Brevet FR2937748A1 — publié le 20100430

DISPOSITIF DE CONTROLE D'UNE CHAINE VIDEO COMPRENANT UN PROJECTEUR HOLOGRAPHIQUE La présente invention concerne le domaine des dispositifs de projection d'images vidéos. Plus particulièrement, l'invention s'applique aux projecteurs d'images générées à partir d'un modulateur spatial de phase. Dans plusieurs applications telles qu'en avionique, en médecine ou dans le domaine militaire, certaines opérations sont effectuées à partir de prises de décisions basées sur des informations affichées ou des images sur des équipements de contrôle. Le choix d'une technologie d'afficheurs implique donc que cette technologie est suffisamment fiable pour assurer l'intégrité de l'affichage des informations ayant une importance dans des prises de décisions critiques et pour minimiser les risques d'erreurs. Dans ce contexte, cela implique de maintenir un haut niveau d'exigence sur l'intégrité et la restitution des informations affichées. La plupart des afficheurs existants n'imposent pas spécifiquement de test d'intégrité quant aux informations affichées. De manière à assurer ce niveau d'exigence concernant des opérations critiques, il est parfois nécessaire de disposer de chaînes supplémentaires dans le dispositif d'affichage de manière à comparer les informations affichées avec la source originale de données ou de s'appuyer sur la détection de l'utilisateur pour certains modes d'échec non contrôlés. Actuellement, il existe notamment des afficheurs à cristaux liquides pour des applications médicales qui nécessitent l'affichage d'images constituant la chaîne finale d'un diagnostic. Cette image doit être, autant que possible, la plus proche de la réalité. Cette exigence nécessite que les couleurs de l'image permettant d'établir un diagnostic soient fiables, l'interprétation de l'image ne devant pas être ambiguë ou incertaine. La figure 1 représente un écran LCD 5 affichant une image 3 permettant d'établir un diagnostic. Le générateur d'images 1 transfert un flux vidéo V à l'afficheur 5. Un capteur de contrôle 4, telle qu'une photo diode, retourne via un flux F un échantillon d'une partie de l'image affichée à des moyens de contrôle et d'analyse 2. La zone spécifique que couvre la photodiode 4 est adressée alternativement avec des niveaux de gris différents pour s'assurer qu'il n'y a aucune dérive dans l'adressage et que l'image n'est pas "gelée". Les moyens de contrôle et d'analyse 2 permettent de comparer les différences la partie de l'image F réellement affichée et la partie correspondante de l'image V transmise à l'afficheur. Ce dispositif permet d'une part de vérifier que l'image affichée est rafraîchie et ne s'est pas figée et d'autre part que les niveaux de couleurs ou de gris n'ont pas dérivés. Dans ce cas, ce dispositif présente un compromis entre une détection contrôlée d'erreurs et une complexité du mécanisme de retours et d'analyse des informations collectées par le capteur. En revanche, ce dispositif présente l'inconvénient d'être incapable de détecter un pixel erroné à l'extérieur de la zone couverte par le capteur. Par ailleurs, il existe également d'autres types d'afficheurs tels que les afficheurs tête haute HUD, dont l'acronyme anglo-saxon signifie � Head-Up Display � permettant de présenter une image collimatée à l'utilisateur. Les afficheurs HUD sont utilisés pour le pilotage d'avion d'armes, pour contrôler un système d'armement et de visée ou comme aide à l'atterrissage. La source d'images de ces afficheurs est le plus souvent un tube à rayons cathodiques encore appelé CRT signifiant � Cathod Ray Tube �. Dans ces tubes, un faisceau électronique balaie un écran photo-luminescent, créant ainsi l'image. Afin de garantir un haut niveau de sécurité, de fiabilité et de précision des informations affichées, il est nécessaire de mettre en oeuvre divers mécanismes de sécurité. Notamment, le faisceau électronique du CRT permet d'adresser un capteur spécifique positionné sur l'image affichée. La figure 2 représente un générateur d'images 1' transmettant un flux d'images vidéos V' au générateur de faisceaux CRT 10. Le générateur de faisceaux du CRT 10 émet un faisceau lumineux sur un capteur 4', le capteur 4' étant positionné sur un afficheur 5' permettant d'afficher une image projetée 3'. Le rôle du capteur 4' est de vérifier que l'adressage du faisceau 11 est