EP1516304A1 - Dispositif de correction electronique des distorsions optiques d'une visualisatiisation collimatee obtenue a partir d'un afficheur matriciel - Google Patents

Dispositif de correction electronique des distorsions optiques d'une visualisatiisation collimatee obtenue a partir d'un afficheur matriciel

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EP1516304A1
EP1516304A1 EP03756013A EP03756013A EP1516304A1 EP 1516304 A1 EP1516304 A1 EP 1516304A1 EP 03756013 A EP03756013 A EP 03756013A EP 03756013 A EP03756013 A EP 03756013A EP 1516304 A1 EP1516304 A1 EP 1516304A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electronic
image
pixels
display
pixel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03756013A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-René Thales Intellectual Property VERBEQUE
Olivier Thales Intellectual Property ROLS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP1516304A1 publication Critical patent/EP1516304A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/001—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background
    • G09G3/002—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes using specific devices not provided for in groups G09G3/02 - G09G3/36, e.g. using an intermediate record carrier such as a film slide; Projection systems; Display of non-alphanumerical information, solely or in combination with alphanumerical information, e.g. digital display on projected diapositive as background to project the image of a two-dimensional display, such as an array of light emitting or modulating elements or a CRT
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/80—Geometric correction

Definitions

  • the field of the invention is that of systems for presenting collimated images, and more precisely that of so-called head-up viewfinders or helmet visuals used on aircraft.
  • a collimated display system comprises a display D and an optical system O for collimation and superposition making it possible to present to a user U the image V provided by l display in the form of an aerial image A collimated at infinity and superimposed on the exterior landscape, this image coming from image sources not shown in the figure.
  • These systems are particularly used on aircraft.
  • the superimposed image must be of excellent optical quality to avoid any piloting error and not to cause significant eyestrain.
  • One of the main technical difficulties in obtaining a good quality image is the correction of the geometric distortion introduced on the one hand by the collimation and superposition optics and on the other hand, and to a lesser extent, by the transparent canopy. from the cockpit of the aircraft in the case of use with a Head Up sight or from the visor of the helmet in the case of use with a helmet visual. It has been shown that, given the geometric constraints imposed by the use of the system in a cockpit or on a helmet, the geometric distortion is significant and cannot be corrected simply by conventional optical means.
  • F the distortion function which, at a point M (x, y) of the two-dimensional image presented by the display, corresponds to a point M '( ⁇ , ⁇ ), ⁇ , ⁇ representing the angular coordinates of the point M', image of M through the collimated optics.
  • ⁇ KF ⁇ (x, y)
  • the upper part of FIG. 2 represents on the left the initial image V 0 provided by the display and on the right the final image A 0 deformed by the distortion function F of the optics seen through the collimated optics.
  • the conventionally used method consists in subjecting the image of the display to a distortion opposite to that of the optics, this distortion function being denoted F "1 as indicated on the left side. of FIG. 2 which represents at the top the initial non-deformed image V 0 and at the bottom the image V having undergone the inverse deformation F "1 .
  • F "1 the distortion function
  • FIG. 2 which represents at the top the initial non-deformed image V 0 and at the bottom the image V having undergone the inverse deformation F "1 .
  • This method is particularly well suited in the case where the image provided by the display is continuous, it is that is, the points making up the image are not differentiated.
  • Whatever distortion function is applied there is always a point on the screen of the corresponding tube.
  • the distortion function is achieved by modifying the adjustment parameters of the horizontal and vertical deflection systems of the cathode rays.
  • cathode ray tubes have a certain number of drawbacks, such as size, complex electronics to be implemented, requiring in particular high operating voltages as well as a short service life.
  • a matrix display includes so classic P U ⁇ V pixels organized in a matrix of R rows and S columns; u, v being whole numbers varying respectively from 1 to R, and from 1 to S.
  • the application of this function F " 1 to the pixel Pjj, k cannot correspond, in the general case, exactly one pixel P u , v from the display. It will then necessarily be necessary to match the calculation result to the pixel of the nearest display.
  • Ej contain a quantity of pixels lower or close to that of the display.
  • the device constructs the image of the display by following the reverse process, that is to say by associating with each pixel P u , v always the same number of pixels Pjj. k of each electronic image E ⁇ , the addresses of the pixels Py. k being obtained from the calculation of F (P U , V ) -
  • the photometric value L u , v of the pixel P U) v is obtained from the photometric values L. k of Pg. k .
