Brevet FR2613572A1 — publié le 19881007

SYSTEME DE VISUALISATION DE DONNEES LUMINEUSES, A LISIBILITE AMELIOREE La présente invention concerne un système de visualisation de données traduites sous forme d'une représentation lumineuse, et dont la lisibilité est améliorée pour tenir compte des fluctuations de l'environnement lumineux. La représentation des données lumineuses peut être une image électronique ou un affichage lumineux. L'invention est envisagée, plus particulièrement, pour des dispositifs de visualisation tête basse dans le domaine aéronautique. La visualisation d'une image électronique, notamment pour une application tête basse, s'effectue généralement sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques ou sur un éc'an plat. Ces derniers se subdivisent en deux catégories principales, les écrans plats passifs qui produisent une modulation de lumière, par exemple des cellules à cristaux liquides, et le- écrans plats actifs qui émettent de la lumière, par exe'nple les panneaux à plasma ou électroluminescents. Dans ces systèmes de visualisation la représentation lumineuse est soumise à un éclairement variable du fait de l'environnement lumineux lui- même variable. Il en résulte des difficultés éventuelles de lisibilité de la représentation affichée; c'est le cas notamment si l'éclairement local est trop fort pour une représentation d'image sur un écran cathodique. Il est connu de prévoir un réglage manuel du niveau de luminance de l'image sur les dispositifs de visualisation d'image électronique. Ce réglage est insuffisant car, dans le c:ts d'une visualisation tête basse sur une planche de bord, l'image électronique est présentée au pilote dans un chanp d'une vingtaine de degrés et l'image globale vue par l'observliteur est constituée de cette image électronique à laquelle est superposée une distribution lumineuse parasite due à l'environnement. Dans le champ de vision de 20 la distribution lumineuse pa asite est le rayonnement ambiant réfléchi par l'écran de visualisation. En outre, le rayonnement lumineux parasite comporte celui qui est compris dans le champ total de perception de l'obs celle provenant de l'extérieur à travers les verrières du cokpit. L'appréciation de la qualité de l'image glkbale est fonction de l'importance de cette luminance parasite. I qualité de l'image dépend, en plus, de la répartition spatio-lt.mporelle de la totalité du champ perçu par l'oeil c'est-à-di"e d'une part, de la valeur et de la répartition spa t talede l'environnement lumineux comprenant l'image visualisée et le rayonnement parasite réfléchi et le reste du champ visuel perçu, et d'autre part, de la valeur et de la répartition spatiale qu'avait cet environnement lumineux dans les instants piécédents pour tenir compte en particulier des phénomènes de persistance rétiniènes de l'observateur et de variations lentes du diamètre pupillaire. Le but de l'invention est d'améliorer la lisibilité de la représentation lumineuse en tenant compte de cette répartition spatio-temporelle de luminance correspond:ant à la lumière parasite réfléchie par l'écran de visualisation et à la lumière parasite perçue dans le champ global extérieur à celui de vision de l'affichage. Suivant l'invention, le système de visualisition est équipé de dispositifs capteurs pour mesurer par photodétection les rayonnements parasites en question et les traiter d, manière à influer sur la luminance de la représentation visualisée afin d'en optimiser la lisibilité. Selon l'invention, il est réalisé un système de visualisation d'une image lumineuse de données, comportant un dispositif de visualisation et un moyen de réglage manuel de la luminosité de l'image, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de réglage automatique de la luminosité de l'image en utilisant au moins deux capteurs photoélectriques, au moins un premier capteur monté fixe et disposé à proximité d, l'image lumineuse pour capter un éclairement ambiant représentatif de la luminance réfléchie par la surface et o se trouve - isualisée l'image et au moins un deuxième capteur situé à distance de l'image lumineuse pour capter un éclairement ambiant représentatif de la luminance du fond reçue dans le chamnp global de vision de l'observateur. Les particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description qui suite donnée à titre d'exemple à l'aide des figures annexées qui représentent: - Fig. 1, un schéma