correct. Pour cela, le capteur doit recevoir le faisceau lumineux 11. Ce mécanisme permet de s'assurer d'une part que le faisceau est bien émis et d'autre part que la précision reste suffisante pour adresser un faisceau sur un capteur. Le capteur 4' est connecté à des moyens de contrôle et d'analyse 2' des données collectées par le capteur. Un flux F' de données collectées par le capteur 4' est alors transmis aux moyens de contrôle et d'analyse 2'. Si les moyens de contrôle et d'analyse 2' ne reçoivent plus de données provenant du capteur 4', cela signifie que la position du faisceau a dérivé et s'est écarté du capteur. Ce dernier dispositif ne permet pas de contrôler tous les cas d'erreurs d'intégrité de l'image générée. Par exemple, une obstruction de la trajectoire du rayon en dehors de la zone couverte par le capteur ne sera pas contrôlée et nécessite un contrôle visuel du pilote. En ce qui concerne les dispositifs de projection holographique tels que celui de la présente invention, il est difficile de contrôler une zone comprenant des pixels car l'interprétation des pixels affichés ne permet pas de déduire aisément la présence d'une ou des erreur(s) concernant le contenu de l'image. De la même façon, le fait de contrôler des informations en sortie d'un calculateur effectuant l'algorithme de calcul des hologrammes ne suffit pas à interpréter des erreurs pouvant survenir à l'affichage. Cet inconvénient naît du fait que la nature des informations affichées est différente de la nature des informations transmises par le calculateur. II est ainsi possible de ne détecter aucune erreur lors du traitement et du transfert d'informations d'un calculateur d'hologrammes et de constater des erreurs présentes lors de l'affichage. L'invention permet de pallier aux inconvénients précités. En particulier, l'invention s'applique à un projecteur holographique comprenant un générateur d'images holographiques et comprend une chaîne permettant de mesurer les différences entre les images affichées et les images d'entrée. Le dispositif selon l'invention permet d'effectuer, à partir d'une boucle de retour sur l'image d'entrée, un contrôle d'erreurs à partir d'un calcul comprenant au moins une transformée de Fourier d'une image holographique générée. En outre, le calcul peut comprendre une correction de profil d'intensité lumineuse et/ou une correction de géométrie. En outre, l'invention permet de construire un dispositif de projection holographique d'images adéquat pour des applications critiques de sécurité. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de sécurisé de 5 projection d'images comprenant : • un calculateur d'hologrammes de phases ; • un imageur holographique comprenant un modulateur de phases (Mod(c)) ; • des moyens de projections et ; 10 • une entrée apte à recevoir des images d'entrée (IE) ; • le calculateur générant itérativement un premier ensemble (N) d'images intermédiaires (I,NT), chacune des images intermédiaires s'affichant successivement sur le modulateur de phases (Mod(0)); • le modulateur de phases (Mod(cre)) affichant successivement les 15 images intermédiaires (IINT) sur une première période déterminée (T,), appelée période image ; • les moyens de projections projetant une transformée de Fourier optique (Ip) des images s'affichant sur le modulateur de phases (Mod(0)) ; 20 caractérisé en ce qu'une image de sortie (Is) dans l'espace de Fourier est reconstruite itérativement, sur une seconde période prédéterminée (T2), par la somme d'un second ensemble d'images intermédiaires (I,NT) affichées sur le modulateur de phases (Mod((P)), le dispositif comprenant : 25 • des moyens de calcul d'une image témoin (IT), le calcul comprenant une transformée de Fourier (F(h)) de l'image de sortie (IS)et; • des moyens de détections d'erreurs (C) comparant une image d'entrée (IE) et l'image témoin (IT). 