  • the subject of the invention is a device for electronic correction of the geometric distortion aberrations of a collimation and superposition optic forming part of a display assembly comprising: “a device for generating at least one image- electronic source Ej, i whole number varying between 1 and L;
  • F u (u, v), F v (u, v) being the representations of the two-dimensional function F of distortion of the optical system; characterized in that the electronics comprise a distortion correction system comprising an electronic memory unit making it possible to store the electronic images Ej, an address calculation unit and an interpolation and mixing unit such that,
  • the electronic memory unit organizes each image into a matrix of M rows and N columns of pixels Pjj. k to which correspond e-mail addresses (i, j, k); j, k being whole numbers varying respectively from 1 to Mj, and from 1 to Nj; each pixel Pj ⁇ k being associated with a photometric value Lj j , k ;
  • the address calculation unit associates with each address (u, v) the addresses (i, j, k) of the pixels Pjj.k stored in the electronic memory, said addresses close to the calculated points (i, j r , k r ), j r , k r being real numbers obtained by the calculation of Kj'.F u (u, v) and Kj'.Fv (uN); Kj 'being a normalization constant associated with each electronic image Ej such that, for all i, j r is less than Mj and k r is less than Nj.
  • the interpolation unit calculates the photometric value Lj, u , v , contribution of each electronic image to the value L U ⁇ V from the photometric values Lj. k of said address pixels (i, j, k) supplied by the address calculation unit.
  • the pixels used by the interpolation unit for the calculation of the photometric value LJ , UFV are at least the four pixels of referenced addresses (i, j e , ke), ( i, j e + 1, ke), (i, je, ke + 1) and (i, je + 1, k e +1) with (j e , whole parts of the numbers (j r , k r ), Lj ⁇ U , v being a function of at least the four values Ljj e , ke. Ljj e + ⁇ , ke, e.
  • the photometric value Lj U ⁇ V .
  • the normalization constants Kj ′ are calculated so that all the pixels of the display have correspondents in each electronic image.
  • An electronic zoom effect is then obtained, part of the initial electronic images being only shown enlarged over the entire surface of the display.
  • the electronic correction can be implemented in an electronic component comprising arrays of logic gates (AND or OR).
  • These components can be of the non-programmable type such as, for example, the ASIC (Application Specifies Integrated Circuit) or programmable like, for example, the FPGA (Field Programmable Gray Array) or EPLD (Erasable Programmable Logic Device).
  • ASIC Application Specifies Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gray Array
  • EPLD Erasable Programmable Logic Device
  • FIG. 1 represents a general view of a display device presenting collimated images in the particular case of
  • Figure 2 shows the principle of distortion correction according to the known art.
  • Figure 3 shows the correction principle according to the invention.
  • FIG. 4 represents the principle of determining the pixels of the electronic images used to determine the luminance value of the pixels of the display.
  • Ej images arriving at a collimated viewing system can have several origins. They can come from:
  • u F u ( x, y)
  • v F v (x, y)
  • the electronic unit comprises an address calculation unit UCA such that said unit associates with each address (u, v) the addresses (i, j, k) of the pixels Pj j , k stored in the electronic memory, said addresses being close to the calculated points (i, j r , k r ), j r , k r being real numbers obtained by the calculation of
  • F u (u, v) F u (uo, v 0 ) + ⁇ F u (u 0 , Vo) / ⁇ u .u 0 + ⁇ F u (u 0 , v 0 ) / ⁇ v .v 0 + ... + ⁇ n F u (u 0l v 0 ) / ⁇ v n .v 0 n with (uo.vo) original address and ⁇ n F u (uo, vo) / ⁇ v n partial derivative of degree n of the function F u with respect to v around the address (uo.Vo).
  • F v (u, v) Fv (uoNo) + ⁇ F v (u 0 , vo) / ⁇ u .u 0 + ⁇ F v (u 0 , v 0 ) / ⁇ v .v 0 + ... + ⁇ n F v (u 0 , vo) / ⁇ v n .Vo "with (uo, v 0 ) original address and ⁇ n F v (Uo, Vo) / ⁇ v n partial derivative of degree n of the function F v with respect to v around the address (uo, v 0 ).
  • each pair (Mj.Nj) must be significantly different from the pair (R, S).
  • the address (i, j r , k r ) corresponding to the address (u, v) of the pixel P u? V being known, the interpolation unit UIM and of mixing calculates the photometric values Lj, u , v To carry out this calculation, the photometric values Ljj, k of the pixels whose address is closest to the address (i, j r , k r ) are used.
  • each of these values being weighted by a weighting coefficient essentially dependent on the distance from the address of the pixel to the calculated address.
  • ⁇ U ⁇ V can be obtained simply.
  • the overall photometric value Lj ⁇ U ⁇ V of each point of the display is equal to the contribution of each of the photometric values L i ⁇ U ⁇ V .
  • This interpolation and mixing unit as well as the address calculation unit can be implemented in electronic components comprising arrays of logic gates (AND or OR). These components can be of non-programmable type such as, for example, ASICs (Application Specifies Integrated Circuit); in this case, the information is engraved when the circuit is produced. These components can also be programmable such as, for example, the FPGA (Field Programmable Gate Array) or EPLD (Erasable Programmable Logic Device). These components are commonly used for professional electronics or onboard aircraft applications.
