Brevet FR2125468A1 — publié le 19720929

La présente invention est relative à des systèmes d'observation dans des milieux troubles. Quand un objet plongé dans un milieu trouble tel que du brouillard ou de 1* eau est éclairé par un projecteur, un observateur placé près de cette source de 5 lumière voit l'objet à travers un voile de lumière diffuse réfléchie. Au fur et à mesure que la distance augmente par rapport à l'observateur, l'objet contraste de moins en moins par rapport à son entourage et disparaît finalement dans le voile de lumière. Quand la visibilité est ainsi entravée par la lumière diffuse réfléchie, 10 une augmentation de l'intensité lumineuse ne fait qu'augmenter 1'éblouissement et n'augmente pas la distance à laquelle l'objet peut être observé. Une technique qui réduirait la quantité de lumière diffuse réfléchie qui atteint l'observateur sans réduire proportionnellement 1'éclairement de l'objet, augmenterait le contraste de l'objet par rapport à son entourage et permettrait de ce fait 15 l'observation de l'objet d'un endroit plus éloigné. La méthode la plus simple pour augmenter la visibilité dans un milieu trouble consiste à placer la source lumineuse aussi loin que possible de l'observateur et aussi près que possible de l'objet à observer. Toutefois, pour la plupart des applications, cela est impossible ou peu pratique. 20 Une autre méthode simple consiste à éclairer l'objet par une source de lu mière polarisée et à l'observer à travers un filtre polarisé, orienté perpendiculairement par rapport à la direction de polarisation de la source. La lumière diffuse réfléchie est fortement polarisée, tandis que la lumière de l'objet ou de la cible observée est dépolarisée suite à des réflexions multiples à la sur-25 face irrégulière de celui-ci. Bien que cette méthode soit relativement peu coûteuse, elle est extrêmement peu rentable du point de vue utilisation de l'intensité lumineuse et ne s'applique qu'aux courtes distances. Le système d'observation qui permet l'utilisation la plus efficace d'une source lumineuse comprend un explorateur à spot mobile, combiné avec un récep-30 teur d'observation. La scène observée est explorée suivant deux dimensions, par exemple, par un faisceau de Laser ou par un explorateur à tube à rayons cathodiques à spot mobile. Un tube de réception séparateur d'images suit le spot éclairant de lumière et transforme les variations d'intensité de la lumière réfléchie en un signal video utilisable pour la reproduction immédiate ou l'emmagasinage. 35 De toute façon, la partie réceptrice du système est complexe et une fréquence élevée d'exploration est nécessaire dans l'une des deux dimensions analysées aussi bien dans le cas du laser que dans le cas du tube à spot mobile et, par conséquent, une réalisation mécanique simple est impossible. L'objet de la présente invention est d'éviter les inconvénients évoqués ci-40 dessus. A cet effet, la présente invention réside en un système d'observation 72 04973 2 2125468 caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen pour former et déplacer une longue bande pour assurer le balayage d'une scène ou un plan éloigné et un moyen récepteur pour recevoir de la lumière réfléchie du plan comprenant un moyen d'exploration fonctionnant au synchronisme avec le dit premier moyen pour rece-5 voir seulement de la lumière réfléchie venant de la bande d'exploration. Suivant la présente invention, le faisceau lumineux est de forme telle qu' il peut définir une zone lumineuse allongée ou bande sur un plan éloigné. Un moyen de réception est prévu pour recevoir la lumière réfléchie venant du plan T éloigné et comprend un moyen d'analyse qui peut fonctionner au synchronisme 10 avec l'exploration du faisceau lumineux de manière à ne recevoir que la lumière réfléchie venant de la surface de la dite bande. Par une unique analyse entre des première et seconde limites de visibilité, une image complète de la scène à observer peut être obtenue. En prévoyant des cycles répétés d'exploration, on peut obtenir une observation réelle dans le 15 temps de la scène. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement en se référant à la description qui va suivre de deux réalisations préférées, montrées uniquement à titre d'exemples aux dessins annexés. Sur ces dessins: - Les figures 1 et 2 illustrent le problème associé à l'observation dans un 20 milieu trouble, la figure 2 étant une vue en plan de la figure l. - Les figures 3 et 4 illustrent la présente invention, la figure 4 étant une vue en plan de la figure 3. - La figure 5 est un diagramme dont la courbe représente l'intensité lumineuse d'une bande à analyser illustrée à la figure 3. 25 - La figure 6 représente avec plus de détails une réalisation de l'agencement montré à la figure 3 et - Les figures 7 et 8 représentent une autre réalisation de l'agencement de la figure 3, la figure 8 étant une vue en plan de la figure 7. A titre d'exemple, la présente invention sera décrite par rapport à un mi-30 lieu sous-marin. A la figure 1, un observateur 10 examine une scène éloignée 12, éclairée par une source lumineuse 14 à travers un milieu trouble tel que de 1' eau 16. Du fait que la source lumineuse éclaire une vaste étendue et que l'observateur voit la même étendue, il y a un volume d'eau considérable à l'avant-plan qui est commun au champ d'éclairement et au champ de vision de l'observa-35 teur. C'est la lumière réfléchie de ce volume, représenté à la figure 2 par le triangle a, b, c, qui voile la scène et réduit les contrastes, diminuant ainsi le champ visuel. L'observateur 10 et la source lumineuse 14, peuvent se trouver dans un logement 18 qui, par exemple, peut être sous-marin (véhicule submersible), ce qui 40 exclut la possibilité de choisir une trop grande distance entre l'observateur et 72 04973 3 2125468 la source lumineuse. Du fait que 1'éclairement diminue au fur et à mesure que la distance augmente par rapport à la source lumineuse, la lumière diffuse réfléchie d'un volume d'eau à proximité du point b relativement proche de la source lumineuse, est beaucoup moins intense que la lumière diffuse réfléchie d'un 5 volume d'eau équivalent proche de la scène. Si le volume d'eau commun au faisceau de lumière et au champ de vision de l'observateur peut être réduit, et être écarté davantage de la source lumineuse et de l'observateur, le voile luminescent se réduit et les contrastes s'améliorent. L'agencement suivant l'invention, représenté aux figures 3 et 4, permet d'arriver à ce résultat. 10 Un premier moyen, en l'occurrence un émetteur 20 est conçu pour engendrer, projeter et déplacer un faisceau lumineux 22 dont l'axe est désigné par A, à travers un champ de vision. Le faisceau de lumière 22 est de forme telle qu'une intersection du faisceau avec un plan 24 éloigné quelconque d'une scène à observer, détermine une zone lumineuse allongée 26, déplaçable aux fins d'explorati-15 on. Bien que cela ne soit pas indispensable, de préférence, l'exploration a lieu dans une direction perpendiculaire à la longueur de la bande 26, en direction de la flèche S. Un moyen récepteur 30 est agencé pour pouvoir fonctionner au synchronisme avec le moyen émetteur pour recevoir la lumière réfléchie de la surface de la 20 bande lumineuse 26. Le champ de vision du moyen récepteur est limité à un faisceau récepteur 32 dont l'axe est désigné par A' et dont la coupe avec le plan éloigné 24 est un rectangle se superposant à la bande lumineuse 26. Ainsi, le faisceau 32 reçoit les réflexions de la bande 26. Le balayage du faisceau récepteur 32 suit celui du faisceau lumineux 22. 