Brevet FR3036529A1 — publié le 20161125

PROCEDE POUR AFFICHER UNE IMAGE D'UNE SCENE EXTERIEURE A UN AERONEF DANS UN CONTEXTE DE REALITE AUGMENTEE La présente invention concerne de manière générale la réalité augmentée et plus particulièrement un procède pour afficher une image d'une scène extérieure à un aéronef dans un contexte de réalité augmentée. L'invention concerne également un aéronef dont le poste de pilotage est équipé d'un système d'affichage pour mettre en oeuvre ledit procédé. En référence avec la figure 1, il est connu d'afficher sur un écran 1 du poste de pilotage, comme par exemple l'écran d'affichage primaire (PFD pour Primary Flight Display), une image synthétique en trois dimensions d'une scène 2 située devant l'aéronef et à laquelle est superposée une image comprenant des informations de vol 3 de sorte à enrichir l'image de la scène. Un tel affichage, qualifié d'affichage en réalité augmentée ou encore de vision synthétique, permet de donner au pilote de l'aéronef une meilleure compréhension de l'environnement extérieur à l'aéronef, notamment par mauvais temps ou de nuit. L'image de la scène comprend un terrain 4 et un ciel générique bleu 5 et les informations de terrain utilisées pour réaliser l'image de la scène 2 sont fournies par des moyens de positionnement satellites embarqués combinés à des bases de données de terrain. Les informations de vol utilisées pour réaliser l'image d'information de vol 3 sont quant à elles issues de l'avionique de l'aéronef et comprennent, notamment un vecteur trajectoire de vol 6 (FPV pour Flight Path Vector). Ce dernier est classiquement un symbole représentant un aéronef et indique un point sur l'image de la scène 2 vers lequel l'axe longitudinal de l'aéronef se dirige et est ainsi mobile à l'écran en fonction des mouvements latéraux et verticaux de l'aéronef. Du fait des dimensions réduites de l'écran d'affichage primaire 1, et dans les cas de présence de fort vent latéral où l'aéronef est en dérapage (angle de dérapage (3 non nul entre la trajectoire/air de l'aéronef et sa trajectoire/sol ), le vecteur trajectoire de vol 6 n'est pas affiché à l'écran 1 car il se situe en dehors du champ de vision du terrain à l'écran. Or, le vecteur trajectoire de vol 6 est un élément d'information important pour guider le pilote et il est nécessaire qu'il soit visible. Afin de palier à ce problème, des moyens de traitement augmentent l'angle de champ de l'image de la scène 2, à taille d'image fixe. Ce faisant, l'image de la scène 2 représente une plus grande étendue latérale de terrain et le vecteur trajectoire de vol 6 devient alors visible sur l'écran. L'augmentation de l'angle de champ diminue le grandissement de l'image de la scène 2 puisque la taille de cette dernière reste fixe. Lorsque l'angle de champ est trop important, le pilote n'est plus en mesure de faire le parallèle entre le terrain de l'image de la scène 2 affiché sur l'écran 1 qui lui paraît petit et lointain, et le terrain réel tel qu'il peut être visible à travers les vitres du poste de pilotage. L'affichage en réalité augmentée n'est alors plus utilisable. 3036529 2 Il existe donc un besoin d'un affichage en réalité augmenté qui soit utilisable par le pilote quelle que soit la trajectoire de vol de l'aéronef afin d'afficher le vecteur trajectoire de vol même en cas de fort dérapage de l'aéronef. L'invention répond à ce besoin et concerne un procédé d'affichage d'une scène extérieure à l'aéronef 5 sur un système d'affichage d'un poste de pilotage d'un aéronef, ledit système comprenant deux zones d'affichage contiguës selon un axe horizontal de l'aéronef et des moyens de traitement pour générer l'affichage, sur une desdites deux zones, d'une image d'une scène extérieure à l'aéronef, dite image initiale de scène, à partir de données fournies par des moyens avioniques de l'aéronef, lesdites données comprenant la valeur de l'angle de dérapage (3 de l'aéronef, ledit procédé 10 comprenant - l'affichage, par les moyens de traitement, en superposition à l'image initiale de scène, d'un vecteur trajectoire de vol indiquant un point sur l'image de la scène vers lequel l'aéronef se dirige ; et lorsque la valeur mesurée d'un angle de dérapage (3 de l'aéronef dépasse une valeur de seuil prédéterminée, les moyens de traitement génèrent l'affichage de ladite image initiale de scène sur une première zone d'affichage et l'affichage d'une autre