Brevet FR3035208A1 — publié le 20161021

Procédé de gestion et d'affichage de symboles graphiques géo- référencés et système de visualisation associé Le domaine général de l'invention est celui des interfaces Homme-Système dédiés au pilotage ou à la navigation de véhicules et en particulier d'aéronef. Le domaine plus spécifique de l'invention est celui des systèmes de visualisation présentant une vue synthétique tridimensionnelle du paysage extérieur comportant des informations sous forme d'une symbologie affichée. Ces systèmes sont connus sous l'acronyme général « SVS », signifiant « Synthetic Vision System ». Généralement, la symbologie affichée comporte des symboles géo-référencés représentatifs de points d'intérêt comme, par exemple, des aéroports, des balises de radio navigation ou encore des points de passage d'un plan de vol. Ces symboles sont affichés sous la forme de cônes ou d'autres formes géométriques simples. Ils sont disposés à la coordonnée géographique exacte que le point d'intérêt occupe sur le terrain. Ces symboles sont généralement représentés avec des dimensions correspondant à des objets réels. Par conséquent, selon les lois de la perspective, plus le symbole est proche de l'appareil, plus son apparence occupe d'espace sur l'écran du dispositif de visualisation sur lequel il est affiché. Ainsi, la figure 1 représente un exemple d'affichage sur un afficheur « Tête Haute » ou « HUD » d'une représentation synthétique d'un terrain comportant une symbologie de navigation et un point de passage du plan de vol de l'aéronef. Ce point de passage W est matérialisé par un cône géo-référencé dans le paysage synthétique et sa hauteur indique l'altitude à laquelle l'aéronef doit passer à ce point. Sur cette figure 1, le paysage est représenté sous forme tridimensionnelle en gris et noir, la symbologie de navigation en blanc et le cône également en blanc. Sur un HUD, cette représentation est conforme au paysage extérieur, c'est à dire qu'elle se superpose parfaitement du point de vue du pilote avec la réalité. Comme on le voit sur cette figure 1, si le point de passage est loin, le cône a une faible emprise sur l'écran de visualisation. A l'inverse, comme 3035208 on le voit sur la figure 2, lorsque l'aéronef se rapproche du point de passage, le cône le représentant grossit et augmente son emprise à l'écran jusqu'à occuper potentiellement une très grande partie de l'écran au moment de son passage, gênant la lisibilité des autres informations affichées dans le HUD 5 ainsi que la vision du pilote vers l'extérieur dans le cas d'un affichage tête haute. Pour résoudre ce problème, le brevet US 8 094 188 intitulé « System, apparatus, and method for enhancing the image presented on an aircraft display unit through location highlighters » propose de changer la 10 luminance d'un objet affiché en fonction de sa distance à l'appareil. Plus l'objet virtuel est proche, plus sa luminance est faible. Un inconvénient de cette solution technique est que le changement de luminance est le même pour tous les objets quel que soit leur taille sauf à définir des distances de changement spécifiques pour 15 chaque type d'objet. Par ailleurs, cette technique ne s'applique pas à un objet surfacique présent dans une représentation bidimensionnelle de l'environnement de l'aéronef comme, par exemple, une zone aéronautique sur un fond cartographique, qui devient plus ou moins transparent en fonction du niveau de zoom. 20 Le système selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. En effet, la représentation graphique d'un objet conforme n'est pas calculée en fonction de sa distance au porteur mais en fonction de son emprise sur l'écran de visualisation. Les avantages principaux de cette solution sont : 25 - Une indépendance par rapport à la taille, la forme ou l'orientation de l'objet dans une représentation tridimensionnelle ; - Une application possible aux affichages bidimensionnels ou la taille d'objets à l'écran ne varie pas en fonction de la distance mais du zoom appliqué à la représentation ; 30 - Une adaptabilité immédiate à chaque type d'écran car l'apparence d'un objet dépend directement de la résolution de l'écran. Plus précisément, l'invention a pour premier objet un procédé de gestion et d'affichage d'un symbole géo-référencé, ledit procédé étant mis en 35 oeuvre dans un système de visualisation synthétique d'un aéronef, ledit 3035208 système de visualisation comprenant au moins un système de navigation, une base de données