simplifié d'un système de visualisation d'image lumineuse conforme à la présente invention; - Fig.2, un schéma d'un mode de réalisation du capteur optoélectrique utilisé pour détecter le fond lumineux; - Fig.3, un bloc diagramme d'un système selon la figure 1; Figs.4,5 et 6, des schémas relatifs aux différents circuits utilisables dans le cadre d'une réalisation d'un systè,ne selon la figure 3. En se reportant à la figure 1, le syFtème de visualisation comporte un dispositif de visualisation 1 d'une image de données lumineuses. Ce dispositif peut être un tube à rayons cathodiques comme représenté, l'image étant,isualisée sur l'écran 11 du tube; on peut également utiliser in écran plat passif (matrice à cristaux liquides) ou actif (panneau à plasma ou électroluminescent). Le signal vidéo Sv à visualiser, issu d'un générateur d'image synthétique ou d'un capteur d'image vidéo, est appliqué au tube 1 à travers un 26 1 3572 circuit 2 de réglage de la luminance de l'image. Le circuit 2 comporte, de manière conventionnelle, un réglage manuel constitué par un potentiomètre 3 dont la sortie curseu, V est utilisée, pour agir sur la luminance. Cette action s'effectue dans un circuit correcteur 4, par exemple en modulant le niveau du signalSv par le paramètre Vm. L'action sur]e signal S consiste en une modification générale des niveaux de v luminance ou chrominance, par exemple modulation du niveau du noir, contraste pour une ou plusieurs couleurs, ou encore une modification locale tel un renforcement de contour.] e signal sortant VT est appliqué au dispositif de visualisation. Le réglage manuel 3 est indclu dans un circuit générateur 7 qui reçoit d'autres données de réglage pour produire un asservissement automatique de la luminance en fonction des paramètres caractéristiques de l'envir) nnement lumineux. En effet, il y a lieu de considérer que l'ob:ervateur placé en O perçoit dans le champ délimité OI d'observation de l'image lumineuse une luminance L v correspondant à celle émise par l'image lumineuse en 1] dans ce cône. A cette luminance utile se rajoute la luminance parasite L renvoyée par le plan 11 sous l'influence de l'éclairage p ambiant E. Dans le cas d'un tube cathodique, la lumiiance L P résulte de la réflexion diffuse du phosphore du tube soumis à l'éclairement ambiant. De plus, l'observateur couvre un champ visuel global EG de plus grande dimension et est sensible à une répartition de luminance de fond Lf en dehors du cône d'observation 0I. Pour tenir compte de l'influence des luminances parasites Lp et Lf qui gênent l'observation et la lisibilité de l'image, le système comporte des circuits de réglage automatique de la luminance de l'image en fonction de ces paramètres. Ces circuits utilisent au moins deux capteurs photoélectriques 5 et 6, dont les signaux détectés Vci et VC2 sont appliqués au générateur 7 incluant le réglage 26 1 35 7 2 manuel 3 pour élaborer un signal VL de correction appliqué au circuit 4. Un premier capteur 5 est disposé à pro-imité de l'image lumineuse, en sorte que sa surface photosen sible est soumise à un éclairement ambiant E comparable à celui reçu par l'écran de visualisation 11. En conséquence, la sortie Vci du ce capteur est directement proportionnelle à l'éclairement local E dans cette zone et contribue à fournir une information sur la lumière parasite L réémise par le plan 11. P Un deuxième capteur 6 se trouve lui placé à proximité de la tête de l'observateur ou légèrement en arrière en sorte de recevoir un éclairage ambiant donnant une information sur la répartition de luminance du fond Lf perçue par l'oeil dans le champ global 0G en dehors du champ utile EIe Cette information va se' retrouver au niveau du signal détecté VC2 qui est sensiblement proportionnel à la luminance Lf du fond. Le capteur 5 ne présente pas de caractéristique particulière et peut être de type conventionnel. Par cntre, le capteur 6 pour être efficace peut être conçu selon le mode de réalisation représenté à la figure 2. De conception légère et peu encombrante, le capteur figuré est constitué par un phototransistor 60, par exemple BPX 95C, fixé au fond d'un boîtier 61 qui comporte sur la face opposée un diffuseur 62 et un filtre 63. Le bloc 61 présente ainsi une cavité centraie qui peut être de l'ordre de 15.12mm. L'ensemble est d," faibles dimension et masse et peut être fixé aisément sur un casque porté par l'observateur, le pilote dans le cas d'une