Brevet FR2567348A1 — publié le 19860110

Dispositif de corrélation vidéo, et procédé de stabilisation d'un mobile utilisant un tel dispositif. La présente invention se rapporte aux dispositifs qui permettent d'effectuer la corrélation d'un signal vidéo représentant une image pour pouvoir apprécier les déplacements de celle-ci. Elle concerne également les procédés de stabilisation d'un mobile par rapport à un environnement fixe ou mobile dont on peut obtenir une image vidéo. Les procédés de corrélation d'une image vidéo pour apprécier les modifications, notamment les translations de celle-ci, sont bien connus. Quand cette corrélation est bidimensionnelle, l'électronique de traitement,nécessaire à l'opération de corrélation, devient notoirement lourde et complexe dès que l'image est un peu détaillée. Cette complexité varie en gros dans un rapport N2, si N est le nombre de pixels selon chaque axe. Dans certains cas, une corrélation selon l'un des axes est suffisante. On peut alors utiliser, par exemple, une caméra à fente, ou une barrette de CCD, et l'électronique nécessaire est alors d'un volume sensiblement plus restreint, variant dans un rapport N. Ceci suppose toutefois que le déplacement de l'image soit bien limité à l'axe de corrélation, ou, éventuellement, qu'un déplacement perpendiculaire à cet axe ne modifie pas l'image, ce qui est rare dans la pratique. Dans le cas contraire, la ligne observée change et on perd la corrélation. Pour pouvoir faire une corrélation monodimensionnelle avec une grande indépendance des mouvements de l'image par rapport aux déplacements perpendiculaires à l'axe de corrélation, l'invention propose d'intégrer au moins une partie du champ de l'image selon cet axe perpendiculaire, par des procédés optiques ou électroniques. En associant deux tels dispositifs selon deux direc tions perpendiculaires, on peut alors faire une corrélation bidimensionnelle avec un matériel dont le volume varie dans un rapport en 2N. En utilisant une caméra dont on commute l'orientation du balayage d'une image a l'autre selon ces deux directions, le volume du matériel varie seulement dans un rapport N. Un tel dispositif permet d'asservir, par exemple, la position en hauteur d'une passerelle en face de la porte d'un avion1 sans que les mouvements horizontaux de celuici,ou les différences entre les modèles d'avions, fassent perdre le contrôle de cet asservissement. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, faite a titre d'exemple non limitatif, en regard des figures annexées qui représentent - la figure 1, une réalisation optique de l'invention; - la figure 2, le signal vidéo délivré par l'organe 107 de la figure 1 - la figure 3, le schéma d'une-réalisation électronique de l'invention - la figure 4, un exemple d'image à traiter par l'invention ; et - la figure 5, le schéma d'une variante selon deux axes d'une réalisation électronique de l'invention. Dans un premier exemple de réalisation, représenté sur la figure 1, on forme, d'une scène observée 101 ayant deux axes OX et OY, une image 102 à l'aide d'une lentille cylindrique 103 orientée selon OX. Cette image est formée d'une série de lignes parallèles à OX et dont la luminance est sensiblement égale à la moyenne de la luminance des pixels formant les lignes homologues de la scène. C'est ainsi que, sur la figure l, le fond 104 de la scène est représenté par trois bandes d'un gris moyen 114, et que les taches respectivement blanche 105 et noire 106 sont représentées par une bande 115 d'un gris plus clair et une bande 116 d'un gris plus foncé. Toutes ces bandes sont parallèles à OX. En disposant alors un élément détecteur linéaire, tel qu'une barrette de CCD 107, parallèlement à OY et dans le plan de l'image 102, on obtient, sur la sortie vidéo de celui-ci, un signal tel que représenté en Fig. 2. I1 est bien clair que la position de cet élément 107, le long de la direction OX, est indifférente. Quels que soient donc les deplacements des taches 105 et 106 dans la direction OX, pourvu qu'elles gardent les mêmes ordonnées selon OY, le signal vidéo ne changera pas. Par contre, un déplacement de ces taches dans la direction OY, correspondant par exemple à un décalage A Y de l'ensemble lentille 103, barrette 107, correspond à un déplacement corrélatif des créneaux du signal vidéo représenté en figure 2. Ceci permet donc de procéder à une corrélation directement sur le signal vidéo délivré par la barrette pour déceler les mouvements relatifs entre la scène et l'appareil selon la direction OY, tout en restant insensible aux mouvements relatifs selon la direction OX. Il y a deux limites aux dimensions du champ d'observation selon OX Si celui-ci est infini (très grand), la multiplicité des détails, le long des lignes, tend à donner un gris uniforme sur toutes les lignes de l'image et le signal vidéo devient constant. S'il est nul (très petit), le contraste, et donc les variations du signal vidéo, seront maximals. Hais alors l'indépendance selon OX sera nulle etcn n-'aura pas le resul- tat recherché. Il est aisé d'obtenir une solution intermédiaire variable en utilisant deux volets mobiles placés avant la lentille qui limiteront de manière variable le champ observé. Dans un deuxième exemple de réalisation, on observe la scène 101 â l'aide d'une caméra de télévision tout à fait normale dont le balayage est parallèle à OX. Le signal vidéo de cette caméra représente donc fidèlement cette scène et est formé de lignes parallèles à OX. Ce signal est alors trait dans un système electronique représenté sur la figure 3. Le signal vidéo V est appliqué par un premier inter rupteur 301 à un intégrateur formé d'un amplificateur 302 muni d'un condensateur 303 ét d'un deuxième interrupteur de remise à zéro 304. L'interrupteur 301 détermine la portion de chaque ligne d'analyse sur laquelle porte l'intégration. L'interrupteur 304 permet la remise à zéro de l'intégrateur au début de chaque ligne, sous