Brevet FR2570195A1 — publié le 19860314

"Appareil de recherche de cibles, opto-électronique permettant une saisie et détermination automatique de l'objectif à bord de véhicules porteurs." La présente invention concerne un appareil de saisie de cibles opto-électronique pour re- chercher, saisir et mesurer automatiquement des cibles à l'aide d'un détecteur d'images prévu sur une plate-forme de stabilisation basculante et une installation de repré- sentation et d'exploitation d'images ainsi commandée et dans lequel sont traitées les corrélations des données de détection d'images et des données d'images statisti- ques, mises en mémoire. Lors de la surveillance de zones d'intervention et pour détecter des objectifs constituants des cibles, il est connu de surveiller des espaces cor- respondants par exemple à l'aide d'engins volants-et de les détecter à l'aide de détecteurs d'images. Les données d'images que l'on peut obtenir par une telle mise en oeuvre peuvent être transmises par exemple à un poste- directeur au sol et être transférées de là à des moniteurs pour un traitement correspondant. L'observation des moni- teurs permet à une personne assurant le contr8le, d'exploi- ter les données d'images des espaces d'intervention, saisies et d'effectuer des déterminations d'objectif comme cela est par exemple décrit dans le document DE-OS 25 19 241. Les moyens décrits ci-dessus pour la saisie d'une cible et pour la détermination d'un objectif sont toutefois insuffisants et cela car l'utilisation d'une personne assurant le contrôle dans le poste-directeur, constitue un facteur d'insécurité. En outre, un tel sys- tème de surveillance assurant la surveillance automatique et la saisie automatique de cibles à grande distance, par exemple au-delà des limites à portée de vue et dans des plages angulaires importantes ne convient pas. L'invention a ainsi pour but de créer un appareil de recherche de cibles, opto-électronique, du type ci-dessus, permettant une saisie automatique de la cible et une détermination automatique de l'objectif à bord de véhicules porteurs. De plus, l'invention a pour but d'assurer la saisie de cibles et la détermination d'objectifs, automatiques, à grande distance et dans des plages angulaires importantes. A cet effet, l'invention concerne un appareil du type ci-dessus, caractérisé en ce que les données d'images de détecteur sont transférées pour géné- rer des données d'images dualisées au-delà d'un seuil d'amplitude réglable, puis sont appliquées à des corréla- teurs pour le traitement à l'aide de modèles d'objectif, susceptibles d'être sélectionnés, formés par des données d'images statistiques. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le seuil d'amplitude réglable est déterminé dans un comparateur comme fonction des classes de cibles prévisibles par combinaison des paramètres statistiques de chaque image (exploitation de l'histogramme). Suivant une autre caractéristique de l'invention, on utilise des modèles à invariance de rota- tion de cibles pour les modèles d'objectif et qui sont adaptés en grandeur du bord supérieur au bord inférieur de l'image, par le dispositif d'alignement de détecteur dirigé de façon inclinée vers l'avant. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'appareil par exemple embarqué à bord d'un avion de combat reçoit des données de système telles que l'altitude de vol, la résolution du détecteur et la direction de visée du détecteur et le type d'objectif à saisir et des modèles de référence calculés à partir de là pour les modèles d'objectif. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la corrélation entre les données d'images dualisées se fait avec les données des modèles d'objectif invariantes en rotation de cibles. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les modèles abstraits d'objectif sont décom- posés en trois modèles partiels dont les données respec- tives sont liées par corrélation dans l'un des trois cor- rélateurs parallèles aux données d'images dualisées. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le détecteur d'images est un détecteur d'ima- ges passif par exemple une caméra à infra-rouge ou un radiomètre à micro-ondes. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le détecteur d'images est un détecteur d'ima- ges actif tel qu'un détecteur-radar. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le basculement de la plate-forme de stabili- sation se fait avec un mouvement triangulaire. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le basculement de la plate-forme de stabili- sation se fait avec un mouvement sinusoidal. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le basculement de la plate-forme de stabili- sation se fait avec un mouvement en dents de scie. Suivant une autre caractéristique de l'invention le basculement de la plate-forme de stabili- sation se fait suivant un mouvement en spirale. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la iPlate-forme de stabilisation est associée à un appareil dé télémétrie à laser. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le baseulement de la plate-forme de stabili- sation se fait après une recherche réussie d'objectif sur l'objectif détecté à l'aide de la plate-forme de stabili- sation. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les données des images originales reçues sont appliquées à une unité d'amélioration d'images qui, par une exploitation d'histogramme, génère une ligne de transfert (chemin polygonal) a un contenu d'images adapta- tif et assure une qualité optimale de représentation d'images. Enfin, suivant une autre caractéristi- que de l'invention, la position relative d'un objectif détecté est rendue visible au niveau de la console du pilote par une projection à spot. L'appareil de recherche opto-électro- nique de cibles peut comporter un détecteur passif d'images par exemple un détecteur d'images à infra-rouge ou un radiomètre à micro-ondes. Il est également possi- ble d'utiliser pour cela un détecteur actif tel que par exemple un détecteur à radar. La plate-forme de stabili- sation offre ainsi la possibilité de balayer dans la zone de surveillance, une grande plage angulaire par bascule- ment de la plate-forme. Pour les mouvements de bascule- ment, on peut utiliser suivant les exigences, des mouve- ments en triangle, en sinus, en dents de scie ou en spi- rale et la vitesse du mouvement de basculement est une fonction de la direction de visée et de la vitesse de l'avion-porteur, par exemple un avion de combat, de façon à obtenir un chevauchement suffisant des images dans la période de basculement, assurant une grande probabilité de la saisie et de la répartition des objectifs. De plus, lors de l'utilisation d'un détecteur d'images à infra- rouge, il est avantageux de convertir ce détecteur en détection continue ou en détection de semi-images au lieu d'avoir la norme CCIR habituelle. Les images ou les ex- traits d'images de l'espace d'intervention, surveillé à l'aide de tels détecteurs sont exploités comme cela sera décrit ci-après pour la saisie de la cible et la détermi- nation de l'objectif. La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma-bloc de l'ensemble de l'appareil de visée opto-électronique. - la figure 2 est un schéma-bloc des étages de commutation pour la saisie automatique d'un objectif. - la figure 3a montre la structure de référence d'une grille abstraite d'un objectif. - la figure 3b montre la répartition dans une grille de référence d'un modèle de recherche. L'appareil de visée opto-électronique représenté à la figure 1 se compose d'une caméra d'images à infra-rouge 10 qui est prévue sur une plate-forme de stabilisation basculante 11. Cette plate-forme 11 porte en outre un appareil de télémesure à laser 12 qui, comme la caméra à infra-rouge 10, coopère dans les deux direc- tions avec un bus de données 13. Cela permet de détermi- ner l'éloignement d'un objectif visé et de régler le champ de visée de la caméra. Les données de sortie de la caméra à infra-rouge 10 sont tout d'abord transmises à un convertisseur analogique-numérique 14 qui fournit des données numériques d'images aux étages de commutation 15 pour la saisie automatique de l'objectif et à un étage de commutation 16 pour l'amélioration de l'image. Le conver- tisseur analogique-numérique 14 et l'étage de commutation 16 pour l'amélioration de l'image sont commandées égale- ment par les données provenant du bus de données 13. Pour cela, le bus de données 13 coopère dans les deux sens avec un calculateur central 17 et une mémoire 18. De plus, un générateur de cadence (horloge) 19 fournit ses signaux de cadence au bus de données 13 et les données de l'avion- porteur par exemple un avion de combat telles que la vitesse de l'avion, la hauteur de l'avion etc qui sont introduites dans le bus de données par un bloc représenté de façon schématique. Les données numériques d'images de l'étage de commutation 16 pour améliorer l'image arri- vent dans un convertisseur numérique-analogique 