25 Ainsi, le faisceau 32 reçoit de la lumière venant de tous les points de la scène pendant le trajet d'une seule exploration. Un moyen de synchronisation 36, raccordé au moyen émetteur 20 et au moyen récepteur 30, permet de coordonner au synchronisme le balayage de ces deux dispositifs. L'appareillage peut notamment être orienté et commandé pour observer le fond de l'eau. 30 La figure 4 est une vue en plan de la figure 3. Suivant un mode de foncti onnement, le faisceau lumineux 22 balaye de façon répétée un champ de vision entre des points 0Q et 0j qui en pratique peut être un champ de vision angulaire d'environ 30° ou moins. Avec le faisceau limité 22 et le faisceau limité récepteur 32, le volume dans lequel apparaît la lumière diffuse réfléchie principale 35 est maintenant a', b', c', qui est beaucoup plus petit et beaucoup plus éloigné de la source lumineuse que le volume correspondant a, b, c, de la figure 2. Le voile de lumière diffuse réfléchie est de ce fait fortement réduit et le contraste augmente. Il faut noter qu'un volume correspondant équivalent existe de l'autre côté du plan 24 et ce volume est repéré a1, b'^, c'. A l'instant repré-40 sente à la figure 4, le récepteur voit la lumière réfléchie de réception de 72 04973 4 2125468 bande venant d'une cible n'importe où dans le volume a', b', c', b'j, la distance de b' à b'j étant la profondeur d'un champ éclairé de l'appareil ajusté au plan 24. Le moyen récepteur 30 comprend certains types de moyens d'intégration ou 5 d'emmagasinage dont il sera question ci-après. Si le moyen d'emmagasinage est simplement un film photographique, la scène qui doit être observée ne doit alors être explorée qu'une seule fois de 0^ à 0^ de manière à obtenir une représentation visuelle. Pour une observation réelle dans le temps, il est souhaitable T que l'exploration s'effectue suivant des cycles d'analyse répétés. Un tel pro-10 gramme d'exploration est représenté à la figure 5 où le temps est porté sur 1' axe horizontal et le déplacement angulaire du faisceau de lumière 22 sur l'axe vertical. Au temps t^, l'axe du faisceau lumineux 22 est à la position 0Q. Le déplacement angulaire augmente ensuite avec le temps jusqu'à ce que le faisceau de lumière ait balayé toute la scène jusqu'à l'autre limite 9j où il s'inverse 15 au temps tj pour balayer en retour, à la même vitesse, jusqu'à la limite 0Q. Le balayage est répété pour fournir une représentation réelle dans le temps et du fait que le balayage ne s'effectue que suivant une seule dimension, la fréquence de balayage peut être relativement basse, par exemple 50 hertz au moins, et par conséquent, le système de balayage se prête à une mise en oeuvre par des 20 moyens mécaniques relativement simples. Un exemple d'un tel agencement est illustré aux figures 3 et 4, et représenté plus en détail à la figure 6. Le moyen émetteur prévu pour engendrer un faisceau lumineux et pour le faire déplacer comprend une source lumineuse 40, par exemple, une lampe à arc allongée disposée en arrière et au foyer d'une 25 lentille 42. Un premier oscillateur mécanique 44 peut fonctionner sous le contrôle d'un moyen de synchronisation 36 de manière à déplacer la lentille 42 suivant des cycles de balayage répétés dans la direction de la flèche 45. Grâce à la lampe à arc fixe 40 et à la lentille mobile 42, un faisceau de balayage ayant la forme illustrée à la figure 3 est projeté sur le champ de vision. Le 30 récepteur 30 comprend une caméra de télévision 47 munie d'un tube de prise de vue. Un écran 52 percé d'une ouverture allongée 53 orientée dans la même direction générale que la bande allongée de lumière qui effectue le balayage de manière à en recevoir la lumière réfléchie, est placé devant la lentille 49 de la caméra 47. L'ouverture 53 suit la bande de lumière et se déplace au synchronis-35 me avec celle-ci grâce à un deuxième oscillateur mécanique 56 placé sous le contrôle du moyen de synchronisation 36 pour assurer le déplacement de l'écran 52 dans la direction de la flèche 57. Les premier et second oscillateurs mécaniques 44 et 56 peuvent être, par exemple, des cames tournantes de configuration prédéterminée, la lentille 42 et 40 l'écran 52 étant respectivement raccordés à un suiveur de came. Les cames sont 72 04973 5 2125468 profilées de manière à déterminer un programme de balayage comme indiqué à la figure 5. Le signal de sortie de la caméra de télévision 47 peut être emmagasiné pour une reproduction ultérieure ou, comme indiqué à la figure 6, appliqué à un moyen 5 60 de traitement de signaux