image d'une scène extérieure à l'aéronef, dite 15 image supplémentaire de scène, sur une seconde zone d'affichage, l'image supplémentaire de scène représentant une scène extérieure à l'aéronef située dans le prolongement latéral de la scène représentée à l'image initiale de scène et en ce que les moyens de traitement génèrent en outre l'affichage dudit vecteur trajectoire de vol en superposition de ladite image supplémentaire de scène ou de ladite image initiale de scène respectivement, en fonction de la valeur de l'angle de dérapage 20 Selon l'invention, l'angle de champ de l'image initiale de la scène n'est pas modifié par le passage de l'affichage sur deux écrans de sorte que le pilote reste en mesure de faire le parallèle entre le terrain affiché à l'image initiale de la scène et le terrain réel tel qu'il peut être visible à travers les vitres du poste de pilotage. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus 25 clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique d'un écran d'affichage d'un aéronef sur lequel est affichée une image d'une scène extérieure à l'aéronef en réalité augmentée selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue schématique d'un aéronef comprenant un poste de pilotage dans lequel est 30 arrangé un système d'affichage de sorte à afficher une image d'une scène extérieure à l'aéronef en réalité augmentée selon l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique du poste de pilotage de l'aéronef représenté à la figure 2, dans lequel le système d'affichage comprend deux écrans pour l'affichage de la scène extérieure à l'aéronef en réalité selon un mode de réalisation de l'invention ; 3036529 3 - la figure 4 est une vue schématique de l'affichage sur chacun des deux écrans du poste de pilotage de la figure 3 ; et - la figure 5 est une vue similaire à la figure 4, illustrant la modification de l'affichage sur chacun des deux écrans du poste de pilotage de la figure 3 lorsque la valeur de l'angle de dérapage de l'aéronef 5 dépasse une valeur prédéterminée. En référence avec les figures 2 et 3, un aéronef 20 selon l'invention comprend classiquement un poste de pilotage 21 situé dans la pointe avant 20a de l'aéronef et de moyens avioniques 22 arrangés, par exemple, dans la baie avionique (non représentée) de l'aéronef 20 et prévus pour collecter des données 10 de vol de l'aéronef. Les moyens avioniques 22 comprennent de manière générique toute l'électronique embarquée dans l'aéronef 20 et notamment les calculateurs, de type unité centrale, associés à des moyens de positionnement satellites ainsi qu'à des capteurs et des systèmes de navigation. Les moyens avioniques 22 génèrent des informations de vol, par exemple, des données relatives au 15 plan de vol de l'aéronef issues des moyens de positionnement satellites ou encore des données de vol issues des capteurs, telles que par exemple, la vitesse de l'aéronef, son altitude, son angle d'attaque et son angle de dérapage (3. En outre, les moyens avioniques 22 comprennent une base de données de terrain dans laquelle sont enregistrées des informations de terrain telles que des coordonnées géographiques (latitude, longitude, 20 altitude) de points du relief du terrain d'une scène située devant l'aéronef ainsi que des coordonnées géographiques de points d'intérêts (pistes d'atterrissage,...) de cette même scène. Le poste de pilotage 21 comprend de manière connue un système d'affichage 30 composé d'un premier 31 et d'un second écran 32 d'affichage arrangés dans le poste de pilotage et des moyens de traitement 33 de type unité centrale, pour commander l'affichage sur au moins un des écrans 31,32, 25 d'une image de la scène extérieure située devant le nez 20a de l'aéronef superposée à une image d'information de vol de sorte à fournir un affichage en réalité augmentée de ladite scène extérieure. Selon l'invention, les moyens de traitement 33 mettent en oeuvre un algorithme pour faire passer l'affichage en réalité augmentée d'un écran à deux écrans, en fonction de la valeur de l'angle de dérapage de l'aéronef 30 Le premier écran 31 est par exemple un écran de vol primaire (PFD) tandis que le second écran 32 est par exemple l'écran de navigation (ND). Les deux écrans 31,32 sont contigus selon une direction 3036529 4 horizontale lorsque l'aéronef 20 est au sol. Par contigu, on entend proches l'un de l'autre, notamment que les écrans ne sont pas éloignées