Brevet FR2502437A1 — publié le 19820924

La présente invention concerne un dispositif de prise d'image ou vue thermique au moyen d'un appareil pour image thermique. De tels appareils de prise d'images thermi- ques,souvent dénommés appareils d'observation nocturne FLIR (FLIR = Forward Looking Infra Red = observation en in- frarouge),utilisent,lors de la prise d'image d'une scène, le rayonnement infrarouge situé dans la plage des longueurs d'ondes non visibles. Un certain contraste de l'image est encore obtenu après le coucher du soleil,du fait que des ma- tières,telles que métaux, terre, roches et plantes ont été à cause des différences entre leurs propriétés,comme capacité d'échauffement et conductibilité thermique,différemment échauffées par le rayonnement solaire. L'observation ou vision nocturne avec le meilleur constrate reste donc possible immé- diatement après le coucher du soleil. Sous l'effet du refroi- dissement général,les différences de températures deviennent ensuite de plus en plus faibles. Vers le matinles différences de températures ainsi donc que le contraste,atteignent un mini- mum. Les détecteurs de tels appareils de prise d'images thermi- ques comportent, pour la différence de température pouvant être encore précisément décelée,une limite inférieure qui ne peut être améliorée même si l'on augmente le facteur d'ampli- fication du circuit électronique branché en aval à cause des limites imposées par le bruit propre des éléments d'amplifi- cation. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO3.953.667,dé- crit un dispositif constitué d'un laser couplé avec un appareil de prise d'image thermique et qui,pour de faibles différences de température, permet d'améliorer le contraste de l'image thermique prise. Dans ce dispositif,on utilise un appareil laser à balayage permanent modulé dont le rayon laser est, après un élargissement au moyen d'un miroir basculant et pivotant,amené sur l'objet à observer ou "photographier" à l'aide de l'appareil de prise d'image thermique. Un circuit récepteur comporte deux canaux séparés dont l'un permet de traiterle rayonnement thermique émis qui a été reçu et l'autre le rayonnement laser modulé réfléchi. L'exploration constante de l'objet à "prendre" ou a "photo- graphier", par un faisceau laser de section relativement grande,entratne le risque que,au point o se trouve ledit objet,il soit possible de constater l'existence de ladite exploration. L'invention se propose d'améliorer ce dispositif connu de façon à réduire le risque de détection ou de repé- rage de cette exploration active. A cet effet, un dispositif comportant un appareil de prise d'images thermiques couplé avec un laser est caractérisé par l'utilisatio# 'un laser à impulsionspar le déclenchement du laser lors de la concor- dance de l'orientation de son faisceau avec la position o l'appareil de prise effectue l'exploration,et par le déplace- ment du laser d'un écart entre points - images après chaque exploration thermique complète de l'image. Conformément à la présente invention,on utilise avantageusement un laser à impulsions ou pulsé qui est dirigé successivement sur les points de l'image,et qui est déclenché lors d'une concordance de sa position avec la posi- tion d'exploration de l'appareil de prise d'image thermique. Le laser émet avantageusement une lumière ayant une longueur d'onde appartenant à la plage de sensibilité spectrale de l'appareil de prise d'image thermique. Du fait des caractéris- tiques différentes de la réflexion des infrarouges par divers matériaux, comme le métal et le boison obtient lors de l'éclairement de la scène observée par une impulsion infra- rouge,des réflexions différentes et par conséquent un meilleur contraste. Comme l'amélioration du contraste prend un certain temps,on interpose de préférence une mémoire vidéo entre un appareil de prise d'image thermique compatible avec la télévision et un moniteur de télévision branché en série avec lui. On a ainsi la possibilité d'effectuer en outre un traitement par ordinateur des signaux de contraste mémorisés. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif,en référence à la figu- re unique annexée qui représente schématiquement un appareil selon l'invention. L'appareil de prise d'image thermique 10 selon l'invention se compose d'un appareil d'observation nocturne 11 du type FLIR du commerceavec lequel est couplé un laser 12 également classique. Le laser 12 est commandé par impul- sions;pour un éclairement de la scène par impulsions, un laser à C02 convient particulièrement car sa longueur d'onde d'infrarouge est située dans la plage de sensibilité maximale de 10 microns de l'appareil d'observation nocturne FLIR Il utilisé. En amont du laser 12 est monté un système optique de focalisation ou mise au point 13. Le système optique de focalisation 13 est réglé de manière que le spot lumineux formé par le laser 12 couvre deux à trois lignes d'exploration de l'appareil de vision nocturne 11. Le laser 12 comporte des dispositifs d'entraînement 14,14' ainsi que des indicateurs de positions 15,15' qui sont associés au mouvement vertical et au mouvement horizontal. Les disposi- tifs d'entraînement 14,14' sont commandés en hauteur et laté- ralement par une unité de commande d'exploration par laser 16,qui peut être commutée en position de fonctionnement manuel et en position de marche automatique,à l'aide d'un appareil de manoeuvre non représenté. Les valeurs réelles de position du laser 12 sont renvoyées à l'unité de commande d'exploration par laser 16. Une unité de commande d'exploration FLIR 17 assure l'entraînement et la saisie de position des éléments mobiles de l'appareil de vision nocturne FLIR ll,ces éléments pou- vant se composer d'une manière connue d'un miroir rotatif horizontal et d'un miroir basculant vertical,qui transmettent le rayonnement reçu ligne par ligne et point par point à des détecteurs appropriés correspondants. Les signaux de position qui sont reçus par l'unité de commande d'exploration FLIR 17 sont transmis,en même temps que les signaux de position provenant des indicateurs de position du laser 15,15',à un circuit comparateur 18 qui,en cas de coïncidence des signaux de position, commande une unité de déclenchement d'impulsions 19 qui déclenche à son tour des impulsions du laser. La durée de ces impulsions d'éclairement par laser correspond avantageusement au moins au temps d'exploration de trois points-images de l'appareil de vision nocturne. Cette disposi- tion permet de maintenir à une valeur relativement faible les frais de réglage électronique et optique. Le laser 12 n'est déclenché qu'une fois pour l'ex- ploration complète de l'ensemble de l'image thermique.Ensuite est le laser /pfointé sur le point-image suivant et,lors de l'explo- ration complète suivante de l'image thermique,quand sa nou- velle position coïncide avec la position d'exploration de l'appareil de vision nocturne FLIR ll,il est à nouveau déclen- ché,etc....Du fait qu'il peut s'écouler quelques minutes jusqu'à ce qu'une partie déterminée de la scène ait été éclairée par des impulsions laser,il est nécessaire de mémori- ser le résultat d'exploration pour chacune des phases opéra- toires. A cet effet,il est prévu une mémoire vidéo 20 dont la capacité doit être suffisante pour emmagasiner les informa- tions concernant une zone de contrôle qui est choisie la plus grande possible dans la scène observée. L'image mémorisée est affichée sur un moniteur de télévision 21. Un ordinateur intermédiaire non représenté permet ici de traiter encore l'i- mage vidéo mémorisée. Les signaux vidéo infrarouges formés lors de l'utilisation d'un appareil observateur nocture FLIR 11 compatible avec la télévision,peuvent être appliqués aussi bien par l'intermédiaire de la mémoire vidéo 20 que directement à une unité d'amplification vidéo et de commande de synchronisation 22. Cette unité 22 fournit les signaux vidéo nécessaires pour la représentation d'imagessur le moni- teur de télévision 21 et elle synchronise,à l'aide d'une horloge centrale, la représentation sur le moniteur avec l'exploration FLIR par l'unité de commande 17. Par l'intermédiaire d'un générateur de signaux auxiliaires 23,il est possible par exemple de fixer à l'avan- ce pour le laser 12 une ligne de vision déterminée et égale- ment de définir une zone déterminée d'exploration correspon- dant à un champ de contrôle donné;en outre on peut faire apparaiître sur l'écran du moniteur de télévision 21 des si- gnes alphanumériques.Le générateur de signaux auxiliaires 23 est commandé dans ce cas de la manière appropriée