BE1020144A3

BE1020144A3 - Systeme de visualisation multi-projecteurs asservi.

Info

Publication number: BE1020144A3
Application number: BE2011/0229A
Authority: BE
Inventors: Loic Becouarn; Johanna Dominici; Siegfried Rouzes
Original assignee: Thales Sa
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2013-05-07
Also published as: FR2959023B1; CA2737823A1; FR2959023A1; US20110255057A1

Abstract

Le domaine général de l'invention est celui des systèmes de visualisation comprenant plusieurs dispositifs de projection d'images (P) et un écran unique (E). Ledit système de visualisation comporte un dispositif de contrôle de l'alignement des différentes images projetées de façon à former une image unique sans discontinuités apparentes. Chaque image projetée comporte une mire de détection et l'écran comporte une pluralité de capteurs photosensibles (C1,C2) disposés de façon que les mires de détection se forment sur leurs surfaces photosensibles, les capteurs étant agencés de façon à déterminer la position et/ou l'orientation des mires de détection et leurs caractéristiques photométriques.

Description

Système de visualisation muiti-projecteurs asservi

Le domaine de l’invention est celui des visualisations en projection dont l’image continue est formée par plusieurs projecteurs.

Les écrans de grande taille dont la diagonale est supérieure à un mètre sont aujourd’hui fabriqués à partir d’afficheurs à cristaux liquides ou d’écrans plasma ou encore de systèmes à projection. Ces écrans sont faits pour être regardés d’assez loin, c’est-à-dire à des distances supérieures ou égales à 2 mètres. L’utilisation de ce type d’écrans pour réaliser une planche de bord d’aéronef comportant une seule zone d’affichage continue n’est pas possible. En effet, l’utilisateur se trouve à une distance moyenne d'environ 70 centimètres de ladite planche. Si l’on veut que la taille des pixels soit inférieure ou égale à la limite de résolution de l’œil, c’est-à-dire environ V d’arc ou 0.3 mrad, la taille d’un pixel ne doit pas dépasser environ 200pm. La résolution correspondante pour un écran de 1 mètre de large est donc au moins de 5000 pixels. Cette résolution n’existe actuellement ni pour les écrans à cristaux liquides ou à plasma, ni pour les afficheurs qui composent les vidéo projecteurs de type « LCD » (Liquid Crystal Display),« LCOS » (Liquid Crystal On Silicon) ou « DLP®» (Digital Light Processing), pour ne citer que les principales technologies.

Pour atteindre cette résolution dans des dimensions aussi importantes, la solution technique consiste à faire une mosaïque de projecteurs éclairant par l’avant ou par l’arrière un écran de projection de façon que l’utilisateur ait l’impression que l’image est formée par un seul projecteur. Ainsi, la figure 1 représente une vue en perspective d'une planche de bord comportant un seul écran d’affichage E comprenant cinq zones d’affichage ZA, chaque zone étant éclairée par un projecteur P dédié, chaque projecteur ayant la résolution adéquate. La figure 2 représente une vue de face de cet écran de projection E. L’écran est représenté en traits gras. Chaque zone d’affichage ZA représentée en traits pointillés est éclairée par une image lP issue d’un projecteur P de taille un peu plus grande que la zone d’affichage afin que les différentes images se recoupent comme on le voit sur la figure 2. Les différentes images lP sont représentées en traits fins.

Cette solution technique pose cependant quelques problèmes dont il faut s’affranchir. Le premier est l’alignement entre les différents projecteurs P qui doit être parfait. En effet, si les images issues des différents projecteurs ne sont pas correctement alignées, l’interface entre les images est visible et donne l’impression de voir plusieurs écrans. D’autre part, une transition continue entre deux images est généralement obtenue par une superposition partielle des images adjacentes. Si ces images ne sont pas alignées, les informations sont brouillées et deviennent illisibles dans les zones de recouvrement. Le second problème concerne l’uniformité de luminance. La luminance de tous les projecteurs doit être cohérente sur toute la surface d’affichage. Une luminance différente d’un projecteur à l’autre donne l’impression de voir plusieurs écrans. Ces deux problèmes peuvent être réglés lors de la fabrication de l’écran et ne pas réapparaître lors d’une utilisation « en intérieur », c’est à dire lorsque le dispositif est maintenu à une température ambiante et stable, comprise entre 15°C et 25°C, par exemple et dans un environnement sans vibrations comme proposé dans le brevet US 7 334 901.

