EP2293277A1 - Procédé de construction d'images pour un appareil d'imagerie - Google Patents

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EP2293277A1
EP2293277A1 EP10170787A EP10170787A EP2293277A1 EP 2293277 A1 EP2293277 A1 EP 2293277A1 EP 10170787 A EP10170787 A EP 10170787A EP 10170787 A EP10170787 A EP 10170787A EP 2293277 A1 EP2293277 A1 EP 2293277A1
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EP
European Patent Office
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image
color
display
pixels
images
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10170787A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric Lionti
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 EP2293277A1 publication Critical patent/EP2293277A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/3406—Control of illumination source
    • G09G3/342—Control of illumination source using several illumination sources separately controlled corresponding to different display panel areas, e.g. along one dimension such as lines
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2310/00—Command of the display device
    • G09G2310/02—Addressing, scanning or driving the display screen or processing steps related thereto
    • G09G2310/0235—Field-sequential colour display
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2340/00—Aspects of display data processing
    • G09G2340/10—Mixing of images, i.e. displayed pixel being the result of an operation, e.g. adding, on the corresponding input pixels
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2340/00—Aspects of display data processing
    • G09G2340/12—Overlay of images, i.e. displayed pixel being the result of switching between the corresponding input pixels
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2340/00—Aspects of display data processing
    • G09G2340/12—Overlay of images, i.e. displayed pixel being the result of switching between the corresponding input pixels
    • G09G2340/125—Overlay of images, i.e. displayed pixel being the result of switching between the corresponding input pixels wherein one of the images is motion video
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2380/00—Specific applications
    • G09G2380/12—Avionics applications

Definitions

  • the present invention relates to an image building method for an imaging apparatus, including a head-up imaging apparatus, but also direct vision imaging apparatus.
  • Head-up imaging devices or “head-up displays”, or “head-up displays”, developed for military aviation, are also used in civil avionics, and more recently in automobiles. Applications in the field of nautical navigation, where there is also the problem of the vision of what is happening in the environment of the boat and taking into account other information from instruments.
  • a symbolic image is generated by an on-board computer with the information provided by the on-board instruments and projected by a suitable optical system, on the windshield in the field of vision of the pilot or the driver.
  • avionics in daytime driving, it is a symbolic image, typically representing the piloting information provided by the instruments, such as altitude, attitude, magnetic north, speed slider, horizon artificial, attitude, threshold of track .... according to a certain symbology.
  • night driving it is the superposition of a symbolic image and a monochrome video image, received from an infrared camera and / or a night viewfinder and / or a radar.
  • HUD devices typically use a monochrome imager, including LCD liquid crystal displays, to form the image that will then be projected by the HUD optical system.
  • a monochrome imager including LCD liquid crystal displays
  • the imager is sequentially illuminated in different colors, at least two, by a light box controlled accordingly, the frame of image refreshment being composed of several subframes, one subframe per color.
  • the light box is controlled to illuminate the screen in the corresponding color and all the pixels of the screen are addressed to display the corresponding video information.
  • the imager is of the transmissive type, which makes it possible to obtain at the output the best light power.
  • the interest of the color sequential lies in the fact that we keep a monochrome imager, the color being obtained by the sequential color illumination of the light box.
  • the monochrome screens have a white transmission coefficient of the order of 15 to 20%, much better than that of the same screens equipped with color filters, for which the transmission does not. is at best only 7 to 8%.
  • the gain in transmission is essential for the application concerned, because the consumption constraints are important.
  • An imager with a good transmission coefficient it is less power to provide the light box to obtain the desired luminance level on the combiner of the HUD apparatus, to project the image formed on the imager, on the landscape background.
  • color sequence addressing imagers have a well-known defect, called “color break-up”. This defect comes from the fact that in this mode of addressing, the colors are correlated spatially: the eye is then able to separate them temporally.
  • color sequential system with the three primary colors, red, green, blue.
  • the object of the invention is to solve this technical problem in a HUD imaging apparatus.
  • the technical solution provided consists in spatially separating the colors in the image to be displayed on the imager, that is to say spatially separating the color used for the HUD symbology background image and / or the image video reconstructed from infrared cameras or other sensors, from the color reserved for displaying additional information.
  • This spatial separation results in a processing of the image to be displayed, such as the pixels used to display additional information in a reserved color, are all extinguished in the display color of the background image of the application.
  • the solution to this technical problem is applicable more generally, including imaging devices for direct vision, using a color sequential display, such as screens for laptops, PDA, television ....
  • the image-building method according to the invention makes it possible to have a spatially monochrome image on the display except in one or more areas of the display in which information is displayed in "full color”: this is to say that in these areas, we accept the lack of color break.
  • the invention therefore relates to an image construction method for a color sequential type liquid crystal display imager, and a light box capable of illuminating said display sequentially in at least two colors, characterized in that it consists of each sequence of display of a complete image, to develop a sequence of images comprising an image for each color of said light box, such that at least for a set of pixels of the display, all the pixels of this which are lit in the image associated with a color, are extinguished in each of the other images associated with the other colors of the sequence.
  • said set of pixels encompasses all the pixels of the display: the displayed image is thus everywhere spatially monochrome.
  • other pixels of the display are reserved for a color display using the entire color palette of the display: the displayed image is then globally spatially monochrome with the exception of one or some areas. In this zone or these zones, it is accepted to have the color break, to display for example a color video signal, for example from a camera in the visible.
  • the invention also relates to an imaging apparatus comprising an imager comprising a color sequential type liquid crystal display, and an at least two color light box, wherein said imager receives image sequences to be displayed elaborated according to a method of constructing images according to the invention, for displaying spatially monochrome images.
