Brevet FR2498764A1 — publié le 19820730

La présente invention concerne un procédé d'étalonnage de dispositifs de balayage pendant leur fonc- tionnement, notamment de dispositifs de balayage linéaires pour des aéronefs et des véhicules spatiaux, ainsi qu'un montage pour l'exécution du procédé. La prise de vue d'objets, comme la surface de la terre et/ou les nuages qui se trouvent au-dessus d'elle, dans la région visible du spectre,dans le proche infrarouge ou dans l'infrarouge thermique par des aéronefs ou des véhi- cules spatiaux en vue d'obtenir des données de mesure et de former des images, s'effectue dans de nombreux cas à l'aide de tels dispositifs de balayage. Les dispositifs de balayage linéaires effec- tuent la prise de vue d'un objet, par exemple suivant une succession de lignes droites qui sont perpendiculaires à la direction de vol. Grâce au déplacement, on emnlrasse sans lacune une bande de l'objet concerné, lorsquela vitesse du vol, l'altitude du vol et l'ouverture angulaire du système op- tique ont été déterminés en conséquence. L'enregistrement du rayonnement réémis ou émis par les objets peut s'effec- tuer à l'aide de photodétecteurs. Les exigencesen ce qui concerne la précision de mesure des appareils de mesure du rayonnement, notamment de dispositifs de balayage linéaires, sont si élevées qu'il faut tenir compte même de petites variations, par exemple de variations de la sensibilité de l'ensemble du système qui sont provoquées par des variations de la sensibilité des détecteurs ou par des variations de température du système optique. Pour des dispositifs de balayage linéai- res opto-mécaniques, il est déjà connu à cet égard de leur incorporer une ou plusieurs sources d'irradiation d'éta- lonnage, dont le rayonnement est capté lors de la rotation du miroir de balayage (Applied Optics 19, 2153 à 2161 (1980)>. Un exemple de cela est représenté schémati- quement à la figure 1,au vu de laquelle on explicitera le processus d'étalonnage à effectuer pendant le fonctionne- ment de l'appareil. Comme le montre la partie gauche de la figure 1, le miroir tournant DS tourne autour de l'axe A et balaye, quand pendant la rotation il est dirigé vers le bas, une bande de l'objet G s'étendant perpendiculai- rement au plan image. Le rayonnement émis et/ou réémis par cette bande est envoyé par l'intermédiaire du miroir tournant DS sur le système optique OP et est focalisé par celui-ci sur le détecteur DE qui élabore ensuite un signal de mesure correspondant, par exemple sous la forme d'une tension électrique U. A cet égard, il faut partir du fait que la relation entre U et S a été déterminée par un éta- lonnage en laboratoire (cf. courbe I à la figure 2, la courbe II représentant la courbe d'étalonnage en fonctionne- ment). Si le miroir tournant DS est, au cours de sa rotation, tourné vers le haut (cf. la partie droite de la figure 1), il réfléchit le rayonnement S (ES) provenant de la source d'irradiation d'étalonnage ES. Si la valeur ab- solue de ce rayonnement est connue pour une source d'irra- diation d'étalonnage dans la région de l'infrarouge ther- mique, par exemple à partir de la température de la source d'irradiation d'étalonnage, on connaît ainsi un point de la courbe d'étalonnage en fonctionnement qui peut s'écarter quelque peu de celle obtenue en laboratoire, par exemple parce que la sensibilité du détecteur est autre dans les conditions de mesure que pendant l'étalonnage en laboratoire. Si l'on monte plusieurs sources d'irradiation d'étalonnage ES donnant des valeurs d'irradiation connues différentes S(ES), on peut déterminer en conséquence plu- sieurs points différents de la courbe d'étalonnage en fonc- tionnement valables à cet instant. Pour l'évaluation des mesures sur l'objet G balayé, on utilise alors cette courbe d'étalonnage en fonctionnement ou l'on apporte des correc- tions correspondantes aux évaluations de la courbe d'éta- lonnage en laboratoire. A des instants différents, on peut avoir des courbes d'étalonnage en fonctionnement diffé- rentes et donc aussi des corrections différentes. Les exigences élevées imposées à la résolu- tion optique des dispositifs de balayage nécessitent en outre des systèmes optiques de diamètres assez grands et donc aussi des sources d'irradiation d'étalonnage assez grandes,puisque,sans cela, les faisceaux de rayonnement d'étalonnage et de mesure ne concorderaient pas. Ceci donne lieu à des difficultés techniques considérables. C'est apparemment pour cette raison que dans le radiomè- tre des