronef Pour sélectionner la photographie à utiliser le microprocesseur calcule la distance euclidienne qui sépare chaun de ces huit points de la position du mobile M Pour deux points quelconques M 1 (X 1 i, YI, Z 1) et M 2 (X 2, Y 2, Z 2) Cette distance se définit comme suit: \/ (X 2 XI)2 + (Y 2 Yl)2 + (Z 2 -Z 1)2 Le point retenu est celui qui définit la plus petite distance euclidienne, la photographie qui lui correspond est donc sélectionnée. En référence à la figure 4 la connaissance à l'instant considéré t 1 des coordonnées (VX 1, VY 1, VZ 1) du vecteur V 1 permet au 15 microprocesseur de déterminer la zone de photographie qui sera finalement présentée Plus précisément il détermine le centre et les dimensions de la zone pour que celle-ci représente exactement le champ d'observation perçu par le pilote dans les conditions réelles de vol Pour effectuer ces calculs, on se place sur la trajectoire T à 20 l'instant tl, le point M 1 représentant l'aéronef On considère la photographie Pl sélectionnée, représentant le paysage vu du point M 1, positionnée à une distance Dl de façon à correspondre au champ d'observation qu'elle représente Le microprocesseur calcule le point F 1 o le vecteur vitesse V 1 traverse la photographie, ce point 25 constitue le centre de la zone à visualiser Les dimensions de cette zone sont déterminées par rapport à la zone précédemment choisie. On considère donc deux instants consécutifs. En effet, à l'instant t 2 le microprocesseur 7 refait les mêmes calculs qu'à l'instant tl, et sélectionne une nouvelle photographie Si 30 cette dernière est la même que celle désignée à l'instant t 1, il définit un nouveau point F 2 o le vecteur vitesse V 2 traverse la photographie D 1 est la distance séparant le point M 1 de la trajectoire T du point F 1 de la photographie, D 2 est la distance qui sépare le point M 2 du point F 2 Le champ d'observation étant constant, la taille de la zone balayée varie proportionnellement au rapport de grandissement D 2/D 1 A la visualisation, la zone balayée à t 2 est visualisée avec un effet de zoom par rapport à la zone balayée à l'instant précédent t 1 L'observateur perçoit donc une 5 image dont le centre correspond au centre de son champ visuel, l'effet de zoom représentant le rapprochement du paysage. En se reportant à la figure 5, si le calculateur a désigné une nouvelle photographie P 2 pour l'instant t 2, l'ensemble des calculs effectués pour le point M 1 est refait pour le point M 2 sur la nouvelle 10 photographie placée en correspondance avec le champ d'observation qu'elle représente Le nouveau point F 2, constitue le centre de la nouvelle zone La zone balayée est toujours proportionnelle au rapport de grandissement D 2/D 1 et l'effet de zoom par rapport à la zone précédente est égal à D 1/D 2. Lorsque la photographie est choisie, le microprocesseur 7 (figure 1) élabore les signaux SY d'asservissement de position en Y du film 2 qui sont transmis sous forme analogique par l'intermédiaire du circuit d'interfaces de sortie 6 au dispositif d'asservissement 10. De même, le centre de la zone à visualiser étant déterminé et le 20 grandissement calculé, le microprocesseur élabore les signaux de balayage ligne par ligne SBX et SBY qui sont transmis au générateur de balayage 13 par le circuit d'interfaces de sortie 6. Une organisation possible du film est décrite dans la demande de brevet français FR-A-2 357 022 Certaines photographies peuvent 25 néanmoins être reproduites à plusieurs endroits différents du film afin de limiter les déroulements de celui-ci sur les bobines. Le document précité décrit également les moyens tels que des codages le long des perforations latérales prévues sur le film et utilisés pour son positionnement fin en Y, le lecteur vidéo à spot 30 mobile et son fonctionnement, ainsi qu'un dispositif de lecture d'un film monochrome noir et blanc. L'invention peut être utilisée avec un appareil stimulateur, remplaçant le simulateur, et qui ne laisse aucune initiative à l'utilisateur quant à la trajectoire Dans ce cas cette dernière est prédéterminée Le nombre des photographies nécessaires est donc réduit Celles-ci peuvent être enregistrées à bord d'un aéronef qui parcourt la trajectoire prédéterminée. De nombreuses variantes peuvent modifier le système con5 forme à l'invention Par exemple les directions de prise de vue peuvent ne pas être parallèles aux lignes 17 que parcourt l'aéronef à bord duquel on effectue l'enregistrement des photographies; elle peuvent converger en un point déterminé. Une variante consiste en ce que les mémoires mortes program10 mables 5 contiennent également la direction de prise de vue de chacune des photographies en correspondance avec l'adresse de cette dernière sur le film Ceci est prévu dans le cas o plusieurs photographies ont été prises à partir du même point mais