Brevet FR2999311A1 — publié le 20140613

Système de visualisation comportant un dispositif de visualisation semi-transparent adaptatif et des moyens de détection du paysage regardé par l'utilisateur Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de visualisation disposés dans les cockpits d'aéronefs civils et militaires. Actuellement, les planches de bord des cockpits d'aéronefs modernes comportent sur la majeure partie de leur surface des écrans de visualisation et des instruments, diminuant ainsi la vision directe du paysage extérieur dans la zone basse du cockpit. Dans un certain nombre d'applications, dont le vol à vue à basse altitude, cette absence de vision directe peut être gênante. Une première solution simple consiste pour le pilote à se contorsionner pour voir au-dessus des écrans de visualisation, quand cela est possible. Une seconde solution consiste à utiliser des systèmes de visualisation collimatés encore appelés en terminologie anglaise « See through ». Ils comportent essentiellement deux grandes familles qui sont les viseurs de casque portés par la tête du pilote et les dispositifs d'affichage dits « Tête Haute » ou « Head-Up Displays » montés à demeure dans le cockpit. Ces dispositifs superposent des informations sous forme d'imagerie ou de symbologie sur le paysage extérieur. Ces derniers équipements ont la particularité d'être collimatés, c'est à dire que les informations issues d'un afficheur sont projetées à « infini » au moyen d'une optique adaptée. Le pilote n'a donc pas besoin d'accommoder sur les informations ou sur le paysage, les deux étant vus nets simultanément. Ces équipements présentent une certaine complexité 25 technique et ont donc un coût important. De plus, les informations sont présentées de manière spécifique pour ne pas masquer le paysage en arrière plan, ce qui implique une représentation différente de celle des écrans dits « tête-basse ». Le pilote doit alors fournir un certain effort dans ses allers-retours entre les écrans « tête-haute » et « tête-basse » pour retrouver 30 ses repères. Une troisième solution consiste à utiliser des écrans de visualisation semi-transparents placés dans le champ de vision de l'utilisateur et qui permettent de projeter une image en superposition sur le paysage extérieur. Un des points délicats de la superposition est que la 5 luminance du paysage extérieur peut être très contrastée et/ou très lumineuse. Il est, bien entendu, essentiel que quelques soient les variations de luminance, l'image superposée reste parfaitement lisible sans atténuer de façon trop importante la vision du paysage extérieur. Il est possible de réaliser des écrans émissifs à luminance élevée mais ces écrans de 10 visualisation restent chers et ont une consommation électrique importante. Le système de visualisation selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Il comporte un dispositif de visualisation semi-transparent comportant deux écrans de visualisation superposés, le premier passif et le 15 second actif et des moyens de détection du paysage regardé par l'utilisateur de façon à déterminer la meilleure configuration d'écrans possibles permettant d'obtenir un niveau de luminance et un contraste de l'image bien adaptés aux conditions de luminance extérieure. Plus précisément, l'invention a pour objet un système de visualisation comprenant un 20 calculateur électronique comportant des premiers moyens de génération d'images et un dispositif de visualisation semi-transparent associé, ledit dispositif de visualisation destiné à être disposé devant un paysage extérieur, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation comporte deux écrans de visualisation plats semi-transparents superposés et un capteur photosensible 25 destiné à être disposé devant le même paysage extérieur, le premier écran de visualisation étant passif, son taux de transmission étant commandé par les premiers moyens de génération d'images en fonction des informations de luminance du paysage extérieur issues du capteur photosensible, le second écran de visualisation étant actif, son émission de lumière étant commandée 30 par les premiers moyens de génération d'images, l'image générée par les moyens de génération d'images étant affichée soit sur le premier écran de visualisation, soit sur le second écran de visualisation en fonction des informations de luminance du paysage extérieur issues du capteur photosensible. 