Mais ces problèmes peuvent apparaître de nouveau lorsque les conditions d’utilisation deviennent extrêmes. Ainsi, en utilisation sur aéronef, les vibrations au décollage et à l’atterrissage sont très fortes, suffisantes pour dérégler la position des projecteurs et donc l’alignement des images projetées. De plus, les différences de température rencontrées sont très importantes, la température pouvant varier de -40°C à +55°C, ce qui peut avoir Un effet visible et différent selon les projecteurs, sur la colorimétrie, le flux émis par les sources de lumière et la direction de projection, engendrant une réapparition des interfaces entre les images projetées.

Il est donc important de connaître à tout moment la direction de pointage des projecteurs ainsi que leurs propriétés photométriques et colorimétriques. Le problème technique à résoudre est donc d’avoir en temps réel : - Un premier moyen permettant de régler correctement l’alignement des projecteurs ;

Un second moyen permettant de contrôler l’uniformité de luminance de l’ensemble des projecteurs et l’équilibre des couleurs.

Les brevets US 6 310 650 intitulé « Method and apparatus for calibrating a tiled display » et US 6 804 406 intitulé « Electronic calibration for seamless tiled display using optical function generator » décrivent un dispositif de visualisation multi-projecteurs dont le dispositif de contrôle comprend une caméra disposée du côté de l’utilisateur qui analyse les images issues des différents projecteurs. Outre le fait que l’utilisateur risque de se déplacer entre la caméra et l’écran et d’interrompre la mesure, cette méthode nécessite d’afficher des mires spécifiques. Elle est applicable lors de la fabrication et de la calibration de l’écran en usine, mais ne permet pas de faire facilement un contrôle en temps réel de l’alignement.

Le brevet US 6 362 797 intitulé « Apparatus for aligning multiple projected images in cockpit displays » décrit un dispositif de visualisation multi-projecteurs dont le dispositif de contrôle comprend une caméra disposée du côté des projecteurs. L’utilisateur ne peut plus interférer entre la caméra et l’écran. La caméra observe l’image composite fournie par les projecteurs et un algorithme en déduit en temps réel les corrections à apporter. L’efficacité de cet algorithme petit être largement dégradée selon le contenu de l’image affichée. Les algorithmes d’analyse d’image nécessitent par ailleurs des puissances de calcul très élevées.

Toutes ces solutions présentent donc des inconvénients importants. Le dispositif de contrôle et de réglage de l’alignement et des paramètres photométriques et colorimétriques d’un dispositif à multi-projecteurs selon l’invention ne présente pas ces inconvénients. Il comprend essentiellement des mires de positionnement de forme simple générées en bord d’images et des ensembles de capteurs linéaires disposés en bord d’écran. Les adaptations sont donc mineures par rapport à un dispositif de visualisation sans dispositif de contrôle tout en permettant de répondre aux problèmes posés par le désalignement des projecteurs.

Plus précisément, l’invention a pour objet un système de visualisation comprenant au moins deux dispositifs de projection d’images et un écran unique, chaque dispositif de projection comprenant un afficheur et une optique de projection agencée de façon à projeter l’image issue de l’afficheur sur une zone d’affichage de l’écran ayant une forme et un emplacement prédéterminés de façon que les différentes images projetées issues des différents afficheurs forment une image unique sans discontinuités apparentes, ledit système de visualisation comportant un dispositif de contrôle et d'asservissement de l’alignement des différentes images par rapport aux formes et aux emplacements prédéterminés des différentes zones d’affichage, caractérisé en ce que l’image issue de chaque afficheur comporte au moins une mire de détection telle que l’image projetée de ladite mire de détection se trouve sur l’écran dans une zone de détection située en dehors de la zone d’affichage de l’image, l’écran comportant une pluralité de capteurs photosensibles, chaque capteur photosensible étant associé à un dispositif de projection et disposé de façon que l’image projetée d’une mire de détection issue dudit dispositif de projection se forme sur sa surface photosensible, le capteur étant relié à des moyens électroniques agencés de façon à déterminer la position et/ou l’orientation de ladite mire de détection et ses caractéristiques photométriques.

