Brevet FR2226793A1 — publié le 19741115

La présente invention concerne des perfectionnements à l'amélioration de la vision en milieu diffusant.Elle est plus particulièrement destinée aux opérations astronomiques ainsi qu ?à la localisation d'objets dans une ambiance diffusante (par exemple atmosphère brumeuse). On dispose déjà de diverses méthodes pour déterminer tous les détails d'une image dTun objet qui est insuffisante telle qu'elle apparaît à lToeil,par exemple sur des clichés astronomiques,des photographies aériennes, des clichés radiologiques etc...Ces méthodes nécessitent la prise préalable de photographies et un appareillage approprié de traitement,ctest-à-dire qu'un temps assez long s'écoule toujours avant que l?on puisse obtenir les renseignements désirés. I1 est évidemment utile de pouvoir disposer pratiquement sans délai dtinformations concernant la position ou ltexistence d'un objet dans une ambiance diffusante, par exemple dans une brume plus ou moins épaisse. Pour l'analyse des clichés et photographies précités, on a proposé entre autres l'utilisation d'un système optoélectronique transformant la distribution spatiale des éclairements en un signal électronique fonction du temps5qui est ensuite traité dans un calculateur approprié. Si l'on considère par exemple un objet situé dans un milieu brumeux, c'est-à-dire à une distance relativement faible dans un brouillard ou à une grande distance dans l'atmosphère,- cet objet émet un signal (signal localisé) faible qui est superposé à un signal fort (signal de fond) sensiblement uniforme dû au milieu diffusant (brouillard ou "épaisseur" de l'atmosphère).Le problème que se pose l'invention peut donc être résolu si l'on réussit à isoler le signal localisé du signal uniforme considérablement plus grand que le signal localisé.A cet effet l'invention consiste alors essentiellement à recevoir les deux signaux superposés formant une image de l'objet et du milieu diffusant, à analyser cette image,par points ou par lignes, à éliminer le signal de fond à partir de sa valeur moyenne et à intégrer pendant un temps dnnné (de manière à augmenter le rapport signal/bruit)le signal localisé dans au moins une mémoire dtoù il est envoyé à l'affichage par lecture ou sur écran. L'élimination du signal de fond peut être faite par points, groupes de points ou lignes. Il y a lieu de noter que,dans tous les cas, le signal fort ou bruit se décompose en fait en un signal continu auquel s'ajoute un signal aléatoire; l'élimination électrjnique de partie continue du signal fnrt est possible par soustraction et ne pnse aucun problème, il reste à extraire le signal faible de la partie aléatoire du signal fort, c'est-à-dire , du bruit.Si l'on intgre pendant un temps suffisamment long, le bruit croit prupur- tiornellement à la racine carrée de la durée d'intégration,alurs que le signal utile croit proportionnellement à cette durée,quand le signal de diffusion suit une loi poissvnnienne. I1 s'ensuit que le rapport signal sur bruit croit comme la racine carrée du temps d'intégration,comme le montre facilement ce calcul. L'invention concerne également un appareillage pour la réalisation de l'invention. Cet appareillage est caractérisé en ce qu'il est constitué par une optique d'entrée, de préférence du type ZOOM, orientable dans la direction de l'objet à localiser, par une caméra d'échantillonnage du signal information reçu à raison d'un nombre n d'images par seconde , la caméra étant reliée d'une part à l'entrée d'un commutateur par l'intermédiaire d'un amplificateur i faible bruit, par un photomultiplicateur monté entre la sortie de l'objectif et l'entrée de la caméra de manière à fournir la valeur instantanée du flux reçy, par un détec-- teur de la valeur moyenne du flux relié d'une part à la sortie du photumultiplicateur et d'autre part au commutateur, par un syn- L'optique d'entrée est choisie telle qu'elle donne d'un objet, une