  • the figure 1 schematically illustrates a head-up imaging apparatus, more specifically the avionics field. It includes a computer 1 which provides a video signal to be displayed, to an imager 2, comprising a transmissive screen 2a and a light box 2b.
  • a corresponding image is displayed on the screen 2a.
  • This image is refreshed at the frame rate of the screen, typically 50 Hz (i.e. every 20 ms).
  • This image is transmitted to an optical system 3, on a semi-reflecting mirror 4, which returns the image to a combiner 5.
  • an observer O then sees an image I1 which is superimposed on the environment (landscape) 12, which he sees through the windshield 6. If one places oneself in the avionic context, the image I1 is a collimated image to infinity. If one places oneself in the automobile context, the image I1 is a collimated image a few meters in front of the vehicle.
  • the display 2a is a transmissive display, for example a transmissive LCD display, and the color sequential type.
  • Transmissive means that it is backlit by the light box 2b, and the displayed image is seen from the front.
  • Sequential color means that the display does not include a matrix of color filters: it is monochrome, and the color is provided by the light box, and the video signal comprises colored fields for each display frame of a image: each colored frame corresponds to an illumination color of the light box.
  • the light box is controlled in sequence to display one color, then another, each time during the time of the associated color frame.
  • the light box is typically formed of groups of LEDs, each group of LEDs being characterized by a wavelength and the number of LEDs in each group being determined to have the required light output.
  • the light box can illuminate in each of the three primary colors: green, red and blue. But it is possible to use only two colors, typically two primary colors such as green and red.
  • Light boxes of this type are well known to those skilled in the art. They usually include sets of red, green and blue LEDs, appropriately controlled in the sequence to illuminate the display in the desired elemental color.
  • the figure 2 schematically illustrates the composition of the image display frames on an imager 2 of the color sequential type, for a three-color elementary light box, typically the three primary colors red, green and blue.
  • a three-color elementary light box typically the three primary colors red, green and blue.
  • T1 and T2 for displaying a complete image, typically at the frequency 50 Hz.
  • Each display frame of a complete image comprises one frame per color, in example three. frames Tv1, Tr1, Tb1, respectively for the green, red and blue color for the complete frame T1, and the three frames Tv2, Tr2, Tb2 for the same green, red and blue color sequence, for the complete frame T2.
  • the addressing circuit of the LCD When the addressing circuit of the LCD displays processing the green frame, it controls each of the pixels of the screen to display the information of the green frame, and the light box is controlled to illuminate in green. Then it does the same for the red frame, then blue, in sequence.
  • the colored images to be displayed are produced so that a pixel lit in one color will necessarily be extinguished in the other colors.
  • FIGS. 3a to 3c illustrate the construction according to the invention of an image to be displayed during a frame time T, and the figure 4 shows the displayed image obtained.
  • the illustrated image is simplified, with only one level of gray in each color (all the pixels in a color display the same information), whereas typically, depending on the displays considered, there may be for example 16, 32 or 256 Grayscale by color.
  • Pixels extinguished in a color are black: they do not let any light through. Other pixels let in light. They are lit. Depending on their position in the image, they are lit in green, red or blue.
  • a display is a matrix structure of pixels: on each pixel, we just put information that will give the level of gray that we want to display at this point.
  • FIG. figure 4 The complete image displayed corresponding to the sequence of the three monochrome images, green, red and blue, constructed according to the invention, is illustrated in FIG. figure 4 , on a display which in the example comprises 460 pixels distributed in a matrix of 23 columns numbered from 1 to 23 starting from the left of the image and 20 lines numbered from 1 to 20 starting from the top of the image, as indicated on the face. Each pixel is identified by a line coordinate and a column coordinate.
  • the image of the figure 4 is built from three colorful images that overlap, the green image Iv of the figure 3a , the red image Ir of the figure 3b and the blue image Ib of the figure 3c .
  • These images are constructed by the computer 1, such as a pixel lit in one of the colored images, will necessarily be extinguished in the other two.
  • These images are deliberately simple, to illustrate the invention: in a color, the gray level displayed is the same for all the pixels lit in this color. But in practice you can display all available gray levels in each color.
  • the figure 3a illustrates the Iv color image to be displayed for the green color.
  • this image typically corresponds to the symbolic image HUD comprising the information of the on-board instruments, or even of a monochrome video image reconstructed from the signals of a sensor, for example an infra-red camera, in night.
  • the black pixels in this color image Iv are those which are purposely extinguished in the green color, according to the principle of the invention, because they are reserved for information to be displayed in another color of the light box, typically in a avionics application, alarm signals or other information provided by the on-board computer, and not only the information of the navigation instruments, which are the "type" HUD information.
  • the figure 3b illustrates the color image Ir to be displayed in the red color: these are, for example, alarm signals generated by the on-board computer. These signals are displayed using all or some of the reserved pixels, which are therefore extinguished in the previous green color, and extinguished in the blue color. In the example, these are the 10 pixels p1 to p10. All the other pixels of the red image are off, corresponding to all the pixels reserved for the green and those reserved for the blue.
  • the figure 3c illustrates the color image Ib to be displayed in the blue color: for example objects detected moving in the flight path field of the aircraft by the on-board computer. These signals are displayed using all or some of the reserved pixels, which are therefore extinguished in the green color and extinguished in the red color. In the example, these are the next 6 pixels p11 to p16. All other pixels of the blue image are off, corresponding to all the pixels reserved for green and those reserved for red.