35 Avantageusement, le système de visualisation comporte un système de détection de position destiné à être porté par la tête d'un utilisateur, le calculateur comprenant des seconds moyens agencés de façon à déterminer la fraction du paysage extérieur vu par ledit utilisateur à travers le dispositif de visualisation semi-transparent, l'image générée par les moyens de génération d'images étant affichée soit sur le premier écran de visualisation, soit sur le second écran de visualisation en fonction des informations de luminance de ladite fraction du paysage extérieur issues du capteur photosensible. Avantageusement, le capteur photosensible étant une caméra, le calculateur électronique comporte des troisièmes moyens agencés de façon que le taux de transmission spatial du premier écran de visualisation passif dépende de la répartition spatiale des niveaux de luminance dans la fraction du paysage extérieur. Avantageusement, les troisièmes moyens sont agencés de façon à déterminer la position de la ligne d'horizon dans le paysage extérieur, le taux de transmission spatial du premier écran de visualisation passif dépendant de la répartition spatiale des niveaux de luminance au-dessus et au dessous de ladite ligne d'horizon. Avantageusement, en dessous d'un premier seuil de luminance prédéterminé, l'image est affichée sur le second écran de visualisation et au-dessus dudit premier seuil de luminance prédéterminé, l'image est affichée sur le premier écran de visualisation en mode vidéo inverse. Avantageusement, au-dessus d'un second seuil de luminance 25 prédéterminé, le premier écran de visualisation est totalement opaque et l'image est affichée sur le second écran de visualisation. Avantageusement, le dispositif de visualisation comporte une surface tactile transparente et en ce que le calculateur électronique comporte des quatrièmes moyens agencés de façon que la surface tactile comporte 30 des moyens de commande de la luminance et/ou du contraste de l'image affichée. Avantageusement, le système de visualisation est un système de planche de bord d'aéronef. 2 9993 1 1 4 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 représente une vue générale du système de 5 visualisation selon l'invention ; La figure 2 représente la configuration des écrans selon l'invention en mode nuit à faible luminosité ; La figure 3 représente la configuration des écrans selon l'invention en mode jour à luminosité moyenne ; 10 La figure 4 représente la configuration des écrans selon l'invention en mode jour à forte luminosité. A titre d'exemple non limitatif, un système de visualisation selon l'invention est représenté en figure 1 dans une configuration opérationnelle. 15 Le système représenté est un système de visualisation 1 de planche de bord d'aéronef. Il peut être adapté à tous types de véhicules nécessitant que des informations sur le pilotage, la navigation ou le véhicule soient superposées sur l'extérieur. Il comprend : 20 - un calculateur électronique 10 comportant des premiers moyens de génération d'images et/ou de symboles et différents moyens de calcul et de commande ; - un dispositif de visualisation semi-transparent associé disposé devant un paysage extérieur. Ce dispositif comporte deux écrans de visualisation 11 et 12 plats semi-transparents superposés. On entend par écran plat un écran de faible épaisseur, ne dépassant pas quelques millimètres à quelques centimètres. Un écran plat n'est pas nécessairement plan, il peut être également légèrement courbe. Sur la figure 1, ces écrans ont été séparés pour des raisons de clarté. Le premier écran de visualisation 11 est passif, son taux de transmission est commandé par les premiers moyens de génération d'images. A titre d'exemple, un tel écran passif ou bloquant peut être un écran à cristaux liquides ou « LCD ». Il est disposé côté paysage extérieur. Le second écran de visualisation 12 est actif, son émission de lumière est commandée par les premiers moyens de génération d'images. Il est disposé côté utilisateur. A titre d'exemple, un tel écran émissif peut être du type « OLED », signifiant « Organic Light Emitting Diode ». Ces deux écrans transmissif et bloquant peuvent être monochromes ou couleurs ; - un capteur photosensible 13 destiné à être disposé devant le 5 même paysage extérieur. Dans la grande majorité des applications, ce capteur photosensible est une caméra. Ce capteur ou cette caméra sont disposés de manière à obtenir une répartition spatiale de la luminance du paysage extérieur vu au travers du dispositif de visualisation. Pour des applications aéronautiques embarquées où les variations de luminosité du 10 paysage extérieur sont très importantes, la caméra doit disposer d'une très grande dynamique ; - une détection de position de la tête du pilote 14. Il existe actuellement différents principes techniques permettant de réaliser un système de détection de position de tête. On citera, à titre d'exemples non 15 limitatifs, les systèmes électromagnétiques et les systèmes optiques. Ces différents systèmes comportent généralement un premier élément de position fixe connue, un second élément mobile porté par la tête de l'utilisateur et des moyens permettant de repérer la position du second élément dans le repère du premier élément. Ces systèmes sont bien connus 20 de l'homme du métier. Il est à noter que le système de visualisation peut éventuellement fonctionner sans cette détection de position de tête. Les calculs sont alors faits en prenant en compte une position moyenne de la tête de l'utilisateur. Dans ce cas, les asservissements des écrans de visualisation sont moins précis. 