Brevet FR2583867A1 — publié le 19861226

PROCEDE DE SIMULATION DE CIBLES, MOBILES ET MASQUABLES DANS UN PAYSAGE, POUR L'ENTRAINEMENT AU TIR, A L'ARRET, ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte à un procédé de simulation de cibles, mobiles et masquables dans un paysage, pour l'entraî- nement au tir, à l'arrêt, et à un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Le procédé selon l'invention concerne la simulation et la visualisation, au moyen d'images vidéo-analogiques, de paysages dans lesquels se déplacent et se dissimulent des cibles. II se rapporte aux simulateurs de tir et plus particulièrement, à l'entraînement des équipages de chars de combat, au tir à l'arrêt: la tourelle du char pouvant effectuer une rotation complète à vitesse maximum. La visualisation de cibles animées dans un paysage a déjà été faite au moyen d'écrans réflecteurs, par projection et superposition d'images de cibles sur des images de paysage. Elle a aussi été obtenue au moyen de systèmes de télévision en circuit fermé: une image de paysage dans laquelle sont incrustées une ou plusieurs images de cibles, est formée sur l'écran d'un moniteur et observée au moyen d'une lunette de collimation. Ces modes de visualisation n'ont pas permis cependant des masquages partiels et simultanés de plusieurs cibles, en couleurs et de manière réaliste. Si le masquage total d'une cible incrustée dans un paysage peut être obtenu simplement par une inhibition, en tout ou rien, de son incrustation, le réalisme d'un masquage ne peut être rendu par la disparition brusque des cibles mais par une disparition partielle et progressive et celles-ci derrière les éléments du paysage. L'inhibition de l'incrustation doit tenir compte, entre autres, du contour des éléments de paysage, et la qualité du masquage dépend de la précision avec laquelle ces éléments sont définis et qui doit être de l'ordre du pixel. L'incrustation ou non de la cible doit être déterminée, par une comparaison de la distance de la cible et de la distance de l'élément de paysage en correspondance avec le pixel considéré. Par suite, les distances de la totalité des éléments de paysage susceptibles de constituer des masques, doivent être stockées, pixel par pixel, dans un fichier de distances et être accessibles en temps réel en fonction des mouvements des cibles ou du tireur. Le calcul montre cependant que ce principe n'est pas réalisable économiquement sans des méthodes et des moyens appropriés de détermination de stockage et de traitement d'un grand nombre de données représentatives du terrain, et en particulier, des éléments du paysage tels que les constructions ou la végétation, bois, haies, buissons, capables de cacher les cibles. Le système numérique d'incrustation et de masquage de cibles décrit dans la demande de brevet déposée par la Demanderesse le 31 janvier 1985 sous le NO 8501361, concerne l'entraînement d'un équipage de char de combat au tir à l'arrêt. Dans ce système cependant la rotation de la tourelle est limitée à 900 environ, du fait que l'image visualisée est obtenue à partir d'une diapositive. Par ailleurs, le rafraîchissement de l'image ne peut être effectué au mieux que toutes les 200 ms et la vitesse de rotation de la tourelle est par conséquent limitée à 30 /s. L'objet du procédé selon l'invention est le masquage total ou partiel et avec un haut degré de réalisme, d'une ou plusieurs cibles dans une image de paysage, visualisée et en couleurs, obtenue à partir de "pages" analogiques d'images de paysage, et rafraîchie au rythme des balayages standard vidéo pour simuler la vue observée par le tireur ou le chef de char d'un char de combat, au cours d'un tirà a' I' arrêt; la tourelle étant capable d'effectuer une rotation complète à la vitesse maximum réelle, une "page" étant un bloc d'informations mémorisées, toutes relatives à une même entité visuelle. Une caractéristique du procédé est que le masquage des cibles est effectué, au moyen d'une table de correspondance, et pour chacune des pages d'image de paysage, au moyen d'une page de masque, analogique, et lue en synchronisme avec la page d'image de paysage. Une caractéristique du procédé est que la table de correspondance définit des distances prédéterminées et des numéros affectés respectivement à celles-ci et codés par trois nombres binaires. Une caractéristique du procédé est que la page de masques contient une image de masques formée, pour chaque pixel de chaque masque, par trois grandeurs analogiques quantifiées représentant trois