  • These three color images Iv, Ir, Ib are displayed one after the other on the display in the time of a display frame, typically 20 milliseconds at 50 Hz, the light box being controlled accordingly to emit a green flash, then red and then blue in correspondence with the colored fields, according to the sequencing indicated in figure 2 .
  • the eye of the observer integrates temporally, and average, the three images Iv, Ir, Ib, and obtains the image represented by figure 4 .
  • FIGS. 5 and 6 are practical illustrations of the image seen by a pilot, with a method of constructing images of a head-up imaging apparatus according to the invention.
  • the figure 5 corresponds to an observation in daytime driving: the complete image includes a typical HUD symbolic image, with symbols that appear in black on the figure but which in reality are in green, and which gives, on landscape background seen through the semi-transparent screen, the well-known "HUD" information such as the aircraft attitude plate 10, in the form of sliders, on the left, the pitch indicator 11, and on the right, the roll indicator 12.
  • HUD the well-known "HUD” information
  • the symbology generally varies from one device to another. These aspects of symbology, which are outside the scope of the invention and which are otherwise well known in the avionics field, will not be detailed.
  • an alert signal S1 in the example the figure 30,000 (the roll angle in the example) in a frame.
  • This signal S1 appears in bold black line in the figure, but in reality it appears in a different color than the green symbolic image HUD, for example in red.
  • this signal S1 indicates a risk related to an excessive roll angle representing a risk of stalling the aircraft.
  • the display sequence of the complete image as shown on the figure 5 comprises displaying in synchronism with the sequential lighting control of the light box, at least one green image corresponding to the HUD symbolic image and a red image corresponding to the warning signal S1. If the sequence includes a blue image, all the pixels in that image are off.
  • the figure 6 corresponds to an observation in night driving: one has a complete image including a HUD (simplified) image, which is the superposition of a monochrome video image in green levels, reconstructed for example from the monochrome signal of a sensor below. red, and a symbolic image, which appears in white on the figure, but which in reality is in green, which is in the example the conformity of the landscape 13, and the nose of the aircraft 14.
  • a signal S2 according to the invention, represented by a dashed square with the information "TRUE" in bold black line, but which would actually appear for example in one of the other elementary colors (other than green), for example
  • This signal is used, for example, to indicate to the pilot that the new attitude has been taken into account by the on-board computer. Typically, this signal can be displayed in flashing form.
  • on-board computers are used in airplanes, automobiles or other navigation equipment, which integrate more and more sophisticated detection and information processing functions, in association with the indications provided by the various instruments on board. , sensors or others.
  • the invention allows the pilot to easily exploit this additional information, displaying them in a visible and non-annoying form.
  • a complete image can be formed by a sequence of six monochrome images, in combination with an illumination sequence in the six colors: red, green, blue, magenta, cyan, yellow, or even seven images if we add white (red plus green plus blue).
  • the invention also makes it possible to display on the screen a spatially monochrome image, with the exception of a zone or zones in which color images will be displayed, using the color palette of the display. For example, if you have a 256 gray-level display per elemental color, you can use all the colors in these areas potentially in the palette of 16.7 million available colors.
  • the color video image may be for example an image reconstructed from the video signal of a camera in the visible.
  • the construction method according to the invention is then the same except for the pixels of this zone or of these zones, the pixels are controlled in the usual way, with a gray level in each elementary color, to finally obtain the desired color. .
  • the invention can further be generalized to imaging apparatus using a color sequential LCD display for direct vision.
  • the invention is not limited to the illustrated examples and the application fields given by way of example. It applies in all areas where one needs to add, embed additional information in a different color than a monochrome background image, be it a symbolic image, or video.

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  • Controls And Circuits For Display Device (AREA)

Abstract

Dans un appareil d'imagerie à afficheur du type séquentiel couleur, on affiche une image spatialement monochrome, en préparant pour chaque image complète à afficher, une séquence d'images monochromes comportant une image par couleur de la boite à lumière, les images monochromes de la séquence étant telles qu'un pixel qui est allumé dans une couleur, est éteint dans la ou les autres couleurs, en sorte qu'il n' y a pas d'effet de rupture des couleurs. On peut réserver certaines zones de l'afficheur, dans lesquelles les pixels sont commandés de façon habituelle pour utiliser toute la palette de couleurs de l'afficheur, par exemple pour afficher une image vidéo couleur. L'invention s'applique notamment aux appareils d'imagerie tête haute applicables dans les systèmes de navigation embarqués, et aux appareils d'imagerie pour la vision directe.

Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • La présente invention concerne un procédé de construction d'images pour un appareil d'imagerie, notamment, un appareil d'imagerie tête haute, mais aussi des appareils d'imagerie de vision directe.
    • DESCRIPTION DE L'ETAT DE L'ART
  • Les appareils d'imagerie tête haute, dits appareils HUD (Head Up Display), ou encore appelés "collimateur tête haute", ou "viseur tête haute", développés pour l'aviation militaire, sont utilisés aussi en avionique civile, et plus récemment dans les automobiles. Des applications dans le domaine de la navigation nautique, où se pose également le problème de la vision de ce qui se passe dans l'environnement du bateau et de la prise en compte d'autres informations venant d'instruments de bord.