la commande d'un extracteur de synchronisation 305 recevant le signal V. Cet extracteur commande également, en fin de ligne, un interrupteur 306 qui permet de mémoriser la valeur de l'intégrale de V le long de la ligne, dans un circuit échantillonneur-bloqueur formé d'un amplificateur 307 et d'un condensateur 308. Ces échantillons successifs donnant la valeur du gris moyen de chaque ligne sont appliqués à un corrélateur 309 qui délivre un signal A Y représentant les translations relatives selon OY de la scène observée par rapport à la caméra, sans influence des translations selon OX. Ce corrélateur délivre également un signal de fenêtre qui ferme l'interrupteur 301 de manière à maximiser les variations du signal en sortie de l'échantillonneur, ce qui correspond à la zone verticale la plus détaillée, tout en gardant une intégration suffisamment longue pour avoir l'insensibilité recherchee aux mouvements selon OX. Il fonctionne en recherchant la meilleure autocorrélation. Un moniteur vidéo 310 permet de contrôler visuellement les opérations. En effet, si l'on considère la scène de la figure 4, comportant quatre ronds de mêmes dimensions situés aux quatre coins d'un carré centré sur O et parallèle au cadre de l'image, deux de ces ronds étant noirs et alignés selon OY et les deux autres blancs, on constate que le traitement du signal V donnera un signal constant. En effet, les blancs compensent les noirs. Pour obtenir un signal utilisable, il faut masquer l'action des ronds blancs ou des ronds noirs par l'intermédiaire de l'interrupteur 301. Ceci correspond au masquage par des volets dans la réalisation optique, mais est entiEre- ment statique et automatique. On peut étendre l'utilisation d'un tel dispositif à une corrélation bidimensionnelle, tout d'abord en utilisant deux dispositifs identiques calés perpendiculairement l'un a l'autre. Une autre solution consiste à utiliser, selon le schéma de la figure 5, un corrélateur parallèle pour l'axe OX en plus du corrélateur séquentiel de la figure 3, utilisé pour l'axe OY. Le signal V est échantillonné par un interrupteur 501 commandé par un signal de fenêtre. Un aiguilleur 502 permet d'échantillonner les signaux de ligne et de les mémoriser dans un ensemble de premières mémoires 503,demanière à former des bandes verticales. Le contenu de ces mémoires 503 est correllé dans un corrélateur parallèle 509 avec le contenu d'un ensemble de deuxièmes mémoires 504 qui contiennent l'image de référence. Ce corrélateur délivre le signal de fenêtre et le signal A X représentant les translations selon OX. Une troisième solution consiste à utiliser une caméra ordinaire dont on commute de 90C le sens de balayage d'une trame sur l'autre. Cette solution est particulièrement économique à mettre en oeuvre car elle utilise très peu de matériel supplémentaire. En plaçant un tel dispositif sur une passerelle mobile permettant d'entrer dans un avion, on peut asservir, avec le signal A Y la position verticale de la passerelle sur celle de l'avion pour éviter d'arracher la porte lorsque le train d'atterrissage s'enfonce brutalement. L'insensibilité dans le sens horizontal permet de ne pas modifier les réglages selon le type de l'avion et de suivre ses mouvements au sol. REVENDICATIONS 1. Dispositif de corrélation vidéo pour obtenir une corrélation de l'image (102) d'une scène (101) selon une première direction déterminée OY en étant insensible aux variations de l'image selon une deuxième direction OX perpendiculaire à la première, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour intégrer les variations de luminance le long de lignes (114-116) parallèles à la deuxième direction et des moyens pour former un signal vidéo à corréler avec la suite des valeurs de ces intégrations. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'intégration comprennent une lentille cylindrique (103) dont l'axe est parallèle à la deuxième direction OX. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour former le signal à corréler comprennent une barrette CCD (107) placée dans le plan de l'image (102) parallèlement à la première direction OY. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des volets placés entre la scène (101) et la lentille (103) pour masquer partiellement cette scène en délimitant une bande parallèle à la première direction OY. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'image est analysée selon une trame formée de lignes parallèles à la deuxième direction OX, et que les moyens d'intégration et de formation du signal vidéo comprennent un intégrateur (302-304) pour intégrer successivement au moins un fragment de chaque ligne, et un échantillonneurbloqueur (307,308) pour échantillonner la suite de ces intégrations et délivrer ledit signal à corréler. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un interrupteur (301) pour délimiter une fenêtre déterminant le fragment de ligne à intégrer. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il permet d'analyser l'image successivement selon les deux directions QX et OY, et que les moyens d'intégration et de formation du signal vidéo permettent d'obtenir successivement une corrélation selon ces deux directions. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens (501,502) pour échantillonner les lignes de l'image et des moyens (503,504) pour mémoriser ces échantillons et alimenter un corrélateur parallèle (509) qui permet une corrélation selon la deuxième direction OX. 9. Procédé de stabilisation d'un mobile, utilisant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on forme l'image de la scène par rapport à laquelle on doit stabiliser ce mobile, que l'on obtient un signal de corrélation à partir de cette image avec le dispositif, et que l'on asservit la position du mobile à partir de ce signal. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la scène est un avion au sol et le mobile une passerelle permettant de monter dans cet avion.