Brevet FR2124582A1 — publié le 19720922

i 2124582 La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif permettant de photographier un objet à partir d'un engin volant stabilisé survolant ledit objet en le reproduisant ligne par ligne sur un écran photosensible d'un tube analyseur au moyen 5 d'éléments mécaniques n;n mobiles. Dans l'état actuel de la technique, il existe en principe trois possibilités peur photographier une zone de la surface terrestre, par exemple à partir du bord d'un satellite survolant la terre; on peut notamment, avec un appareil photographique, prendre 10 un instantané de la zone à photographier, puis balayer point par. point l'image développée et transmettre à un récepteur terrestre, au besoin après mémorisation, les impulsions de balayage provoquées par les différentes luminosités. Au lieu de prendre un instantané de toute la zone à photo-15 graphier, il est également possible de la balayer ligne par ligne, par exemple au moyen d'un miroir rotatif, qui, pendan-fc sa rotation, reproduit constamment point par point chacune de ces lignes sur un appareil photosensible. De cette façon, il est possible de photographier toute la zone survolée par le satellite. 20 Ces deux procédés présentent, toutefois, l'inconvénient que pour photographier l'objet, on est obligé d'utiliser des pièces mécaniques mobiles, à savoir l'obturateur de la caméra et le miroir rotatif. Sans parler de l'usure mécanique, ces pièces rotatives, par suite des conditions de pression et de température 25 extrêmement dures régnant dans l'espace, doivent être soumises à un traitement spécial qui implique une mise en oeuvre particulièrement soignée et coûteuse des éléments supports. Pour ces raisons, les systèmes de ce genre sont extrêmement sujets à des défaillances qui peuvent raccourcir considérablement la durée de vie utile du 30 satellite. Pour éliminer ces pièces mécaniques mobiles, on a encore proposé (voir C.J. Siret, Line Scan Télévision for Earth Observation Satellites, The Johns Hopkins University, Appl. Phys. Lab., TG 853, 1966$) au moyen d'une rangée de fibres de verre juxtaposées, 35 de projeter sur l'écran photosensible d'un tube analyseur la ligne de l'objet captée par une lentille sphériqus de sorte que cette ligne est composée de plusieurs éléments de trame ayant une longueur latérale correspondant à peu près au diamètre des fibres conductrices de lumière. Avec ce procédé, pour pouvoir, à partir 40 du bord d'un satellite se trouvant à quelque 900 km au-dessus 72 04216 2 2124582 de la surface terrestre, obtenir un pouvoir résolvant de 50 à 60 mètres, correspondant sensiblement à celui des photos prises pendant le vol Apollo, chaque élément de trame de la ligne doit avoir une longueur latérale d'environ 20/u. Cela revient à dire 5 que si l'on veut photographier une zone de la surface terrestre s'étendant sur près de 150 km il faut environ 2500 fibres conductrices de lumière pour une seule ligne. Or, il se trouve que les fibres conductrices de lumière disposées de façon à atteindre de tels diamètres ou même des diamètres inférieurs sont extrêmement 10 difficiles à réaliser, si bien que le pouvoir résolvant susceptible d'être obtenu avec ce système photographique est limité. C'est néanmoins la eoordination des différents éléments de trame de la ligne d'imagé et de ceux de l'écran photosensible du tube analyseur par les fibres conductrices de lumière, c'est-à-dire l'ajus-15 tement de tout le système, qui donne le plus de difficultés. Le montage d'un tel système optique est par ailleurs rendu extrêmement compliqué du fait que les fibres conductrices de lumière sont très sensibles aux secousses et aux chocs. L'objet de l'invention est, par conséquent, un procédé 20 et un dispositif de prise de vues dépourvu de pièces mécaniques mobiles, dans lesquels, pour la reproduction de la ligne d'image sur l'écran photosensible du tube analyseur, on utilise des systèmes optiques simples à réaliser et faciles à ajuster et dans lesquels le pouvoir résolvant est en même temps réglable» 25 Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait qu'à partir du plan de l'image d'un objectif reproduisant l'objet à photographier on fait dévier une ligne qui est décomposée en plusieurs sections et qu'on projette à chaque fois chacune de ces sections sur un ériran photosensible d'un tube analyseur. 