satellites météorologiques Meteosat 1 et 2, on a renoncé à un étalonnage,incluant le système optique,en vol. Dans un dispositif de balayage linéaire stéréo connu, dans lequel la plus grande partie de la rotation du miroir de balayage de 3600 est nécessaire pour effectuer la pri- se de vue de l'objet (demande de brevet publiée en Républi- que Fédérale d'Allemagne sous le No. 2 833 808), on se heurte en revanche à la difficulté de libérer une proportion suffisante du tour de rotation pour la source d'irradiation d'étalonnage. L'invention vise donc à améliorer un procédé et un montage pour l'exécution de ce procédé, tout en évi- tant dans une grande mesure les inconvénients et difficul- tés mentionnés ci-dessus,de manière à rendre possible un é- talonnage de l'ensemble du dispositif de balayage, y com- pris du système optique. L'invention a donc pour objet un procédé d'é- talonnage de dispositifs de balayage pendant leur fonc- tionnement, notamment de dispositifs de balayage linéaires pour des aéronefs ou des véhicules spatiaux, en effectuant l'étalonnage par une mesure comparative radiométrique, ca- ractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la comparaison du signal du dispositif de balayage au signal d'au moins un radiomètre supplémentaire et provenant du même objet de mesure. Dans le procédé suivant l'invention, on peut renoncer à incorporer des sources d'irradiation supplémen- taires dans le dispositif de balayage A,puisque l'étalon- nage s'effectue pendant le fonctionnement à l'aide d'un radiomètre (radiomètre de calibrage) R supplémentaire é- talonné de manière absolue comme le montre la figure 3. Le radiomètre R peut être orienté par exemple de manière à embrasser la région RF hachurée à la figure 3 de la bande ST de l'objet balayé par le dispositif de balayage A. A partir de la mesure fournie par le radicmntre R étalonné de manière absolue, orn obtient la valeur de rayonnement S(RF) pour la région RF de l'objet. Le dispositif de balayage A fournit pour RF la valeur de tension U(RF). Avec ce couple de va- leurs S(RF)/U(RF),on peut, comme le montre la figure 4, dé- finir un point de la courbe d'étalonnage en fonctionnement du dispositif de balayage et déterminer l'écart par rapport à la courbe d'étalonnage en laboratoire. Comme pour cha- que nouvelle ligne du dispositif de balayage, on obtient un nouveau couple de valeurs S(RF)/U(RF) et comme ces couples de valeurs sont en règle générale différents les uns des autres, on peut effectuer ces comparaisons sur un grand nombre d'endroits différents de la courbe d'étalonnage. La région de mesure RF du radiomètre d'éta- lonnage ne doit pas nécessairement concorder avec celle du dispositif de balayage. Si elle est plus grande que celle du dispositif de balayage, il faut, pour la déter- mination de U(RF), effectuer une moyenne sur le nombre correspondant de valeurs de mesure du dispositif de bala- yage qui se trouvent à l'intérieur de RF. Le procédé d'étalonnage suivant l'invention ne dépend pas, en règle générale, d'un étalonnage absolu du radiomètre d'étalonnage pendant le fonctionnement, par exemple à l'aide de sources d'irradiation d'étalonnage in- corporées, mais cet étalonnage est plus simple à effectuer sur le radiomètre d'étalonnage que sur le dispositif de balayage. Dans de nombreux cas, l'étalonnage n'est même possible que sur le radiomètre d'étalonnage. Un avantage particulier de l'invention tient en ce que l'on peut obtenir grâce au radiomètre supplémen- taire étalonné de manière absolue une indépendance par rapport aux caractéristiques techniques du dispositif de balayage, ce qui est particulièrement intéressant en pra- tique pour des dispositifs de balayage linéaires. On peut effectuer ainsi un étalonnage absolu du dispositif de ba- layage pendant le fonctionnement,qui prend en compte aussi les influences du système optique du dispositif de bala- yage, même lorsqu'il s'agit de systèmes optiques de grandes dimensions. Le radiomètre supplémentaire peut être petit en comparaison du dispositif de balayage, notamment quand la résolution optique du radiomètre est plus petite que celle du système à étalonner. Le radiomètre peut être é- talonné de manière absolue de façon interne pendant le fonctionnement, en utilisant à cet effet des sources d'ir- radiation d'étalonnage relativement petites. Un autre a- vantage est que le radiomètre supplémentaire peut être o- rienté d'une manière fixe. Grâce au fait que le radiomè- tre ou les radiomètres sont équipés de canaux spectraux