cartographiques, des moyens de calcul électronique et un dispositif de visualisation affichant sur un écran de visualisation une représentation cartographique du terrain survolé, ledit symbole représentant 5 un objet géo-référencé, caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : Etape 1 : Calcul de la surface totale du symbole géo-référencé à afficher sur le dispositif de visualisation ; Etape 2: Calcul d'un coefficient photométrique et/ou 10 colorimétrique représentatif du symbole géo-référencé, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique étant une fonction décroissante du rapport de ladite surface totale sur la surface de l'écran ; Etape 3 : Affichage dudit symbole par le système de visualisation sur l'écran du dispositif de visualisation. 15 L'invention a pour second objet un système de visualisation synthétique mettant en oeuvre ce procédé. Ce système de visualisation comprend au moins un système de navigation, une base de données cartographiques comportant au moins un objet géo-référencé, des moyens de calcul électronique permettant de calculer un symbole représentatif dudit 20 objet géo-référencé et un dispositif de visualisation comportant un écran de visualisation affichant une représentation cartographique du terrain survolé, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul électronique sont agencés de façon à calculer la surface totale du symbole géo-référencé à afficher sur le dispositif de visualisation et un coefficient photométrique et/ou colorimétrique 25 représentatif dudit symbole géo-référencé, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique étant une fonction décroissante du rapport de ladite surface totale sur la surface de l'écran. Avantageusement, le dispositif de visualisation est : soit un dispositif de visualisation dit « Tête Haute » comportant un 30 mélangeur optique permettant d'afficher le symbole géo-référencé sur un paysage extérieur ; soit un dispositif de visualisation de tête comportant un mélangeur optique permettant d'afficher le symbole géo-référencé sur un paysage extérieur ; 3035208 4 soit un dispositif de visualisation de planche de bord comportant un écran de visualisation en couleur. Avantageusement, la représentation graphique du symbole est une vue en perspective tridimensionnelle ou une vue de dessus 5 bidimensionnelle. Avantageusement la représentation graphique du symbole est représentée sur un fond cartographique synthétique. Avantageusement, lorsque le rapport de la surface totale sur la surface de l'écran est inférieur à un premier seuil déterminé, ledit coefficient 10 photométrique et/ou colorimétrique est constant et égal à une valeur maximale - lorsque le rapport de la surface totale sur la surface de l'écran est supérieur à un second seuil, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est constant et égal à une valeur minimale - lorsque le rapport de la surface totale sur la surface de l'écran est compris entre le premier 15 seuil et le second seuil, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est inversement proportionnel au rapport de la surface totale du symbole sur la surface de l'écran. Avantageusement, le premier seuil et le second seuil sont fonction de la taille de l'écran du dispositif de visualisation. 20 Avantageusement, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est un coefficient d'opacité ou de luminance ou de teinte ou de saturation. Avantageusement, le pourtour du symbole est flouté, l'épaisseur de flou étant une fonction croissante de la surface totale dudit symbole 25 conforme. 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 : 30 Les figures 1 et 2 déjà commentées représentent une représentation synthétique selon l'art antérieur d'un terrain comportant une symbologie de navigation et un point de passage du plan de vol de l'aéronef selon deux points de vue différents ; La figure 3 représente la première étape de calcul du procédé de 35 gestion et d'affichage d'un symbole conforme selon l'invention ; 3035208 5 La figure 4 représente la seconde étape de calcul du procédé de gestion et d'affichage d'un symbole géo-référencé selon l'invention ; Les figures 5, 6 et 7 représentent la troisième étape d'affichage d'un symbole géo-référencé selon l'invention selon la surface occupée par 5 ledit symbole ; La figure 8 représente une représentation synthétique d'un terrain comportant une symbologie de navigation et un point de passage du plan de vol de l'aéronef selon l'invention. 