  • the display being polychromatic consisting of colored pixels, each pixel consisting of a triplet of three colored sub-pixels, each corresponding to a primary color and the electronic source images also being polychromatic each consisting of color pixels, each pixel also being composed of a triplet of three colored sub-pixels, each corresponding to a primary color; the calculations performed by the address calculation unit and the interpolation unit in order to determine the photometric values of each colored pixel of the display are carried out respectively for each type of sub-pixel of the display and for each type of sub-pixel of the same color source images.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de correction électronique des distorsions optiques d'une optique de collimation et de superposition d'une visualisation collimatée dans le cas où l'afficheur est de type matriciel. Le principe de l'invention est de réaliser ces corrections au niveau de l'afficheur en associant à chaque pixel de l'afficheur le même nombre de pixels de chaque image-source à afficher, les adresses des pixels des images-sources étant calculées à partir des adresses des pixels de l'afficheur en leur appliquant la fonction de distorsion de l'optique. Le calcul des adresses et des valeurs photométriques des pixels de l'afficheur est réalisé dans une unité de calcul comprenant notamment une unité de calcul d'adresses et une unité d'interpolation. L'invention s'applique essentiellement aux dispositifs de visualisation dits Tête Haute ou de casque utilisés sur aéronefs civils et militaires ayant comme afficheur des dispositifs matriciels notamment à cristaux liquides. Le dispositif s'applique aussi bien aux afficheurs monochromes qu'aux afficheurs couleur.

Description

DISPOSITIF DE CORRECTION ELECTRONIQUE DES DISTORSIONS OPTIQUES D'UNE VISUALISATION COLLIMATEE OBTENUE A PARTIR
D'UN AFFICHEUR MATRICIEL
Le domaine de l'invention est celui des systèmes de présentation d'images collimatées, et plus précisément celui des viseurs dits Tête Haute ou des visuels de casque utilisés sur aéronefs.
D'une façon générale, comme il est indiqué de façon schématique sur la figure 1 , un système de visualisation collimatée comprend un afficheur D et une optique O de collimation et de superposition permettant de présenter à un utilisateur U l'image V fournie par l'afficheur sous la forme d'une image aérienne A collimatée à l'infini et en superposition sur le paysage extérieur, cette image provenant de sources d'images non représentées sur la figure. Ces systèmes sont particulièrement utilisés sur aéronefs. Il en existe deux principaux types, d'une part les systèmes dits Tête Haute montés sur la planche de bord dans le champ de vision du pilote ; d'autre part les systèmes de visualisation de casque montés sur le casque du pilote, les composants optiques utilisés pour la superposition des images se trouvant placés alors devant l'œil du pilote.
Ces dispositifs sont fondamentaux pour l'aide au pilotage et à la navigation.
L'image superposée doit être d'excellente qualité optique pour éviter toute erreur de pilotage et ne pas entraîner de fatigue oculaire importante. Une des principales difficultés techniques pour obtenir une image de bonne qualité est la correction de la distorsion géométrique introduite d'une part par l'optique de collimation et de superposition et d'autre part, et dans une plus faible mesure, par la verrière transparente du cockpit de l'aéronef dans le cas d'une utilisation en viseur Tête Haute ou de la visière du casque dans le cas d'une utilisation en visuel de casque. Il est démontré, que compte-tenu des contraintes géométriques imposées par l'utilisation du système dans un cockpit ou sur un casque, la distorsion géométrique est importante et ne peut être corrigée simplement par des moyens optiques classiques. On appelle F la fonction de distorsion qui, à un point M(x, y) de l'image bidimensionnelle présentée par l'afficheur fait correspondre un point M'(α,β), α,β représentant les coordonnées angulaires du point M', image de M à travers l'optique collimatée. On a les relations : α = K.Fα (x,y) et β = K.Fβ (x,y) K étant une constante de grandissement angulaire. La partie supérieure de la figure 2 représente à gauche l'image initiale V0 fournie par l'afficheur et à droite l'image finale A0 déformée par la fonction de distorsion F de l'optique vue à travers l'optique collimatée. Pour obtenir une image non déformée, la méthode classiquement employée consiste à faire subir à l'image de l'afficheur une distorsion inverse de celle de l'optique, cette fonction de distorsion étant notée F"1 comme il est indiqué sur la partie gauche de la figure 2 qui représente en haut l'image initiale non déformée V0 et en bas l'image V ayant subie la déformation inverse F"1. Lorsque cette image V déformée est collimatée, on obtient une image A sans distorsion comme il est indiqué dans le quadrant inférieur droit de la figure 2. En effet, on a, en écriture symbolique :
A = F(V) d'où A = F. F'1 (V0) et finalement A = V0 Cette méthode est particulièrement bien adaptée dans le cas où l'image fournie par l'afficheur est continue, c'est-à-dire que les points composant l'image ne sont pas différentiés. C'est le cas notamment des afficheurs à tubes à rayons cathodiques. Quelque soit la fonction de distorsion appliquée, il existe toujours un point de l'écran du tube correspondant. La fonction de distorsion est réalisée en modifiant les paramètres de réglage des systèmes de déflexion horizontaux et verticaux des rayons cathodiques. Cependant, les tubes à rayons cathodiques présentent un certain nombre d'inconvénients comme l'encombrement, une électronique complexe à mettre en oeuvre nécessitant notamment des hautes tensions de fonctionnement ainsi qu'une faible durée de vie. Actuellement, ils sont progressivement remplacés par des afficheurs plats de type matriciel qui ne présentent pas les inconvénients précédents. Plusieurs technologies de réalisation existent pour ce type d'afficheurs comme, par exemple, les matrices à cristaux liquides. L'emploi de ce type d'afficheurs est déjà généralisé aux visualisation de planches de bord dits Tête Basse.