30 Le dispositif pour photographier un objet à partir d'un engin volant stabilisé et survolant l'objet en le reproduisant ligne par ligne sur un écran photosensible d'un tube analyseur au moyen de parties mécaniques non mobiles, est caractérisé selon l'invention par le fait que dans le plan de l'image d'un objectif captant l'objet à photographier on juxtapose sans joint plusieurs bandes réfléchissantes transversalement au sens de déplacement de l'engin volant et dont les normales se situent dans différentes directions, ces bandes ne réfléchissant de l'image totale qu'une ligne décomposée en plusieurs sections et étant à chaque fois 40 associées à une lentille faisant converger lesdites sections sur 72 04216 J 2124582 l'écran photosensible d'un tube analyseur. Cette décomposition d'une ligne d'image en plusieurs sections qui sont individuellement renvoyées par une bande réfléchissante sur l'écran photosensible d'un tube analyseur présente, en particulier, plusieurs avantageas elle permet, d'une part, en choisissant judicieusement le nombre et la dimension des différentes bandes réfléchissantes ainsi que celle des lentilles correspondantes, de disposer d'une large plage de réglage pour le pouvoir résolvant et l'angle de l'image et, d'autre part, d'utiliser des tubes analyseurs à écrans relativement petits, par exemple de l'ordre de 1 pouce,d'où la possibilité de réduire l'importance des dispositifs électroniques pour les systèmes de déviation des différents tubes analyseurs; cet agencement des bandes réfléchissantes avec normales orientées en fonction de la direction permet, en outre, de limiter l'encombrement des tubes analyseurs. L'invention est particulièrement avantageuse attendu que grâce à la suppression des parties mécaniques mobiles on peut désormais confectionner l'ensemble du système au moyen de dispositifs connus simples, et techniquement faciles à contrôler. Il en résulte une réduction considérable du prix de revient du système de prise de vues et une remarquable simplification en ce qui concerne la coordination et l'ajustement de ses divers éléments. Dans les conditions très sévères qui régnent dans l'espace, cette simplicité de construction diminue les risques de défaillance du système de prise de vues dont la longévité est considérablement accrue par .rapport aux systèmes connus. De cette façon, on peut, par exemple, charger un satellite équipé du système de prise de vues selon l'invention de missions bien plus longues que celles prévues jusqu'ici. Avec le dispositif selon l'invention, il est aussi extrêmement facile de photographier l'objet en couleur sans qu'il soit nécessaire de recourir à des tubes analyseurs supplémentaires. A cet effet, la lentille faisant converger chaque bande réfléchissante sur l'écran photosensible d'un tube analyseur, est dotée d'un dispositif décomposant en plusieurs zones spectrales la lumière qui la traverse. Comme les différentes zones spectrales sont ainsi reproduites sur un seul écran, elles peuvent être balayées soit, l'une après l'autre, par un faisceau électronique, soit simultanément, par plusieurs faisceaux électroniques. Le système de prises de vue décrit, par suite de la reproduction ligne par ligne de l'objet à photographier et de la 72 04216 4 2124582 perspective axonométrique qui en résulte - à l'inverse de la perspective centrale résultant des systèmes de prises de vue conventionnels, - convient également pour les stéréophotos prises à haute altitude. On utilise alors deux systèmes de prises 5 de vues prenant la zone à photographier sous deux angles différents . La notion de relief, appelée également "plastique", de l'image stéréo dépend uniquement de cet angle entre les axes optiques des deux systèmes de prises de vues et non plus, comme 10 dans les procédés classiques, du format de l'image, de l'angle de l'image, de l'altitude du vol ou du rapport de recouvrement des deux photos. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limita-15 tif et illustré par le dessin annexé, sur lequel8 la figure 1 est un schéma de principe de l'invention permettant, à partir d'un satellite, de photographie"' ligne par ligne une zone de la surface terrestre au moyen de deux bandes réfléchissantes ; 20 la figure 2 est une vue en plan du système de prise de vues suivant la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective de l'agencement de deux bandes réfléchissantes; la figure 4 représente le trajet suivi par la radiation 25 avec une seule bande réfléchissante, pour photo en couleur; la figure 5 représente un mode de réalisation d'un système de prise de vues avec quatre tubes analyseurs; la figure 6 est une coupe suivant VI-VT de la figure 5; 20 la figure 7 représente la coordination spectrale et dans le temps dans le cas d'une photo en couleur avec quatre tubes analyseurs; la figure 8 est une vue en plan d'un écran photosensible d'un tube analyseur avec représentation schématique d'un 35 processus de balayage comprenant 4 zones spectrales. Le satellite 1 stabilisé, représenté par une ligne en traits mixtes sur la figure 1, porte un système de prise de vues 2 qui photographie, suivant différentes lignes 4, une zone de largeur b de la surface terrestre 3; le sens du déplacement 40 du satellite 1 est indiqué sur la figure 1 par la flèche 5 tracée 72 04216 5 2124582 sur la surface terrestre 3. La lumière partant de la ligne 4 est, dans le système de prise de vues 2, focalisée par un objectif 6 dans le plan de l'image de ce dernier sur deux bandes réfléchissantes 71 et 72. 5 Par souci de clarté, on n'a toutefois représenté sur la figure 1, que les rayons marginaux 8 traversant l'objectif, à savoir une section partielle 41 de la ligne 4 allant sur la bande réfléchissante 71 et une section partielle 42 allant sur la bande réfléchissante 72. Ces bandes réfléchissantes 71 et 72 ont une longueur 10 et une largeur correspondant à la ligne apparaissant dans le plan de l'image de l'objectif 6 et sont orientées de façon que les lentilles convergentes intermédiaires 91 et 92, puissent reproduire les sections partielles 41 et 42, également sous forme de lignes 111 et 112, sur les écrans photosensibles des tubes analyseurs, en 15 l'occurrence des vidicons 101 et 102. Les différentes lignes 111 et 112 sont, de façon connue, balayées par le faisceau électronique des vidicons 101 et 102, les impulsions de tension engendrées au cours du balayage par les différentes luminosités étant envoyées, après mémorisation,, à une 20 station réceptrice, non représentée, installée sur la surface terrestre 3. La photo d'ensemble de la zone est obtenue en rapprochant les différentes lignes 4, photographiées pendant le survol de la zone par le satellite 1, dans un centre de dépouillement terrestre approprié. 25 Les bandes réfléchissantes 71 et 72 sont, par exemple, réalisées en métallisant une couche de métal réfléchissant sur les prismes 121 et 122, le grand côté des bandes réfléchissantes coïncidant à chaque fois avec l'arête du prisme. Les prismes 121 et 122 sont placés côte à côte et décalés l'un par rapport à 30 l'autre de façon que les bandes réfléchissantes 71 et 72 puissent capter la ligne 4 de la zone à photographier et que le rayon lumineux dévié ne soit pas gêné dans sa trajectoire par les faces voisines du prisme, voir les figures 2 et 3. Le système de prise de vues 2 décrit ci-dessus peut 35 également, comme le montre la figure 4, prendre des photos en couîeur de la zone à photographier. Pour ce faire il suffit de remplacer les lentilles convergentes 91 et 92 représentées sur les figures 1 et 2 par deux lentilles 13 et 14 délivrant des rayons parallèles et en intercalant entre celles-ci un coin de 40 dispersion 15. La lumière provenant de la ligne 4 est décomposée 72 04216 6 2124582 par ce coin de dispersion 15 puis balayée suivant plusieurs zones spectrales, chacune d'elles occupant une ligne sur l'écran photosensible du tube analyseur. Pour la lumière se situant dans la zone visible et du proche infrarouge, quatre zones spectrales I à IV 5 se sont révélées particulièrement avantageuses. Ce sont: la zone spectrale I, se situant