30 Avantageusement, le modulateur de phase peut être binaire, c'est à dire que chacun des pixels du modulateur comporte deux états, il peut également comporter un nombre de niveaux de phases strictement supérieur à 2. Préférentiellement, le calcul de l'image témoin comprend au moins une correction de géométrie ou une correction de profil de luminance. Avantageusement, la p+1 ième image intermédiaire est une transformée de Fourier d'un hologramme de phase d'une première fonction de l'image d'entrée (IE) et de la transformée de Fourier de la pième image intermédiaire affichée (TINT). Plus précisément, la première fonction de l'image d'entrée (IE) et de la transformée de Fourier de la pième image intermédiaire affichée (I,NT) peut être une image issue de la comparaison pixel à pixel de la différence de l'image d'entrée (IE) et de la transformée de Fourier de la pième image intermédiaire affichée (TINT). Préférentiellement, la première et la seconde période sont égales et le premier et le second ensemble d'images intermédiaires sont identiques. De plus, un commutateur peut permettre de suspendre la transmission des images de sorties au modulateur de phase lorsque les moyens de détections d'erreurs détectent un type d'erreur prédéterminé. Dans ce cas, une mire indiquant une erreur peut être projetée lorsque les moyens de détections d'erreurs détectent un type d'erreur prédéterminé. Avantageusement, le modulateur de phases affiche entre 8 et 24 images intermédiaires (TINT) pour une image d'entrée (IE) sur une période image (T,). Préférentiellement, le dispositif de sécurisé de projection d'images comprend un estimateur et un correcteur d'erreurs. Enfin, le dispositif de sécurisé de projection d'images peut générer successivement plusieurs séries d'images de sortie formant plusieurs hologrammes correspondant chacun à une couleur différente et permettant de projeter une image finale colorée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui 30 représentent : • la figure 1 : un premier dispositif d'affichage avec une boucle de test de l'intégrité d'une image affichée selon l'art antérieur ; • la figure 2 : un second dispositif d'affichage avec une boucle de test de l'intégrité d'une image affichée selon l'art antérieur ; 35 • la figure 3 : un projecteur vidéo comprenant une boucle de test de l'intégrité d'une image affichée ; • la figure 4: une variante de réalisation permettant d'afficher une mire indiquant qu'une erreur est survenue. La figure 3 représente un projecteur holographique tel que celui, par exemple, développé par la société Light Blue Optics Ltd. Une image vidéo d'entrée IE est transmise à des moyens de calculs K. Dans un mode de réalisation, les moyens de calculs comprennent un calculateur d'hologrammes permettant de générer une pluralité d'images holographiques dans l'espace de Fourier, dites images intermédiaires TINT. Dans la suite de la description, on emploie indifféremment pour désigner une transformée directe de Fourier ou une transformée inverse de Fourier le terme général de transformée de Fourier. Un commutateur ON/OFF permet de transmettre ou non les images intermédiaires IINT provenant du calculateur K à un projecteur P. Le projecteur P comprend notamment un modulateur de phases Mod(cD) intégrant un afficheur qui permet d'afficher les images intermédiaires IINT• L'image projetée est générée à partir d'une optique de projection, appelé projecteur. Le calculateur K permet de calculer un hologramme de phase dont la projection par les moyens optiques du projecteur reconstruise l'image d'entrée. Cette reconstruction peut être réalisée, par exemple, par superposition de plusieurs images intermédiaires afin de réduire le bruit de construction de l'hologramme de phase. Le calculateur K réalise un calcul de transformée de Fourier, mais il peut réaliser également selon les modes de réalisations d'autres tâches. Parmi ces tâches, le calculateur peut notamment, prendre en compte : • un contexte défini, par exemple, par les images intermédiaires précédemment transmises par le calculateur K, notamment pour réduire le bruit ; • une connaissance des aberrations de l'optique de projection ; • des déformations géométriques ; • une correction de profil de luminance, par exemple, pour compenser le profil de diffraction du modulateur de phases si cela est nécessaire ; • la longueur d'onde de la source de lumière. Dans tous les cas, le calculateur K comprend le calcul d'une transformée de Fourier de l'image d'entrée de manière à afficher une image sur le modulateur de phase et à projeter cette dernière image par l'optique de projection. Le calculateur K comprend également, selon les modes de réalisations, certaines corrections telles que des corrections géométriques ou d'aberration ou de profil de luminance. Cet algorithme peut être, par exemple, celui décrit dans WO 2007/031797. C'est