image sur la caméra comprenant suffisamment de points pour la définition,de l'objet La caméra est constituée par un tube analyseur d'image associé à un intensificateur type S.I.T. Caméra tube (silicon integrated target) et par ses circuits annexes (balayages, commande d'électrudes). Le commutateur est cummandé de manière à assurer les ouvertures et fermetures de portes analogiques en fonction de l'information reçue de la synchronisation. Selon une variante avantageuse, la caméra d'échantillvnage est reliée à l'entrée d'un soustracteur de valeur moyenne par l'intermédiaire d'un amplificateur à faible bruit par un commutateur assurant les différentes séquences lequel est piluté par un synchronisateur relié à la caméra, au soustracteur de valeur moyenne et au commutateur, par au moins une mémoire reliée au commutateur et par un écran de visualisation relie au commutateur, le synchronisateur comportant une horloge avec les éléments des commandes de soustraction, de lecture et d'écriture de la mémoire, de visualisation ainsi que les synchrunisations lignes et trames Si lTun désigne par SL le signal lu en un point et par P une cunstante de transfert en un point où existe un signal: SL = P (#D + #s) où #D est le flux dû à la diffusion et #S le flux signal. en un point où n'existe pas de signal: 5,L I1 s'agit d'obtenir: SL - S'L Mais quand D suit une lui poissonnienne, il se décompose en un signal cç,ntinu #D plus une valeur aléatoire qui est l'écart type de D. Ce signal cuntinu représente la valeur moyenne de On détectera duno la valeur moyenne de 4 et un mettra en mémoire le signal global. Le premier signal mis en mémoire sera donc pour #S # #D La mémuire peut autre, par exemple un tube à mémoire servant de source à une visualisation. En négligeant les bruits du tube à mémoire , on peut summer le signal de ce tube à mémoire avec le signal donné par la caméra pour former une deuxième image dans un second tube à mémoire, tout en retranchant le signal moyen #D2. Dans le second tube à mémoire, on a donc: la sommation du bruit étant quadratique. Au bout de la n-ième image,le signal intégré deviendra n et le rapport signal sur bruit sera comme: D'après ce qui précède, la soustraction de la valeur moyenne se fait en prenant la valeur moyenne du flux sur toute l'image. On peut aussi mesurer la valeur continue d'une ligne et la retrancher à la ligne suivante, ce qui fournit une meilleure solution. Dans une variante , on peut prendre la valeur moyenne du flux ligne par ligne on peut aussi mesurer la valeur moyenne d'une image et la retrancher à l'image suivante. Une truisième solution consiste à retrancher la valeur moyenne point par point ou groupe de points par groupe de points. Autrement dit, le rapport signal/ bruit augmente avec le nombre d'images dont les signaux sont intégrés; la caméra a une certaine résolution c'est-à-dire donne un certain nombre de pints/image elle a une cadence d'échantillon- nage qui s'exprime par le nombre n d'images par seconde (n/s). Quant au signal de sortie, c'est un signal vidés obtenu a6noyen d'un balayage ligne par ligne. Dans tous les cas la direction de l'éclairement ambiant faisant ùn angle c( avec l'axe optique, quelle que soit la diffusion du milieu ambiant,un admet que la variatiun d'éclairement suivant sa direction est négligeable. Ceci est acceptable du fait que le milieu optique en cause peut être considéré comme un milieu "optiouement mince. Ainsi le flux parasite dû à la diffusion atmosphérique, reçu par l'image sera homogène sur tout le nlan de cette image. Des calculs muntrent que le rapport flux signal flux diffusé est : S -I,d me Le calcul montre que, dans des conditions, le contraste C s'exprime par la formule e -kd e- kd + kd La focale de l'objectif utilisé est d'après les mêmes calculs, en supposant que le flux om concerne 100 points, définie par f = 10-2 f s'exprime en centimètre et d (distance d'ubservation) en