Les afficheurs matriciels sont mal adaptés à la correction de la distorsion telle qu'elle a été décrite. Un afficheur matriciel comprend de façon classique PUιV pixels organisés en matrice de R lignes et de S colonnes ; u, v étant des nombres entiers variant respectivement de 1 à R, et de 1 à S.
Soit une image électronique Ej provenant d'une source d'images comprenant Piι jι k pixels organisés en matrice de Mj lignes et de Nj colonnes ; j, k étant des nombres entiers variant respectivement de 1 à Mj, et de 1 à Ni, à chaque pixel est associé une valeur photométrique , j, ; pour afficher Ej selon la méthode connue de correction de la distorsion, il faut appliquer aux pixels P , k la fonction F"1. Bien entendu, l'application de cette fonction F"1 au pixel Pjj,k ne saurait correspondre, dans le cas général, exactement à un pixel Pu,v de l'afficheur. Il faudra alors nécessairement faire correspondre le résultat de calcul au pixel de l'afficheur le plus proche.
Cette méthode présente trois inconvénients :
• Elle ne garantit pas que tous les pixels de l'afficheur seront adressés, ce qui donne des zones aveugles dans l'image de l'afficheur. Ce cas est particulièrement sensible lorsque les images
Ej contiennent une quantité de pixels inférieure ou voisine de celle de l'afficheur.
• Elle ne garantit pas que le même nombre de pixels Pjj,k seront associés à chaque pixel de l'afficheur. Ce cas est particulièrement sensible lorsque les images Ej contiennent une quantité de pixels supérieure à celle de l'afficheur. On peut ainsi aboutir à des variations artificielles de la luminance des pixels de l'afficheur.
• Elle nécessite le calcul de la fontion F"1 qui n'est pas nécessairement simple à effectuer. Elle peut donc entraîner la création d'artefacts visuels difficilement supportables par l'observateur.
Pour pallier ces différents inconvénients, le dispositif selon l'invention construit l'image de l'afficheur en suivant le processus inverse, c'est-à-dire en associant à chaque pixel Pu,v toujours le même nombre de pixels Pjj.k de chaque image électronique Eι, les adresses des pixels Py.k étant obtenu à partir du calcul de F(PU,V)- La valeur photométrique Lu,v du pixel PU)v est obtenue à partir des valeurs photométriques L .k des Pg.k .
Cette méthode supprime, par son principe même, les inconvénients précédents. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de correction électronique des aberrations de distorsion géométriques d'une optique de collimation et de superposition faisant partie d'un ensemble de visualisation comprenant : « un dispositif de génération d'au moins une image-source électronique Ej, i nombre entier variant entre 1 et L ;
• une électronique réalisant le mélange et la correction des images Ej et la génération d'une image visuelle sur un afficheur, ladite image étant organisée en matrice de R lignes et de S colonnes de pixels PUιV d'adresses (u,v) ; u, v étant des nombres entiers variant respectivement de 1 à R, et de 1 à S ; à chacun desdits pixels étant associé une valeur photométrique LUιV , cette valeur étant fonction des valeurs photométriques Lj>UlV issues de chacune des images électroniques ; • ladite optique de collimation assurant la collimation de ladite image visuelle pour former une image aérienne destinée à être perçue par un utilisateur, chaque pixel de l'image ayant une image aérienne Pα,β , (α, β) étant les coordonnées angulaires des points de l'image aérienne tels que α est égal à K.Fu(u,v) et β est égal à K.Fv(u,v) ; K étant une constante de grandissement angulaire et
Fu(u,v), Fv(u,v) étant les représentations de la fonction bidimensionnelle F de distorsion du système optique ; caractérisé en ce que l'électronique comporte un système de correction de la distorsion comprenant une unité de mémoire électronique permettant de stocker les images électroniques Ej, une unité de calcul d'adresse et une unité d'interpolation et de mélange tel que,
• L'unité de mémoire électronique organise chaque image en matrice de M lignes et de N colonnes de pixels Pjj.k auxquels correspondent des adresses électroniques (i,j,k) ; j, k étant des nombres entiers variant respectivement de 1 à Mj, et de 1 à Nj ; à chaque pixel Pj ιk étant associé une valeur photométrique Ljj,k ;
• l'unité de calcul d'adresses associe à chaque adresse (u,v) les adresses (i,j,k) des pixels Pjj.k stockés dans la mémoire électronique, lesdites adresses voisines des points calculés (i, jr, kr), jr, kr étant des nombres réels obtenus par le calcul de Kj'.Fu(u,v) et de Kj'.Fv(uN) ; Kj' étant une constante de normalisation associée à chaque image électronique Ej telle que, pour tout i, jr est inférieur à Mj et kr est inférieur à Nj. • l'unité d'interpolation calcule la valeur photométrique Lj,u,v , contribution de chaque image électronique à la valeur LUιV à partir des valeurs photométriques Lj.k desdits pixels d'adresses (i,j,k) fournies par l'unité de calcul d'adresses.