  • Dans ces applications, il s'agit de projeter dans le champ de vision du pilote, du conducteur, des informations issues des instruments de bord, qui viennent ainsi se superposer sur l'environnement extérieur, au moyen d'un combineur. Une image symbolique est élaborée par un calculateur de bord avec les informations fournies par les instruments de bord et projetée par un système optique adapté, sur le pare-brise dans le champ de vision du pilote ou du conducteur. Si on considère l'application avionique, en pilotage de jour, c'est une image symbolique, représentant typiquement les informations de pilotage fournies par les instruments, telles que l'altitude, l'assiette, le nord magnétique, curseur de vitesse, horizon artificiel, assiette, seuil de piste ....suivant une symbologie déterminée. En pilotage de nuit, c'est la superposition d'une image symbolique et d'une image vidéo monochrome, reçue d'une caméra infrarouge et/ou d'un viseur nocturne et/ou d'un radar.
  • Ces appareils HUD utilisent habituellement un imageur monochrome, notamment des écrans à cristal liquide LCD, pour former l'image qui sera ensuite projetée par le système optique HUD.
  • On a cherché récemment à élargir les possibilités de ces appareils, et plus spécialement à enrichir l'image symbolique fournie au pilote. En particulier, les systèmes de traitement d'image perfectionnés embarqués, qui permettent la détection et l'identification d'obstacles fournissent des informations qu'il est intéressant d'exploiter. Si on se place dans le domaine de l'avionique militaire par exemple, il est intéressant de mettre en relief la présence d'un danger, par exemple un avion de transport, ou d'une cible, par exemple un avion de chasse, qui auraient été détectés dans l'environnement de l'avion. Il peut encore s'agir d'afficher des signaux d'alerte, en provenance du calculateur de gestion de vol, consécutifs par exemple à la détection d'une panne.
  • Il ne s'agit pas seulement d'ajouter un symbole ou des symboles supplémentaires, représentatifs de l'information transportée par ces signaux d'alerte ou d'alarme dans l'image symbolique projetée. Il s'agit d'attirer plus spécialement l'attention du pilote. L'utilisation d'une symbologie colorée, utilisant une première couleur, typiquement du vert, pour la symbologie instrumentale standard ou les images vidéo reconstruites à partir des capteurs infrarouge, et au moins une autre couleur, par exemple du rouge, pour des informations supplémentaires d'alerte s'avère ainsi particulièrement intéressante. Ceci s'applique dans les autres domaines d'application de ces appareils d'imagerie tête haute.
  • Ceci suppose d'utiliser un imageur couleur, et non plus monochrome.
  • L'utilisation d'un imageur à adressage séquentiel couleur, notamment un écran LCD à couleurs séquentielles ("séquentiel couleur"), permet d'obtenir ces possibilités fonctionnelles supplémentaires sans perdre en transmission, ce qui est très important compte-tenu des contraintes de consommation attachées à tous ces appareils embarqués.
  • On rappelle que dans un imageur à adressage dit séquentiel couleur, à chaque rafraichissement d'image, l'imageur est éclairé séquentiellement dans différentes couleurs, au moins deux, par une boite à lumière commandée en conséquence, la trame de rafraîchissement de l'image étant composée de plusieurs sous-trames, une sous-trame par couleur. Dans le temps de chaque sous-trame, la boite à lumière est pilotée pour éclairer l'écran dans la couleur correspondante et tous les pixels de l'écran sont adressés pour afficher l'information vidéo correspondante. Généralement, l'imageur est du type transmissif, ce qui permet d'obtenir en sortie la meilleure puissance lumineuse.
  • L'intérêt du séquentiel couleur tient dans le fait que l'on conserve un imageur monochrome, la couleur étant obtenue par l'éclairage séquentiel couleur de la boite à lumière. Si on prend l'exemple d'écrans transmissifs LCD, les écrans monochromes ont un coefficient de transmission du blanc de l'ordre de 15 à 20%, bien meilleur que celui des mêmes écrans équipés de filtres colorés, pour lesquels la transmission n'est au mieux que de 7 à 8%. Le gain en transmission est essentiel pour l'application concernée, car les contraintes de consommation sont importantes. Un imageur avec un bon coefficient de transmission, c'est moins de puissance à fournir à la boite à lumière pour obtenir le niveau de luminance recherché sur le combineur de l'appareil HUD, pour projeter l'image formée sur l'imageur, sur le fond de paysage.
  • Cependant, les imageurs à adressage séquentiel couleur ont un défaut bien connu, dit de "colour break-up". Ce défaut vient de ce que dans ce mode d'adressage, les couleurs sont corrélées spatialement : l'oeil est alors capable de les séparer temporellement. Brièvement, pour illustrer ce problème, prenons l'exemple d'un système séquentiel couleur avec les trois couleurs primaires, rouge, vert, bleu. Pour afficher une image blanche, on superpose spatialement, c'est-à-dire sur chaque pixel de l'imageur, successivement un flash rouge (pendant la sous-trame "rouge"), un flash vert (pendant la sous-trame "verte" puis un flash bleu (pendant la sous-trame "bleue").
  • La superposition des trois couleurs au même endroit mais à des temps différents très courts donne à l'oeil le rendu du blanc. Celui-ci intègre temporellement et moyenne ainsi la superposition des trois couleurs primaires.
  • Si l'oeil de l'observateur ne bouge pas, l'image est stable. Mais si l'oeil de l'observateur se déplace (mouvement latéral ou activation des modes de vision latérale), l'oeil percevra la différence temporelle (effet stroboscopique des ruptures de couleur) entre les trois couleurs et percevra alors les trois couleurs séparées au lieu du blanc voulu. Cet effet de rupture de couleurs existe à chaque fois que l'on superpose au moins deux couleurs. Il se révèle très gênant, notamment dans le contexte de l'imagerie HUD.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • L'invention a pour objet de résoudre ce problème technique dans un appareil d'imagerie HUD.
