Brevet FR2564676A1 — publié le 19851122

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PRISE DE VUES ET DE TRAITEMENT DES IMAGES POUR CAMERAS VIDEO EMBARQUEES DANS DES ENGINS VOLANTS. L'invention se rapporte à un procéde de prise de vues pour caméras vidéo embarquées à bord d'engins volants et équipées de capteurs d'images à semi-conducteurs photosensibles disposés dans deux dimensions, et à un dispositif de prise de vues correspondant, ainsi qu'à un procédé de traitement pour les images vidéo prises et à un dispositif de traitement d'images correspondant. Dans les missiles modernes sont montées des caméras vidéo à l'aide desquelles on observe le terrain survolé pour pouvoir détecter des objectifs possibles, comme par exemple des blindes. Les images prises au moyen des caméras vidéo sont transmises à une installation de guidage et à un poste d'interprétation, notamment à l'aide d'un fil metallique électriquement conducteur relié au missile et se déroulant pendant le vol ou aussi à l'aide de fibres optiques ou par radio. Dans l'installation de guidage, les images video prises sont en général visualisées sur un moniteur et de là des ordres de guidage sont également renvoyés au missile.Si par exemple un objectif à attaquer apparaît dans le champ visuel, généralement dirigé obliquement vers l'avant, de la caméra vidéo du missile-, cet objectif est aussi visualisé sur le moniteur si bien que le missile peut etre dirigé sur lui au moyen d'instructions de guidage appropriées. Un tel système de prise de vues monté sur missile doit être conçu de manière à fournir à tout instant des images impeccables, c'est-à-dire nettes et stables, et ce, si possible jusque dans les zones marginales du format de l'image. A cet égard, les systèmes utilisés jusqu'ici n'étaient cependant pas satisfaisants. Cela était dû non seulement au phénomène de l'explosion de l'image, mais aussi aux vibrations provoquées par le propulseur ainsi que par les mouvements de correction constants de l'installation de guidage du missile. Les vibrations font que des images successives se trouvent mutuellement décalées par exemple par rapport à l'axe du roulis ou du tangage, de telle sorte qu'il se produit sur le moniteur une cadence d'images imprécises.Par explosion de l'image, il faut entendre le fait que c'est seulement la partie de l'image située dans l'axe optique de la caméra qui semble relativement calme, tandis que, vers le bord, les éléments d'images défilent avec une vitesse apparente de plus en plus grande. Cela a pour effet que les images dans les zones marginales sont de plus en plus floues. Il résulte de tout cela qu'il est souhaitable de prendre des dispositions pour améliorer la qualité des images dans les caméras vidéo des missiles. L'installation de tubes de prise de vues dans les caméras video des missiles est assortie d'inconvénients pour différentes raisons. Il convient de citer en premier lieu ledit flou d'image, c'est-à-dire le phénomène par lequel après un seul balayage de la cible par le faisceau d'électrons, 1 image électronique de charge n'est pas effacée de telle sorte qu'en cas de prise de vues d'objets se déplaçant rapidement, des filages apparaissent dans l'image. Tous les tubes de prise de vues présentent ce flou d'image de façon plus ou moins prononcée. Un autre défaut de l'ensemble des tubes de prise de vues réside dans le fait que la sensibilité lumineuse ne peut pas être réglée à l'aide de la tension de la cible. Une telle possibilité de réglage existe uniquement dans le vidicon dans lequel cependant l'effet de flou d'image est aussi fortement prononcé.La plupart des tubes de prise de vues exigent pour le réglage de la sensibilité lumineuse des systèmes de régulation optiques ou mécaniques spéciaux et compliqués. La possibilite de réglage de la sensibilité lumineuse est cependant un critère décisif pour la qualité de l'image. Pour les raisons susmentionnées, il est recom mandé d'utiliser dans les missiles des caméras vidéo qui ne sont pas équipées de tubes de prise de vues, mais de capteurs d'images à semi-conducteurs disposés dans deux dimensions et faisant office d'éléments photosensibles. Comme capteurs d'images à semi-conducteurs on peut par exemple recourir à des capteurs CCD, c'est-à-dire des éléments capteurs à transfert de charge. Par rapport aux tubes de prise de vues, ces capteurs d'images à semi-conducteurs présentent des avantages importants en particulier en ce qui concerne l'effet de flou d'image. A cela s'ajoute une bonne sensibilité, une consommation d'énergie relativement faible, une grande vitesse de réaction ainsi que la suppression d'éléments de focalisation et de déflexion et, en plus de tout ça, une grande résistance aux