application aéronautique. Sur la figure 1 est schématisé partiellement la partie vitrée 15 d'un cokpit à travers laquelle est transmise l'éclairage solaire. La caractéristique de sensibilité angulaire du phototransistor 60 est modifiée par le diffuseur 6! et par les dimensions de la fenêtre créée par la cavité interne de façon à obtenir une directivité en site et en gisement comparable à celle de l'oeil. Le filtre 63 est un filtre photopique, c'est-à-dire de caractéristique spectrale c(mparable 261 3572 à celle de l'oeil pour assurer la correction chromai ique du phototransistor 60. La sensibilité du phototransistor 60 est ajustée par un potentiomètre 65 situé à proximité. Les connexions comportent la sortie de détection VC2 et une alimentation continue entre +15v et masse. Le capteur 5 est orienté de manière que son axe Z1 concourt sensiblement avec la direction de visiox, Z de l'observateur au niveau de l'écran de visualisation comme représenté sur la figure 1. Il sera de préférence monté solidaire de la tête de l'observateur, fixé sur un casque La figure 3 représente l'ensemble du systèmce et plus en détail les circuits 7. Ceux-ci comportent principalement les circuits 71 et 72 qui fournissent respectivement les signaux de correction de luminance VL1 et VL2 à partir des signaux détectés Vci et VC2. Ces signaux de correction soni sommés dans le circuit 73 pour former le signal somme résultant VL appliqué au circuit 4. On peut introduire des circuits intermédiaires pour pondérer ces valeurs VLl et VL2 par des coefficients multiplicateurs n et m lors de la mise au point du système en fonction de la configuration de la cabine de pilotage ou autre lieu d'exploitation envisagé. Le signal de correction global VL est donc de la forme nVL1 + mVL2. Le circuit 71 comporte le réglage manuel 3 et le signal VL1 est une fonction F1 (Vc.em) o em représente la position du réglage manuel. Dans cette expression Vci est égal à K1.E qui Indique que le signal détecté est proportionnel à l'éclairement E fou rni par l'environnement lumineux. La valeur de correction VL? fournie par le circuit 72 est une fonction F2 (VC) avec VC2 = R2. Lf qui exprime la proportionnalité diu signal détecté à la luminance moyenne du fond. Suivant un mode de réalisation la fonction F1 qui est relative à la valeur de correction VL1 est de la forme F1 = (a+b.E). m et la fonction F2 relative au signal de correction VL2 est de la forme c (Lo). Dns ces f6135?Z 26 1 3 5 7 2 expressions a,b,c,d, sont des constantes et L une aleur de o référence correspondant à une répartition de 1 uminance déterminée pour le réglage. Dans le cas d'un dispositif de visualisation à rayons cathodiques, la luminance Lv fournie par la visualiation et de la forme K(VT), VT étant la tension de commande de la cathode du tube. Le circuit 4 a pour fonction de linéariser la réponse du tube par rapport au signal d'entrée Sv en sorte d'obtenir: Lv = K3. Sv, expression dans laquelle on peut écrire: K3 = K4.VL, K3 et K4 étant des constante-:. Il en résulte que Lv doit être mis sous la forme K4. V. Sv. La fonction assurée par le circuit 4 peut être mise sous la forme VT = F3 (VL, Sv), F3 étant déterminé en sort" que: K(VT) = K4.VL Sv. Pour un tube cathodique le circuit 4 est un circuit correcteur de gamma et dont le gain est variable en fonction du signal VL. Les circuits 71 et 72 sont alors des circuits de commande de gain en fonction des signaux détectés VCl et VC2 donc en fonction des paramètres Lp et Lf. Le circuit 4 réalise la linéarisation des commandes en fonction du produit VL. Sv, la tension VL agit donc sur la pente de la courbe linéarisée de luminance Lv qui est foiction de l'image électrique Sv. Les caractéristiques du circuit 72 et les coefficients n et m sont déterminés par une série de mesures ergonomiques sur le système de visualisation observé par un sujet soumis à un environnement de répartition spatiotemporelle variable influant sur la lisibilité d', l'image globale, et/ou en tenant compte du diamètre pupillaire du sujet. La fonction de transfert décrivant les varia tions de VL2 en fonction de celles de la luminance d'un fond uniforme, plan et blanc L a typiquement la forme précitée c (Lo) d o le coefficient d est ajusté, par exemple égal à 0,88. La directivité du capteur est par exemple telle que la demisensibilité est atteinte pour une variation de 4 100 en site et en gisement et le dixième de sensibilité Four une variation de + 30 en site et + 45 en gisement. 