nombres binaires qui constituent le numéro codé de la distance prédéterminée la plus proche de la distance réelle du masque à l'observateur. Selon ce procédé, une image évolutive d'un paysage, visualisée sur un moniteur et en couleurs, est obtenue à partir de pages analogiques d'images de paysage, ordonnées suivant le scénario de l'exercice d'entraînement, par lecture d'une seule de ces pages à la fois et rafraîchie par substitution d'une page à une autre, à un rythme déterminé par le déroulement de l'exercice et si nécessaire au rythme des balayages standard vidéo; tandis que simultanément, un masquage total ou partiel d'une ou plusieurs cibles incrustées dans l'image visualisée du paysage, est effectué à partir de pages de masques analogiques et par lecture de celle qui correspond à la page d'image de paysage en cours de lecture; et à partir d'une table de correspondance, en mémoire du calculateur du système de simulation selon l'invention, dans laquelle sont stockées un ensemble de distances prédéterminées ainsi que des numéros codés affectés respectivement à ces distances; chacune des pages de masques, ayant été stockées comporte une image de masque formée pour chaque pixel de chaque masque, par trois grandeurs analogiques quantifiées représentant trois nombres binaires qui constituent le numéro de la distance prédéterminée la plus proche de la distance à l'observateur à laquelle se trouve le masque. D'autres caractéristiques du procédé selon l'invention apparaîtront dans la description, d'un exemple de réalisation, qui fait suite et qui est illustrée par un ensemble de figures dans lequel: - la figure 1 représente le fichier de données de topographiques du terrain d'entraînement; - la figure 2 illustre le principe de la projection des points du terrain dans le plan de visualisation; - la figure 3 représente le fichier de données topographiques projetées; - la figure 4 représente le système de création des pages de masques selon l'invention; - la figure 5 représente l'image des points du terrain projeté et correspondant à une image de paysage; - la figure 6 représente l'image des lignes d'égales distances; - la figure 7 représente une image de paysage; - la figure 8 représente en superposition, limage de paysage et l'image des lignes d'égales distances;; - la figure 9 représente le tableau des distances; - la figure 10 représente limage de masques; - la figure 1 I représente la table de correspondance; - la figure 12 représente le tableau des numéros codés; - la figure 13 représente le système de simulation des cibles dans un paysage. Les données représentatives du relief du terrain sur lequel les exercices d'entraînement sont supposés s'effectuer, doivent être extraites d'un fichier de données de terrain qu'il est possible de se procurer couramment auprès des organismes d'études de la topographie du territoire concerné. Les données sont disponibles sur bandes magnétiques. Celles qui correspondent aux zones du terrain où sue déroulent les exercices, sont recopiées sur un disque. Elles se présentent alors sous la forme d'un fichier de données topographiques (figure 3) formé par la suite des coordonnées X, Y, Z, de points du-terrain régulièrement espacés. Le disque est placé dans l'unité de lecture de disques D du système de création d'images de masques selon l'invention (figure 4). Selon une méthode courante dans le domaine des images calculées, un calculateur C1 détermine ensuite pour chaque image de paysage, les projections des points du terrain dans le plan P de visualisation du tireur (figure 4); la position de ce dernier étant déterminée par les coordonnées Xo, Yo, Zo, qui correspondent aux conditions de prise de vue de l'image considérée. Les coordonnées x, y, dans le plan P de visualisation, des projections des points du terrain ainsi que les distances d de ces points au tireur, qui sont calculées par le calculateur C1, sont rassemblées dans un fichier de terrain projeté. Ce fichier est rangé sur disque (figure 3). Les données x, y, d contenues dans ce fichier sont rapportées ensuite, au moyen du calculateur, aux standards de définition des images vidéo, par exemple, 575 lignes et 768 pixels utiles par ligne, et organisées en un tableau donnant, ligne par ligne et pixel par pixel, les distances d des points du terrain relatifs à l'image de paysage considérée. Une image de ces points (figure 7) pourrait être obtenue, sur le moniteur MO1, par une transmission de ce tableau à un dispositif de commerce MI appelé couramment mémoire