Brevet FR2583866A1 — publié le 19861226

PROCEDE DE SIMULATION DE CIBLES, MOBILES ET MASQUABLES DANS UN PAYSAGE, POUR L'ENTRAINEMENT AU TIR, EN ROULANT, 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'entraf- nement au tir, en roulant, 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. Il se rapporte aux simulateurs de tir et plus particulièrement, à l'entraînement des équipages de chars de combat, au tir en roulant. 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, dansvun 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 N 8501361, concerne l'entraînement d'un équipage de char de combat au tir à l'arrêt, lorsque la zone de terrain observée ne varie qu'en fonction de la rotation de la tourelle, et à une vitesse telle que les rafraîchissements des données de masques soient effectués au plus toutes les 200 ms. Les chars de combat étant maintenant équipés de moyens perfectionnés leur permettant d'effectuer des tirs en roulant, il est nécessaire que pour l'entraînement à de tels tirs, les substitutions des images de paysage simulant le déplacement du char ainsi que les rafraîchissements simultanés des données de masques qui doivent tenir compte des variations de distance et de perspective, s'effectuent si nécessaire au rythme standard des balayages vidéo. Le nombre des données à stocker et à traiter est donc considérable, d'autant plus que les distances des masques doivent être connues avec une précision identique à celle des distances de cibles, c'est-à-dire par exemple sur 16 bits. Une erreur commise, de manière non systématique, sur le calcul de la distance d'un masque, est en effet rédhibitoire car elle se traduirait, en fonction des déplacements du char et durant ceux-ci, par des apparitions ou des disparitions, invraisemblables pour le tireur, des cibles immédiatement en avant ou en arrière de ce masque. Les conditions opérationnelles dans lesquelles sont pratiqués les tirs en roulant, limitent cependant les données de masques nécessaires. En effet, un tir en roulant ne peut être effectué que sur une trajectoire suffisamment dégagée et en conservant une direction de visée sensiblement constante vers une zone de terrain éloignée où se situent les cibles. De plus, l'étude des zones appropriées à un tel tir montre que les éléments de paysage susceptibles de constituer des masques ne dépassent pas une cinquantaine. Pour un scénario d'entraînement au tir en roulant, et pour chaque trajectoire prédéterminée du char, la visualisation du paysage peut être faite, par exemple, au moyen de trois séries d'images prises successivement toutes les 40 ms le long de la trajectoire réelle et suivant trois orientations de la tourelle. Ainsi, le mouvement de translation du char peut être simulé par une première série d'images A prises le long de la trajectoire, la tourelle étant en position centrée, et telles que celles de la figure 1. La rotation de la tourelle et le changement de pointage de la lunette de visée peuvent être simulés à leur tour (figure 2) en associant à chacune des images centrales A, deux images latérales B et C, décalées en gisement. La rotation de la tourelle, à droite par exemple, se traduit tout d'abord, sur 1'écran du moniteur de visualisation et par rapport au champ circulaire de la lunette qui reste fixe par rapport à ce dernier, par un déplacement de l'image A vers la gauche. Lorsque la rotation atteint sensiblement la valeur du décalage en gisement de l'image B de droite, celle-ci est substituée à l'image A. La poursuite de la rotation de la tourelle est simulée par un déplacement à gauche de l'image B. Le procédé selon l'invention concerne de manière identique les trois séries d'images et sa description s'applique indifféremment à l'une d'elles. 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 tir en roulant, une "page" étant un bloc d'informations mémorisëes, toutes relatives à une même entité visuelle. Une caractéristique du procédé selon l'invention est que le masquage des cibles est effectué, pour chacune des pages d'images de paysage, au moyen d'une page de masques analogiques lue en synchronisme avec la page d'image de paysage. Une autre caractéristique du procédé est que la page de masques contient une image de masques et une table de correspondance. Une autre caractéristique du procédé est que l'image de masques est formée pour chaque pixel de chaque masque, par trois grandeurs analogiques quantifiées représentant trois nombres binaires qui constituent le numéro codé du masque. Une autre caractéristique du procédé est que la table de correspondance contient les distances des masques relatifs à la page d'image de paysage, et des numéros codés respectivement affectés à ces masques et constitués chacun par trois nombres binaires; les distances étant définies avec une précision identique à celle des distances de cibles. 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, 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; 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; chacune des pages de masques ayant été stockées, comporte d'une part, 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 du masque, et d'autre part, une table de correspondance entre les numéros codés et les distances à l'observateur des masques relatifs de la page d'image de paysage considérée. 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 illustre le principe de la prise de vue de la première série d'images de paysage, la tourelle du char étant orientée, en position centrale; - la figure 2 illustre le principe de la simulation de la rotation de la tourelle par déplacement continu des images, et substitution à l'image centrale, d'images latérales décalées en gisement; - la figure 3 représente le fichier de données topographiques du terrain d'entraînement - la figure 4 illustre le principe de la projection des points du terrain dans le plan de visualisation; - la figure 5 représente le fichier des données topographiques projetées;; - la figure 6 représente le système de création des pages de masque selon l'invention - la figure 7 représente l'image des points du terrain projeté et correspondant à une image de paysage; - la figure 8 représente l'image des lignes d'égales distances - la figure 9 représente une image de paysage; - la figure 10 représente en superposition, l'image de paysage et l'image des lignes d'égales distances; - la figure 11 représente le tableau des distances; - la figure 12 représente l'image de masques; - la figure 13 représente la table de correspondance; - la figure 14 représente le tableau des numéros codés de masques; - la figure 15 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 concerne. Les données sont disponibles sur bandes magnétiques. Celles qui correspondent aux zones du terrain où se 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 6). Selon une méthode courante dans le domaine des images calculées, un calculateur Cl 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 Cl, sont rassemblées dans un fichier de terrain projeté. Ce fichier est rangé sur disque (figure 5). 