mètres; k est un coefficient qualifiant la brume, ce coefficient a été déterminé et prend en général la valeur suivante: k = 0,07 pour une brume épaisse k = 0,007 pour une brume moyenne et k = 0,0007 pour une brume fine. Les diverses figures des dessins ci-joints représentent: Fig .1 le signal 1 reçu en vue du traitement d'une ligne, Figea le signal vidéocomposé du flux signal 2 et du flux diffusé 3, Fig.2b le signal vidéo composé à la sortie de la caméra du flux signal 2 et du flux moyen diffusé 4 Fig.3 le signal vidéo tel qu'il apparaît après la sous- traction du signal de fond (valeur moyenne) Fig.4 le signal vidéo après traitement selon 1 T inventiGn, où l'on apprécie le contraste Fig.5 le schéma synoptique de l'appareillage selon l'in vent ion Fig.6 est un schéma d'une variante. L'appareillage représenté schématiquement en figure 5 com- prend une optique d'entrée 6 (ZOOM) qui reçoit le faisceau 7 de photons S et D.Un renvoi 4miroir semi transparent ou autre) 8 laisse passer la partie de faisceau 7' vers la caméra 9 assurant n images par seconde > et la partie de faisceau 7 vers le photomultiplicateur 10 dont la sortie est reliée à un détecteur de la valeur instantanée du flux et calculateur de valeur moyenne 11. Un synchronisateur 12 est relié à la caméra 9 pour assurer la séqaence correcte du traitement. Dans le même but le synchronisateur 12 est également relié au détecteur de moyenne- 11, ainsi qu a un commutateur 13 branché lui-même sur une sortie du détecteur 11. Entre la caméra 9 et le commutateur 13 est monté un amplificateur 14 à faible bruit. Deux tubes à mémoire 15 et 16 pour lecture et écriture, par exemple du type R.C.A. N" C 22041 sont reliés au commutateur 13 sur lequel est enfin branché un écran 17 de visualisation. En figure 6, l'appareillage comprend une optique d'entrée 6 qui reçoit le faisceau 7. Ce faisceau est ici repris par la caméra 18 reliée à un générateur de synchronisation 19 et à un amplificateur 20 à faible bruit. Une seconde sortie du générateur 19 est reliée à un soustracteur de valeur moyenne 21 et une troisième sortie du générateur est reliée à un commutateur 22 lui-même branché sur la sortie du soustracteur 21. Le commutateur 22 comporte d'autre part trois sorties respectivement reliées à un tube mémoire 23, à un tube mémoire 24 et à un écran de signa libation ou visualisation 25. Le soustracteur 21 reprend le signal amplifié et le traite ligne par ligne à la sortie du soustracteur 21 les signaux sont repris par le commutateur 22 qui aiguille le signal soustracteur de moyenne sur un des tubes 23 et 24 et sur l'écran 25.Comme tubes à mémoire on peut utiliser par exemple des tubes du type Thomson TtE 1239. L'appareillage ci-dessus permet de traiter les informations en temps réelle calcul montre que la durée maximale favorable de traitement est égale à 1 seconde. Avec une caméra échantillonnant 100 images par seconde,le contraste correspWndant sera multiplié par 10. I1 s'agit de déterminer si un objet existe à une distance inférieure å d , de l'observateur. Cette distance maximale de visien, d , est fonction de l'état de la brume. Pour une position moyenne donnée du zoom,on effectue un traitement de cent images et on visualise l'image traitée. Si un objet n'apparat pas sur l'écran, deux hypothèses peuvent être faites: - ou il n'y a pas d'objet dans le champ de l'appareil - ou il y a un objet,mais le signal provenant de cet objet est trop atténué par la brume (trop dense, Qu parce que l'objet est trop éloigné). Si un objet apparaît sur llécran,on on affine la défini- tion en faisant varier le zoom. Si l'on désire opèrer sans contrainte de durée,on travaillera avec le mme appareillage que ci-dessus. Toutefois, comme le temps de mémorisation des tubes est limité, il est alors nécessaire de basculer l'information du tube à mémoire 15 dans le tube à mémoire 16 , et réciproquement. Cette opération nécessite une légère