d'image. Ce dispositif fournit alors une image analogique des points du terrain au moniteur MOl par l'intermédiaire d'un commutateur CM et d'un additionneur A (figure 4). Le tableau des points du terrain est rangé sur disque. Par un procédé de tri, le calculateur forme, à partir du tableau des distances des points du terrain, par interpolation entre ces points et pour un ensemble de distances prédéterminées, à un pas donné, un tableau des lignes d'égales distances (non représenté) qui est ensuite -rangé sur disque. Afin de visualiser les lignes de distances sur le moniteur MO1, le tableau numérique des lignes d'égales distances est transmis au dispositif Ml. Ce dispositif fournit une image analogique des lignes d'égales distances (figure 8) au moniteur MOI. Pour la détermination des masques, les images du paysage (figure 7) sont stockées, sous la forme de pages analogiques, par exemple sur un vidéodisque placé dans un lecteur de vidéodisque V (figure 4). Ces images de paysage sont obtenues, sur le terrain, par une succession de prises de vues, cinématographiques ou vidéo, se recoupant circulairement à partir de l'emplacement d'où le tir est supposé s'effectuer. Le procédé selon l'invention est appliqué successivement à toutes les images de paysage. Chacune d'elles est fournie par le lecteur V via un décodeur DC et l'additionneur A au moniteur MOl sur lequel elle est visualisée, au moyen de l'additionneur A en superposition avec l'image des lignes d'égales distances qui lui correspond (figure 8). A l'aide d'une console CS et d'un crayon optoélectronique CE relié à un processeur PG, un opérateur parcourt sur l'écran du moniteur le contour de chaque élément de paysage qu'il sait pouvoir constituer un masque. Le calculateur détermine la distance du masque en recherchant d'abord le point du contour le plus bas en site. I1 calcule ensuite la distance du masque par interpolation entre les distances représentées par les deux lignes d'égales distances entre lesquelles ce point est situé.L'opérateur peut intervenir pour lever éventuellement une ambigulté, à l'aide du fichier de données topographiques lorsque le point le plus bas du masque, en raison d'une bosse ou d'un creux dans le terrain, apparaît au-dessus ou en-dessous des deux lignes d'égales distances qui définissent respectivement les deux distances immédiatement supérieure et inférieure à celle du masque. Pour chaque page d'image de paysage, est ainsi formé dans le calculateur un tableau des distances de masques, organisé en lignes et pixels et qui donne pour chaque pixel intérieur au contour d'un masque, la distance de ce masque, exprimée sur 8 bits (figure 9). A ce tableau il est possible de faire correspondre sur le moniteur et par l'intermédiaire du dispositif de la mémoire d'image MI, une représentation monochrome des masques (figure 10). Selon l'invention, l'image visualisée de paysage doit être rafraîchie si nécessaire au rythme standard des balayages vidéo. Les différentes images de paysages sont donc stockées dans des mémoires, à lecture rapide et de grande capacité. Par suite, dans le système de simulation selon l'invention, les données de masques qui doivent être disponibles et traitées au même rythme, devront être stockées également dans des mémoires rapides, identiques si possible à celles des images de paysage et lues, pixel par pixel, en synchronisme avec celles-ci. Les mémoires qui actuellement satisfont à ces conditions sont les mémoires analogiques telles que les vidéodisques ou les bandes magnétiques. La difficulté est que les signaux vidéo sont inévitablement accompagnés de bruit. Pour que les données de masques soient stockées de manière analogique et transmises, sans aucune erreur, elles doivent être quantifiées; les signaux qui les représentent étant ainsi des multiples entiers d'un niveau élémentaire supérieur à celui du bruit. Puisque le niveau minimum d'un signal vidéo doit être au moins de 200 mV pour être supérieur au bruit et être détectable à coup sur, et que par ailleurs le niveau maximum d'un tel signal selon la technique courante, ne dépasse pas 0,7 volt, son amplitude une fois quantifiée ne pourra être au plus égale qu'à la somme de trois niveaux élémentaires. Néanmoins, la précision ainsi obtenue est celle d'un codage sur deux bits alors que la précision demandée pour les distances de masques doit être celle d'un codage sur 8 bits. Mais l'exploitation directe du tableau de distances de masques pour déterminer l'occultation des cibles serait trop coûteuse en raison