Dans un premier mode de réalisation, les capteurs photosensibles sont monochromes et l’afficheur émet des triplets d’images se succédant dans le temps, une première image comportant une première mire d’une première couleur, une seconde image comportant une seconde mire d’une seconde couleur et une troisième image comportant une troisième mire d’une troisième couleur.

Dans un second mode de réalisation, les capteurs photosensibles sont trichromes et les mires sont « blanches ».

Préférentiellement, les capteurs photosensibles comportent au moins une barrette de détecteurs photosensibles. Plus précisément, chaque capteur comporte deux barrettes identiques disposées en chevron. Il est également possible d’utiliser des capteurs matriciels.

Avantageusement, les mires de détection sont des motifs en forme de zigzag ou de W ou des motifs en forme de codes-barres.

Avantageusement, en mode de fonctionnement normal, les mires sont émises à une fréquence de modulation donnée, les moyens électroniques étant agencés de façon à détecter ladite fréquence, l’absence de cette fréquence étant caractéristique d’une image figée.

Avantageusement, au moins un premier capteur est disposé au centre d’une zone de détection ou au moins un second capteur est disposé en bord de deux zones de détection adjacentes dans une zone commune à deux images projetées de façon qu’au moins l’image projetée d’une mire de détection de la première image et l’image projetée d’une mire de détection de la seconde image puissent se former sur la surface photosensible dudit capteur.

Préférentiellement, la position et l’orientation de l’image issue de chaque dispositif de projection dépendent des informations de position et/ou d’orientation issues du capteur associé et la luminance et la colorimétrie de l’image dépendent des données photométriques issues dudit capteur associé.

Dans une application privilégiée, le système est une planche de bord d’aéronef.

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 en perspective d’un dispositif de visualisation multi-projecteurs à écran unique ;

La figure 2 représente une vue de face de l’écran et des différentes zones d’affichage ;

La figure 3 représente un premier exemple de réalisation de mire de détection et de son capteur associé ;

La figure 4 représente un second exemple d’implantation du capteur et des mires de détection associées.

Le système de visualisation selon l’invention comporte un dispositif de contrôle et de réglage de l’alignement et des paramètres photométriques et colorimétriques. Celui-ci comporte essentiellement des systèmes de détection de position et/ou d’orientation associés à chaque dispositif de projection d’images. Ces systèmes sont également connus sous l’appellation générique de « DDP ». On peut ainsi déterminer précisément la position et l’orientation de chaque image et connaissant cette information, appliquer les corrections de position ou d’orientation adaptées.

Il existe différents types de «DDP». Le système de détection selon l’invention comporte des capteurs optiques disposés de manière judicieuse sur le pourtour de l’écran. Chaque image projetée comporte au moins une mire de détection telle que l’image projetée de ladite mire de détection se trouve sur l’écran dans une zone de détection d’un capteur optique et en dehors de la zone d’affichage de l’image. Connaissant la position et/ou l’orientation de la mire de détection et ses caractéristiques photométriques, on en déduit les corrections à faire sur l’image.

Il est possible d’utiliser des capteurs matriciels pour la détection des mires de détection. Cependant, il est préférable d’utiliser des capteurs comportant des barrettes de cellules photosensibles qui sont bien adaptées pour ce type de mesure. Dans ce cas, les mires peuvent avoir différentes formes possibles. On peut notamment utiliser des mires en forme de codes-barres inclinées de façon adaptée à l’orientation du capteur.