10 La mise en oeuvre du procédé selon l'invention est réalisée dans un système de visualisation embarqué. Il en existe de différents types connus sous les acronymes « SVS », signifiant « Synthetic Vision System », « EVS », signifiant « Enhanced Vision System » ou « CVS », signifiant « Computed Vision System ». Ces différents systèmes embarqués 15 comportent un certain nombre de moyens techniques, nécessaires à la mise en oeuvre du procédé. Ce sont essentiellement : un système de navigation comportant, par exemple, une centrale inertielle, des moyens de géolocalisation de type « GPS » ; une première base de données cartographiques du terrain 20 survolé ; une seconde base de données de points d'intérêts géo-référencés comme des aéroports, des points de passage aéronautiques ou des balises ; des moyens de calcul électronique et ; un dispositif de visualisation affichant une représentation 25 cartographique du terrain survolé sur un écran de visualisation E. Le dispositif de visualisation peut être un écran tête basse, un écran tête haute dit « HUD » comportant un mélangeur optique, un imageur porté dans un casque, le pare-brise de l'aéronef sur lequel l'image est projetée ou tout autre dispositif de visualisation embarqué comportant un 30 écran d'affichage. Le dispositif de visualisation peut afficher une image monochrome ou couleur, transparente ou opaque. 3035208 6 Lorsque le système selon l'invention affiche un symbole représentant un objet géo-référencé, le procédé de gestion et d'affichage dudit symbole comporte les trois étapes suivantes : Etape 1 : Calcul de la surface totale du symbole géo-référencé à 5 afficher sur le dispositif de visualisation ; Etape 2: Calcul d'un coefficient photométrique et/ou colorimétrique représentatif du symbole géo-référencé, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique étant une fonction décroissante du rapport de ladite surface totale sur la surface de l'écran E ; 10 Etape 3 : Affichage dudit symbole par le système de visualisation sur le dispositif de visualisation. Ces différents calculs sont réalisés par les moyens de calcul électronique embarqués. 15 Ces différentes étapes sont détaillées ci-dessous. L'étape 1 est représentée sur la figure 3. Sur cette figure et les suivantes, le symbole affiché a la forme d'un triangle mince dont la pointe est dirigée vers le bas. Bien entendu, le procédé selon l'invention fonctionne avec toute forme de symbole. 20 On définit alors les paramètres suivants : H: la hauteur de l'écran de visualisation en pixels L la largeur de l'écran de visualisation en pixels IP: l'intensité maximale d'un pixel 'Total l'intensité d'affichage totale de l'écran avec tous ses 25 pixels affichés sans transparence. On a la relation simple : 'Total = H * L * lp SN : la surface totale du symbole N affichée en pixels, y compris la partie non affichée à l'écran. Il est important de prendre en compte la partie non affichée du 30 symbole à l'écran dans le calcul de la surface Sn de l'objet N pour la raison suivante. Si l'on ne prenait en compte que la partie affichée, lorsque l'objet commencerait à sortir de l'écran, son emprise diminuerait et entraînerait une augmentation artificielle de son coefficient photométrique et/ou colorimétrique représentatif. 3035208 7 Dans une seconde étape, on calcule un coefficient photométrique et/ou colorimétrique représentatif du symbole géo-référencé, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique étant une fonction décroissante du rapport de ladite surface totale sur la surface de l'écran. Ce coefficient 5 photométrique et/ou colorimétrique peut être un coefficient d'opacité ou de luminance ou de teinte ou de saturation selon le dispositif de visualisation et la représentation du terrain choisi qui peut être en vue tridimensionnelle ou bidimensionnelle. On peut également choisir de flouter plus ou moins le contour du symbole. Bien entendu, il est possible de combiner ces différents 10 effets. Dans ce qui suit et à titre d'exemple, le coefficient retenu est le coefficient d'opacité du symbole sur le fond du paysage. Le principe du calcul consiste à définir une valeur d'intensité lumineuse globale IN du symbole N égale à sa surface totale en pixels SN 15 multipliée par un coefficient d'opacité CN des pixels. On a la relation : IN = SN * CN Lorsque l'objet est totalement transparent, ce coefficient d'opacité CN est nul ou voisin de zéro. Lorsque l'objet est totalement opaque, ce coefficient d'opacité CN est voisin de 100%. Ce coefficient d'opacité CN est 20 appliqué uniformément à tous les pixels représentant le symbole N. Comme on le voit sur la figure 4, ce coefficient d'opacité CN est une fonction décroissante du rapport de la surface totale SN sur la surface de l'écran H*L. Par conséquent, plus le symbole N occupe une surface SN importante sur l'écran, plus il devient transparent. 