  • La solution technique apportée consiste à séparer spatialement les couleurs dans l'image à afficher sur l'imageur, c'est-à-dire à séparer spatialement la couleur utilisée pour l'image de fond de symbologie HUD et/ou de l'image vidéo reconstruite à partir des caméras infrarouge ou autres capteurs, de la couleur réservée à l'affichage d'informations supplémentaires.
  • Cette séparation spatiale se traduit par un traitement de l'image à afficher, tel que les pixels utilisés pour afficher des informations supplémentaires dans une couleur réservée, sont tous éteints dans la couleur d'affichage de l'image de fond de l'application.
  • La solution apportée à ce problème technique trouve à s'appliquer plus généralement, y compris à des appareils d'imagerie pour la vision directe, utilisant un afficheur séquentiel couleur, tels que les écrans pour ordinateurs portables, PDA, télévision ....
  • Notamment, le procédé de construction d'images selon l'invention permet d'avoir une image spatialement monochrome sur l'afficheur sauf dans une ou des zones de l'afficheur dans lesquelles on affiche des informations en "full color" : c'est à dire que dans ces zones, on accepte le défaut de rupture des couleurs.
  • L'invention concerne donc un procédé de construction d'images pour un imageur à afficheur à cristaux liquides du type séquentiel couleur, et une boîte à lumière apte à éclairer ledit afficheur séquentiellement dans au moins deux couleurs, caractérisé en ce qu'il consiste pour chaque séquence d'affichage d'une image complète, à élaborer une séquence d'images comportant une image pour chaque couleur de ladite boîte à lumière, telle qu'au moins pour un ensemble de pixels de l'afficheur, tous les pixels de cet ensemble qui sont allumés dans l'image associée à une couleur, sont éteints dans chacune des autres images associées aux autres couleurs de la séquence.
  • Selon un aspect de l'invention, ledit ensemble des pixels englobe tous les pixels de l'afficheur : l'image affichée est ainsi partout spatialement monochrome.
  • Selon un autre aspect de l'invention, d'autres pixels de l'afficheur sont réservés pour un affichage couleur utilisant toute la palette de couleurs de l'afficheur : l'image affichée est alors globalement spatialement monochrome à l'exception d'une ou quelques zones. Dans cette zone ou ces zones, on accepte d'avoir de la rupture de couleurs, pour afficher par exemple un signal vidéo couleur, par exemple issu d'une caméra dans le visible.
  • L'invention concerne aussi un appareil d'imagerie comprenant un imageur comportant un afficheur à cristaux liquides du type séquentiel couleur, et une boîte à lumière à au moins deux couleurs, dans lequel ledit imageur reçoit des séquences d'images à afficher élaborées suivant un procédé de construction d'images selon l'invention, pour afficher des images spatialement monochromes.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention sont détaillés dans la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif de l'invention, et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 illustre schématiquement un appareil d'imagerie tête haute;
    • la figure 2 représente une séquence d'adressage séquentiel en trois couleurs;
    • les figures 3a à 3c illustrent de manière schématique les images affichées successivement dans chaque couleur, suivant le principe de l'invention;
    • la figure 4 illustre l'image complète correspondante perçue par l'oeil, spatialement monochrome selon le procédé de l'invention ;
    • la figure 5 est un exemple schématique de l'image perçue par un pilote à travers son pare-brise de pilotage, en vision de jour, avec un appareil d'imagerie selon l'invention;
    • la figure 6 est un exemple de l'image perçue par le pilote à travers son pare-brise de pilotage, en vision de nuit, avec un appareil d'imagerie selon l'invention.
  • La figure 1 illustre de façon schématique un appareil d'imagerie tête haute, plus spécialement du domaine avionique. Il comprend un calculateur 1 qui fournit un signal vidéo à afficher, à un imageur 2, comprenant un écran transmissif 2a et une boîte à lumière 2b.
  • Une image correspondante la est affichée sur l'écran 2a. Cette image est rafraîchie à la fréquence trame de l'écran, typiquement 50 Hz (i.e. toutes les 20 ms).
  • Cette image est transmise vers un système optique 3, sur un miroir semi-réfléchissant 4, qui renvoie l'image vers un combineur 5.
  • Un observateur O voit alors une image I1 qui vient se superposer sur l'environnement (paysage) 12, qu'il voit à travers le pare-brise 6. Si on se place dans le contexte avionique, l'image I1 est une image collimatée à l'infini. Si on se place dans le contexte automobile, l'image I1 est une image collimatée à quelques mètres devant le véhicule.
  • Dans l'invention, l'afficheur 2a est un afficheur transmissif, par exemple un afficheur LCD transmissif, et du type séquentiel couleur. Transmissif veut dire qu'il est éclairé par l'arrière par la boîte à lumière 2b, et l'image affichée la est vue par l'avant. Séquentiel couleur veut dire que l'afficheur n'intègre pas une matrice de filtres colorés : il est monochrome, et la couleur est fournie par la boîte à lumière, et le signal vidéo comprend des trames colorées pour chaque trame d'affichage d'une image : à chaque trame colorée correspond une couleur d'éclairement de la boîte à lumière. Ainsi à chaque trame, la boîte à lumière est commandée en séquence pour afficher une couleur, puis une autre, à chaque fois pendant le temps de la trame colorée associée. La boîte à lumière est typiquement formée de groupes de leds, chaque groupe de leds étant caractérisé par une longueur d'onde et le nombre de leds dans chaque groupe étant déterminé pour avoir la puissance lumineuse requise. De manière classique, la boîte à lumière pourra éclairer dans chacune des trois couleurs primaires : vert, rouge et bleu. Mais il est possible d'utiliser seulement deux couleurs, typiquement deux couleurs primaires tel que le vert et le rouge. On peut aussi avoir une boîte à lumière capable d'offrir plus de couleurs élémentaires, par exemple six couleurs, en utilisant les couleurs primaires et des combinaisons de couleurs primaires. Par exemple, on peut avoir une boîte à lumière apte à éclairer successivement, dans un ordre ou un autre, en rouge, vert, bleu, magenta (rouge plus bleu), cyan (vert plus bleu) et jaune (rouge plus vert). On peut aussi avoir le blanc (rouge + vert+ bleu). Des boîtes à lumière de ce type sont bien connues de l'homme de l'art. Elles comportent généralement des ensembles de leds rouges, vertes et bleues, commandés de manière appropriée dans la séquence pour éclairer l'afficheur dans la couleur élémentaire voulue.
