Brevet FR2529667A1 — publié le 19840106

Dispositif de détection de points chauds dans l'obscurité et procédé de vision nocturne utilisant ce dispositif La présente invention concerne la vision de nuit. Dans certains domaines, il est parfois nécessaire de surveiller toute l'étendue de terrain stétendant autour d'un point déterminé, afin de détecter le plus rapidement possible l'arrivée dans le champ étudié d'ob- jets tels que vehicules ou personnes. Une telle surveillance est particulierement difficile la nuit, surtout par temps brumeux d'autant plus que les véhicules ou les personnes entrant dans le champ que lson surveille essaient en géneral de se camoufler, rendant ainsi la tâche du vigile encore plus dif fichue. Il est connu, pour détecter la présence d'objets dans le champ, d'utiliser des dispositifs à intensification de lumière . On obtient ainsi de bons résultats à courte distance, à condition toutefois que l'obscurité ne soit pas trop poussée et que les objets ne soient pas camouflés. On connatt aussi des dispositifs à imagerie thermique c'est-à-dire des dispositifs qui détectent, non la présence d'une source de lumière visible, mais la présence de sources de rayons infrarouges. En effet, les objets que llon souhaite détecter, que ceux-ci soient des êtres vivants ou des véhicules en mouvement, se trouvent à une température le plus souvent supérieure à celle du paysage environnant. Les dispositifs à imagerie thermique permettent de détecter avec précision des objets dans ltobscurité, mbme par temps brumeux et même si les objets sont camouflés. Cependant, ces dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients dont le principal est le coût de leur réalisation. La présente invention tente de remédier aux inconvénients des dispositifs connus jusqu'à présent pour la vision nocturne d'objets. Plus précisément, la présente invention vise un nouvel appareil à imagerie thermique qui soit plus simple que les dispositifs à imagerie thermique connus à l'heure actuelle, donc moins coûteux. Ce dispositif est destiné à détecter la présence deun point chaud dans le champ que l'on surveille, à une distance qui peut être supérieure à 1500 mètres. Une fois que le point chaud a été localisé, il est possible de faire appel à un dispositif d'intensification de lumière pour confirmer la présence de ce point chaud et pour en voir plus distinctement la forme. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de détection de points chauds dans l'obscurité. Selon l'invention, ce dispositif comporte - un détecteur de rayons infrarouges émettant un signal quand la variation dtamplitude des ondes lumineuses qu'il revoit dépasse un certain seuil, - en aval du détecteur, un dispositif d'amplification et d'interprétation des signaux émis par le détecteur, - en amont du détecteur, un objectif de focalisation au foyer duquel est placé un modulateur destiné à isoler les fréquences caractériliques des points chauds, celui-ci étant conjugué au détecteur au moyen d'un dispositif optique et étant situé dans un plan incliné par rapport à l'axe optique de l'ob- jectif. Selon un mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention, celui-ci comporte en outre, places entre l'objectif et le modulateur, des moyens de déviation des rayons lumineux dun angle égal à l'angle d'inclinaison du modulateur par rapport à l'axe optique de l'objectif. De préférence, lesdits moyens de déviation sont constitués par un prisme. On préfère réaliser le dispositif selon l'invention, de fanon à ce que celui-ci soit contenu entièrement dans l'un des demi-espaces déterminés par le modulateur. En outre, il est préférable que le dispositif comporte un miroir placé derrière le modulateur, parallèlement à celuici. Dans un mode préféré, le modulateur et le miroir sont sphériques et on a avantage à ce que leurs rayons de courbure soient légèrement différents l'un de l'aútre. En outre, si le modulateur est sphérique, on a intérot à choisir également un prisme dont la face tournée vers le modulateur soit sphérique. Le modulateur du dispositif selon l'invention est de préférence constitué d'un damier comportant des cases alternativement réfléchissantes et transparentes, et tournant sur lui-meme à vitesse constante. Ce damier peut être divisé en plusieurs petits damiers disposés de façon décalée les uns par rapport aux autres. Le modulateur peut comporter aussi plusieurs damiers différents par la taille ou la disposition de leurs cases, ces damiers étant répartis suivant des secteurs du modulateur. Quant au détecteur de rayons infrarouges, celui-ci est de préférence constitué de plusieurs détecteurs élémentaires. Le dispositif de détection de points chauds selon l'invention peut être placé