Brevet FR2578129A1 — publié le 19860829

La présente invention concerne une caméra vidéo destinée aux applications dans lesquelles les contraintes dimensionnelles et pondérales sont très sévères. Elle concerne plus précisément des camérasvidéo qui comportent un atténuateur optique leur donnant une très grande plage de sensibilité. On connaît déjà une caméra vidéo comprenant, comme l'indique la figure 1 qui est un schéma fonctionnel d'une telle caméra, un corps 10 de caméra comprenant un tube "Vidicon", une optique 12, un atténuateur optique 14 et un dispositif d'asservissement 16. Le signal de la caméra vidéo est destiné à etre utilisé,par exemple pour visuali sation. Lors du fonctionnement de cette caméra vidéo, la lumière transmise vers le tube11Vidicon' passe dans l'atténua- teur 14 dont la position est asservie au signal vidéo du tube "Vidicon" de la aéra. plus précisément, le disposi- tif d'asservissement 16 qui reçoit le signal de la caméra vidéo 10 détermine un signal d'asservissement qui correspond essentiellement à la valeur de crête du signal vidéo. Cette valeur de crête peut êtioe plus ou moins pondérée par la valeur moyenne du signal vidéo, mais il faut noter que c'est la valeur crête du signal vidéo qui est le paramètre le plus important de la régulation. Ce paramètre doit entre utilisé à cause du comportement des tubes "Vidicon" qui, lorsqu'ils sont éblouis, demandent un long temps avant de pouvoir redonner une image normale.Dans ces conditions, lorsque le champ couvert a un contraste très important, par exemple lorsqu'il contient le soleil, les parties qui ne cor respondentpas à celles qui ont la plus grande luminosité ne sont pratiquement pas vues car elles sont beaucoup trop sombres. En plus de cet inconvnient propre à la nature du capteur vidéo utilisé, cette caméra présente un certain nombre d'inconvénients. D'abord, l'image formée présente une distorsion géométrique relativement importante qui, lorsqu'elle doit être corrigée, nécessite un balayage asservi qui impose alors l'utilisation de circuits relativement complexes et fragiles. La caméra est en outre sensible aux vibra tions et relativement encombrante, étant donné que le capteur a une épaisseur importante. Compte tenu de ces inconvénients, on peut penser rapidement qu'un capteur vidéo à dispositifs à transfert de charges (CCD) remédie aux inconvénients précités. En effet, la distorsion géométrique donnée par un tel capteur est pratiquement nulle, le capteur est peu sensible aux vibrations et il a une grande sensibilité dynamique. Cependant, un tel capteur présente aussi des inconvénients, par exemple le fait que son signal varie avec la température, qu'il est sensible à l'éblouissement, et que sa plage de sensibilité est moins grande que celle d'un tube "Vidicon". On a donc essayé de remplacer le tube "Vidicon" d'une caméra du type connu indiqué précédemment par un capteur à dispositifs à transfert de charges (CCD), et on a constaté que, au lieu d'obtenir les avantages des deux systèmes, on cumulait leurs inconvénients. En effet, on s'est rendu compte qu'on n'obtenait pas une plus grande sensibilité dynamique Les études effectuées ont alors montré que l'asservissement utilisé avec un capteur vidéo à dispositifs à transfert de charges (CCD) devait être tout à fait différent de l'asservissement utilisé avec un tube "Vidicon", à la fois au point du vue du paramètre utilisé pour la régulation et des caractéristiques correspondantes des différents constituants du dispositif d'asservissement. Plus précisément, on s'est rendu compte qu'il était essentiel, pour l'asservissement d'un atténuateur optique à un capteur vidéo CCD, de détecter un paramètre correspondant essentiellement à la valeur moyenne du signal vidéo et non à la valeur de crête. De préférence, cette valeur moyenne est pondérée par la valeur de crête. L'image qui peut être obtenue avec le signal vidéo a alors des détails de gris qui sont excellents. Plus précisément, l'invention concerne une caméra vidéo munie d'un atténuateur optique asservi, la caméra étant du type qui comprend un capteur vidéo, un atténuateur optique disposé avant le capteur vidéo, et un circuit d'asservissement en boucle fermée, destiné à commander l'atténuateur optique en fonction du signal du capteur vidéo, le circuit d'asservissement comprenant un comparateur d'un signal tiré du signal du capteur vidéo à un signal