du nombre de masques et de la précision demandée sur les distances. I1 apparaît cependant que lors de la simulation d'un tir, à l'arrêt, les valeurs des distances auxquelles sont situés réellement les masques peuvent être remplacées par des valeurs approchées pourvu qu'elles soient prédéterminées et que cette substitution soit effectuée de manière systématique, sans qu'un observateur, qui n'a pas une connaissance approfondie du paysage, puisse s'en apercevoir. Ainsi, selon l'invention, il est défini un ensemble de distances prédéterminées, sur 8 bits, par exemple, dont les valeurs consécutives peuvent être éventuellement espacées suivant un pas p déterminé, fixe ou variable, suivant l'éloignement et la densité des masques. De plus, à chaque distance prédéterminée, est attribué un numéro codé par trois nombres binaires, à deux bits: Nr, Nv, Nb. Une table unique de correspondance, pour toutes les mémoires de masques, entre les distances prédéterminées d et leurs numéros codés N, est ensuite formée dans la mémoire du calculateur (figure 11). Ces dispositions permettent, tout en ayant un débit d'informations convenable, de traiter un nombre de masques important par image, et de conserver ainsi l'impression de perspective que ceux-ci, en raison de leur nombre, apportent à l'image visualisée. Chaque tableau de distances de masques est alors transformé, par le calculateur et à l'aide de la table de correspondance, en un tableau des numéros de masques ordonné en lignes et pixels, en remplaçant chaque distance par le numéro codé, formé de trois nombres binaires, de la distance prédéterminée la plus proche. Ce tableau est transmis au dispositif de mémoire d'image MI ét forme dans celui-ci une image numérique de masques. Pour chaque masque et pour chaque pixel de celui-ci, trois nombres Nv, NR, NB viennent ainsi occuper, dans les trois plans-mémoires distincts R, B, V de la mémoire d'image MI respectivement les trois cases mémoires correspondant au pixel considéré et aux trois couleurs fondamentales. Les données formant l'image numérique de masques sont ensuite lues dans le dispositif de mémoire d'image MI et fournies à un enregistreur d'image EI, du type magnétoscope, sous la forme d'un signal analogique à trois composantes R, V,-B qui forme sur la bande magnétique de l'enregistrement, une page analogique de masques. Ce signal est transmis par le commutateur CM au codeur CO qui peut être du type PAL, SECAM ou NTSC. Le procédé décrit est répété pour chaque image de paysage en formant dans l'enregistreur et sur une bande magnétique, une série de pages de masques. Celles-ci sont finalement recopiées, de la bande magnétique sur un vidéodisque, par un procédé courant. Pour la simulation des cibles dans un paysage par le système de simulation selon l'invention (figure 13), un vidéodisque d'images de paysage et le vidéodisque de mémoire de masques correspondant à ces images de paysage sont placés respectivement dans un lecteur de vidéodisque VP et dans un lecteur de vidéodisque VM. Les pages d'images de paysage et les pages de masques sont lues en synchronisme par les lecteurs VP et VM qui fournissent respectivement un signal S1 et un signal S4. Ces deux signaux sont décodés, en leurs trois composantes R, B, V par les décodeurs DC 1 et DC 2. Sur commande d'un calculateur C2, et en fonction du scénario prévu pour l'exercice d'entraînement, un générateur classique de cibles GC, suivant un programme prédéterminé, élabore les données de cibles sous la forme d'un signal de cibles S3 à trois composantes, et d'un signal de distance de cibles S2. Un incrustateur rapide I reçoit les signaux S3 et S4. I1 sélectionne et fournit, sous la forme d'un signal S6 envoyé du moniteur MO2, l'un ou l'autre de ces signaux en fonction d'un signal S5 de commande d'incrustation. Un circuit de traitement CT dont la structure, non décrite, peut être sans difficultés, réalisée par l'homme de l'art, reçoit les signaux S1 et S2. Au moyen de son circuit discriminateur, il extrait des trois composantes bruitées du signal S1, pour chaque page de masques reçue, l'image de masques formée par les trois grandeurs analogiques quantifiées représentant par chaque pixel, un numéro de masque. Il détermine ensuite la distance dm qui correspond à ce numéro au moyen de la table de correspondance qui lui a été fournie par le calculateur en début d'exercice. Le circuit de traitement compare cette distance dm à la distance dc de la cible fournie par le signal S2, puis au moyen d'un signal S5, commande en