environ entre 0,5 /u et 0,6/u, la zone spectrale II se situant entre 0}6/u et 0,7/u, la zone spectrale III se situant entre 0,7/u et 0,85/u et la zone spectrale IV se situant entre 0,85/i et 1,0/u. 10 Les figures 5 et 6 représentent un dispositif pour prise de vues en couleur dans les quatre zones spectrales ci-dessus au moyen de quatre tubes analyseurs correspondant à une répartition de la ligne d'image en quatre sections partielles. Dans un bloc métallique 20 est fraisé un évidement cylindrique dans lequel 15 est logé le tube objectif 23 vissé sur le bloc 20 par des vis 22. Ce tube objectif 23 porte une lentille convergente 24 qui, bien entendu, peut être remplacée par un seul objectif constitué par plusieurs lentilles. La lentille convergente 24 captant la zone survolée par le satellite 1 focalise la ligne 4 de ladite zone 20 sur les bandes réfléchissantes 71 à 74 appliquées sur les prismes 121 à 124. Ces bandes réfléchissantes sont respectivement associées aux vidicons 101 à 104, qui comme le montrent la figure 6 et les différentes coupes partielles (lignes de coupe V) de la figure 5, sont décalés les uns par rapport aux autres de façon à 25 tirer le meilleur parti possible de la place disponible. Le faisceau lumineux dévié par les bandes réfléchissantes 71 à 74 est décomposé dans les lentilles 251 à 254 décrites ci-dessus et recueilli sur l'écran photosensible des vidicons 101 à 104. Les quatre zones spectrales I à IV peuvent ainsi être re— 30 présentées par quatre lignes 261 à 264 et sont, dans chaque vidicon 101 à 104, balayées l'une après l'autre par un seul faisceau électronique 27, voir figure 7 ou simultanément par quatre faisceaux électroniques (non représentés). Pour obtenir une coordination exacte .entre.le faisceau 35 électronique 27 et les différentes lignes spectrales 261 à 264 pendant le balayage, le rayon électronique 27 balaye à chaque fois une zone dépassant ces lignes 261 à 264 et franchit l'un après l'autre deux repères de balayage circulaires 281 et 282, chacun disposé symétriquement par rapport à la limite inférieure et 40 supérieure d'une ligne spectrale 263. En cas d'une coordination 72 04216 7 2124582 symétrique, les impulsions de tensicn en résultant présentent la même grandeur et 3a mène forme. Si le faisceau électronique 27 pendant le balayage, par suite d'une erreur qu'il est inutile de préciser ici, n'est plus exactement symétrique à une des lignes 5 spectrales 261 à 264, là coordination entre les lignes spectrales et le faisceau électronique est à nouveau rétablie par un réglage, non représenté, actionné par des impulsions de tension délivrées ■ lors du balayage des repères. Pour reproduire toutes les lignes sur les quatre écrans 10 des vidicons 101 à 104, il convient de réaliser une coordination spectrale dans le temps du balayage dans les différents vidicons 101 à 104. Une Solution pour résoudre ce problème est illustrée sur la figure 8. Dans cette solution, chacune des quatre zones spectrales I à IV est balayée l'une après l'autre par chaque 15 vidicon 101 à 104 pendant le temps de balayage t (référence S» entre parenthèses), de sorte que par exemple pour un temps de balayage t de250yus, une ligne de l'objet est balayée dans les quatre zones spectrales pendant 4 ms. Le dispositif décrit ici pour la reproduction d'une ligne 20 d •un'objet en quatre sections partielles par quatre vidicons présente, en particulier, l'avantage que l'on peut utiliser des vidicons à petit écran, par exemple de 1 pouce,dans lesquels les dispositifs électroniques destinés à dévier le faisceau électronique 27 sont très réduits. Afin de pouvoir balayer les quatre 25 zones spectrales I à IV ci-dessus avec le vidicon, la sensibilité spectrale de l'écran photosensible doit être d'environ 0,4 à ljl^u, ce qui est d'ores et déjà possible avec les écrans au silicium dont on dispose de nos jours. Le système électronique de encore balayage peut être/simplifié, attendu que l'on n'utilise pas la 30 grandeur totale de l'image de l'écran photosensible, ce qui avec un vidicon dé 1" donnerait une image de 9,6 x 12,8 mm, mais seulement une étroite bande d'environ 12 mm de longueur et de 