modification du générateur de synchronisation. Ici également > un écran de visualisation permet de se rendre compte de la bonne marche du traitement. Avec ce second mode de traitement, il est intéressant de mémorisergsous forme de photographies3 l'image définitive à cet effet, on peut adapter un appareil photographique type "Polaroîd" sur l'écran de visualisation. Que l'on opère en temps réel ou sans contrainte de durée, on peut combiner les appareillages pour constituer un dispositif optique de triangulation permettant des déterminations de coordonnées. -REVENDICATIONS 1. Perfectionnements à l'amélioration de la vision en milieu diffusant créant un signal fort,d'un objet créant un signal localisé, caractérisés en ce que l'on reçoit les deux signaux superposés formant une image de l'objet et du milieu diffusant,que l'on analyse cette image - par points ou par lignes,que l'on élimine le signal de fond à partir de sa valeur moyenne,et que lton intégre pendant un temps donné (de manière à augmenter le rapport signal/ bruit) le signal localisé dans au moins une mémoire d'où il est envoyé à l'affichage par lecture ou sur écran. 2. Perfectionnements selon la revendication 1, caractérisés en ce que l'élimination à partir de la valeur moyenne du signal de fcnd est faite par points Uu groupes de points,par ligne ou par image. 3. Appareillage pour la réalisation des perfectionnements selon la revendicaticn 2 caractérisé en ce qu'il est constitué par une optique d'entrée, de préférence du type ZOOM, orientable dans la direction de l'objet à localiser , par une caméra d'échantillonnage du signal information reçu à raison d'un nombre n d'images par seconde , la caméra étant reliée d'une part à l'entrée d'un commutateur par l'intermédiaire d'un amplificateur à faible bruit, par un photomultiplicateur monté entre la sortie de l'objec- tif et l'entrée de la caméra de manière à fournir la valeur instantanée du flux reçu, par un détecteur de la valeur moyenne du flux relié d'une part à la sortie du photomultiplicateur et d'autre part au commutateurS par un synchronisateur relié à la caméra, au détecteur de valeur moyenne et au commutateur,par au moins une mémoire reliée au commutateur et par un écran de visualisation relié au commutateur , le synchronisateur comportant une horloge avec les éléments des commandes de soustraction de lecture et d'écriture de la mémuire,de visualisation ainsi que les synchros lignes et trames. 4. Appareillage pour la réalisation des perfectionnements selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il est constitué par une optique d'entrée, de préférence du type ZOOM, orientable dans la direction de l'objet à localiser, par une caméra d'écran tillonnage du signal information reçu à raison d'un nombre n dti- mages par secunde,la caméra étant reliée d'une part à l'entrée d'un commutateur par l'intermédiaire d'un amplificateur à faible bruit, par un soustracteur de la valeur moyenne du flux relié d'une part à la sortie de l'amplificateur et d'autre part au commutateur, par un synchronisateur relié à la caméra, au soustracteur de valeur moyenne et au commutateur > par au moins une mémoire reliée au cbmmutateur et pat écran de visualisation relié au commutateur, le synchronisateur comportant une horloge avec les éléments des commandes de soustraction de lecture et d'écriture de la mémoire, de visualisation ainsi que les synchronisations des lignes et trames. 5.Perfectionnements selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisés en ce que l'optique d'entrée est choisie telle qu'elle donne d'un objet,une image sur la caméra comprenant suffisamment de points pour la définition de l'objet 6. Perfectionnements selon l'une quelconque des revendica tions 3 et 5 caractérisés en ce que le commutateur est commandé de manière à assurer les ouvertures et fermetures de portes analo- giques en fonction de l'inSormation reçue de la synchronisation.