dans des directions différentes Le microprocesseur sélectionne les photo15 graphies dont la direction de prise de vue est la plus voisine de la direction définie par les coordonnées du vecteur vitesse à l'instant considéré. Le système selon l'invention peut servir également pour simuler des parcours de navigation navale. On peut envisager de remplacer les photographies par des images reproduisant de manière schématique différents paysages ou situations. REVENDICATIONS 1 Système de visualisation à partir d'images enregistrées sur un film photographique ( 2), comportant un lecteur vidéo d'images ( 3) procédant selon un balayage ligne par ligne du film à l'aide d'un tube cathodique ( 12) analyseur à spot mobile et d'un générateur de balayage ( 13) pour commander la déflexibn du spot ( 11) et balayer la 5 zone utile d'image à visualiser, et comportant un circuit d'asservissement de position ( 10) du film par rotation de ses bobines ( 16, 17) d'enroulement, des moyens de calcul et de gestion ( 1) comprenant des mémoires mortes programmables ( 5) qui contiennent les adresses des différentes images, et élaborant à partir de paramètres 10 reçus comportant une information instantané de position (X, Y, Z)les signaux de balayage et ceux d'asservissement de position, et un dispositif de visualisation ( 15) alimenté par le lecteur vidéo, le système étant caractérisé en ce que les images enregistrées ( 18) correspondent à des prises de vue préalablement effectuées dans un espace déterminé (L x I x H), les emplacement et les directions de ces prises de vue étant prédéterminés en sorte de couvrir la quasitotalité de cet espace et permettre ensuite, par la lecture vidéo du film, de visualiser l'évolution de la représentation dynamique d'un champ observé lorsqu'on se déplace selon une trajectoire (T) qui peut 20 être quelconque dans cet espace, lesdits paramètres reçus comportant outre l'information de position (X, Y, Z), celle du vecteur vitesse de déplacement (VX, VY, VZ) pour définir ladite trajectoire, ladite zone ( 19) utile balayée correspondant à chaque fois audit champ d'observation. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites mémoires ( 5) comportent en correspondance avec lesdites adresses des données relatives à l'emplacement à partir duquel chaque photographie ( 18) a été prise. il 3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de calcul et de gestion ( 1) comprennent principalement lesdites mémoires mortes programmables ( 5), un microprocesseur ( 7), des circuits d'interfaces entrée/sortie ( 4, 6) recevant lesdits paramètres et délivrant les signaux d'asservissement (SY) de position 5 du film ( 2) et les signaux de commande de balayage ligne par ligne (SBX, SBY) et en ce que ledit processeur est programmé en sorte de sélectionner à chaque moment la photographie ( 18) contenant ladite zone ( 19) par détermination de l'emplacement de prise de vue stocké le plus proche du point défini par ladite information de position (X, 10 Y, Z) à l'instant considéré. 4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le microprocesseur ( 7) est programmé pour déterminer ledit emplacement le plus proche en déterminant les huit emplacements de prise de vue voisins du point défini par ladite information de position 15 (X, Y, Z) en calculant la distance qui sépare ces huit points de ladite position et en sélectionnant la plus courte de ces distances. Système selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit microprocesseur ( 7) est programmé pour déterminer d'une part ladite zone utile ( 19) à visualiser par une zone dont le 20 centre correspond au point (F 2) o le vecteur vitesse (VX 2, VY 2, VZ 2) traverse l'image sélectionnée à l'instant considéré, et d'autre part de déterminer les signaux de balayage en fonction de l'évolution des dimensions de la zone utile d'une visualisation à la suivante, compte tenu du déplacement produit entre temps le long de ladite 25 trajectoire (T). 6 Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdites mémoires mortes programmables ( 5) contiennent également des données relatives à la direction de prise de vue de chacune des photographies en correspondance avec 30 lesdites adresses, la photographie ( 18) sélectionnée étant celle dont la direction de prise vue est la plus voisine de la direction définie par ledit vecteur de vitesse (VX, VY, VZ). 7 Système selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que les directions de prises de vue sont parallèles entre elles. 8 Système selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que les directions de prises de vue convergent en un même point déterminé. 9 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, utilisé pour réaliser un simulateur de vol 10 Système selon l'une quelconque des revendications I à 6, utilisé pour réaliser un stimulateur.