vibrations.Il est vrai, cependant, que la sensibilité lumineuse de ces capteurs d'images à semi-conducteurs ne peut pas non plus être réglée sans difficultés au moyen d'un signal externe. L'invention a pour objet de mettre au point un procédé de prise de vues du type précité ainsi qu'un dispositif de prise de vues pour sa mise en oeuvre, ce procédé et ce dispositif devant permettre, par l'emploi de caméras vidéo à capteurs d'images à semi-conducteurs disposés dans deux dimensions dans des engins volants ou des missiles, de produire à tout moment des images nettes dans lesquelles en particulier lteffet néfaste de l'explosion d'image est réduit dans toute la mesure du possible. Par ailleurs, dans une extension avantageuse de l'invention, il doit être possible, par suppression de l'influence des vibrations du missile, de produire des images stables. Ce procédé est atteint selon l'invention en ce qui concerne le procédé de prise de vues par le fait qu'en amont des capteurs d'images à semi-conducteurs est monté un amplificateur d'images électronique à facteur d'amplification réglagle qui est entraîné par impulsions de manière que les capteurs d'images à semi-conducteurs, pendant une période d'image, ne soient respectivement éclairés qu'un court instant avec une intensité amplifiée. Un dispositif de prise de vues pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé par le fait qu'il comprend un ampliticateur limages électronique à amplification variable pouvant être utilisé en régime impulsionnel et monté optiquement directement en amont des capteurs d'images à semi-conducteurs. Conformément à l'invention, par conséquent, optiquement en amont de l'agencement de capteurs d'images à semi-conducteurs, est monté un amplificateur d'images électronique qui doit être utilisé en régime impulsionnel de façon que, pendant une période d'image, il ne soit transparent que pour une durée relativement très courte. Simulta nément, pendant cette courte durée d'exposition, l'intensité de la lumière arrivant par l'objectif est considérablement amplifiée dans l'amplificateur d'images électronique, le facteur d'amplification pouvant être varié à volonté par la hauteur de la tension appliquée. L'important raccourcissement du temps d'exposition par rapport à la totalité de la période d'image dont la durée est déterminée par la norme de télévision est donc compensé par l'amplification de l'intensité de la lumière pendant la durée de l'exposition. L'amplificateur d'images électronique peut) par exemple, contenir une plaque de microcanaux dans les microcanaux de laquelle une cascade d'électrons plus ou moins intense est produite par électron incident suivant la tension appliquée. On peut aussi utiliser d'autres types d'amplificateurs d'images électroniques, auquel cas il y a lieu de considérer comme un principe généralement admis que les photons provenant, côté entrée, de l'objectif de la caméra vidéo arrivent d'abord sur une photocathode où ils libèrent un nombre correspondant d'électrons.Ces électrons, par l'application d'une haute tension, sont ensuite accélérés pour leur conférer une grande énergie et éventuellement multipliés dans une plaque à microcanaux de manière qu'ils soient en mesure, soit, en atteignant un ecran à luminescence, d'y expulser un grand nombre de photons soit, en atteignant le matériau semi-conducteur photosensible d'un capteur d'images, d'y exciter un grand nombre de porteurs de charges. En utilisant un écran à luminescence, le courant de photons, côté sortie, est directement appliqué au module capteur faisant suite à l'amplificateur d'images électronique. Si, pour l'amplification, la tension appliquée à l'amplificateur d'images électronique est utilisée en régime impulsionnel, cet amplificateur n'est transparent que pendant la courte durée de ces impulsions de tension, mais non le reste du temps. En raison du très court temps d'exposition et de la forte amplification simultanée de l'intensité, l'invention permet de produire à tout instant des images individuelles nettes, suffisamment claires et réglables quant à leur luminosité. L'inconvénient de l'absence de possibilité de réglage de la sensibilité lumineuse liée à l'emploi de capteurs d'images à semi-conducteurs se trouve ainsi supprimé. En vue d'obtenir des cadences d'images stables, le procédé de prise de vues selon l'invention peut être complété par un procédé de traitement des images qui se caractérisé par le fait qu'à l'aide de capteurs de déplacement installés dans le missile, on recueille constamment des données effectives sur les mouvements du missile et qu'on les transmet en même temps que les données vidéo obtenues à partir des images prises à un poste dtinterpré- tation, qu'on