  • La figure 2 illustre schématiquement la composition des trames d'affichage d'images sur un imageur 2 du type séquentiel couleur, pour une boîte à lumière à trois couleurs élémentaires, typiquement les trois couleurs primaires rouge, vert et bleu. Sur la figure, on a représenté deux trames successives T1 et T2 d'affichage d'une image complète, typiquement à la fréquence 50 Hz. Chaque trame d'affichage d'une image complète comprend une trame par couleur, dans l'exemple trois trames Tv1, Tr1, Tb1, pour respectivement la couleur verte, rouge et bleue pour la trame complète T1, et les trois trames Tv2, Tr2, Tb2 pour la même séquence de couleurs verte, rouge et bleue, pour la trame complète T2.
  • Quand le circuit d'adressage de l'afficheur LCD traite la trame verte, il commande chacun des pixels de l'écran pour afficher les informations de la trame verte, et la boîte à lumière est commandée pour éclairer en vert. Ensuite il procède de même pour la trame rouge, puis bleue, en séquence.
  • Dans ce mode de commande habituelle, ce sont ainsi trois images qui se superposent dans chaque temps trame T, c'est-à-dire trois couleurs qui se superposent en chaque pixel de l'écran : comme expliqué précédemment, il y a ainsi corrélation spatiale des couleurs.
  • Dans l'invention, pour empêcher l'effet de rupture des couleurs dû à cette corrélation spatiale, on élabore les images colorées à afficher en sorte qu'un pixel allumé dans une couleur, sera obligatoirement éteint dans les autres couleurs.
  • Les figures 3a à 3c illustrent la construction suivant l'invention d'une image à afficher pendant un temps trame T, et la figure 4 montre l'image affichée obtenue. L'image illustrée est simplifiée, avec un seul niveau de gris dans chaque couleur (tous les pixels dans une couleur affichent la même information), alors que typiquement, selon les afficheurs considérés, on peut avoir par exemple 16, 32, ou encore 256 niveaux de gris par couleur.
  • Les pixels éteints dans une couleur sont noirs : ils ne laissent passer aucune lumière. Les autres pixels laissent passer de la lumière. Ils sont allumés. Selon leur position dans l'image, ils sont allumés en vert, en rouge ou en bleu. Dans l'exemple des figures 3a à 3c et 4, on a choisi par convention la représentation suivante des couleurs : le vert, dans un gris clair, le rouge dans un gris très clair et le bleu dans un gris foncé.
  • On rappelle qu'un afficheur est une structure matricielle de pixels : sur chaque pixel, on vient mettre une information qui donnera le niveau de gris que l'on veut afficher en ce point.
  • Ainsi, dire que l'on construit une image couleur, à partir de trois images, une par couleur, telles qu'un pixel qui sera allumé dans une couleur sera éteint dans les autres, cela veut dire que dans les autres images, le point ne laissera pas passer de lumière : ce sera un point noir.
  • L'image complète affichée correspondant à la séquence des trois images monochromes, verte, rouge et bleue, construite selon l'invention, est illustrée à la figure 4, sur un afficheur qui dans l'exemple comprend 460 pixels répartis matriciellement en 23 colonnes numérotées de 1 à 23 en partant de la gauche de l'image et 20 lignes numérotées de 1 à 20 en partant du haut de l'image, comme indiqué sur la figure. Chaque pixel est repéré par une coordonnée ligne et une coordonnée colonne.
  • L'image la de la figure 4 est construite à partir de trois images colorées qui se superposent, l'image verte Iv de la figure 3a, l'image rouge Ir de la figure 3b et l'image bleue Ib de la figure 3c. Ces images sont construites par le calculateur 1, telles qu'un pixel allumé dans une des images colorées, sera nécessairement éteint dans les deux autres. Ces images sont volontairement simples, pour bien illustrer l'invention : dans une couleur, le niveau de gris affiché est le même pour tous les pixels allumés dans cette couleur. Mais en pratique on peut afficher tous les niveaux de gris disponibles dans chaque couleur.
  • La figure 3a illustre l'image couleur Iv à afficher pour la couleur verte. Dans une application avionique, cette image correspond typiquement à l'image symbolique HUD comprenant les informations des instruments de bord, voire d'une image vidéo monochrome reconstruite à partir des signaux d'un capteur, par exemple une caméra infra rouge, en vision de nuit.
  • Les pixels noirs dans cette image couleur Iv sont ceux qui sont volontairement éteints dans la couleur verte, suivant le principe de l'invention, car ils sont réservés à des informations à afficher dans une autre couleur de la boîte à lumière, typiquement, dans une application avionique, des signaux d'alarme ou autres informations fournies par le calculateur de bord, et non seulement les informations des instruments de navigation, qui sont les informations "types" HUD.