à dire que le calculateur K permet de générer une première transformée de Fourier de l'image d'entrée. L'image ainsi transformée est une première image intermédiaire (IINT)1, celle-ci est transmise au modulateur de phases Mod(0). La définition du modulateur de phases Mod(0) peut, dans cet exemple de réalisation, comporter des pixels ayant deux états. Les informations affichées comprennent des niveaux binaires lorsqu'ils sont traités par le modulateur de phases Mod(c). Dans d'autres cas de réalisation, le modulateur de phases Mod(0) peut comprendre des pixels comportant plusieurs états. L'image générée est alors re-bouclée à l'entrée du calculateur K avec l'image d'entrée. Le re-bouclage est interne au calculateur K et n'est pas représenté sur la figure 3. La seconde image intermédiaire (IINT)2 générée par le calculateur est une transformée de Fourier d'une fonction de l'image d'entrée et de la transformée de Fourier de la première image intermédiaire (IINT)1 affichée. A titre d'exemple, cette fonction peut être une combinaison linéaire, telle qu'une soustraction du niveau de gris de chaque pixel de l'image. Ainsi sur une période T, un ensemble d'images intermédiaires sont générées par le calculateur K et affichées par le modulateur de phases Mod((P). La p+lième image intermédiaire (IINT)p générée par le calculateur est une transformée de Fourier d'une fonction de l'image d'entrée et de la transformée de Fourier de la pième image intermédiaire (IINT)p+1 affichée. Ainsi, un algorithme itératif, tel que celui décrit plus en détail dans le brevet WO 2007/031797, peut-être utilisé pour transformer l'image vidéo d'entrée IE en une pluralité d'images intermédiaires (IINT)Ie[1,N] qui sont des hologrammes de phase transmis au modulateur de phases Mod(él)). L'image projetée par le projecteur sur une période T est perçue comme une image finale reconstruite par la succession de l'affichage de N images intermédiaires IINT. La période T est choisie suffisamment brève pour que l'ceil intègre une image reconstruite. L'algorithme converge à mesure que l'augmentation du nombre N d'images intermédiaires TINT est élevée, c'est à dire que plus le nombre d'images intermédiaires est élevé plus l'image produite est proche de l'image d'entrée au sens du rapport signal/bruit. Dans d'autres modes de réalisations, le modulateur de phases Mod(0) peut être plus complexe et les combinaisons entre les images intermédiaires affichées re-bouclées et l'image d'entrée dans le calculateur K peuvent présenter des variantes. Dans un cas particulier de réalisation, une seule image intermédiaire peut être générée par le calculateur K, par exemple, lorsque le modulateur de phases Mod(0) permet d'afficher des niveaux de déphasages suffisants pour une qualité donnée de l'image projetée. Le dispositif selon l'invention permet de former un hologramme de phase sur un modulateur de phases Mod((P) et de projeter chaque image affichée sur le modulateur de phase à partir d'un projecteur holographique. Les images projetées Ip peuvent être formées par un projecteur holographique tel que celui développé par la société Light Blue Optics Ltd.35 L'invention permet de disposer d'une boucle comprenant des seconds moyens de calcul de la transformée de Fourier F(h) d'une image de sortie IS du calculateur K, dite image témoin. On nomme l'image témoin l'image résultante des calculs effectués dans la boucle de retour dont la transformée de Fourier F(h) de l'image de sortie IS et les éventuelles corrections de profil d'intensité lumineuse ou de géométrie. L'image de sortie IS peut être basée, par exemple, sur la reconstruction de l'image d'entrée à partir des images intermédiaires non plus affichées successivement mais sommées linéairement en une seule image, cette dernière est l'image de sortie Is. Une particularité d'un mode de réalisation de l'invention est qu'une image de sortie lS peut être formée par la somme des images intermédiaires affichées sur le modulateur de phases Mod(0) dans une période T2 de manière itérative. Dans un mode de réalisation, la période T2 peut être identique à la période T. lS = Z(lINT)ie[1,N] L'image de sortie correspond à la somme d'un ensemble d'images intermédiaires IINT affichées sur le modulateur de phase. Les seconds moyens de calculs selon l'invention comprennent un comparateur C permettant de comparer les