25 L'intensité IN est ajustée en modifiant le coefficient d'opacité CN afin de ne pas dépasser une valeur d'intensité maximale 'MAX. Plus précisément, cette valeur d'intensité IMAX vérifie la relation simple : ImAx = 'Total * C C est un coefficient constant dont la valeur est généralement de 30 quelques pour cents. Cette valeur est ajustée en fonction du symbole, du type de représentation graphique et du type d'écran de visualisation. Comme on le voit sur la figure 4, l'opacité CN du symbole varie entre deux valeurs extrêmes CNMIN et CNmAx. Le coefficient CNMIN correspond au coefficient d'opacité minimal pour tout symbole. A titre d'exemple, il est 35 compris entre 10% et 20% si on veut conserver un peu de visibilité pour les 3035208 8 objets à forte emprise sur l'écran. Lorsqu'il est nul, le symbole disparaît totalement de l'affichage. Le coefficient CNMAX correspond au coefficient d'opacité maximal pour tout symbole. A titre d'exemple, il est compris entre 80 % et 100%. Lorsqu'il est égal à 100%, le symbole est totalement opaque. 5 A titre d'exemple, la fonction décroissante représentative du coefficient d'opacité CN en fonction de la surface SN peut être de la forme suivante. Si SN * CNMAX IMAX et SN * CNMIN 'MAX alors CN = CNMIN Lorsque la surface SN se trouve dans le cas intermédiaire, alors on a la relation simple : IN = SN * CN = IMAX 15 L'intensité globale du symbole devient une constante. Les figures 5, 6 et 7 illustrent ces changements de coefficient d'opacité CN avec la taille de la surface SN. Ces figures représentent un symbole SN triangulaire sur un fond de paysage représenté symboliquement 20 par des bâtiments B. Sur la figure 5, le symbole a une petite surface, son coefficient d'opacité CN est important, voisin de 100%. Il est opaque et cache les bâtiments B situés en arrière-plan. Sur la figure 6, le symbole a une surface moyenne, son coefficient 25 d'opacité CN est voisin de 50%. Il est semi-transparent et masque en partie les bâtiments B situés en arrière-plan. Sur la figure 7, le symbole a une surface importante, son coefficient d'opacité CN est presque nul. Il est presque totalement transparent et masque faiblement les bâtiments B situés en arrière-plan. 30 La figure 8 représente la même vue que la figure 2. Sur cette figure, le symbole triangulaire N est représenté en semi-transparence avec le procédé selon l'invention. Ainsi, le paysage et la symbologie masqués par le symbole N redeviennent en partie visibles. 35 3035208 L'homme du métier, sait adapter les calculs précédents dédiés au coefficient d'opacité d'autres paramètres photométriques ou colorimétriques comme la teinte ou la luminance du symbole. Par exemple, dans le cas de la teinte, on peut faire varier sa saturation en fonction de l'importance de la 5 surface totale du symbole N. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion et d'affichage d'un symbole (N) géoréférencé, ledit procédé étant mis en oeuvre dans un système de visualisation synthétique d'un aéronef, ledit système de visualisation comprenant au moins un système de navigation, une base de données cartographiques, des moyens de calcul électronique et un dispositif de visualisation affichant sur un écran de visualisation une représentation cartographique du terrain survolé, ledit symbole géo-référencé représentant un objet lui-même géo-référencé, caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : Etape 1 : Calcul de la surface totale (SN) du symbole géo- référencé à afficher sur le dispositif de visualisation ; Etape 2: Calcul d'un coefficient (CN) photométrique et/ou colorimétrique représentatif du symbole géo-référencé, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique étant une fonction décroissante du 15 rapport de ladite surface totale sur la surface de l'écran ; Etape 3 : Affichage dudit symbole géo-référencé par le système de visualisation sur l'écran (E) du dispositif de visualisation. 