y effectue une comparaison entre les données effectives et des données de consigne correspondantes et qu'on corrige les images en ce qui concerne leur position et leur orientation réciproques de manière à compenser tout écart apparaissant entre les données effectives existant à l'instant de la prise de chaque image et les données de consigne correspondantes. Conformément à ce procédé de traitement des images selon l'invention, à chaque image sont donc associées des données relatives au mouvement de l'engin volant mesurées au moment de la prise de vue. En cas d'écart entre ces données mesurées et les données de consigne prédéterminées, on déplace et/ou on tourne les images individuelles transmises au poste 'd'interprétation comme si l'engin avait à chaque instant maintenu sa trajectoire de consigne, et ce, aussi sans vibrations, si bien qu'il en résulte une cadence d'images stable et exempte de vacillements. Des capteurs de déplacement extrêmement sensibles et réagissant vite sont disponibles et l'on peut envisager, par exemple, des capteurs d'accélération à base inductive ou avec emploi de cristaux piézo-électriques.On peut ainsi mesurer et interpréter les accélérations se produisant dans les trois directions axiales. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de traitement des images précité est caractérisé pour l'es- sentiel par le fait qu'il comporte des capteurs de déplacement installés dans l'engin volant pour la détermination continuellement répétée des données effectives concernant les mouvements de l'engin volant, un dispositif de transmission transmettant les données effectives et les données video de l'engin volant au poste d'interprétation ainsi qu'une unité de comparaison prévue dans le poste d'interprétation pour comparer les données effectives reçues aux données de consigne et un calculateur de corrections des coordonnées effectuant la correction des images en fonction de l'écart données de consigne/données effectives. Le procédé de traitement des images susmentionné peut être utilisé lorsque dans l'engin volant il n'existe aucune disposition ou que les dispositions prises sont insuffisantes pour. désolidariser la caméra vidéo des mouvements désordonnés propres de l'engin volant, par exemple des vibrations. Si de telles dispositions sont prévues dans le missile et si elles fonctionnent efficacement, on peut renoncer à l'utilisation du procédé de traitement des images selon l'invention et du dispositif correspondant. D'autre part, cette partie de l'invention permet de supprimer dans le missile les dispositifs quelquefois compliques devant assurer le désaccouplement mecanique entre la caméra vidéo et les mouvements perturbateurs du missile. Par conséquent, comme appareils compliqués, il ne subsiste plus dans le missile que les capteurs de déplacement.La correction des images en ce qui concerne les mouvements perturbateurs s'effectue alors par vie électronique principalement dans le poste d'interprétation ou dans l'installation dé guidage. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif selon l'invention comprend un démodulateur installé dans le poste d'interprétation, recevant les donnees vidéo transmises, dont les sorties d'adresse servant à la retransmission des coordonnees des points d'images sont raccordées à des entrées de données correspondantes du calculateur de correction des coordonnées et dont la sortie servant à la retransmission des données d'intensité de points d'images est raccordée à l'entrée d'un moniteur qui comporte, par ailleurs, des entrées d'adresse de points d'images pour recevoir les coordonnées des points d'images corrigés des sorties de données correspondantes du calculateur de correction des coordonnées. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé. La figure unique représente un schéma synoptique aussi bien d'un dispositif de prise de vues installé dans le missile que d'un dispositif de traitement d'images y associé installé dans le poste d'interprétation ou l'installation de guidage. Un engin volant ou missile 11 est symbolisé par une bordure définie par une ligne en tirets. Le missile est muni d'une caméra vidéo 3 qui comprend, en tant qu'éléments essentiels, un objectif 27, un amplificateur d'images électronique 2 ainsi qu'un module monté en aval et contenant un agencement de capteurs d'images à semi-conducteurs 1 disposés dans deux dimensions. Sur le dessin sont en outre représentés un générateur de normes de télévision 4, un générateur d'impulsions 5, une unité de combinaison de signaux 7, un amplificateur 8 ainsi qu'un modulateur de données 6. L'amplificateur d'images électronique comporte, cêté entrée, une photocathode en amont de laquelle peut être monté un panneau de