de référence d'asservissement, un amplificateur de commande, un moteur, et un accouplement mécanique du moteur à l'atténuateur optique ; selon l'invention, le capteur vidéo est un capteur à dispositifs à transfert de charges (CCD), et le signal tiré du signal du capteur vidéo et transmis au comparateur est un signal représentatif essentiellement d'une amplitude moyenne du signal vidéo. De préférence, le signal tiré du signal du capteur vidéo et utilisé pour l'asservissement est représentatif de l'amplitude moyenne du signal vidéo pondérée par la valeur de crete de ce signal. L'accouplement mécanique du moteur à l'atténuateur optique comporte avantageusement une attaque directe de l'atténuateur par l'organe de sortie du moteur. Cet organe de sortie peut être avantageusement un pignon héli coidal et la commande de l'atténuateur est alors avantageusement une couronne dentée, le pignon attaquant tangentiellement la couronne. Un microcontact de fin de course peut aussi etre ajouté afin qu'il limite les déplacements de 1 'atténuateur optique. Il est avantageux que la caméra vidéo comporte en outre un circuit destiné à ajouter une composante de microvibration au signal de l'amplificateur, la fréquence de microvibration étant telle qu'elle compense le jeu de l'accouplement mécanique et qu'elle accélère la régulation en régime transitoire. Il est avantageux que le signal du capteur vidéo soit traité dans un circuit d'adaptation et de traitement préalable destiné à linéariser, à aligner et à filtrer sur une large bande le signal du capteur. Il est avantageux que le dispositif d'asservissement assure un freinage dynamique du moteur. Le capteur vidéo à dispositifs à transfert de charges (CCD) comporte avantageusement un dispositif de refroidissement destiné à le maintenir à température constante. Grâce à ces caractéristiques de sélection du signal utilisé pour la régulation, d'utilisation d'un accouplement mécanique sans réducteur, et de superposition d'une microvibration au signal de commande du moteur, la caméra vidéo selon l'invention a une sensibilité dynamique bien meilleure que celle des caméras vidéo munies d'un tube "Vidicon". D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel, la figure 1 ayant déjà été décrite la figure 2 est un diagramme synoptique de la caméra vidéo à capteur CCD selon un mode de réalisation de l'invention ; et la fi-gure 3 est un diagramme des temps permettant la comparaison des caractéristiques des caméras vidéo à tube "Vidicon" et à capteur CCD. La caméra vidéo à capteur CCD selon l'invention correspond évidemment au schéma de principe de la figure 1. Cependant, par rapport à une caméra vidéo à tube "Vidicon", le corps 10 de la caméra peut être considérablement raccourci, et le diamètre de l'atténuateur optique 14 peut aussi être réduit grâce à la suppression du réducteur entre le moteur et l'atténuateur optique. La figure 2 indique les principaux éléments de la caméra vidéo à capteur CCD selon l'invention. La lumière 18 provenant du champ de vision parvient sur l'atténuateur optique 20. Celui-ci est un atténuateur du type coin et contre-coin, le coin et le contre-coin étant formés chacun d'un atténuateur à dégradé angulaire tournant autour d'un axe central. Chaque atténuateur a une variation géométrique continue de densité, formée par dépôt sur un support de verre. L'atténuateur transmet la lumière, atténuée d'après la position du coin et du contre-coin, au capteur vidéo CCD 22, par exemple d'un type à 576 lignes x 384 points, ayant des dimensions de 6,6 x 8,8 mm. Un tel capteur vidéo peut cotre utilisé pour la formation de signaux vidéo corres- pondant à diverses normes, par exemple la norme 625 Ilgnes, 25 images par seconde avec entrelacement 2/1. La distorsion géométrique est extrêmement faible puisqu'elle est inférieure à 0,05% . Le signal vidéo transmis par le capteur parvient à un circuit préamplificateur d'adaptation 24, puis à un circuit 26 de traitement préalable des signaux vidéo Ces deux circuits 24 et 26 assurent la formation d'un signal vidéo linéarité, aligné, filtré et positif. Ainsi, le signal videz transmis en SS peut entre utilisé de manière classique et peut parvenir par exemple à un dispositif de visualisation. Le dispositif seasservissernent comporte abord un circuit 30 destiné à tirer du signal provenant du capteur 22 le signal utilise pour la régulation et qui est