de plus de 7 cm l'un de l'autre. De préférence, les deux écrans sont alignés selon la direction horizontale et de mêmes dimensions. On notera, à titre d'exemple, que sur les figures 3 à 5, le premier écran 31 est situé à gauche du second 5 écran 32. Les moyens de traitement 33 sont notamment connectés aux moyens avioniques 22 de l'aéronef, desquels ils reçoivent un signal numérique S comprenant à la fois des informations de terrain et des informations de vol. Les moyens de traitement 33 effectuent différents traitements du signal numérique S afin d'envoyer un 10 signal d'affichage Si au premier écran 31 et un signal d'affichage S2 au second écran 32. En référence avec la figure 4, le signal Si envoyé au premier écran résulte en l'affichage d'une image synthétique en trois dimensions de la scène 40, dite image initiale de la scène, vers lequel se dirige l'aéronef 20 et à laquelle est superposée une image 41 comprenant des informations de vol. L'image initiale de la scène 40 représente un ciel bleu générique 42 (c.-à-d. invariant) et un terrain 43 15 dont le relief est conforme au relief du terrain réel tel que le pilote peut le voir au travers des vitres du poste de pilotage (référence 35 sur le figure 3). De manière connue, l'image d'information de vol comprend en particulier un vecteur trajectoire de vol 46. Le signal S2, envoyé au second écran 32, résulte quant à lui en l'affichage de données relatives à une 20 fonction de l'aéronef, comme par exemple des données relatives à la navigation. L'algorithme mis en oeuvre par les moyens de traitement 33 est activée lorsque la valeur absolue de l'angle de dérapage (3 de l'aéronef, contenue dans le signal numérique S et surveillée par les moyens de traitement 33, est supérieure à une valeur prédéterminée, par exemple supérieur à 15 °. En outre, l'algorithme mis en oeuvre est dépendante du signe, également contenu dans le signal 25 numérique S et surveillé par les moyens de traitement 33, de l'angle de dérapage (3 de l'aéronef. Dans la suite, nous considérerons dans un premier exemple, que l'angle de dérapage (3 est positif, c'est-à-dire que l'aéronef dérape vers la droite 3036529 5 Lorsque l'algorithme est mis en oeuvre, et en référence avec la figure 5, les moyens de traitement modifient le signal d'affichage Sl,S2 envoyé à chacun du premier et du second écran 31,32. Le signal d'affichage Si comprend des données permettant d'afficher l'image initiale de la scène 40 tandis que le signal S2 comprend des données permettant d'afficher une image synthétique en trois dimensions, 5 du même format que celle de l'image initiale de la scène, d'une scène 50 située à droite et dans la continuité de la scène représentée à l'image initiale de la scène 40. L'image ajoutée est appelée, dans la suite de la description, image supplémentaire de scène 50. Les deux écrans 31, 32 étant contigus, le pilote regardant l'image initiale de la scène et l'image de scène supplémentaire située à sa droite a une impression de continuité de sorte qu'il ne perçoit qu'une 10 seule et même image de la scène extérieure avec un champ de vision étendu vers la droite. Ainsi, par exemple, une partie d'un relief 51 ( par exemple une montagne comme illustré à la figure 5) situé à l'image initiale de la scène 40 sur la droite du premier écran 31 se prolongera sur l'image supplémentaire de la scène 50 à gauche du second écran 32. De même, lorsque l'algorithme est activée, le signal S let le signal S2 comprennent chacun des 15 données de sorte à afficher des informations de vol sur l'image initiale de la scène et sur l'image de scène supplémentaire 50, et notamment de sorte à afficher le vecteur trajectoire de vol 46. L'invention est avantageuse en ce sens que si l'angle de dérapage (3 vers la droite de l'aéronef est important, le vecteur trajectoire de vol 46 est affiché sur le second écran en superposition de l'image de scène supplémentaire 50. Par conséquent, ce vecteur peut être vu par le pilote. 