21 par l'intermédiaire du bus de données 13; le convertisseur transmet les données d'images converties en retour en pas- sant par un mélangeur d'images 22 à un appareil de visua- lisation 23 à touches d'entrée. Cet appareil de visualisa- tion 23 coopère en outre avec un inverseur de champ de vision 24 par un bus de données 13 de façon à pouvoir représenter à échelle agrandie des objectifs déterminés à l'aide d'une simple entrée à touches. Un générateur de symbole 25, associé au mélangeur d'images 22 et commandé par les données du bus de données 13 permet d'insérer certains symboles dans les données d'images et de les faire apparaître sur l'appareil de visualisation 23. Ces symboles d'images peuvent en outre être reproduits sur un projecteur à spot 26 qui repère la direction de la posi- tion de l'objectif au niveau de la console du pilote. Un second appareil de visualisation 27 qui est commandé par exemple pour former le réticule, à l'aide d'un générateur de symboles 28 à ordinateur coopérant de façon réciproque par l'intermédiaire du bus de données 13, permet ainsi d'aligner l'axe longitudinal de l'avion sur l'objectif choisi. La figure 2 montre les d-éals.-..d. détails des étages de commutation 15 pour la saisie auto- matique d'un objectif dans l'ensemble de l'appareil de visée opto-électronique. Ces étages de commutation réfé- rencés de façon plus détaillée dans le schéma-bloc et branchés entre eux ont pour but en pratique de rechercher automatiquement la véracité d'objectifs particuliers d'images prises par la caméra à infra-rouge 10, de déter- miner leur position-image et d'arrêter le basculement de la plate-forme de stabilisation ll lorsque la recherche de l'objectif a réussi. En outre, il faut que la caméra d'images à infra-rouge 10 soit alignée pour permettre une identification visuelle de l'objectif à l'aide d'un agran- dissement de l'image par le circuit de commutation du champ de visée. La base de la reconnaissance automatique de l'objectif est une corrélation des données-image reçues et dualisées avec un modèle abstrait de l'objectif. Cette dualisation de chaque image de la camera d'images à infra-rouge 10 se fait dans le comparateur avec un seuil d'amplitude qui est déterminé comme fonction de la classe d'objectif prévisible par la combinaison appropriée de paramètres statiques d'images (exploitation d'un histo- gramme) déterminés individuellement pour chaque image. Pour éviter une trop grande résolution d'erreur, par exem- ple pour des statistiques défavorables de l'image reçue, on renonce a une exploitation. Pour avoir une corrélation rapide et simple, on utilise en plus de la dualisation d'images (1 bit de résolution de l'échelle des gris) des modèles d'objectif invariants en rotation de l'objectif qui, lors- que la caméra d'images 10 est alignée de façon inclinée, sont adaptés du haut vers le bord inférieur de l'image, dans le sens des grandeurs. Par le transfert des données du système de l'avion-porteur et de la caméra comme cela est indiqué par le bloc 20 à la figure 1, on peut calculer les modèles de référence à l'aide de l'altitude, de la résolution du détecteur et de la direction de visée ainsi que du type d'objectif à déterminer. Les modèles d'objec- tif invariants en rotation se distinguent dans ce cas par une coïincidence à 100 % à l'intérieur de la plus petite dimension de l'objectif et d'une certaine correspondance par exemple à 66 % pour la plus grande dimension de l'ob- jectif. Une détermination correcte de l'objectif néces- site en outre une coincidence à 0 % dans la zone extérieu- re (séparation de l'arrière-plan). - La figure 3a est une structure carac- téristique d'un modèle d'objectif abstrait pour l'aligne- ment vertical et incliné du capteur; les dimensions des différentes parties du modèle doivent être choisies en fonction des dimensions de l'objectif ainsi que des para- mètres de vol et des paramètres du capteur. Les lettres L et H désignent dans la présente description les expres- sions "bas" c'est-à-dire vers le bas et "haut" c'est-àa- dire vers le haut. Pour établir simplement et rapidement la corrélation, on décompose ce modèle abstrait de réfé- rence en trois modèles partiels qui sont liés par corréla- tion, indépendamment les uns des autres dans l'un des trois corrélateurs. La figure 3 montre la subdivision choisie avec les trois modèles de corrélation qui en résul- tent et les modèles de masque différents qui, en liaison avec l'information d'altitude de l'objectif comme informa- tion