conséquence la sélection par l'incrustateur I, soit du signal d'image de cible S3 lorsque dcf dm, soit du signal d'image de paysage S4 lorsque dcy dm. REVENDICATIONS 1. Procédé de simulation de cibles, mobiles et masquables dans un paysage, pour l'entraînement au tir, à l'arrêt, par élaboration d'une image évolutive d'un paysage, visualisée sur un moniteur, en couleurs, à partir de pages analogiques d'images de paysage, ces pages étant des blocs d'informations mémorisées toutes relatives à une même entité visuelle, ces pages étant ordonnées suivant le scénario de l'exercice d'entraînement, cette visualisation se faisant par lecture d'une seule de ces pages à la fois, lecture rafraîchie par substitution d'une page à une autre, à un rythme déterminé par le déroulement de l'exercice, et si nécessaire au rythme des balayages standard vidéo, caractérisé par le fait que l'on crée des pages de masques, chacune à partir d'une page de paysage différente, et par le fait que l'on effectue à la visualisation de l'image évolutive d'un paysage, simultanément avec la lecture de chaque page d'image de paysage, un masquage total ou partiel d'une ou plusieurs cibles incrustées dans l'image visualisée du paysage, par lecture simultanée de la page de masque correspondante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans chaque page de masque on stocke une image de masques formée, pour chaque pixel de chaque masque, par trois grandeurs analogiques quantifiées représentant les trois nombres binaires qui constituent le numéro codé de la distance prédéterminée la plus proche de la distance réelle à l'observateur à laquelle se trouve le masque. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on stocke dans une mémoire d'un calculateur une table de correspondance comportant un ensemble de distances prédéterminées, ainsi que des numéros codés affectés respectivement à ces distances. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les images de paysage sont obtenues, sur le terrain, par une succession de prises de vues, cinématographiques ou vidéo, se recoupant circulairement à partir de l'emplacement d'où le tir est supposé s'effectuer. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que pour déterminer les masques, on visualise chaque image de paysage en superposition avec une image des lignes d'égales distances correspondante obtenue à partir d'un fichier de données topographiques, par le fait que l'on détermine le contour de chaque élément de paysage susceptible de constituer un masque, que l'on détermine la distance du masque en recherchant d'abord le point du contour le plus bas en site, que l'on calcule la distance du masque par interpolation entre les distances représentées par les deux lignes d'égales distances entre lesquelles ce point est situé, que l'on forme un tableau des distances de masques, organisé en lignes et pixels, qui donne, pour chaque pixel intérieur au contour d'un masque, la distance de ce masque. 6. Dispositif de création de pages de masques pour système de simulation de cibles, mobiles et masquables dans un paysage, pour l'entraînement au tir à l'arrêt, caractérisé par le fait qu'il comporte une unité de lecture de disques (D), reliée à un calculateur (C1), à une mémoire d'image (Ml) à un lecteur de vidéodisques (V), à un processeur (PG), à une console (CS), à un commutateur (CM), et à un additionneur (A), la mémoire d'image (Ml) étant reliée au commutateur (CM), lui-même relié à l'additionneur (A), le lecteur de vidéodisques étant relié par un décodeur (DC) à l'additionneur, le commutateur étant relié par un codeur (CO) à un enregistreur d'images (El), et la sortie de l'additionneur étant reliée à un moniteur (MO1) avec lequel coopère un crayon optoélectronique (CE), relié au processeur (PG). 7. Système de simulation de cibles, mobiles et masquables dans un paysage, pour l'entraînement au tir à l'arrêt, caractérisé par le fait qu'il comporte un calculateur (C2) commandant un lecteur de vidéodisques d'images de paysage (VP) et un lecteur de vidéodisques de pages de masques (VM), ainsi qu'un générateur de cibles (GC) et un circuit de traitement (CT), le lecteur de vidéodisques de masques étant relié par un premier décodeur (DCl) au circuit de traitement auquel est relié le générateur de caractères, ce dernier étant relié à un incrustateur (I), auquel est relié le lecteur de vidéodisques d'images de paysage via. un deuxième décodeur (DC2), ainsi que le circuit de traitement, cet incrustateur étant relié à un moniteur (MO2).