Dans un mode préféré, pour chaque image Ej , les pixels utilisés par l'unité d'interpolation pour le calcul de la valeur photométrique LJ,UFV sont au moins les quatre pixels d'adresses référencées (i, je, ke) , (i, je +1 , ke), (i, je, ke+1 ) et (i, je+1 , ke+1 ) avec ( je, parties entières des nombres (jr, kr), LjιU,v étant une fonction d'au moins les quatre valeurs Ljje,ke . Ljje+ι,ke , e. ke+i et U, je+1, ke+1- Il est possible pour réaliser le calcul de la valeur photométrique de prendre en compte d'autres pixels que le carré de pixels entourant le point calculé. Dans ce cas, leur contribution à la valeur photométrique LjιU,v est alors pondéré en fonction de leur éloignement au point d'adresse (i, jr, kr). Cependant, le gain apporté reste marginal au prix d'une augmentation sensible du nombre de calculs nécessaires.
Il existe différentes méthodes possibles pour obtenir la valeur photométrique Lj,UιV . La méthode la plus simple, nécessitant le minimum de calculs est que la valeur photométrique LjιU,v soit proportionnelle à la somme des produits Lj e.ke-CI +je-jr)-(1 +ke-kr) ; Li,je+l,ke+1.0r-je).(kr-ke) ; Lj,je+ι,ke.(jr- je).(1 +ke-kr) et Li>je ke+1-(1 +je-jr)-(k ke).
Les constantes de normalisation Kj' sont calculées de telle sorte que tous les pixels de l'afficheur aient des correspondants dans chaque image électronique. Avantageusement, il est intéressant de pouvoir faire varier ces constantes entre une valeur minimale et leur valeur maximale. On obtient alors un effet de zoom électronique, une partie des images électroniques initiales étant seulement représentées agrandies sur toute la surface de l'afficheur.
Avantageusement, la correction électronique peut être implémentée dans un composant électronique comportant des matrices de portes logiques (ET ou OU). Ces composants peuvent être de type non programmables comme, par exemple, les ASIC (Application Spécifie Integrated Circuit) ou programmables comme, par exemple, les FPGA (Field Programmable Gâte Array) ou EPLD (Erasable Programmable Logic Device). Ces composants électroniques sont largement utilisés en électronique professionnelle et en particulier pour les applications aéronautiques. Classiquement, la fonction de distorsion optique est approximée par un polynôme de degré n en (u,v), dans ce cas, le système de correction de la distorsion est obtenu par l'utilisation d'analyseurs différentiels digitaux (DDA pour Digital Differential Analysers).
Classiquement, les systèmes de visualisation collimatés utilisés sur aéronefs sont monochromes pour des raisons :
• de simplicité de réalisation du système (utilisation de tubes cathodiques monochromes et de composants d iff ractifs à haut rendement hautement sélectifs en longueur d'onde),
• d'absence d'images-sources polychromes (les images provenant de systèmes à intensificateur de lumière ou de caméras thermiques sont monochromes)
• d'ergonomie. Ces images sont présentées en superposition sur le paysage extérieur. Il est souvent intéressant, dans ce cas, pour améliorer la lisibilité des informations de symbologie présentées, d'utiliser une seule couleur.
Cependant, l'évolution des techniques et en particulier l'utilisation d'afficheurs matriciels selon l'invention permet l'utilisation et la présentation d'images colorées qui, en utilisation de nuit notamment peuvent présenter des avantages ergonomiques certains. Le dispositif est également adapté à la correction de distorsion d'images colorées. Dans ce cas, l'afficheur étant polychromatique constitué de pixels de couleur, chaque pixel étant composé d'un triplet de trois sous-pixels colorés, correspondant chacun à une couleur primaire et les images sources électroniques étant également polychromes constituées chacune de pixels de couleur, chaque pixel étant également composé d'un triplet de trois sous-pixels colorés, correspondant chacun à une couleur primaire ; les calculs effectués par l'unité de calcul d'adresse et l'unité d'interpolation afin de déterminer les valeurs photométriques de chaque pixel coloré de l'afficheur sont réalisées respectivement pour chaque type de sous-pixel de l'afficheur et pour chaque type de sous-pixel des images-sources de même couleur. 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 d'un dispositif de visualisation présentant des images collimatées dans le cas particulier d'un viseur Tête Haute.
• La figure 2 représente le principe de correction de distorsion suivant l'art connu. « La figure 3 représente le principe de correction selon l'invention.