  • Dans l'exemple, il y a 16 pixels éteints, qui correspondent aux 16 pixels p1 à p16 qui sont allumés dans une autre couleur que le vert dans la figure 4, et qui sont les pixels des coordonnées colonne, ligne suivantes : p1(6,12) ; p2(11,13) ; p3(12,12) ; p4(12,14) ; p5(13,11) ; p6(13,15) ; p7(14,12) ; p8(14,14) ; p9(15;11) ; p10(15,13) ; p11(19,11) ; p12(20;11) ; p13(20,13) ; p14(21;11) ; p15(21,13) ; p16(22,12).
  • La figure 3b illustre l'image couleur Ir à afficher dans la couleur rouge : ce sont par exemple des signaux d'alarme, générés par le calculateur de bord. Ces signaux sont affichés en utilisant tout ou partie des pixels réservés, et qui sont donc éteints dans la couleur verte précédente, et éteints dans la couleur bleue. Dans l'exemple ce sont les 10 pixels p1 à p10. Tous les autres pixels de l'image rouge sont éteints, correspondant à l'ensemble des pixels réservés pour le vert et ceux réservés pour le bleu.
  • La figure 3c illustre l'image couleur Ib à afficher dans la couleur bleue : par exemple des objets détectés en mouvement dans le champ de trajectoire de l'avion par le calculateur de bord. Ces signaux sont affichés en utilisant tout ou partie des pixels réservés, et qui sont donc éteints dans la couleur verte et éteints dans la couleur rouge. Dans l'exemple ce sont les 6 pixels suivants p11 à p16. Tous les autres pixels de l'image bleue sont éteints, correspondant à l'ensemble des pixels réservés pour le vert et ceux réservés pour le rouge.
  • Ces trois images couleurs Iv, Ir, Ib sont affichées l'une après l'autre sur l'afficheur dans le temps d'une trame d'affichage, typiquement 20 millisecondes à 50 Hz, la boîte à lumière étant commandée en conséquence pour émettre un flash vert, puis rouge puis bleu en correspondance avec les trames colorées, suivant le séquencement indiqué en figure 2. L'oeil de l'observateur intègre temporellement, et moyenne, les trois images Iv, Ir, Ib, et obtient l'image la représentée à la figure 4.
  • Dans cette image, il n'y a pas de corrélation spatiale des couleurs : l'effet de rupture des couleurs n'existe pas.
  • Dans la pratique, on peut avoir dans chaque couleur toute la palette des niveaux de gris, partant du niveau noir, éteint, au niveau le plus allumé, blanc. Ainsi, il est à noter qu'il est possible d'avoir plus de points noirs dans une image que de points noirs réservés pour la ou les autres couleurs. Mais dans une image colorée donnée, il y a nécessairement au moins autant de points noirs que de points réservés pour les autres couleurs élémentaires de la boîte à lumière.
  • Les figures 5 et 6 sont des illustrations pratiques de l'image vue par un pilote, avec un procédé de construction des images d'un appareil d'imagerie tête haute selon l'invention.
  • La figure 5 correspond à une observation en pilotage de jour : l'image complète comprend une image symbolique typique HUD, avec des symboles qui apparaissent en noir sur la figure mais qui dans la réalité sont en vert, et qui donne, sur fond de paysage vu à travers l'écran semi transparent, les informations bien connues "HUD" telles que l'assiette 10 de l'avion, sous forme de curseurs, à gauche, l'indicateur de tangage 11, et à droite, l'indicateur de roulis 12. On notera que la symbologie varie généralement d'un appareil à l'autre. On ne détaillera pas ces aspects de symbologie qui sortent du cadre de l'invention, et qui par ailleurs sont bien connus dans le domaine avionique. Sur cette image symbolique s'ajoute selon l'invention un signal d'alerte S1, dans l'exemple le chiffre 30.000 (l'angle de roulis dans l'exemple) dans un cadre. Ce signal S1 apparaît en trait gras noir sur la figure, mais en réalité il apparaît dans une autre couleur que l'image symbolique verte HUD, par exemple en rouge. Dans cet exemple, ce signal S1 indique un risque lié à un angle de roulis trop important représentant un risque de décrochage de l'avion. La séquence d'affichage de l'image complète telle que figurée sur la figure 5 comprend l'affichage en synchronisme avec la commande d'éclairage en séquence de la boîte à lumière, d'au moins une image verte, correspondant à l'image symbolique HUD et une image rouge, correspondant au signal d'alerte S1. Si la séquence comprend une image bleue, tous les pixels de cette image sont éteints.
  • La figure 6 correspond à une observation en pilotage de nuit : on a une image complète comprenant une image HUD (simplifiée), qui est la superposition d'une image vidéo monochrome en niveaux de vert, reconstruite par exemple à partir du signal monochrome d'un capteur infra rouge, et d'une image symbolique, qui parait en blanc sur la figure, mais qui dans la réalité est en vert, qui figure dans l'exemple la conformité du paysage 13, et le nez de l'avion 14. Sur cette image s'ajoute un signal S2 suivant l'invention, représenté par un carré pointillé avec l'information "TRUE" en trait gras noir, mais qui en réalité apparaîtrait par exemple dans une des autres couleurs élémentaires (autre que le vert), par exemple en bleu, ou en cyan.. Ce signal est par exemple utilisé pour indiquer au pilote que la nouvelle assiette a bien été prise en compte par le calculateur de bord. Typiquement, ce signal peut être affiché sous forme clignotante.