2. Procédé de gestion et d'affichage d'un symbole géo-référencé 20 selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le rapport de la surface totale sur la surface de l'écran est inférieur à un premier seuil, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est constant et égal à une valeur maximale (CNmAx) ; lorsque le rapport de la surface totale sur la surface de l'écran est 25 supérieur à un second seuil, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est constant et égal à une valeur minimale (CNMIN) lorsque le rapport de la surface totale sur la surface de l'écran est compris entre le premier seuil et le second seuil, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est inversement proportionnel au rapport 30 de la surface totale du symbole sur la surface de l'écran. 3035208 11 3. Procédé de gestion et d'affichage d'un symbole géo-référencé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier seuil et le second seuil sont fonction de la taille de l'écran du dispositif de visualisation. 5 4. Procédé de gestion et d'affichage d'un symbole géo-référencé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est un coefficient d'opacité ou de luminance ou de teinte ou de saturation. 10 5. Procédé de gestion et d'affichage d'un symbole géo-référencé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pourtour du symbole est flouté, l'épaisseur de flou étant une fonction croissante de la surface totale dudit symbole conforme. 6. Système de visualisation synthétique comprenant au moins un système de navigation, une base de données cartographiques comportant au moins un objet géo-référencé, des moyens de calcul électronique permettant de calculer un symbole lui-même géo-référencé représentatif dudit objet géoréférencé et un dispositif de visualisation comportant un écran de visualisation affichant une représentation cartographique du terrain survolé, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul électronique sont agencés de façon à calculer la surface totale du symbole géo-référencé à afficher sur le dispositif de visualisation et un coefficient photométrique et/ou colorimétrique représentatif dudit symbole géo-référencé, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique étant une fonction décroissante de ladite surface totale sur la surface de l'écran. 7. Système de visualisation synthétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que, lorsque le rapport de la surface totale sur la surface de l'écran est inférieure à un premier seuil déterminé, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est constant et égal à une valeur minimale ; lorsque le rapport de la surface totale sur la surface de l'écran est supérieure à un second seuil déterminé, ledit coefficient photométrique et/ou 35 colorimétrique est constant et égal à une valeur maximale ; 3035208 12 lorsque le rapport de la surface totale sur la surface de l'écran est comprise entre le premier seuil et le second seuil, ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est inversement proportionnel à la taille de la surface totale. 5 8. Système de visualisation synthétique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier seuil et le second seuil sont fonction de la taille de l'écran de visualisation du dispositif de visualisation. 10 9. Système de visualisation synthétique selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit coefficient photométrique et/ou colorimétrique est un coefficient d'opacité ou de luminance ou de teinte ou de saturation. 15 10. Système de visualisation synthétique selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le pourtour du symbole est flouté, l'épaisseur de flou étant une fonction croissante de la surface totale dudit symbole géo-référencé. 20 11. Système de visualisation synthétique selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation est : soit un dispositif de visualisation dit « Tête Haute » comportant un mélangeur optique permettant d'afficher le symbole géo-référencé ; sur un paysage extérieur ; 25 soit un dispositif de visualisation de tête comportant un mélangeur optique permettant d'afficher le symbole géo-référencé sur un paysage extérieur ; soit un dispositif de visualisation de planche de bord comportant un écran de visualisation en couleur. 30 12. Système de visualisation synthétique selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que la représentation graphique du symbole est une vue en perspective tridimensionnelle ou une vue de dessus bidimensionnelle. 3035208 13 13. Système de visualisation synthétique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la représentation graphique du symbole est représentée sur un fond cartographique synthétique.