25 Le fonctionnement du système est le suivant. La caméra fournit des images du paysage extérieur vu par l'utilisateur. Son champ est suffisamment grand pour que, quelques soient les mouvements de tête de l'utilisateur, son champ de vision au travers du dispositif de visualisation 30 semi-transparent est toujours inclus dans celui de la caméra. Connaissant la position de la tête de l'utilisateur au moyen de la détection de position, le calculateur détermine, dans l'image fournie par la caméra, la fraction du paysage extérieur perçue par l'utilisateur. Cette fraction d'image est analysée par le calculateur électronique qui calcule la répartition spatiale ou 35 l'histogramme de luminance dans cette portion d'image. L'histogramme peut être calculé sur la totalité du champ-image ou sur différentes zones en fonction de la scène extérieure. Un traitement multizone permet de s'affranchir de zones ponctuellement très lumineuses telles que celles observées sur une scène en conditions crépusculaires. Par défaut, le calculateur détecte uniquement la position de la ligne d'horizon dans l'image. En fonction des informations de luminance, le calculateur choisit alors l'écran de visualisation sur laquelle va être affichée l'image et le niveau de luminance associée. De façon plus précise, lorsque la luminance extérieure est faible, on privilégie la transmission du paysage extérieur. Le premier écran est rendu le plus transparent possible et l'image ou les symboles sont affichées sur le second écran émissif. La figure 2 illustre ce mode de fonctionnement. Le dessin principal de cette figure représente un paysage. La caméra 13 est représentée en haut à droite de ce paysage. Le rectangle gris représente les limites du dispositif de visualisation. Les deux écrans 11 et 12 sur le côté droit du dessin principal représentent le premier écran bloquant et le second écran émissif. En éclairage de nuit, le premier écran est transparent, les images représentées par des rectangles sur cette figure et les suivantes sont affichées sur l'écran émissif. La luminance des symboles dépend du niveau de luminance externe. Lorsque la luminance est plus importante et lorsque le paysage comporte des zones contrastées, la transmission de l'écran bloquant est alors fonction de la luminance des dites zones. C'est le cas, par exemple, lorsqu'une ligne d'horizon sépare le ciel de la terre ou de la mer. L'image reste affichée sur le second écran émissif avec une luminance adaptée. La figure 3 illustre ce mode de fonctionnement. Le dessin principal de cette figure représente le même paysage que la figure 2 avec la même symbolique. En éclairage de jour lumineux, le premier écran 11 est semi- transparent, les images sont affichées sur le second écran 12 avec un bon contraste sans qu'il soit nécessaire d'avoir des luminances de l'image trop importantes. Au-delà d'une certaine valeur de luminance, les consignes de luminance de l'écran émissif ne permettant plus de garantir un contraste 35 suffisant, l'image présentée sur l'écran transparent est commutée en mode vidéo inverse et affichée par l'écran bloquant. L'écran émissif est alors éteint. La figure 4 illustre ce mode de fonctionnement. Le dessin principal de cette figure représente le même paysage que les figures 2 et 3 avec la même symbolique. En éclairage de jour très lumineux, le premier écran est transparent, les images sont affichées sur le premier écran 11 bloquant en mode inverse vidéo. Le second écran 12 est éteint. En dernier recours et pour des luminances très élevées, si le mode vidéo inverse ne suffit pas, l'écran bloquant 11 est configuré en opacité maximale sur toute sa surface de façon à obtenir une lisibilité optimale de l'écran émissif. Ce mode supprime cependant la fonction de transparence de l'écran de visualisation. Les différents seuils de luminance sont fonction de l'application, du type de porteur et des performances des écrans de visualisation. Leur détermination ne pose pas de problèmes particuliers pour l'homme du 15 métier. La combinaison des deux technologies d'écran permet une dynamique d'ajustement du contraste très importante. Pour une valeur de contraste donnée, le pilote n'a plus besoin de se contorsionner ou d'orienter 20 l'aéronef et la luminance maximale de l'écran en mode émissif peut être réduite comparée à un écran transparent émissif standard. Le besoin de flux lumineux pour garantir un contraste suffisant se trouve fortement réduit. La consommation électrique du système est également réduite par rapport à des systèmes de visualisation standard de l'art antérieur. 