• La figure 4 représente le principe de détermination des pixels des images électroniques retenus pour déterminer la valeur de luminance des pixels de l'afficheur. Les images Ej parvenant à un système de visualisation collimatée peuvent avoir plusieurs origines. Elles peuvent provenir :
• De systèmes de caméra vidéo montés sur l'aéronef lui-même, ces systèmes travaillant dans le visible ou l'infra-rouge ou ces systèmes étant à intensificateur de lumière ; • De générateurs d'images de synthèse provenant notamment de générateurs d'images cartographiques ou de générateurs de symbologie. Quelque soit leur origine, il est toujours possible de stocker ces images dans une mémoire électronique matricielle UMS telle que, chaque image est organisée en matrice de Mj lignes et de Nj colonnes de pixels Pjj>k auxquels correspondent des adresses électroniques (i,j,k) ; j, k étant des nombres entiers variant respectivement de 1 à Mj, et de 1 à Nj ; à chaque pixel Pjj,k étant associé une valeur photométrique Ljιjιk .
Soit un système de collimation présentant une fonction de distorsion F, cette fonction est une fonction à deux variables telle qu'à deux paramètres géométriques (x,y) est associé deux autres paramètres géométriques (u,v) tels que u = Fu(x,y) et v = Fv(x,y). Pour que l'image aérienne présentée au pilote soit sans distorsions, il est nécessaire que l'on applique à l'image électronique d'origine la correction inverse de distorsion F"1 avant de la transmettre à l'afficheur. Réciproquement, l'image électronique est donc obtenue à partir de l'image de l'afficheur en lui appliquant ladite fonction F. On a ainsi la relation symbolique suivante :
Electroniquement, si l'image de l'afficheur est organisée en matrice de R lignes et de S colonnes de pixels Pu v d'adresses (u,v) ; u, v étant des nombres entiers variant respectivement de 1 à R, et de 1 à S, alors pour déterminer les pixels Pjj. des images électroniques, il suffit que l'unité électronique comporte une unité de calcul d'adresses UCA telle que ladite unité associe à chaque adresse (u,v) les adresses (i,j,k) des pixels Pjj,k stockés dans la mémoire électronique, lesdites adresses étant voisines des points calculés (i, jr, kr), jr, kr étant des nombres réels obtenus par le calcul de
Kj'.Fu(u,v) et de Kj'.Fv(uN) ; Kj' étant une constante de normalisation associée à chaque image électronique Ej telle que, pour tout i, jr est inférieur à Mj et kr est inférieur à Nj. Les constantes Kj' peuvent être obtenus par plusieurs méthodes.
On peut, à titre d'exemple, effectuer le calcul de Fu(u,v) et de Fv(u,v) pour un nombre limité de pixels appartenant au contour de l'image de l'afficheur. On détermine ainsi pour ces points les adresses maximales possibles. Il suffit alors de calculer les constantes Kj' de telle sorte que ces adresses maximales soient bien inférieures à (Mj, Nj). Il est possible, dans un mode particulier de l'invention, de donner à ces constantes des valeurs inférieures afin d'obtenir sur l'image de l'afficheur des effets de zoom.
Les fonctions de distorsion géométriques introduites par l'optique sont des fonctions d'origine physique. Elles sont en général continues et dérivables. On peut donc avec une bonne précision approximer la fonction F par une fonction polynominale de degré n. On a alors :
Fu(u,v) = Fu(uo,v0) + δFu(u0,Vo)/δu .u0 + δFu(u0,v0)/δv .v0 + ... + δnFu(u0lv0)/δvn .v0 n avec (uo.vo) adresse d'origine et δnFu(uo,vo)/δvn dérivée partielle de degré n de la fonction Fu par rapport à v autour de l'adresse (uo.Vo). et Fv(u,v) = Fv(uoNo) + δFv(u0,vo)/δu .u0 + δFv(u0,v0)/δv .v0 + ... + δnFv(u0,vo)/δvn .Vo" avec (uo,v0) adresse d'origine et δnFv(Uo,Vo)/δvn dérivée partielle de degré n de la fonction Fv par rapport à v autour de l'adresse (uo,v0). Il existe deux cas de figures possibles :
• Si la fonction F est une fonction mathématique connue et dérivable, alors le calcul des dérivées partielles est immédiat.
• Si la fonction F n'a pas d'équation mathématique connue, ce qui, en pratique, est le cas le plus souvent rencontré, alors la détermination des dérivées partielles est obtenue de la façon suivante :
• On crée une matrice de points (u,v) correspondant chacun à un point (x,y) après passage par la fonction F. Ces points peuvent être soit simulés à partir de logiciels de calcul optique, soit mesurés sur le viseur lui-même en générant sur l'afficheur une grille de points.
• On obtient alors les coefficients des polynômes par inversion matricielle. Plusieurs méthodes sont possibles. Il est possible d'utiliser par exemple la méthode de Choleski qui permet de minimiser l'erreur sur l'ensemble des valeurs de la matrice. Cette méthode est couramment utilisée dans le domaine cartographique.