20 Dans le cas où l'algorithme est activée et où le signe de l'angle de dérapage (3 est négatif, c'est-à-dire que l'aéronef dérape vers la gauche, le principe qui vient d'être décrit pour un angle de dérapage positif (3 est repris à ceci près que les moyens de traitement 33 inversent notamment l'affichage de l'image initiale de scène du premier 31 vers le second écran 32 de sorte que l'image de scène supplémentaire 50 se trouve à gauche de l'image initiale de la scène 40, afin que le pilote puisse 25 percevoir correctement le sens de dérapage de l'aéronef. Ainsi, dans ce cas, le signal S2 comprend des données permettant d'afficher l'image initiale de la scène tandis que le signal Si comprend des données permettant d'afficher une image supplémentaire d'une scène située à gauche et dans la continuité de la scène représentée à l'image initiale de la scène. Les deux écrans étant contigus, le pilote regardant l'image initiale de la scène et l'image de scène 30 supplémentaire à sa gauche a une impression de continuité de sorte qu'il ne perçoit qu'une seule et même image de la scène avec un champ de vision étendu vers la gauche. Ainsi, par exemple, un relief 3036529 6 situé à l'image initiale de la scène sur la gauche du second écran 32 se prolongera sur l'image supplémentaire de la scène à droite du premier écran 31. En outre, le signal S let le signal S2 comprennent chacun des données de sorte à afficher sur l'image initiale de la scène et sur l'image de scène supplémentaire, des informations de vol afin notamment 5 d'afficher le vecteur trajectoire de vol. Si l'angle de dérapage (3 vers la gauche de l'aéronef est important, le vecteur trajectoire de vol est affiché sur le premier écran en superposition de l'image de la scène supplémentaire. Par conséquent, ce vecteur peut être vu par le pilote. Ainsi, dans les cas de présence de fort vent latéral où la trajectoire de l'aéronef est dite en dérapage, 10 l'image d'information de vol est affichée en superposition de l'image initiale de la scène et de l'image supplémentaire de la scène. Ainsi, le vecteur trajectoire de vol 46 est affiché en superposition de l'image de scène supplémentaire 50, à gauche ou à droite de l'image initiale de la scène en fonction du signe de l'angle de dérapage (3 de l'aéronef. Par conséquent, ce vecteur reste visible par le pilote quelles que soient les conditions de dérapage et le pilote peut utiliser l'affichage en réalité augmentée 15 comme aide au pilotage. Selon l'invention, l'angle de champ de l'image initiale de la scène 40 n'est pas modifié par le passage de l'affichage sur deux écrans 31,32 de sorte que le pilote reste en mesure de faire le parallèle entre le terrain représenté à l'image initiale de la scène et le terrain réel tel qu'il peut être visible à travers les vitres du poste de pilotage. 20 En référence avec la figure 4, l'invention est en outre avantageuse en ce que le seuil à partir duquel la l'algorithme de double affichage est activé peut être sélectionné de sorte que le double affichage se produise dès que le vecteur trajectoire de vol 46 est confondu avec une des composantes de l'image d'information de vol, par exemple les échelles 45 de vitesses ou d'altitude initialement positionnées sur les bords latéraux de l'écran 31. Ainsi, le passage en double affichage permet de décaler ces 25 échelles 45 sur les bords gauches du premier écran 31 et droit du second écran 32 de l'image élargie, de sorte qu'il n'y a plus d'échelles sur les bords contigus aux deux écrans. La lisibilité de l'affichage en réalité augmentée est ainsi améliorée. En variante de l'invention, en sus de la condition d'activation de l'algorithme relatif à l'angle de dérapage (3, d'autres conditions d'activation de l'algorithme peuvent être utilisées : 30 Ces conditions sont ainsi, par exemple : 3036529 7 - Détection par les capteurs d'une altitude de l'aéronef inférieure à une valeur prédéterminée, par exemple inférieure à 1500 pieds = 457 m ; - Détection par les capteurs d'une vitesse air de l' aéronef inférieure à une valeur prédéterminée, par exemple inférieure à 180 noeuds = 334 km/h ; 5 - Détermination par les moyens avioniques d'une distance de l' aéronef à la piste d'atterrissage sur laquelle l'aéronef doit se poser qui est inférieure à une valeur prédéterminée, par exemple inférieure à 10 km ; - Détermination par les moyens avioniques que l'aéronef est en phase d'approche d'une piste d'atterrissage. 