par un opérateur,au moyen d'un appareil de manoeuvre non représenté. Le dispositif décrit ci-dessus permet non seulement une amélioration du contraste pour l'ensemble de l'image représentée sur le moniteur de télévision 21/il est également envisagé,en passant par la mémorisation, d'améliorer dans la mémoire vidéo 20,ie contraste par un éclairement par impul- sion pour une partie déterminée seulement d'une scène corres- pondant à un champ de contrÈle,et de ne représenter le reste de l'image qu'en temps réel. L'avantage d'un tel mode opéra- toire consiste en ce que,même pendant l'amélioration du con- traste,qui prend du temps,l'appareil d'observation nocture FLIR remplit toujours sa fonction normale à l'extérieur du champ de contrôle. On doit obligatoirement éviter un déplacement de l'appareil d'observation nocturne dans ce mode opératoire. En ce qui concerne la détermination de la longueur appropriée d'une impulsion d'éclairement par laser,il faut préciser les considérations suivantes: Dans le cas d'un appareil d'observation nocturne FLIR compatible avec la télévision et assurant une explora- tion en série,la décomposition de l'image prise est effec- tuée,comme on l'a déjà indiqué,ligne par ligne au moyen d'un miroir horizontal tournant et d'un miroir basculant verticalement après le parcours de chaque ligne. D'après les normes allemandes de télévision,on effectue à chaque seconde une exploration ou analyse de 25 images complètes ou de 50 demi-images ou trames. Dans ce cas, chaque Image se compose de 625 lignes horizontales. Le rapport entre hauteur et largeur d'image est égal à 3:4. Dans un système de transmission d'image optimisé, la résolution verticale et la résolution horizontale,c'est-à- dire la densité des points-images,doivent être égales.Le nombre des points-images horizontaux n H est ainsi le suivant: nH = 4/3 x 625 = 833 Avec ce nombre de points-images,on a la durée suivante d'en- registrement d'une ligne: t = 1 = 64 x 10 5 z 25 x 625 Le temps par pointimage horizontal est alors le suivant: t =64 x 10s = 76 x 10'9s Si,ten compte de l'économie précitée des réglages électronique et optiqueon donne à l'impulsion d'éclairement par laser une durée suffisamment longue pour qu'elle couvre au moins trois points-images,on obtient alors la durée minimale d'impulsion: tIMP =3 x 76 x 10'9s =228 x 10-9s Si on part en outre de ce que le spot d'éclairement recouvre 2 à 3 lignes d'exploration,il devient tout à fait indiqué de choisir la fréquence de trame de 50 Hz comme fré- quence de répétition d'image. REVENDICATIONS 1.Dispositif de prise d'image thermique au moyen d'un appareil de prise d'image thermique couplé avec un laser en vue d'une amélioration du contraste de l'image thermique prise,caractérisé en ce qu'on utilise un laser à impulsions (12),en ce que le laser (12) est déclenché lors de la concordance de son orientation de faisceau avec la position d'exploration de l'appareil de prise d'image thermique (11), et en ce qu'on continue à faire déplacer le laser (12) d'une distance correspondant à l'écart d'un point-image après chaque exploration complète de l'image thermique. 2. Dispositif selon la revendication l,caractérisé en ce qu'il comprend des dispositifs d'entraînement vertical et horizontal(14,14')agissant sur le laser (12) et auxquels sont reliés des indicateurs de position (15,15') dont les signaux sont comparés avec les signaux correspondants des po- sitions d'exploration de l'appareil de prise d'image thermique (11)en vue de déclencher une impulsion de laser lors de la coincidence des signaux. 3.Dispositif selon la revendication l,caractérisé en 2o ce qu'il est prévu un moniteur de télévision (21) relié à l'appareil de prise d'image thermique et associé à une mé- moire vidéo (20). 4.Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce qu'on enregistre dans la mémoire vidéo (20)un champ de contrÈle,dont le contraste doit être amélioré et qui est situé à l'intérieur de l'image thermique reçue, ce champ de contrôle apparaissant sur le moniteur de télévision (21) à côté du res- te de l'image enregistrée en temps réel. 5.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,caractérisé en ce que la durée temporelle d'une impul- sion de laser est supérieure de plus d'un point-image à la durée d'exploration.