L'utilisation d'une fonction polynominale à la place de la fonction vraie permet de simplifier considérablement l'implantation des calculs effectués par l'unité de calculs d'adresses. Ce calcul est alors réalisé par un ensemble électronique constitué principalement d'un double DDA (Digital Differential Analyser) qui réalise l'approximation polynominale pour chacune des deux coordonnées u et v. Chaque DDA est constitué d'un certain nombre d'additionneurs/accumulateurs cascades prenant chacun en charge le calcul de chaque terme du polynôme. Les valeurs d'initialisation et les incréments nécessaires sont fournis par un microprocesseur annexe. Il est à noter que ces valeurs peuvent être facilement modifiées, par exemple pour obtenir une harmonisation parfaite du viseur sur aéronefs. On peut ainsi facilement prendre en compte les distorsions dues à une verrière spécifique ou à un positionnement du viseur différent, dans le cas par exemple d'aéronefs biplaces utilisant le même viseur à deux endroits différents du cockpit. La fréquence de calcul de ces DDA est calquée sur celle du balayage de l'image de l'afficheur, les calculs devant être effectués en temps réel de façon à ne créer aucun retard entre l'image collimatée et l'image du paysage effectivement perçue qui peut se modifier très rapidement en fonction des évolutions de l'aéronef.
Afin d'éviter des artefacts visuels parasites, il est intéressant de choisir les tailles des unités de mémoire électronique de stockage différentes de celle de l'afficheur. C'est-à-dire que chaque couple (Mj.Nj) doit être significativement différent du couple (R,S). L'adresse (i, jr, kr) correspondant à l'adresse (u,v) du pixel Pu?v étant connue, l'unité d'interpolation UIM et de mélange calcule les valeurs photométriques Lj,u,v Pour réaliser ce calcul, on utilise les valeurs photométriques Ljj,k des pixels dont l'adresse est la plus proche de l'adresse (i, jr, kr) calculée. Chacune de ces valeurs étant pondérée par un coefficient de pondération dépendant essentiellement de la distance de l'adresse du pixel à l'adresse calculée. Dans le cas le plus simple et le plus général, on utilise quatre pixels groupés en carré tels que leurs adresses respectives soient : (i, je, ke) , (i, je+1 , e), (i, je, ke+1 ) et (i, je+1 , ke+1 ) avec ( je, ke) parties entières des nombres (jr, kr). Dans ce cas, le calcul de la valeur photométrique L|ιUιV peut être obtenu simplement. A titre d'exemple, il est possible d'utiliser la fonction suivante :
L|,u.v + Li,je+ι,ke-0rje).(1 +ke- kr) + je ke+1 -(1 +je-jr).(kr-ke)] Avec λj facteur de normalisation dépendant de chaque image Ej.
La valeur photométrique globale LjιUιV de chaque point de l'afficheur est égale à la contribution de chacune des valeurs photométriques LiιUιV . On écrit de façon générale : En modulant les différents facteur de normalisation λj , il est ainsi possible de moduler les contributions de chaque image électronique à l'image finale. On peut ainsi ne faire apparaître qu'une seule image ou mélanger plusieurs images pour faire apparaître notamment des informations de symbologie sur une image réelle ou de cartographie synthétique. Cette unité d'interpolation et de mélange ainsi que l'unité de calcul d'adresse peuvent être implémentés dans des composants électroniques comportant des matrices de portes logiques (ET ou OU). Ces composants peuvent être de type non programmables comme, par exemple, les ASIC (Application Spécifie Integrated Circuit) ; dans ce cas, les informations sont gravées au moment de la réalisation du circuit. Ces composants peuvent également être programmables comme, par exemple, les FPGA (Field Programmable Gâte Array) ou EPLD (Erasable Programmable Logic Device). Ces composants sont couramment utilisés pour des applications d'électronique professionnelle ou embarquée sur aéronefs.