images témoins IT avec les images d'entrée IE et un détecteur d'erreurs permettant d'évaluer les différences entre les images d'entrée IE et les images témoins IT. Dans une variante de réalisation, l'invention permet d'afficher une mire fixe permettant de détecter un cas de panne lors de la projection de l'image. La figure 4 représente une telle variante de réalisation ou le commutateur ON/OFF comporte deux voies de sortie dont une première voie ON est directement connecté au modulateur de phase Mod(0) si l'image ne comporte pas d'anomalie nécessitant d'éteindre le canal de transmission et une seconde voie comportant une mémoire 40, notée E, comprenant une mire telle qu'une image représentant par exemple un symbole de type � F �, signifiant � Failed �. Lorsque le commutateur est en position OFF, ce qui correspond à une anomalie ne permettant pas de projeter l'image de sortie, alors la projection d'une mire spécifique permet de prévenir l'opérateur qu'une erreur est survenue. Dans un mode de réalisation, l'invention peut comporter un correcteur d'erreur de l'image témoin IT en fonction des erreurs détectées par le détecteur d'erreurs par comparaison avec l'image d'entrée IE. Typiquement le modulateur de phase peut afficher successivement, sur une période T déterminée, entre 8 à 24 images intermédiaires. L'image de sortie ls construite par la somme d'un ensemble d'images intermédiaires s'affichant successivement peut correspondre par exemple à l'ensemble des images intermédiaires affichées sur la période T. Si l'on considère seulement les blocs 30 et 32 de la figure 3, nous avons un projecteur holographique standard. L'invention permet d'améliorer l'intégrité des images affichées et projetées par un dispositif comprenant un calculateur, permettant notamment de réaliser une transformée de Fourier, et un détecteur d'erreurs. Le détecteur d'erreur permet d'activer le commutateur 33 de telle manière que les images de sorties Is ne sont plus transmises au modulateur de phase en cas de présences d'images corrompues en sortie du calculateur K. Le dispositif de l'invention permet alors de diminuer les risques 20 d'erreurs liés à l'affichage de données et/ ou d'images projetées par un vidéo projecteur holographique. Dans une variante de réalisation, l'invention peut comporter un comparateur et un estimateur d'erreurs. 25 Le dispositif de l'invention permet de prévenir des erreurs susceptibles de survenir pendant la génération des hologrammes et, en ce qui concerne les autres erreurs, elles peuvent être classées selon trois catégories d'erreurs possibles : • les erreurs sans conséquence visuelle sur l'image projetée ; 30 • les erreurs décelables par contrôle de signaux électroniques ; • les erreurs décelables de manière non ambiguë par l'observateur de l'image de sortie. 35 Par exemple, les erreurs directement visibles sont de type : • N'importe quelle rupture du bus vidéo, de l'alimentation, de l'horloge ou d'autres encore. Elles peuvent être électroniquement détectées et ne nécessitent pas de contrôle d'intégrité de l'image projetée ; • N'importe quelle erreur de pixel n'a visuellement aucun effet sur l'image de sortie lp ; • N'importe quelle image figée non détectée, qui à priori ne pourrait pas survenir compte tenu de l'architecture itérative de l'algorithme de construction de l'image de sortie et de l'adressage sur l'afficheur, a un effet immédiat sur l'image de sortie lp. En effet l'image de sortie serait figée et serait détectée par l'observateur car, par principe de reconstruction, une image figée a un niveau de bruit très élevé ; • N'importe quelle perte d'adressage de l'afficheur causée par une perte d'images provoquerait un affichage uniforme facilement identifiable pour un utilisateur. Un principe de l'invention par l'ajout du bloc 31, consiste à ajouter une fonction de contrôle de la fonction de génération d'hologrammes afin d'éviter les erreurs causées par un événement survenu dans le bloc 30. Un avantage de cette conception est de contrôler le bloc 30 qui réalise une fonction complexe et coûteuse à mettre en oeuvre. Les seconds moyens de calculs de la transformée de Fourier F(h) de l'image de sortie du calculateur K permettent de générer une image simplement. Les moyens de détection et/ou de comparaison et d'estimation C des erreurs se trouvent simplifiés du fait de l'opération simple