de profondeur de mémoire ont été enregistrés dans la mémoire de référence d'objectif. La largeur du modèle de corrélation se comporte proportionnellement à la lar- geur de l'objectif xmax et peut occuper des valeurs com- prises entre 10 et 64 points-image. Les points-image non utilisés ici doivent être recouverts par l'information de masque. Pour réaliser la corrélation, on introduit dans les registres à décalage, en parallèle, des corrélateurs correspondant aux modèles 1 à 3, les données de l'image à infra-rouge dualisées et mises en mémoire de façon intermédiaire, ligne par ligne. Lors- que les corrélateurs des modèles 2 et 3 dépassent un degré de corrélation prédéterminé, on enregistre les adresses de colonnes de ce point-image. On peut enregis- trer de cette façon 16 adresses dans la mémoire d'adres- ses. Lors du passage à la ligne suivante, lorsqu'on atteint le degré de corrélation prédéterminé, on récupère de nouveau les adresses et on les compare aux adresses enregistrées en mémoire. Si la différence des deux adres- ses n'est pas supérieure à +/- 1 point-image (disposition inclinée de l'objectif dans l'image) alors on enregistre l'adresse comparée et un nombre n. Ce nombre n exprime le nombre des lignes comparées. Pour une différence plus im- portante, on enregistre en premier lieu la dernière adresse. Le résultat du corrélateur pour le modèle 2 est en outre inscrit dans une mémoire d'addition d'un comparateur-additionneur. Ce comparateur-additionneur contrôle également si à ce moment par exemple 70 % de l'ensemble des points-image de cette trame sont de niveau "haut" et l'exploitation s'arrête alors. L'exploitation de la mémoire d'addition est alors effectuée dans une ligne de tolérance M qui se présente lorsque le nombre n atteint le nombre de lignes M prédéterminé et prévisible. En outre, on calcule une fenêtre d'adresse dans cette ligne de tolérance M et on vérifie dans cette fenêtre d'adresse, pour la ligne suivante à l'aide du corrélateur pour le modèle 1 si la condition "niveau bas" est satis- faite. Lorsque dans ce cas, il se présente également un degré de corrélation prédéterminé, on définit l'objectif comme reconnu. A partir de ce point-image, on peut enre- gistrer de façon intermédiaire les adresses des colonnes et des lignes et les introduire dans une mémoire de sym- boles par un circuit de transformation d'adresses qui calcule alors l'adresse moyenne de l'objectif. Le schéma de la figure 2 qui, comme déjà indiqué, est une vue d'ensemble de la structure et du fonctionnement des étages de commutation pour la saisie automatique d'un objectif comporte certains des étages de commutation réalisés trois fois en parallèle et peut effectuer une exploitation de l'image pratiquement suivant un traitement en temps réel à une cadence de 40 ms. Au cas ou la durée d'exploitation d'une image peut correspon- dre à 120 ms, il est possible de renoncer à un traitement en parallèle. Les coordonnées de l'objectif calcu- lées selon la manière décrite ci-dessus pour un objectif- cible, saisi, servent à aligner la caméra d'images à infra-rouge 10 (les coordonnées les plus proches rappor- tées à la position instantanée de la plate-forme de stabi- lisation) et pour repérer la cible. Dès que des objectifs sont décelés dans une image, on peut représenter cette image sur l'appareil de visualisation 23 y compris les repères insérés, et une signalisation acoustique attire l'attention du personnel de contrôle. Comme l'axe de détection opfique est aligné sur l'objectif le plus proche, la reconnaissance visuelle de la cible se fait par un simple circuit de commutation de champ de visée. Dans ce cas, il est possible de repérer la cible à l'aide du géné- rateur de symboles 25. Pour afficher la position de la cible par rapport à la position de l'engin-porteur, on peut insérer dans l'image représentée, soit une mesure angulai- re, soit le repérage de la cible à l'aide d'un projecteur de spot, à l'endroit approprié prévu sur la console du pilote. Pour des objectifs-cibles détectés de cette ma- nière, on dispose d'autres calculateurs de bord embarqués dans un avion de combat pour la poursuite du traitement. L'appareil de télémétrie à laser 12 sert ainsi aux calculs exacts des dimensions de l'image de référence ou des positions de l'objectif. ( La norme CCIR est donnée par le Comité consultatif international de radiocommunication) (625 lignes/TV). REVENDICATION S 1 ) Appareil de saisie de cibles opto- électronique pour rechercher, saisir et mesurer