26 1 3572 Les coefficients n et m dépendent de la configuration de la structure environnante, la cpblne de pilotage dans le cas d'une application aéroportée. La (ellule de mesure 5 d'éclairement en face avant n'est sensi)le qu'à l'éclairement de la planche de bord, lui-même dépendant essentiellement de l'éclairement latéral ou arrière transmis à travers la verrière et celui produit par des réflexions internes à la cabine. Le capteur photométrique 6 porté par le casque 69, ou placé légèrement en arrière de la tête du pilote, est sensible d'une part, à la luminance du paysage avant et latéral, d'autre part, A l'éclairement de toute la planche de bord dont le système de visualisation constitue une partie. Ce cpteur 6 prend en compte le poids relatif variable de ces paramèP res dans la mesure o il est mobile avec la tête du pilote. La figure 4, représente un mode de réalisation du circuit 71. Il comporte un amplificateur opérationnel AI1 et un réseau de résistances R1i,R2,R3 permettant de produire lés coefficients a et b dans l'expression de VL1 précédemment indiquée. Le potentiomètre de réglage manuel 3 est placé en sortie de l'amplificateur A1. La figure 5, est relative au circuit 72.],a sortie VC2 du capteur 6 est d'abord appliquée à un amplificateur linéaire 21 qui comporte un réglage 22 de constante de temps. Vient ensuite un amplificateur logarithmique 23, puis un circuit de pondération 24 permettant d'introduire le coefficieit d, un potentiomètre 25 qui permet d'introduire le coefficient c, la partie restante comporte le sommateur 26 et l'amplificateur exponentiel 27 qui permet de reformer en sortie le signl I VL2 de la forme c. (Lf)d. La figure 6 est un schéma simplifié du circuit 4. Le signal vidéo S est appliqué à un amplificateur logarithmique v 31. Parallèlement, le signal de correction VLest appliqué à un amplificateur logarithmique 33. Les sorties de ces amplificateurs logarithmiques sont sommées dans ulr circuit 2 6 1 3572 sommateur 35 dont la sortie est appliquée à un amrlificateur exponentiel 37 pour produire le signal VT. Le système de visualisation décrit présente de nombreuses variantes conformes aux caractéristiques exposées. Au lieu d'un capteur de part et d'autre on peut considérer qu'il y a plusieurs éléments photosensibles de manière à encore mieux optimiser la lisibilité de l'image en fonction de la répartition spatio-temporelle de l'environnement lumineux. Les capteurs photosensibles sont répartis en partie autour du sy tème de visualisation et pour les autres, soit sur l'ob:;ervateur lui-même et/ou dans l'habitacle. Les capteurs peuvent être orientés certains vers l'arrière de l'observateur afin de mesurer l'éclairement reçu sur la visualisation, d'aut res vers l'avant de l'observateur afin de mesurer les luminances dans une partie ou dans la totalité du champ visuel de l'observai eur. Les capteurs placés sur l'observateur ou dans l'habitacle peuvent être orientés vers l'avant de l'observateur afin de me.-urer les luminances dans une partie ou la totalité du champ visuel de l'observateur. Les capteurs ont une sensibilité spe-trale et temporelle proche du système corticovisuel. La sensibilité des capteurs aux éclairements peut être différente d'un capteur à l'autre, certains étant sensibles à un environnement élevé (éclairement diurne), d'autres à un environnement lumineux faible (éclairement nocturne ou crépusculaire). Chaque capteur est composé d'un, de plusieurs, ou d'une mosaïque de capteurs (photodiodes, photorésistances, phototransistors) précédés d'un système optique ou non. Les capteurs sont couplés à ut) système de visualisation tête basse, tête haute, tête moyenne, ou tête latérale dans une application aéroportée. Les capteurs peuvent être couplés à un ou plusieurs systèmes de visualisation contenue dans un habitacle aérien, terrestre ou mnaritime, mobile, ou fixe, dans lequel l'environnement lumineux dans le champ visuel de l'observateur peut varier rapide.nent ou lentement. 