fibres constitué par des fibres optiques disposées en faisceaux.Les photons provenant de l'objectif passent à travers les fibres optiques orientées sensiblement parallèlement à l'axe optique et parviennent à la photocathode où ils libèrent des électrons. Ceux-ci, dans une zone sous vide consécutive, sont accélérés par l'application d'une haute tension qui est fournie par le générateur d'impulsions 5. Les électrons ainsi accélérés à de hautes énergies viennent ensuite frapper, éventuellement après passage à travers un dispositif de reproduction électronoptique, soit un écran à luminescence, côté sortie, comportant des capteurs d'images à semi-conducteurs 1 montés en aval dans deux dimensions, de préférence des capteurs CCD, soit arrivent directement sur ceux-ci. La haute tension fournie par le générateur d'impulsions n'apparaît que sous la forme de courtes impulsions dont la durée se situe approximativement dans la plage des microsecondes ou de quelques millisecondes. Par contre, la durée d'une période d'image est par exemple 40 msec, conformément à une norme de télévision usuelle. Pendant ce temps, l'information image mémorisée sous forme de répartition de charge dans les capteurs CCD reste maintenue sans phénomènes de dégénération sensibles et peut être extraite de façon habituelle. Les signaux vidéo extraits sont appliqués à un amplificateur 8 monté en aval et de là parviennent à une unité de combinaison de signaux 7. Dans celle-ci sont ajoutés les signaux de synchronisation produits par le géné rateur de normes de télévision 4, si bien qu'à la sortie de l'unité de combinaison de signaux 7 on obtient des signaux vidéo normalisés. Le générateur de normes de télévision 4 veille aussi à ce que les impulsions de tension du générateur d'impulsions soient synchronisées avec la fréquence d'extraction. Les signaux vidéo délivrés par l'unité de combinaison des signaux 7 parviennent à un modulateur de données 6 qui sert au codage dans un mode favorable à la transmission de l'image et à la sortie duquel apparaissent par exemple des données vidéo numérisées disponibles pour la transmission. Le trajet de transmission du missile à une installation de guidage ou à un.poste d'interprétation 10 se trouvant au sol est symbolisé par un dispositif de transmission 12 représenté par une ligne en tirets. Ce dispositif de transmission 12 contient des composants disposés aussi bien dans le missile 11 qu'également dans le poste d'interprétation 10, comme par exemple des émetteurs et des récepteurs ainsi qu'éventuellement des câbles électriques ou à fibres optiques pour la transmission guidée des données vidéo émanant du modulateur 6. Si, dans le missile 11, la caméra vidéo 3 n'est pas isolée des mouvements perturbateurs, au dispositif de transmission 12 sont encore fournies des données effectives qui proviennent de capteurs de déplacement 9 qui délivrent des valeurs de mesure pour les mouvements du missile 11. Les éléments du dispositif essentiels pour l'invention et se trouvant dans le poste d'interprétation 10 sont une unité de comparaison 13, un calculateur de correction des coordonnées 14, un démodulateur 15 ainsi qu'en général un moniteur 22. Par un dispositif 29 de commande de la trajectoire qui est actionné par exemple par la personne surveillant sur le moniteur 22 le vol du missile 11, on applique à l'unité de comparaison 13 des données de consigne pour les mouvements désirés du missile. Cette unité de comparaison reçoit en même temps au sujet du mouvement du missile des données effectives correspondantes introduites par le dispositif de transmission 12 et détermine les écarts par rapport aux données de consigne. Le dispositif de transmission 12 applique au démodulateur 15 des données vidéo conformément à la succession des photos prises.Dans le démodulateur 15 ces données sont scindées en intensités et en coordonnées de points d'images. Les données d'intensité des points d'images sont envoyées par la sortie des données20 du démodulateur 15 à l'entrée des données 21 du moniteur 22. Entre les sorties d'adresse 16, 17 du démodulateur 15 et les entrées d'adresse des points d'images 23, 24 du moniteur 22 est inséré le calculateur de correction des coordonnées 14 dont les entrées de données 18, 19 reçoivent des sorties adresse 16, 17 y associées du démodulateur 15 les données correspondant aux coordonnées d'images x et y. Les données établies par l'unité de comparaison 13 et correspondant aux écarts entre les valeurs de consigne et les valeurs effectives sont appliquées au calculateur de correction des coordonnées 14 par d'autres entrées 30, 31, 32.Le calculateur de correction des coordonnées 14 sur la base des différences entre les valeurs de consigne et les