  • L'invention qui vient d'être décrite permet d'enrichir une image par des informations fournies par le calculateur de bord. On a en effet des calculateurs embarqués, dans les avions, les automobiles ou autres engins de navigation, qui intègrent des fonctions de détection et de traitement d'informations de plus en plus élaborées, en association avec les indications fournies par les différents instruments de bord, des capteurs ou autres. L'invention permet au pilote d'exploiter facilement ces informations, supplémentaires, en les affichant sous une forme bien visible et non gênante.
  • Elle est simple à mettre en oeuvre : c'est le calculateur qui gère l'ensemble des informations pour élaborer la séquence d'images monochromes suivant le procédé de construction d'images décrit. Selon qu'il y a ou non des informations à afficher dans une ou plusieurs couleurs autres que la couleur typique, de fond, il gère l'extinction des pixels dans les images de fond, et dans les autres couleurs, suivant le nombre de couleurs à gérer. La gestion des couleurs en fonctions des informations à afficher peut se faire typiquement suivant une table d'association.
  • Elle s'applique notamment à tous les systèmes de navigation embarqués, par exemple, mais non exclusivement dans les domaines avionique, automobile, nautique... Elle n'est pas limitée à un nombre de couleurs donné, en particulier elle n'est pas limitée à l'affichage de deux ou trois couleurs élémentaires. On connaît des boites à lumières qui permettent un mode de commande dans lequel on peut former des faisceaux de lumière dans des couleurs secondaires, à partir des couleurs primaires, typiquement, le jaune (rouge plus vert), le cyan (bleu plus vert), le magenta (bleu plus rouge). Suivant l'invention, une image complète pourra être formée par une séquence de six images monochromes, en combinaison avec une séquence d'éclairement dans les six couleurs : rouge, vert, bleu, magenta, cyan, jaune, voire sept images si on ajoutait le blanc (rouge plus vert plus bleu).
  • L'invention permet aussi d'afficher sur l'écran une image spatialement monochrome, à l'exception d'une zone ou de zones dans lesquelles on affichera des images couleurs, utilisant la palette de couleurs de l'afficheur. Par exemple, si on a un afficheur à 256 niveaux de gris par couleur élémentaire, on peut utiliser dans ces zones potentiellement toutes les couleurs dans la palette de 16,7 millions de couleurs disponibles.
  • Ceci permet par exemple d'afficher dans un coin de l'écran de l'afficheur, une image vidéo en couleur : dans cette zone, on accepte alors de supporter le phénomène de rupture des couleurs. L'image vidéo en couleur peut être par exemple une image reconstruite à partir du signal vidéo d'une caméra dans le visible.
  • Le procédé de construction selon l'invention est alors le même sauf que pour les pixels de cette zone ou de ces zones, les pixels sont commandés de manière habituelle, avec un niveau de gris dans chaque couleur élémentaire, pour obtenir au final la couleur voulue.
  • L'invention peut encore être généralisée à des appareils d'imagerie utilisant un afficheur LCD séquentiel couleur pour la vision directe.
  • L'invention ne se limite pas aux exemples illustrés et aux domaines d'application cités en exemple. Elle s'applique dans tous les domaines où l'on a besoin d'ajouter, d'incruster des informations supplémentaires dans une autre couleur qu'une une image de fond monochrome, que ce soit une image symbolique, ou vidéo.

Claims (10)

  1. Procédé de construction d'images pour afficher une image complète sur un imageur (2) comprenant un afficheur (2a) à cristaux liquides du type séquentiel couleur et une boîte à lumière (2b) apte à éclairer ledit afficheur séquentiellement dans au moins deux couleurs, caractérisé en ce qu'il consiste pour chaque séquence d'affichage d'une image complète, à élaborer une séquence d'images comportant une image pour chaque couleur de ladite boîte à lumière, telle qu'au moins pour un ensemble de pixels de l'afficheur, tous les pixels de cet ensemble qui sont allumés dans l'image associée à une couleur, sont éteints dans chacune des autres images associées aux autres couleurs de la séquence.
  2. Procédé de construction d'images suivant la revendication 1, dans lequel une première couleur est utilisée pour afficher une image de fond monochrome comprenant une image symbolique, représentant des informations fournies par des instruments de navigation.
  3. Procédé de construction d'images suivant la revendication 2, dans lequel ladite image de fond comprend en outre une image vidéo monochrome.
  4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, appliqué à un dispositif d'imagerie tête haute, utilisant au moins une autre couleur pour afficher dans cette couleur des informations fournies par un calculateur de bord.
  5. Procédé de construction d'images suivant l'une des revendications 1 à 4 dans lequel ledit ensemble de pixels englobe tous les pixels de l'afficheur, pour afficher une image spatialement monochrome sur tout l'afficheur.
  6. Procédé de construction d'images suivant l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit ensemble de pixels comprend une partie des pixels de l'afficheur, pour afficher une image spatialement monochrome dans une zone correspondante de l'afficheur, les autres pixels pouvant être commandés pour afficher des informations dans toute la palette de couleurs de l'afficheur.
  7. Procédé de construction d'images selon la revendication 6, dans lequel les dits autres pixels sont utilisés pour afficher une image vidéo couleur dans une zone de l'afficheur.
  8. Appareil d'imagerie comprenant un imageur comportant un afficheur à cristaux liquides du type séquentiel couleur, et une boîte à lumière à au moins deux couleurs, dans lequel ledit imageur reçoit des séquences d'images à afficher élaborées suivant un procédé de construction d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour afficher des images spatialement monochromes.
  9. Appareil d'imagerie selon la revendication 8, pour de l'imagerie tête haute.
  10. Appareil d'imagerie selon la revendication 8, pour de la vision directe.
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