sur un support fixe ou sur un support mobile en rotation. Dans le cas où le support est mobile en rotation, la vitesse de rotation du modulateur est asservie en fonction de la vitesse de rotation du support. L'invention concerne également un procédé de vision nocturne. Celui-ci consiste à utiliser un détecteur de points chauds selon l'invention et à utiliser un dispositif classique de vision par intensification de lumière dans le champ où la présence d'un point chaud a été détectée. Afin de mieux être comprise, l'invention va être décrite de façon plus précise, en référence aux figures 1 et 2 annexées. La figure 1 représente un mode de réalisation préféré d'un dispose tif de détection de points chauds selon l'invention. La figure 2 représente un détail du modulateur de la figure 1. La figure 2 correspond à une vue de gauche de la figure 1, limitée au modulateur On se reportera tout d'abord à la figure 1; La figure 1 représente un dispositif de détection de points chauds selon l'invention. Ce dispositif est contenu dans un boitier 1 porté par un support 2 auquel on peut faire subir un mouvement de rotation, afin d'étudier la totalité du paysage environnant. Le dispositif de détection de points chauds comporte tout d'abord un objectif Oî de focalisation du faisceau de rayons lumineux 3 tombant sur le dispositif. Au foyer de l'objectif Oî se trouve un modulateur 4 Ce modu- lateur est sphérique et peut tourner à vitesse constante autour de son axe 5. Le plan tangent au modulateur 4 à l?endroit où celui-ci coupe l'axe optique de l'objectif Oî est incliné d'un angle par rapport à cet axe optique. Placé derrière le modulateur se trouve un miroir 6 totalement réfléchissant ; ce miroir est sphérique mais son rayon de courbure est légèrement différent de celui du modulateur 4. Le miroir et le modulateur sont solidaires. Ils tournent donc tous les deux autour de 1'2xe 5 Devant le modulateur 4 est placé un prisme 7 choisi de fanon à pouvoir dévier les rayons lumineux du faisceau Oa d 'un angle égal a l'angle e( d'inclinaison du modulateur 4 par rapport à l'axe optique de lobjec- tif 01. La face arrière du prisme 7 est sphérique afin de parfaire la correction de la courbure de l'ensemble modulateur-prisme et faire épouser au mieux l'image vue sur le modulateur 4 avec celui-ci. Le modulateur 4 est constitué d'une part de parties réfléchissantes et d'autre part de parties transparentes. Ainsi, une partie du faisceau 3 est projetée en direction d'un détecteur de rayons infra-rouges 8. Avant de tomber sur le détecteur 8 le faisceau 3 traverse un dispositif optique formé de deux objectifs 02 et 03, permettant de conjuguer le miroir et le détecteur 8. Le détecteur 8 est de préférence constitué de plusieurs détecteurs élémentaires qui émettent un signal quand la variation d'amplitude des ondes lumineuses modulées qu'ils reoivent dépasse un certain seuil. Les signaux emis par ces détecteurs sont ensuite amplifiés et interprétés par un dispositif électronique 9 avant d'être représentés sur un écran vidéo 10. Le dispositif selon l'invention, représenté sur la figure t, fonctisonne de la manière suivante : comme les fréquences spatiales caracterist- ques des points chauds que lton cherche à détecter sont plus élevées que celles du paysage (celui-ci étant à une temgérature plus basse et possédant généralement une fréquence caractéristique basse), on va tout d'abord isoler les fréquences caractéristiques des points chauds au moyen du modulateur 4, avant de détecter, au moyen du détecteur 8, les variations d'amplitude dans la gamme des fréquences que lton a isolées, la présence d'un point chaud étant caractérisée par une variation d'amplitude importante. Le rôle du modulateur 4 est d'augnenter le contraste entre les fréquences des points chauds et celles du paysage environnant. Ce modulateur est constitué de plusieurs secteurs, alternativement réfléchissants et transparents et tourne à une fréquence uniforme fO. I1 permet, en adaptant la bande de fréquence du modulateur à celle des fréquences caractéristiques des points chauds,d'obtenir une réjection du fond, ctest-à-dire du paysage, qui peut atteindre plusieurs ordres de grandeur. La figure 2 représente une vue de face du modulateur 4. On a dessiné sur cette figure plusieurs secteurs li à 16. On ne trouve en général pas sur un même modulateur tous les secteurs de ce type mais on a dessiné ces secteurs différents, afin de montrer les divers types de secteurs que l'on peut utiliser. Sur ces secteurs les parties hachurées preprésentent les parties réfléchissantes et les parties non-hachurées les parties transparentes. Le secteur 14 est du type le plus simple mais n'est pas celui qui donne les résultats les plus