Les calculs précédents sont faits dans le cas d'un afficheur monochrome et de sources d'images également monochromes, ce qui recouvre la plus grande partie des applications actuelles. Cependant, l'invention s'applique également au cas d'afficheurs polychromes et de sources d'images polychromes. En effet, une image polychrome se décompose toujours en trois images monochromes de couleur différente. Il suffit alors de faire les calculs pour chaque image monochrome. Plus précisément, l'afficheur étant polychromatique constitué de pixels de couleur, chaque pixel étant composé d'un triplet de trois sous-pixels colorés, correspondant chacun à une couleur primaire et les images sources électroniques étant également polychromes constituées chacune de pixels de couleur, chaque pixel étant également composé d'un triplet de trois sous- pixels colorés, correspondant chacun à une couleur primaire ; les calculs effectués par l'unité de calcul d'adresse et l'unité d'interpolation afin de déterminer les valeurs photométriques de chaque pixel coloré de l'afficheur sont réalisées respectivement pour chaque type de sous-pixel de l'afficheur et pour chaque type de sous-pixel des images-sources de même couleur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de correction électronique des aberrations de distorsion géométriques d'une optique de collimation et de superposition (O) faisant partie d'un ensemble de visualisation comprenant :
• un dispositif de génération d'au moins une image-source électronique Ej, i nombre entier variant entre 1 et L ;
• une électronique (C) réalisant le mélange et la correction des images (Ej) et la génération d'une image visuelle (V) sur un afficheur, ladite image étant organisée en matrice de R lignes et de S colonnes de pixels (Pu,v) d'adresses (u,v) ; u, v étant des nombres entiers variant respectivement de 1 à R, et de 1 à S ; à chaque pixel étant associé une valeur photométrique Lu,v , cette valeur étant fonction des valeurs photométriques LjιU,v issues de chacune des images électroniques ;
• ladite optique de collimation (O) assurant la collimation de ladite image visuelle pour former une image aérienne (A) destinée à être perçue par un utilisateur, chaque pixel de l'image (V) ayant une image aérienne (Pα,β), (α, β) étant les coordonnées angulaires des points de l'image aérienne tels que α est égal à K.Fu(u,v) et β est égal à K.Fv(u,v) ; K étant une constante de grandissement angulaire et Fu(u,v), Fv(u,v) étant les représentations de la fonction bidimensionnelle F de distorsion du système optique (O) ; caractérisé en ce que, la fonction F de distorsion est approximee par une fonction polynominale de degré n et que l'électronique (C) comporte un système de correction de ladite distorsion comprenant une unité de mémoire électronique (UMS) permettant de stocker les images électroniques (Ej), d'une unité de calcul d'adresse (UCA) et une unité d'interpolation et de mélange (UIM) tel que,
• l'unité de mémoire électronique (UMS) organise chaque image (Ej) en matrice de M lignes et de N colonnes de pixels (Pjj.k) auxquels correspondent des adresses électroniques (i,j,k) ; j, k étant des nombres entiers variant respectivement de 1 à Mj, et de 1 à Nj ; à chaque pixel (Pjj.k) étant associé une valeur photométrique Lj .k ; • l'unité de calcul d'adresses associe à chaque adresse (u,v) les adresses (i,j,k) des pixels (Pjj.k) stockés dans la mémoire électronique, lesdites adresses voisines des points calculés (i, jr, kr), jr, kr étant des nombres réels obtenus par le calcul de Kj'.Fu(u,v) et de Kj'.Fv(u,v) ; Kj' étant une constante de normalisation associée à chaque image électronique (Ej) telle que, pour tout i, jr est inférieur à Mj et kr est inférieur à Nj. • l'unité d'interpolation et de mélange (UIM) calcule la valeur photométrique LjιU,v , contribution de chaque image électronique à la valeur Lu,v à partir des valeurs photométriques Ljj.k desdits pixels d'adresses (i,j,k) fournies par l'unité de calcul d'adresses.
2. Dispositif de correction électronique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, pour chaque image (Ej), les pixels utilisés par l'unité d'interpolation et de mélange pour le calcul de la valeur photométrique Lj,u v sont au moins les quatre pixels d'adresses référencées (i, je, ke) , (i, je+1 , ke), (i, je, ke+1 ) et (i, je+1 , ke+1 ) avec ( je, ke) parties entières des nombres (jr, kr), Lj,u,v étant une fonction d'au moins les quatre valeurs Ljje. e , je+i.ke , , je, ke+1
3. Dispositif de correction électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur photométrique Lj,u>v est proportionnelle à la somme des produits Lj,je,ke- (1+je-jr).(1 +ke-kr) ; Li,je+ι,ke+ι- Grje)-(kr-ke) ; Liιje+ι,ke-
Grje).(1 +ke-kr) βt Ljje ke+1- (1 +je-jr).(krke).
4. Dispositif de correction électronique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la constante de normalisation Kj' est paramétrable de façon à obtenir sur l'image finale (V) des effets de zoom électronique.
5. Dispositif de correction électronique selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'électronique (C) comprend un composant électronique non programmable de type ASIC (Application Spécifie Integrated Circuit) ou programmable de type FPGA (Field Programmable Gâte Array) ou EPLD (Erasable Programmable Logic Device).
6. Dispositif de correction électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système de correction de la distorsion est obtenu par l'utilisation d'analyseurs différentiels digitaux (DDA pour Digital Differential Analysers).
7. Dispositif de correction électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'afficheur étant polychromatique constitué de pixels de couleur, chaque pixel étant composé d'un triplet de trois sous-pixels colorés, correspondant chacun à une couleur primaire et les images sources électroniques étant également polychromes constituées chacune de pixels de couleur, chaque pixel étant également composé d'un triplet de trois sous-pixels colorés, correspondant chacun à une couleur primaire ; les calculs effectués par l'unité de calcul d'adresse et l'unité d'interpolation afin de déterminer les valeurs photométriques de chaque pixel coloré de l'afficheur sont réalisées respectivement pour chaque type de sous-pixel de l'afficheur et pour chaque type de sous-pixel des images-sources de même couleur.
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