supplémentaires qui ne contiennent pas ceux des disposi- tifs de balayage linéaires, on peut en outre effectuer des tâches supplémentaires pour lesquelles on a besoin de don- ner de mesures qui ne nécessitent pas de balayage de sur- faces ou qui ne nécessitent qu'un balayage de surface limité ou qui ne nécessitent qu'une faible résolution de surface. Ceci est le cas par exemple pour des mesures de paramètres du bilan de rayonnement. Auxcdessinsannexés, donnésuniquement à titre d'exemple: La figure 1 est un schéma d'un dispositif de balayage linéaire connu, à source d'irradiation d'étalon- nage incorporée, en vue d'expliciter l'état de la techni- que; La figure 2 est une représentation graphique pour la détermination de la course d'étalonnage en fonc- tionnement suivant l'état de la technique; La figure 3 est un schéma explicitant le pro- cédé suivant l'invention; La figure 4 est une représentation graphique pour la détermination de la courbe d'étalonnage en fonc- tionnement suivant l'invention; Les figures 5 et 7 sont des schémas en pers- pective de montages pour l'exécution du procédé suivant l'invention; Les figures 6, 8 et 9 sont des schémas en perspective d'exemples d'utilisation; et La figure 10 est une vue en plan d'une sur- face d'un objet embrassé par le dispositif de balayage linéaire et par le radiomètre supplémentaire. L'exemple de réalisation représenté à la figure 5 présente un radiomètre R supplémentaire, qui est prévu pour effectuer un étalonnage d'un dispositif de bala- yage linéaire et qui est relié au dispositif de balayage linéaire de manière à ce que la position de son champ de vision soit connue par rapport à celle du dispositif de ba- layage linéaire. Devant le radiomètre R est placé un dis- que perforé tournant LS,à travers lequel le radiomètre me- sure alternativement le rayonnement de mesure par les ou- vertures MS et le rayonnement des deux sources d'irradiation d'étalonnage ES1 et ES2. Le radiomètre lui-même est éta- lonné de manière absolue de façon interne par le rayonnement d'étalonnage. Ce rayonnement d'étalonnage est comparé au rayonnement de mesure que le dispositif de balayage linéai- re reçoit de la même région de l'objet. Un mouvement conti- nu du disque perforé emporte des avantages, notamment dans l'espace, puisqu'il ne provoque pas d'accélération supplé- mentaire. La figure 6, dans laquelle comme aux figures 8 et 9 la flèche indique la direction du vol, représente la bande de balayage du dispositif de balayage linéaire ZA avec une ligne Z dessinée et la trace d'étalonnage ESP du radiomètre KR d'étalonnage. La trace d'étalonnage est interrompue parce que,dans les intervalles de temps, le radiomètre mesure le rayonnement d'étalonnage pour l'é- talonnage interne. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 7, il est prévu, à la différence de celui de la figure 5, un miroir tournant DS,qui tourne devant le radio- mètre R. On envoie ainsi également au radiomètre al- ternativement le rayonnement de mesure et le rayonnement d'étalonnage provenant des sources d'irradiation d'étalon- nage ES1 et ES2. Dans l'exemple de réalisation illustré, le miroir tournant est constitué d'un prisme réfléchissant à 450 à deux faces. Lorsque le miroir tournant a effectué une seule rotation, le rayonnement de mesure et les deux rayonnements d'étalonnage sont envoyés respectivement deux fois au radiomètre. Suivant les besoins, on pourrait utili- ser aussi un miroir tournant à une face, à trois faces et à plusieurs faces. Dans ce mode de réalisation, on peut, à la différence de celui représenté à la figure 5, effectuer aussi un balayage sous forme de bandes, le nombre des sur- faces du miroir tournant déterminant l'étendue de la région balayée. En principe,on peut effectuer aussi un balayage avec le montage représenté à la figure 5 si ce montage peut aller et venir en pivotant perpendiculairement à la direction de vol. Mais,en raison des accélérations qui se produisent ainsi, il n'est pas recommandé d'utiliser ce procédé dans l'espace. A la figure 8 est représentée la bande de l'objet embrassée par le dispositif de balayage linéaire ZA avec une ligne Z de balayage et avec la région de ba- layage du radiomètre tombant dans cette ligne, cette ré- gion correspondant à la partie non hachurée de la ligne. Si le miroir tournant est conçu de manière à ce que l'on puisse balayer toute la largeur de la ligne à l'aide du radiomètre supplémentaire, on peut aussi étalonner une ca- méra optoélectronique en soi connue (Bildmessung und