et de reproduction. Une réalisation relativement simple de l'invention est illustrée aux figures 7 et 8, la figure 8 étant une vue en plan de la figure 7. Un écran 65 est pourvu d'une première et d'une seconde ouverture allongées 67 et 68 sensiblement parallèles, l'ouverture ou fente 67 servant à la projection et l'ouverture ou 10 fente 68 servant à la réception de la lumière. Derrière la fente 67 se trouve une source lumineuse 70 dont la dite fente délimite un faisceau lumineux 72 de caractéristiques semblables à celles du faisceau lumineux 22 des figures 3 et 4. Un observateur 75 est placé derrière la fente 68 de manière que son oeil puisse détecter la lumière réfléchie de la bande lumineuse 77 de balayage. Un 15 oscillateur mécanique 80 est raccordé à l'écran 65 pour assurer le déplacement de celui-ci dans la direction de la flèche 81 suivant des cycles de balayage répétés de façon que la bande lumineuse 77 balaye une scène éloignée 83. Lorsque le processus de balayage se déroule, l'oeil de l'observateur détecte un champ de vision limité, tel qu'indiqué par le volume 86. Comme, l'oeil hu-20 main intègre les sensations visuelles pendant plusieurs dizaines de secondes, une fréquence de balayage relativement faible peut être utilisée, par exemple, 30 à 50 balayages par seconde. Dans ces conditions, l'observateur a encore l'impression que toute la scène est éclairée. Pour une vision stéréoscopique normale, une troisième fente pourrait être 25 prévue pour l'autre oeil de l'observateur. 72 04973 6 2125468 REVENDICATIONS. 1. Système d'observation caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen pour engendrer et déplacer une bande de lumière allongée pour assurer le balayage d'une scène éloignée et un second moyen fonctionnant au synchronisme avec le 5 dit premier moyen pour ne recevoir que la lumière réfléchie venant de la surface de la dite bande. 2. Système d'observation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dit balayage s'effectue suivant une direction perpendiculaire à l'extension longitudinale de la dite bande de lumière allongée. 10 3. Système d'observation suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le dit balayage s'effectue suivant des cycles répétés. 4. Système d'observation suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le dit premier moyen engendre un faisceau lumineux d'une forme telle que son intersection avec un plan perpendiculaire à l'axe de ce faisceau, défi- 15 nit la dite bande de lumière allongée. 5. Système d'observation suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le second moyen comprend un récepteur incorporant un moyen d'exploration ayant une ouverture allongée, orientée dans la même direction que la dite bande de lumière allongée, pour recevoir la lumière réfléchie venant de celle-ci et un moyen pour 20 synchroniser le balayage de la dite bande lumineuse avec le dit moyen d'exploration afin que la lumière réfléchie passe par la dite ouverture allongée pendant le balayage de la scène. 6. Système d'observation suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le dit récepteur est sensible à la lumière réféléchie pour fournir un signal de 25 sortie correspondant et en ce qu'il comprend un moyen de traitement et de reproduction de signaux sensible au dit signal de sortie pour fournir une information visuelle. 7. Système d'observation suivant l'une des revendications de 1 à 6, caractérisé en ce que le dit premier moyen engendre et déplace la dite bande de lumière 30 allongée entre des première et seconde limites angulaires définissant un angle de moins de 30°. 8. Système d'observation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un écran percé d'une première et d'une seconde ouvertures allongées, parallèles entre elles, le dit premier moyen projetant de la lumière à travers 35 la première ouverture vers la dite scène éloignée et la dite seconde ouverture étant destinée à recevoir la dite lumière réfléchie, et un moyen pour déplacer le dit écran de manière que la dite lumière balaye la dite scène.