26 1 3 572 Le système de visualisation peut être destiné à un affichage d'images, de textes, de symboles ou de signaux lumineux simples pour produire un affichage public int"rieur ou extérieur (routier, ferroviaire, maritime, aéronautique, etc...). Il est vu par l'observateur sous un angle solide suffisamment faible, pour que le reste du champ enturant le système influe sur la lisibilité de l'information. Dans cette configuration les capteurs orientés vers l'avant de l'observateur peuvent être fixes et prévus pour une position moyenne d'observation. Le transducteur électrooptique réalisant l'image à partir du signal vidéo Sv est soit un tube à rayons cathodiques, soit un écran plat passif (en transmission ou réflexion) ou émissif, devant lequel est placé un ou plusieurs filtres de transmission commandables électriquement (obturateur à cristal liquide). La visibilité du dispositif de visualisation peut être ajustée en modifiant électriquement l'émission de lurmiAre d'un transducteur émissif, ou de la source arrière d'un trarsducteur passif, ou de la transmission d'un filtre additionnel. REVENDICATIONS 1. Système de visualisation d'une image lumineuse de données, comportant un dispositif de visualisation et Uin moyen de réglage manuel de la luminosité de l'image, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de réglage automatique de la luminosité de l'image en utilisant au moins deux capteurs photoélectriques, au moins un premier capteur (5) monté fixe et disposé à proximité de l'image lumineuse pour capter un éclairement ambiant représentatif de la luminan.e (Lp) réfléchie par la surface (11) et o se trouve visualisée l'image et au moins un deuxième capteur (6) situé A distance de l'image lumineuse pour capter uï éclairement ambiant représentatif de la luminance (Lf) du fond reçue dans le champ global dle vision (EG) de l'observateur. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux (Vc1 et VC2) Issus desdits capteurs (5,6) sont appliqués à un circuit générateur d'un signal de correction (7) comportant ledit moyen de réglage manuel (3) et 4laborant un signal de correction (VL) appliqué à un circuit correcteur (4) recevant le signal vidéo (Sv) à visualiser et ilimentant ledit dispositif de visualisation (1). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit correcteur (4) présente un gain variable sur action dudit signal de correction (VL). 4. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième capteur (6) est constitué au moyen d'un boîtier (61) percé pour former une cavité au fond dc laquelle est placée un phototransistor (60) et comportant à l'opposé pour la réception du rayonnement, un ensemble optique groupant un filtre photopique (63) et un diffuseur (62). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit deuxième capteur (6) est orienté de manière que son axe (Zl) concourt sensiblement avec celui (Z) de ision au niveau de l'image visualisée. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit (7) géné ateur de signal de correction comporte un premier circuit (7 1) pour traiter le signal (Vc1) détecté par le premier capteur (5), ledit premier circuit comportant ledit réglage manuel (3) et produisant un premier signal de correction (VL1) en fonction de la position (Om) dudit réglage manuel et de l'éclairement extérieur (E) reçu par le premier capleur, un deuxième circuit (72) pour traiter le signal (Vc2) détecté par le deuxième capteur (6), et produire un deuxième Fignal de correction (VL2) fonction de la luminance du foid (L) (p) perçue par l'observateur, et un circuit sommateur ('73) pour sommer lesdits premier et deuxième signaux de correction et produire un signal somme (VL) appliqué audit circuit correcteur (4). 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que des circuits de pondération (75 et 77) sont interposés sur les connexions entre lesdits premier et deuxième circuit: (71,72) et ledit circuit sommateur (73) pour introduire des coefficients de pondération (n,m) dont les valeurs sont ajustées]ors d'un réglage préliminaire pour optimiser la réponse du syè;tème en fonction des données d'implantation (15) et d'exploitation (O,Z). 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième capteur (6) est disposé A proximité de la tête de l'observateur (O). 9. Système selon la revendication 8, caractérise en ce que le deuxième capteur (6) est monté solidaire de Iq tête de l'observateur (O). 10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième capteur (6) est monté fixe sui le lieu d'exploitation et situé en arrière de la tête de l'ob:ervateur fO). 26 1 3572 11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le deuxième capteur (6) est monté fixe et à une distance de l'image lumineuse correspondant à une position moyenne d'observation, ladite image étant produite par un affichage public lumineux.