Luft- bildwesen 47, pages 35 à 40 (1979)). La figure 9 représente l'étalonnage dans le cas d'un dispositif de balayage linéaire stéréo connu (demande de brevet publiée en République Fédérale d'Alle- magne sous le No. 2 833 808). Ici l'axe du miroir tournant DS représenté à la figure 7 est horizontal et est perpen- diculaire à la direction de vol, de sorte que le bala- yage du radiomètre supplémentaire s'effectue suivant la direction de vol. On peut ainsi effectuer aussi bien des étalonnages pour les plans de balayage ZV dirigés vers l'a- vant que pour ceux ZR dirigés vers l'arrière. Les parties hachurées de la trace de balayage signifient que, pour les positions correspondantes du miroir tournant, des étalonna- ges internes à l'aide de sources d'irradiation d'étalonnage incorporées sont possibles. La figure 10 représente une section d'une sur- face embrassée par un dispositif de balayage linéaire avec les éléments de surface mesurés séparément (représentés sous la forme de petits carrés) et avec la surface de mesure d'un radiomètre supplémentaire ayant une résolution nettement plus faible représentée en hachures. Cela per- met d'utiliser un système optique bien plus petit en compa- raison de celui d'un dispositif de balayage linéaire à ré- solution élevée. On diminue ainsi la dimension de la sour- ce d'irradiation d'étalonnage et, en conséquence, la dépen- se nécessaire à cet effet. Lors de l'étalonnage du dispo- sitif de balayage linéaire à l'aide du radiomètre supplé- mentaire, on utilise alors la valeur moyenne de toutes les valeurs de mesure des éléments de surface se trouvant dans le domaine hachuré, le cas échéant avec pondération correspondante des éléments de surface embrassés que par- tielle;nent dans les régions marginales du radiomètre. Une connaissance précise de la surface embrassée par le radiomè- tre supplémentaire est nécessaire. Des canaux spectraux différents du dispositif de balayage linéaire peuvent être étalonnés soit avec plu- sieurs canaux spectraux d'un radiomètre supplémentaire unique, soit avec plusieurs radiomètres supplémentaires qui présentent chacun un canal spectral ou plusieurs ca- naux spectraux, mais non tous les canaux spectraux. REVENDICATIONS 1) Procédé d'étalonnage de dispositifs de bala- yage pendant leur fonctionnement, notamment de dispositifs de balayage linéaires pour des aéronefs ou des véhicules spatiaux, en effectuant l'étalonnage par une mesure compa- rative radiométrique, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la comparaison du signal du dispositif de bala- yage au signal d'au moins un radiomètre supplémentaire et provenant du même objet de mesure. 2) Montage destiné à l'exécution du procédé sui- vant la revendication 1 pour l'étalonnage du montage de détection du rayonnement de dispositifs de balayage pendant leur fonctionnement, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins un radiomètre d'étalonnage supplémentaire. 3) Montage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le radiomètre ou les radiomètres d'étalonnage peut ou peuvent être étalonné(s) d'une manière absolue de façon interne à l'aide d'une source d'irradiation d'étalonnage ou à l'aide de plusieurs sources d'irradiation d'étalonnage. 4) Montage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le radiomètre d'étalonnage ou les radiomètres d'é- talonnage est ou sont orienté(s) en étant fixe(s) sur une région définie de l'objet de mesure ou peut ou peuvent être orienté(s) en étant mobile(s). 5) Montage suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un balayage peut être effectué à l'ai- de du radiomètre d'étalonnage. 6) Montage suivant l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le balayage à l'aide du radiomètre d'é- talonnage peut être effectué au moyen d'un miroir mobile sur lequel les rayonnements issus des sources d'irradiation d'étalonnage sont réfléchis. 7) Montage suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la résolution optique d'au moins un radiomètre d'étalonnage est plus petite que celle du sys- tème à étalonner. 8) Montage suivant l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le radiomètre d'étalonnage ou les radiomètres d'étalonnage présente ou présentent les mêmes canaux spectraux que le système à étalonner. 9) Montage suivant l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le radiomètre d'étalonnage ou les radiomètres d'étalonnage présente ou présentent des canaux spectraux supplémentaires en dehors des canaux spectraux du système à étalonner.