précis. En effet, il est préférable d'utiliser un damier qui soit suffisamment symétrique pour assurer une fréquence de balayage constante et suffisamment aléatoire pour ne pas moduler le paysage. On a représenté sur les secteurs 11, 12, 13 et 15, divers types de damier. On remarquera que les secteurs 12 et 13 sont constitués de damier5 semblables mais ces damiers sont disposés de façon décalée l'un par rapport à l'autre. On obtient ainsi une meilleure probabilité de détection des points chauds. Un bon modulateur peut donc être constitué par une alternance de secteurs tels que 12 et 13.Afin d'optimiser la détection le modulateur sera adapté par l'homme de l'art à la distance qui le relie aux sources.que l'on cherche à détecter. Ainsi, afin de pouvoir s'adapter à différentes distances le modulateur pourra comporter plusieurs secteurs de dimensions différentes tels que Il ou 15. Les secteurs représentés sur la figure 2 sont des exemples non limitatifs, l'homme de métier pourra trouver dans chaque cas précis le damier le plus convenable. Comme cela a été dit dans la description de la figure 1, le modulateur 4 est incliné d'un angle par rapport à l'axe optique de l'objectif 01. Cette disposition présente le grand avantage de supprimer l'effet "narcisse" dû aux pales du modulateur, ctest-à-dire d'éviter que le détecteur voie sa propre image qui se reflète sur les parties réfléchissantes du modulateur et fournisse ainsi un signal parasite.Toutefois, l'inclinaison du modulateur par rapport à l'axe optique de l'objectif 1 entraine une défocalisation des bords de l'image formée sur le modulateur, cette image restant perpendiculaire à l'axe optique : la présence du prisme 7 remédie à cet inconvénient en inclinant l'image d'un angle égal à l'angle La face arrière du prisme 7 est sphérique afin que l'image formée sur le modulateur épouse au mieux la forme du modulateur 4, elle aussi sphérique pour assurer la conjugaison de pupilles entre les objectifs Oi et 02. D'autre part, afin que le détecteur ne reçoive pas un signal parasite dû au boitier 1 dans lequel est contenu le dispositif selon l'invention, on a placé derrière le modulateur 4 un miroir o, sphérique lui aussi, mais dont le rayon de courbure est de préférence légèrement différent de celui du mo- dulateur 4. Comme la face réfléchissante du miroir 6 est placée à une certaine distance du modulateur 4, sur lequel sont focalisés les rayons incidents, les rayons réfléchis par le miroir 6 subissent une perte de contraste par défocalisation et ntengendrent donc pas de modulation parasite. Les détecteurs élémentaires formant le détecteur 8 ont été choisis pour détecter toute variation d'amplitude dépassant un certain seuil. Ainsi dès qutun point chaud apparait dans le champ que l'on surveille, l'un au moins des détecteurs 8 émet un signal qui est ensuite amplifié par le dispositif électronique 9. Sur l'écran 10 apparait alors un point clignotant précisant la présence d'un point chaud et son emplacement Le détecteur 8, pour etre performant, doit être refroidi. On peut utiliser par exemple de l'azote liquide ou refroidir le détecteur 8 par effet Peltier. Le dispositif selon l'invention est amélioré si on lui adjoint un dispositif à intensification de lumière, par exemple une caméra dont l'axe de visée est accouplé à l'axe de vise du dispositif de détection de points chauds et d'autre part parla camera sont tous les deux envoyés sur l'écran 10. Dès que l'oeil de l'observateur est attiré par un point clignotant, c'est-è-dire un point chaud, il peut regarder de façon plus précise l'écran autour de ce point chaud pour essayer de distinguer l'objet qui constitue ce point chaud. Pour pouvoir observer tout le paysage environnant, il est nécessaire de pouvoir changer la direction de l'axe optique de l'objectif 01, en faisant tourner par exemple le support 2 du boitier 1 sur lui-me'me. Dans ce cas, afin de corriger l'effet Doppler engendré, il est nécessaire de modifier la vitesse de rotation du modulateur 4 en fonction de la vitesse de rotation du support 2, par exemple par un dispositif d'asservissement classique, Le dispositif que l'on vient de décrire présente de nombreux avantages. Il permet un bon taux de détection, que le point chaud à détecter se trouve proche ou au contraire très éloigné, en particulier à une distance supérieure à 1500 mètres. Il est en outre de réalisation plus simple que les dispositifs à imagerie thermique connus jusqu'à présent et par conséquent moins coûteux. Quand il est couplé avec un dispositif à intensification de lumière, il présente des avantages supérieurs à ceux d'un dispositif à intensif cation de lumière seul, puisqu'il permet de détecter des objets peu lumineux ou camouflés. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit uniquement à titre d'exemple mais elle couvre également tous les dispositifs cpi n'en diffèreraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi, on peut envisager de supprimer le miroir 6 dont le rôle est d'éviter les parasites provenant du boitier 1. Pour éviter ces parasites, on pourrait alors placer derrière le modulateur un corps noir dont la tem pérature serait maintenue voisine de celle du paysage environnant. On peut remarquer que, sur la figure 1, le détecteur 8 a été placé le meme demi-espace que l'objectif 01 par rapport au modulateur 4. On pourrait envisager de placer le détecteur 8 de l'autre côté de l'objectif 1 par rapport au modulateur 4, ce modulateur 4 étant constitué de pales alternativement opaques et transparentes. En outre, comme nous l'avons montré en décrivant la figure 2, la réalisation du modulateur peut présenter de nombreuses variantes, fonctions de la distance des objets à détecter, de la température ambiante, etc ... REVENDICATIONS 1.- Dispositif de détection de points chaudsdrns ltobscurité caractérisé par le fait qu'il comporte - un détecteur de rayons infra-rouges émettant un signal quand la variation d'amplitude des ondes lumineuses qu'il reçoit dépasse un certain seuil - en aval du détecteur, un dispositif d'amplification et d'interprétation des signaux émis par le détecteur, - en amont du détecteur, un objectif de focalisation au foyer duquel est placé un modulateur destiné à isoler les fréquences caractéristiques des points chauds, celui-ci étant conjugué au détecteur au moyen d'bat disposi- tif optique et étant situé dans un plan incliné par rapport à l'axe optique de l'objectif. 2.- Dispositif de détection de points chauds selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, placés entre l'objectif Oî et le modulateur (4) > des moyens (7) de déviation des rayons lumineux (3) d'un angle &alpha; égal à l'angle dtinclinaisoa du modulateur (4) par rapport à l'axe optique de l'objectif 01. 3.- Dispositif de détection selon la revendication 2) caractérisé par le fait que lesdits moyens de déviation sont constitués par un prisme (7). 4.- Dispositif de détection de points chauds selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qutil est contenu entièrement dans l > un des deux demi-espaces déterminés par le modulateur (4). 5.- Dispositif de détection de points chauds selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte un miroir (6) placé derrière le modulateur (4) parallèlement à celui-ci, 6.- Dispositif de détection de points chauds selon la revendica tion 5, caractérise par le fait que le modulateur (4) et le miroir (6) sont sphériques. 7.- Dispositif de détection de points chauds selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le modulateur (4) et le miroir (6) possèdent des rayons de courbure légèrement différents. 8.- Dispositif de détection de points chauds selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que la face du prisme (7) qui est tournée vers le modulateur (4) est sphérique. 9.- Dispositif de détection de points chauds selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il est placé dans un boitier-constitué d'un corps noir maintenu à une tespérature nettement inférieure à celle des points chauds à détecter. 10.- Dispositif de détection de points chauds selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le modulateur est constitué d'un damier comportant des cases alternativement réflechissantes et transparentes et qui tourne sur lui-même à vitesse constante. 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le damier est divisé en plusieurs petits damiers disposés de façon décalée les uns par rapport aux autres. 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le modulateur (4) comporte plusieurs damiers (11, 12, 13, 14, 15) différents par la taille ou la disposition de leurs cases, ces damiers étant répartis suivant des secteurs du modulateur. 13.- Dispositif de détection de points chauds selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le détecteur t8) est constitué de plusieurs détecteurs élémentaires. 14.- Dispositif de détection de points chauds selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est placé sur un support (2) mobile en rotation et que la vitesse de rotation du modulateur (4) est asservie en fonction de la vitesse de rotation du support (2). 15.- Procédé de vision nocturne, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser un détecteur de points chauds selon l'une quelconque des revendications précédentes, puis à utiliser un dispositif classique de vision par intensification de lumière dans le champ où la présence d'un point chaud a été détectée.