automati- quement des cibles à l'aide d'un détecteur d'images prévu sur une plateforme de stabilisation basculante et une installation de représentation et d'exploitation d'images ainsi commandée et dans lequel sont traitées les corréla- tions des données de détection d'images et des données d'images statistiques, mises en mémoire, appareil earacté- risé en ce que les données d'images de détecteur sont trans- férées pour générer des données d'images dualisées au-delà d'un seuil d'amplitude réglable, puis sont appliquées à des corrélateurs pour le traitement à l'aide de modèles d'objectif, susceptibles d'être sélectionnés, formés par des données d'images statistiques. 2 ) Appareil de saisie de cibles, opto- électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil d'amplitude réglable est déterminé dans un comparateur comme fonction des classes de cibles prévisi- bles par combinaison des paramètres statistiques de chaque image (exploitation de l'histogramme). 3 ) Appareil de saisie opto-électroni- que de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise des modèles à invariante de rotation de cibles pour les modèles d'objec- tif et qui sont adaptés en grandeur du bord supérieur au bord inférieur de l'image, par le dispositif d'alignement de détecteur dirigé de façon inclinée vers l'avant. 4 ) Appareil de saisie opto-électroni- que de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'appareil par exemple em- barqué à bord d'un avion de combat reçoit des données de système telles que l'altitude de vol, la résolution du détecteur et la direction de visée du détecteur et le type d'objectif à saisir et des modèles de référence cal- culés à partir de là pour les modèles d'objectif. ) Appareil opto-électronique de saisie de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce-que la corrélation entre les données d'images dualisées se fait avec les données des modèles d'objectif invariantes en rotation de cibles 6 ) Appareil de saisie opto-électro- nique de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les modèles abstraits d'objec- tif sont décomposés en trois modèles partiels dont les données respectives sont liées par corrélation dans l'un des trois corrélateurs parallèles aux données d'images dualisées. 7 ) Appareil de saisie opto-électro- nique de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur d'images est un détecteur d'images passif par exemple une caméra à infra- rouge (10) ou un radiomètre à micro-ondes.- 8 ) Appareil opto-électronique de saisie de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur d'images est un détecteur d'images actif tel qu'un détecteur-radar. 9 ) Appareil de saisie opto-électro- nique de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le basculement de la plate- forme de stabilisation (11) se fait avec un mouvement triangulaire. ) Appareil opto-électronique de saisie de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le basculement de la plate- forme de stabilisation (11) se fait avec un mouvement sinusoidal. 11 ) Appareil opto-électronique de saisie de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le basculement de la plate- forme de stabilisation (11) se fait avec un mouvement en dents de scie. 12 ) Appareil opto-électronique de saisie de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le basculement de la plate- forme de stabilisation (11) se fait suivant un mouvement en spirale. 13 ) Appareil opto-électronique de saisie de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la plate-forme de stabilisa- tion (11) est associée à un appareil de télémétrie à laser (12). ) Appareil opto-électronique de saisie de cibles selon l'une quelconque des revendications I à 13, caractérisé en ce que le basculement de la plate- forme de stabilisation (11) se fait après une recherche réussie d'objectif (10) sur l'objectif détecté à l'aide de la plate-forme de stabilisation (11). ) Appareil opto-électronique de saisie de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les données des images ori- ginales reçues sont appliquées à une unité d'amélioration d'images(16) qui, par une exploitation d'histogramme, génère une ligne de transfert (chemin polygonal) à un contenu d'images adaptatif et assure une qualité optimale de représentation d'images. 16 ) Appareil opto-électronique de saisie de cibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la position relative d'un objectif détecté est rendue visible au niveau de la con- sole du pilote par une projection à spot.