Un procédé de détection est particulièrement bien adapté au dispositif selon l’invention. Il consiste à générer des mires sous forme de réseaux de segments de droite, à détecter des quadruplets de points d’intersection desdits segments de droite avec une ou deux barrettes photosensibles, à identifier des birapports particuliers existant entre ces quatre points, à déterminer l’orientation et la position de la mire à partir de ces birapports. Les mires de détection sont généralement des motifs en forme de zigzag ou de W. On démontre que, pour connaître à la fois les paramètres d’orientation et de position, il est nécessaire que le capteur comporte deux barrettes non colinéaires ou disposées en chevron et que la mire de détection comporte deux motifs. Le nombre de barrettes peut être limité à une seule si le déplacement du projecteur d’images est contraint par une structure mécanique.

On se reportera à la demande de brevet français FR 2 920 546 de la société Thaïes intitulé « Procédé de détection des extrémités d’un capteur linéaire dans l’espace par projection de mires » pour toutes informations techniques sur ce procédé. La figure 3 représente l’ensemble des deux barrettes inclinées B disposées dans la zone de détection ainsi que les mires de détection Mw en forme de W.

Les capteurs doivent être capables de donner des informations à la fois photométriques et colorimétriques sur l’image. Dans un premier mode de réalisation, les capteurs photosensibles sont monochromes et l’afficheur émet des triplets d’images se succédant dans le temps, une première image comportant une première mire d’une première couleur, par exemple rouge, une seconde image comportant une seconde mire d’une seconde couleur, par exemple verte et une troisième image comportant une troisième mire d’une troisième couleur, par exemple bleue. Il suffit alors de synchroniser les moyens d’analyse des données issus des capteurs avec l’émission des mires colorées pour retrouver les données colorimétriques recherchées.

Dans un second mode de réalisation, les capteurs photosensibles sont trichromes et les mires sont « blanches ». On monte alors des barrettes sensibles aux couleurs primaires comme le rouge, le vert et le bleu, permettant d’asservir l’uniformité en luminance et l’équilibre des couleurs par une mesure directe de la photométrie et de la colorimétrie des mires projetées en temps réel. Ces mires doivent comporter les trois couleurs primaires et ces mires sont dites blanches.

Les capteurs C sont nécessairement implantés en bord d’écran comme on le voit sur la figure 4. Il existe différentes implantations possibles. On peut implanter le capteur C1 de telle façon qu’il se situe au milieu d’un bord de l’image projetée qui lui est dédiée. On peut également implanter le capteur C2 dans une zone de détection commune à deux images projetées adjacentes. Dans ce cas, il est nécessaire de discriminer les mires provenant des deux images. Il existe différentes techniques possibles. On peut générer des formes de motifs différents, des mires de couleur différentes, on peut également les décaler dans le temps de façon que le capteur ne reçoive en un instant donné qu’une et une seule mire provenant d’une image projetée déterminée.

Il n’est pas nécessaire que la surface de projection de l’écran soit plane. Une surface courbe dont la forme est connue peut également servir d’écran.

L’ensemble des capteurs peut être implanté sur le pourtour de l’écran dans une zone de détection dont la largeur ne dépasse pas 20 mm.

Connaissant les informations de position et/ou d’orientation, de photométrie et/ou de colorimétrie issues de chaque capteur, il est facile de déterminer la position, l’orientation et les données photométriques de l’image issue de chaque dispositif de projection et de faire les corrections nécessaires si l’image bouge de sa position initiale. Il est également à noter que si le nombre de capteurs est redondant, il devient possible de vérifier non seulement la position de l’image mais également la déformation de l’écran.

Il est également possible de réaliser une phase d’initialisation dans laquelle on enregistre les différents, paramètres issus des capteurs lorsque toutes les images sont parfaitement réglées.

O peut utiliser très simplement le dispositif selon l’invention pour la détection d’images figées. Une erreur critique surveillée dans les visualisations pour aéronef est l’image figée dans la mesure où elle peut passer inaperçue de l’équipage pendant un certain temps. La détection d’images figée requiert une surveillance complexe des signaux de pilotage des panneaux LCD. Dans le cas présent, on dispose de capteurs disposés dans l’image émise. En mode de fonctionnement normal, il suffit donc que les mires soient émises à une fréquence de modulation donnée et que les moyens électroniques soient agencés de façon à détecter ladite fréquence pour que l’absence de cette fréquence soit caractéristique d’une image figée.