de comparaison deux images numériques. Cette solution permet de ne pas mettre en oeuvre une solution trop 30 complexe de contrôle entre l'image d'entrée IE et l'image projetée lp qui nécessiterait un développement d'un élément de contrôle de la chaîne complète. Par ailleurs, l'absence de capteur matériel placé sur le support de l'image projetée permet d'éviter de multiplier les composants non pilotables ou � monitorables �, tels que des senseurs par exemple, et d'éviter de 35 sacrifier une partie de l'image de sortie. Un autre avantage de l'invention permet au dispositif de répondre à des exigences de sécurité élevées telles que celles préconisées par la norme ARP4754 tout en conservant une approche minimisant les coûts de 5 développement. REVENDICATIONS1. Dispositif de sécurisé de projection d'images comprenant : • un calculateur d'hologrammes de phases ; • un imageur holographique comprenant un modulateur de phases (Mod(el)) ; • des moyens de projections et ; • une entrée apte à recevoir des images d'entrée (IE) ; • le calculateur générant itérativement un premier ensemble (N) d'images intermédiaires (TINT), chacune des images intermédiaires s'affichant successivement sur le modulateur de phases (Mod(D)); • le modulateur de phases (Mod(c)) affichant successivement les images intermédiaires (TINT) sur une première période déterminée (T,), appelée période image ; • les moyens de projections projetant une transformée de Fourier optique (Ip) des images s'affichant sur le modulateur de phases (Mod(cl))) ; caractérisé en ce qu'une image de sortie (Is) dans l'espace de Fourier est reconstruite itérativement, sur une seconde période prédéterminée (T2), par la somme d'un second ensemble d'images intermédiaires (TINT) affichées sur le modulateur de phases (Mod(c)), le dispositif comprenant : ^ des moyens de calcul d'une image témoin (IT), le calcul comprenant une transformée de Fourier (F(h)) de l'image de sortie ( ls) et ^ des moyens de détections d'erreurs (C) comparant une image d'entrée (IE) et l'image témoin (IT). 2. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur de phase est binaire, c'est à dire que chacun des pixels du modulateur comporte deux états. 3. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur de phase comporte un nombre de niveaux de phases strictement supérieur à 2. 4. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul de l'image témoin comprend au moins une correction de géométrie. 5. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul de l'image témoin comprend au moins une correction de profil de luminance. 6. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce que la p+1 ième image intermédiaire est une transformée de Fourier d'un hologramme de phase d'une première fonction de l'image d'entrée (IE) et de la transformée de Fourier de la pième image intermédiaire affichée (TINT). 7. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première fonction de l'image d'entrée (IE) et de la transformée de Fourier de la pième image intermédiaire affichée (I,NT) est une image issue de la comparaison pixel à pixel de la différence de l'image d'entrée (IE) et de la transformée de Fourier de la pième image intermédiaire affichée (I,NT). 8. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première et la seconde période sont égales et que le premier et le second ensemble d'images intermédiaires sont identiques. 9. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un commutateur permet de suspendre la transmission des images de sorties au modulateur de phase lorsque les moyens de détections d'erreurs détectent un type d'erreur prédéterminé. 10. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une mire indiquant une erreur est projetée lorsque les moyens de détections d'erreurs détectent un type d'erreur prédéterminé. 11. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur de phases affiche entre 8 et 24 images intermédiaires (TINT) pour une image d'entrée (IE) sur une période image (TI). 12. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un estimateur et un correcteur d'erreurs. 13. Dispositif de sécurisé de projection d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il génère successivement plusieurs séries d'images de sortie formant plusieurs hologrammes correspondant chacun à une couleur différente et permettant de projeter une image colorée.