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 MOl, 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 MOI par l'intermédiaire d'un commutateur CM et d'un additionneur A. 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 MOI, le tableau numérique des lignes d'égales distances est transmis au dispositif MI. Ce dispositif fournit une image analogique des lignes d'égales distances (figure 8) au moniteur MOl. Pour la détermination des masques, les images du paysage (figure 9) sont stockées, sous la forme de pages analogiques, par exemple sur un vidéodisque placé dans un lecteur de vidéodisque V (figure 6). 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 MOI 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 10). 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. Il 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 16 bits (figure 11). 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 12). 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 sûr, 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 à celle d'un codage sur 16 bits. Cette difficulté est écartée selon l'invention, par un stockage, dans chaque page de masques, et pour chaque pixel de chaque masque, non pas de la distance du masque mais d'un numéro attribué à ce masque; la distance de celui-ci étant déterminée par ailleurs au moyen d'une table numérique également stockée dans la page de masques et qui établit la correspondance entre les numéros et les distances des masques, celles-ci étant exprimées par exemple sur 16 bits. En effet, le nombre de masques, par image de paysage, étant inférieur à 64, il peut être attribué à chacun d'eux un numéro, codé par un ensemble de trois nombres binaires à 2 bits, Nv, Nr > Nb. Chacun de ces nombres est représenté par une grandeur analogique quantifiée dont le niveau est au plus égal à trois fois le niveau élémentaire supérieur au bruit et qui emprunte une des trois voies standard de chrominance, que celles-ci soient physiquement distinctes ou sous forme de modulation du signal porteur. Ainsi, selon l'invention, pour chaque page d'image de paysage, il est attribué par l'opérateur, à chacun des masques, un numéro de 0 à 63 codé au moyen de trois nombres binaires Ny, NR, NB, à deux bits. Il est formé ensuite dans le calculateur, une table de correspondance (figure 13) entre les numéros codés et les distances dm des masques, celles-ci étant exprimées, par exemple, sur 16 bits. Le tableau de distances de masques de l'image en cours de traitement est de plus transformé par le calculateur, à l'aide de la table de correspondance, par remplacement de chaque valeur de distance par le numéro codé du masque, en un tableau des numéros des masques (figure 14). Ce tableau est transmis au dispositif de mémoire d'image MI et forme dans celui-ci une image numérique de masques. Pour chaque masque et pour chaque pixel de celui-ci, trois nombres Ny, 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. La table de correspondance est ensuite transmise du calculateur au dispositif de mémoire d'image Ml, et dans les trois plans-mémoires de celui-ci. Elle forme alors avec l'image de masques déjà transmise, une page numérique de masques dont la définition, de 575 lignes et 768 pixels utiles par ligne, est identique à celle de la page d'image de paysage. La table occupe, par exemple 14 lignes et 70 pixels par ligne. Elle est placée, évidemment, dans les lignes non occupées par des masques: celles qui correspondent au ciel par exemple. Les données formant la page 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. Ce signal est transmis par le commutateur CM puis du 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 15), un vidéodisque d'images de paysage et le vidéodisque de pages 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 en 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 d'image de cibles S3 à trois composantes, et d'un signal en distance de cibles S2. Un incrustateur rapide I reçoit les signaux S3 et S4. Il sélectionne et fournit, sous la forme d'un signal S6 envoyé au 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, d'une part la table de correspondance qu'il place dans sa mémoire interne, et d'autre part, l'image de masques formée par les trois grandeurs analogiques quantifiées représentant pour chaque pixel, un numéro de masque. Il détermine ensuite la distance dm qui correspond à ce numéro au moyen de la table de correspondance. Il 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 dcdcXdm, soit du signal d'image du paysage S4 lorsque dc > dm. REVENDICATIONS 1. Procédé de simulation de cibles, mobiles et masquables dans un paysage, pour l'entraînement au tir, en roulant, 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, et 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 d'une part 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 du masque, et d'autre part une table de correspondance entre les numéros codés et les distances à l'observateur des masques relatifs à la page d'image de paysage considérée. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les distances à l'observateur des masques sont définies avec une précision identique à celle des distances des cibles. 4. 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, et 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. 5. Dispositif #de création de pages de masques pour système de simulation de cibles, mobiles et masquables dans un paysage, pour l'entraînement au tir, en roulant, caractérisé par le fait qu'il comporte une unité de lecture de disques (D), reliée à un calculateur (Cl), à une mémoire d'image (MI), 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 (MI) 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 (ex), et la sortie de l'additionneur étant reliée à un moniteur (MOl) avec lequel coopère un crayon optoélectronique (CE), relié au processeur (PG). 6. Système de simulation de cibles, mobiles et masquables dans un paysage, pour l'entraînement au tir, en roulant, 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 (DC1) 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).