10 Selon cette variante, la détermination de la position (gauche-droite) de l'écran affichant l'image supplémentaire de la scène par rapport à l'écran affichant l'image initiale est également effectuée en fonction du signe de l'angle de dérapage (3. Enfin, sans sortir du cadre de la présente invention, en lieu et place du premier et du second écran, le système d'affichage peut comprendre un unique écran ayant une première zone et une seconde zone 15 d'affichage, chacune dédiée à l'affichage d'une fonction particulière. La première zone affiche, par exemple, des informations similaires à celle qu'afficherait un écran de vol primaire tandis que la seconde zone affiche des informations similaires à celle qu'afficherait un écran de navigation. Ce qui a été décrit plus haut avec un premier 31 et un second écran 32 est entièrement transposable à 20 cette variante, en considérant la première zone à la place du premier écran et la seconde zone à la place du second écran. Cette variante est une alternative technique à la description du système d'affichage 30 à deux écrans effectuée ci-dessus et ayant des avantages identiques. Outre ces avantages communs, cette variante permet de centrer certaines échelles et repères visuels au centre de l'unique écran constitué des deux zones d'affichage. 25 L'invention a été décrite en considérant que le premier écran 31 est situé à gauche du second écran 32. Une autre disposition des écrans pourrait être choisie sans sortir du cadre de la présente invention, l'homme du métier étant à même d'adapter l'enseignement de la présente description au cas où le premier écran serait situé à droite du second écran. 30 REVENDICATIONS1. Procédé d'affichage d'une scène extérieure à l'aéronef sur un système d'affichage (30) d'un poste de pilotage (21) d'un aéronef (20), ledit système comprenant au moins deux zones d'affichage (31,32) contiguës selon un axe horizontal de l'aéronef et des moyens de traitement (33) pour générer l'affichage, sur une desdites deux zones, d'une image d'une scène extérieure à l'aéronef (40), dite image initiale de scène, à partir de données fournies par des moyens avioniques (22) de l'aéronef, lesdites données comprenant la valeur de l'angle de dérapage (3 de l'aéronef, ledit procédé comprenant - - l'affichage, par les moyens de traitement (33), en superposition à l'image initiale de scène, d'un vecteur trajectoire de vol (46) indiquant un point sur l'image de la scène vers lequel l'aéronef se dirige ; et - la mesure de la valeur absolue d'un angle de dérapage (3 de l'aéronef par les moyens de traitement (33) ; caractérisé en ce que lorsque la valeur mesurée de l'angle de dérapage (3 dépasse une valeur de seuil prédéterminée, les moyens de traitement (33) génèrent l'affichage de ladite image initiale de scène (40) sur une première zone d'affichage (31,32) et l'affichage d'une autre image d'une scène extérieure à l'aéronef (50), dite image supplémentaire de scène, sur une seconde zone d'affichage (31,32), l'image supplémentaire de scène (50) représentant une scène extérieure à l'aéronef située dans le prolongement latéral de la scène représentée à l'image initiale de scène (40) et en ce que les moyens de traitement (33) génèrent en outre l'affichage dudit vecteur trajectoire de vol (46) en superposition de ladite image supplémentaire de scène ou de ladite image initiale de scène respectivement, en fonction de la valeur de l'angle de dérapage (3. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque zone d'affichage est un écran (31,32) d'affichage du poste de pilotage (21). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les au moins deux zones d'affichage sont deux zones d'affichages distinctes d'un même écran d'affichage du poste de pilotage (21). 3036529 9 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de traitement (33) génèrent l'affichage des images dites initiales et supplémentaires sur les zones d'affichage lorsque l'altitude de l'aéronef et/ou la vitesse de l'aéronef et/ou la distance de l'aéronef à la piste d'atterrissage sur laquelle doit se poser lorsque l'altitude de l'aéronef est 5 inférieure à une valeur prédéterminée. 5. Aéronef (20) comprenant des moyens avioniques (22) et un poste de pilotage (21) dans lequel est arrangé un système d'affichage (30) comprenant au moins deux zones d'affichage (31,32) contiguës selon une direction horizontale de l'aéronef et des moyens de traitement (33) pour 10 générer l'affichage, sur une desdites deux zones, d'une image d'une scène extérieure à l'aéronef (40), dite image initiale de scène, à partir de données fournies par les moyens avioniques (22 lesdites données comprenant la valeur de l'angle de dérapage (3 de l'aéronef, caractérisé en ce que les moyens de traitement (33) sont configurés pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1. 15