0,01 mm de large par zone spectrale. Si comme pouvoir résolvant de l'écran au silicium on 35 prend 50 lignes par millimètre, on peut, par exemple avec un satellite survolant la surface terrestre à une hauteur de 900 km, reproduire une zone de 160 km de large avec un pouvoir résolvant d'environ 66 mètres, si l'objectif 6 a une distance focale de 270 mm et un diamètre d'environ 66 mm. 40 En cas de grande distance focale, pour pouvoir réduire 72 04216 » 2124582 la dimension de tout le dispositif, il est, par exemple,possible, à la place de l'objectif 24 illustré sur la figure 8 d'utiliser un objectif à miroir type-Cassegrain avec lentille intermédiaire négative. 5 Le système de prise de vue décrit ci-dessus est avantageusement utilisé dans les satellites destinés à photographier la surface de la terre, de la lune ou des planètes. Le rapprochement des différentes séries d'images en vue de constituer l'image complète peut être effectué par le mouvement propre du 10 satellite lorsqu'il survole l'objet à photographier ou par rotation du satellite autour d'un axe parallèle à la ligne d'image ou encore par une combinaison de ces deux méthodes, cette dernière permettant en plus d'augmenter le pouvoir résolvant attendu que la vitesse effective du point final de l'axe optique, supposé allongé, du 15 système de prise de vues est diminuée sur l'objet. Par ailleurs, ce mouvement propre du satellite nécessaire pour rapprocher les différentes lignes d'image peut également être remplacé par un miroir rotatif. Pour effectuer des mesures et pour obtenir des infor-2D mations plus précises sur la zone survolée, on peut placer dans un même satellite deux systèmes de prises de vues photographiant la zone sous un angle différent. L'angle entre les axes optiques des deux systèmes prises de vues constitue alors une dimension pour la plastique de l'image stéréo obtenue, de sorte qu'il est 25 possible de prendre des stéréophotos à de hautes altitudes. 72 04216 2124582 REVENDICATIONS 1. Procédé pour photographier un objet à partir d'un engin volant stabilisé survolant ledit objet en le reproduisant ligne par ligne sur un écran photosensible d'un tube analyseur 5 électronique, au moyen d'éléments mécaniques non mobiles, caractérisé par le fait qu'à partir du plan de l'image d'un objectif reproduisant l'objet à photographier, on fait dévier une ligne qui est décomposée en plusieurs sections et qu'on projette à chaque fois chacune de ces sections sur un écran photosensible d'un tube 10 analyseur. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé pour photographier un objet à partir d'un engin volant stabilisé survolant ledit objet en le reproduisant ligne par ligne sur un écran photosensible d'un tube analyseur au moyen d'éléments mécaniques 15 non mobiles selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans le plan de l'image d'un objec-tif captant l'objet à photographier, on juxtapose sans joint plusieurs bandes réfléchissantes transversalement au sens de déplacement de l'engin volant et dont les normales se situent dans différentes directions, ces bandes ne 20 réfléchissant de l'image totale qu'une ligne décomposée en plusieurs sections partielles et étant à chaque fois associée,s à une lentille faisant converger lesdites sections sur l'écran photosensible d'un tube analyseur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé 25 par le fait que la lentille faisant converger chaque bande réfléchissante sur l'écran photosensible d'un tube analyseur est doté d'un dispositif décomposant en plusieurs zones spectrales la lumière qui la traverse. 4. Dispositif sslc-n la revendication 3, caractérisé 30 par le fait que chaque bande reilcoliissantô est appliquée sur la surface d'un prisme de façon que le grand côté de la bande réfléchissante coïncide avec l'arête du prisme. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que .nuatre tubes analyseurs, ehaeun associé à une bande 35 réfléchissante, sont disposés dans des évidements d'un bloc de façon que les lignes reproduites sur les différents écrans des tubes analyseurs soient parallèles entre elles, mais perpendiculaires à l'axe optique de l'objectif.