25 Optionnellement, l'écran peut devenir interactif tout en gardant sa transparence en superposant aux écrans de visualisation une surface tactile transparente. Il existe différentes technologies possibles permettant de réaliser une surface tactile. On citera, à titre d'exemples : 30 - La technologie tactile optique : un réflecteur de lumière est installé sur le tour de l'ensemble de l'écran. Un ensemble de couples émetteur/récepteur optiques est logé dans le système de maintien de l'écran. Ainsi, il est possible de détecter les interactions du pilote sur cet écran ; - La technologie capacitive projetée : on colle une dalle tactile capacitive sur chaque dalle émissive ou le système de détection tactile est intégrer à l'écran de visualisation. - La technologie dite « In-cell capacitive » : les capteurs 5 sensibles sont intégrés dans l'écran, entre les pixels d'émission de lumière. La technologie tactile apporte un avantage supplémentaire. Dans le cas où le système automatique de contrôle de la transmission ne convient pas pour une mission ou une scène particulière, le pilote garde la possibilité de commuter le système d'asservissement en mode manuel et, par le biais 10 du dispositif tactile, de designer les zones dont il souhaite ajuster à sa convenance la luminance ou le contraste. REVENDICATIONS1. Système de visualisation (1) comprenant un calculateur électronique (10) comportant des premiers moyens de génération d'images et un dispositif de visualisation semi-transparent associé, ledit dispositif de visualisation destiné à être disposé devant un paysage extérieur, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation comporte deux écrans de visualisation (11, 12) plats semi-transparents superposés et un capteur photosensible (13) destiné à être disposé devant le même paysage extérieur, le premier écran de visualisation (11) étant passif, son taux de transmission étant commandé par les premiers moyens de génération d'images en fonction des informations de luminance du paysage extérieur issues du capteur photosensible, le second écran de visualisation (12) étant actif, son émission de lumière étant commandée par les premiers moyens de génération d'images, l'image générée par les moyens de génération d'images étant affichée soit sur le premier écran de visualisation, soit sur le second écran de visualisation en fonction des informations de luminance du paysage extérieur issues du capteur photosensible. 2. Système de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de visualisation comporte un système de détection de position (14) destiné à être porté par la tête d'un utilisateur, le calculateur comprenant des seconds moyens agencés de façon à déterminer la fraction du paysage extérieur vu par ledit utilisateur à travers le dispositif de visualisation semi-transparent, l'image générée par les moyens de génération d'images étant affichée soit sur le premier écran de visualisation, soit sur le second écran de visualisation en fonction des informations de luminance de ladite fraction du paysage extérieur issues du capteur photosensible. 3. Système de visualisation selon la revendication 2, caractérisé 30 en ce que le capteur photosensible (13) étant une caméra, le calculateur électronique comporte des troisièmes moyens agencés de façon que le taux de transmission spatial du premier écran de visualisation passif dépende dela répartition spatiale des niveaux de luminance dans la fraction du paysage extérieur. 4. Système de visualisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que les troisièmes moyens sont agencés de façon à déterminer la position de la ligne d'horizon dans le paysage extérieur, le taux de transmission spatial du premier écran de visualisation passif dépendant de la répartition spatiale des niveaux de luminance au-dessus et au dessous de ladite ligne d'horizon. 5. Système de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en dessous d'un premier seuil de luminance prédéterminé, l'image est affichée sur le second écran de visualisation et au-dessus dudit premier seuil de luminance prédéterminé, l'image est affichée sur le premier écran de visualisation en mode vidéo inverse. 6. Système de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, au-dessus d'un second seuil de 20 luminance prédéterminé, le premier écran de visualisation est totalement opaque et l'image est affichée sur le second écran de visualisation. 7. Système de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation comporte 25 une surface tactile transparente et en ce que le calculateur électronique comporte des quatrièmes moyens agencés de façon que la surface tactile comporte des moyens de commande de la luminance et/ou du contraste de l'image affichée. 30 8. Système de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de visualisation est un système de planche de bord d'aéronef.