Ce dispositif de contrôle et d’asservissement présente plusieurs avantages significatifs. Il ne nécessite que quelques modifications mineures de l’écran et des dispositifs de projection. Ces modifications consistent en l’introduction de barrettes photosensibles sur le pourtour de l’écran, en l’introduction de mires dans les parties non visibles des images projetées, dans la création d’une boucle de calcul et d’asservissement des paramètres géométriques et photométriques des images projetées à partir des informations issues des capteurs sachant que, par nature, les corrections à effectuer sont nécessairement faibles.

La seule limitation de ce dispositif de contrôle est qu’il préférable quej’image projetée comporte une zone de détection en dehors de la zone d’affichage de façon que l’on puisse disposer des capteurs sans faire d’ombres sur l’écran, ce qui peut limiter le système de visualisation à un dispositif comportant deux rangées de projecteurs, chaque rangée pouvant comporter un nombre indéterminé de projecteurs. C’est très largement suffisant pour réaliser une planche de bord d’aéronef.

Claims

1. Système de visualisation comprenant au moins deux dispositifs de projection d’images (P) et un écran unique (E), chaque dispositif de projection comprenant un afficheur et une optique de projection agencée de façon à projeter l’image (lP) issue de l’afficheur sur une zone d’affichage (ZA) de l’écran ayant une forme et un emplacement prédéterminés de façon que les différentes images projetées issues des différents afficheurs forment une image unique sans discontinuités apparentes, ledit système de visualisation comportant un dispositif de contrôle et d’asservissement de l’alignement des différentes images par rapport aux formes et aux emplacements prédéterminés des différentes zones d’affichage, caractérisé en ce que l’image issue de chaque afficheur comporte au moins une mire de détection (Mw) telle que l’image projetée de ladite mire de détection se trouve sur l’écran dans une zone de détection située en dehors de la zone d’affichage de l’image, l’écran comportant une pluralité de capteurs photosensibles (C1, C2), chaque capteur photosensible étant associé à un dispositif de projection et disposé de façon que l’image projetéê d’une mire de détection issue dudit dispositif de projection se forme sur sa surface photosensible, le capteur étant relié à des moyens électroniques agencés de façon à déterminer la position et/ou l’orientation de ladite mire de détection et ses caractéristiques photométriques.

2. Système de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs photosensibles sont monochromes et en ce que l’afficheur émet des triplets d’images se succédant dans le temps, une première image comportant une première mire d’une première couleur, une seconde image comportant une seconde mire d’une seconde couleur et une troisième image comportant une troisième mire d’une troisième couleur.

3. Système de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs photosensibles sont trichromes et en ce que les mires sont « blanches ».

4. Système de visualisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs photosensibles comportent au moins une barrette (B) de détecteurs photosensibles.

5. Système de visualisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque capteur comporte deux barrettes identiques disposées en chevron.

6. Système de visualisation selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les mires de détection sont des motifs en forme de zigzag ou de W.

7. Système de visualisation selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les mires de détection sont des motifs en forme de codes-barres.

8. Système de visualisation selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les capteurs photosensibles comportent au moins une matrice de détecteurs photosensibles.

9. Système de visualisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’en mode de fonctionnement normal, les mires sont émises à une fréquence de modulation donnée, les moyens électroniques étant agencés de façon à détecter ladite fréquence, l’absence de cette fréquence étant caractéristique d’une image figée.

10. Système de visualisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins un capteur est disposé au centre d’une zone de détection.

11. Système de visualisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins un capteur est disposé en bord de deux zones de détection adjacentes dans une zone commune à deux images projetées de façon qu’au moins l’image projetée d’une mire de détection de la première image et l’image projetée d’une mire de détection de la seconde image puissent se former sur la surface photosensible dudit capteur.

12. Système de visualisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position et l’orientation de l’image issue de chaque dispositif de projection dépendent des informations de position et/ou d’orientation issues du capteur associé et en ce que la luminance et la colorimétrie de l’image dépendent des données photométriques issues dudit capteur associé.

13. Système de visualisation selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système est une planche de bord d’aéronef.