valeurs effectives corrige les coordonnées des points d'images transmises de manière que les erreurs d'orientation et de trajectoire du missile 11 apparaissent éventuellement au niveau de ses sorties des données 25, 26 soient rectifiées, c'est-à-dire quelles transformations des coordonnées des points d'images (Translations et Rotations) nécessaires pour la stabilisation de l'image sur le moniteur 22 soient exécutées conformément aux écarts constatés entre les valeurs effectives et les valeurs de consigne du mouvement du missile. Les données ainsi corrigées pour les coordonnées des points d'images parviennent aux entrées 23, 24 du moniteur 22 avec pour résultat que celui-ci fournit une cadence d'images corrigée, exempte de vacillements et constituée d'images individuelles nettes. REVENDICATIONS 1. Procédé de prise de vues pour caméras vidéo embarquées à bord d'engins volants et equipées de capteurs d'images à semi-conducteurs photosensibles disposés dans deux dimensions, caractérisé par le fait qu'en amont des capteurs d'images à semi--conducteurs (1) est monté un amplificateur d'images électronique (2) à facteur d'amplification réglable qui est entraîné par impulsions de manière que les capteurs d'images (1) à semi-conducteurs, pendant une période d'image, ne soient respectivement éclairés qu'un court instant avec une intensité amplifiée. 2. Dispositif de prise de vues pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 avec une caméra vidéo qui comporte des capteurs d'images a semi-conducteurs photosensibles disposés dans deux dimensions, caractérisé par le fait qu'il comprend un amplificateur d'images électronique (2) à amplification variable pouvant être utilisé en régime impulsionnel et monté optiquement directement en amont des capteurs d'images à semi-conducteurs (1). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un générateur (4) de normes de télévision préparant les signaux de synchronisation pour l'image vidéo, un générateur d'impulsion (5) raccordé à celui-ci et envoyant des impulsions de haute tension à l'amplificateur d'images électronique (2) ainsi qu'une unité de combinaison de signaux (7) reliée, côté entrée, aussi bien à l'amplificateur d'images électronique (2) qu'au générateur (4) de normes de télévision et, côté sortie, à un démodulateur de données (6). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comporte un amplificateur (8) relié, côté entrée, aux capteurs d'images à semi-conducteurs (1) et, côté sortie, à l'unité de combinaison des signaux (7). 5. Procédé pour le traitement des imaaes video prises selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à l'aide de capteurs de déplacement (9), on recueille constamment des données effectives sur les mouvements de l'engin volant (11) et qu'on les transmet en même temps que les données vidéo obtenues à partir des images prises à un poste d'interprétation (10), qu'on y effectue une comparaison entre les données effectives et des données de consigne correspondantes et qu'on corrige les images en ce qui concerne leur position et leur orientation réciproques de manière à compenser tout écart apparaissant entre les données effectives existant à l'instant de la prise de chaque image et les données de consigne correspondantes. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 5, caracterisé par le fait qu'il comporte des capteurs de déplacement (9) installés dans le missile (11) pour la détermination continuellement répétée des données effectives concernant les mouvements du missile, un dispositif de transmission (12) transmettant les données effectives et les données vidéo du missile (11) au poste d'interprétation (10) ainsi qu'une unité de comparaison (13) prévue dans le poste d'interprétation (10) pour comparer les données effectives reçues aux données de consigne et un calculateur (14) de correction des coordonnées effectuant la correction des-images en fonction de l'écart données de consigne/données effectives. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un démodulateur (15) installe dans le poste d'interprétation (10), recevant les données vidéo transmises, dont les sorties d'adresse (16, 17) servant à la retransmission des coordonnées des points d'images sont raccordées à des entrées de données correspondantes (18,. 19) du calculateur (14) de correction des coordonnées et dont la sortie (20) servant à la retransmission des données-d'intensitué de points d'images est raccordée à l'entrée f21) d'un moniteur (22) qui comporte, -p-ar ailleurs, des entrées d'adresse de points d'images (23, 24) pour recevoir les coordonnées des points d'images corrigés des sorties des données correspondantes (25,26) du calculateur (14) de correction des coordonnées.