représentatif essentiellement dune amplitude moyenne du signal vidéo, avantageusement pondérée par la valeur de crete de ce signal. Ce circuit forme le signal de régulation qui parvient, avec un signal de référence d'asservissement provenant d'un circuit 32, à un comparateur 34. Celui-ci commande le circuit 36 qui comprend par exemple un amplificateur opérationnel et un amplificateur de puissance, destinés à former le signal de commande de l'atténuateur optique.Ce signal parvient d'abord à un circuit 38 qui permet un contrôle visuel de ltasservissement, puis à un circuit 40 qui assure un filtrage antiparasite du signal de commande du moteur 42. Il commande l'atténuateur optique 20 par l'intermédaire d'un accouplement mécanique non réversible 44. Cet accouplement comprend avantageusement un pignon hélicoidal monté directement sur l'arbre de sortie du moteur 42, et une couronne dentée montée autour de l'atténuateur optique 20 qui a une forme circulaire. La caméra représentée sur la figure 2- comporte en outre un circuit 46 relié au comparateur 34 et à la sortie du circuit amplificateur 36. Ce circuit est destiné à ajouter au signal de l'amplificateur une composante de microvibration. La fréquence est choisie de manière que le jeu de l'accouplement mécanique 44 n'introduise pas d'erreurs, et d'autre part, la vitesse de réponse en régime transitoireest accrue par une telle microvibration. On a aussi représenté un circuit 48 monté en parallèle par rapport au circuit 46 et destiné à introduire des facteurs de correction du servomécanisme, selon une technique connue. Le fonctionnement de la caméra représentée sur la figure 2 est évident d'après la description qui précède. On considère donc uniquement le comportement de cette caméra par rapport à celui d'une caméra classique à tube "Vidicon". La figure 3 représente en traits pleins, courbe A, la variation de la quantité de lumière transmise dans un essai comparatif des deux caméras. L'éclairement de niveau constant augmente rapidement pour atteindre un niveau plus élevé d'un facteur 2. Après un certain temps de maintien à cet éclairement plus important, l'éclairement revient au niveau antérieur. La courbe B représente la réponse donnée par la caméra à capteur vidéo CCD selon l'invention et la courbe C représente la réponse d'une caméra vidéo classique à tube "Vidicon". On -note que, lors de la montée, la caméra vidéo selon l'invention ne présente qu'un très faible retard, bien inférieur à celui de la caméra classique. Lors de la réduction d'éclairement qui est un peu plus lente, la caméra selon l'invention suit pratiquement la courbe de variation d'éclairement alors que la caméra classique donne une diminution beaucoup plus lente et démarrant avec un certain retard. Il est donc manifeste que la caméra selon si'adaptatiort l'invention a une sensibilite/bien superieure à celle d'une caméra classique, tout en ayant un encombrement nettement plus faible et une résolution tout à fait comparable. La caméra vidéo selon l'invention présente donc de nombreux avantages par rapport à la caméra connuepuisqu'elle résiste mieux aux vibrations, elle est bien plus petite, elle donne une distorsion géométrique insignifiante, elle a une plus grande plage de sensibilité dynamique, elle a un fonctionnement très stable et elle ne présente pas de pompage lors de la régulation. Bien entendu, bien qu'on n'ait pas décrit en détail les différents circuits utilisés, les hommes du métier savent les réaliser. Par exemple, on sait que lXat- atténuateur optique est avantageusement muni de microcontacts destinés à empêcher sa rotation en fin de course. En outre, on sait qu'un capteur vidéo CCD doit comporter un dispositif de refroidissement, par exemple par effet peltier, quand il risque de subir des variations de température.Les détails du circuit de microvibration n'ont pas été indiqués, car la technique de stabilisation par microvibration est connue dans des domaines techniques voisins, par exemple dans la fabrication des gyroscepes. En outre, il est avantageux que, de manière connue, le dispositif d'asservissement assure le freinage dynamique du moteur, cette caractéristique étant avantageuse car elle évite le phénomène de pompage. Il convient de noter que, par " moteur " ,dans le présent texte ,on entend aussi bien un moteur rctatif qu'un moteur linéaire,un système à moyen plongeur cu un moyen moteur d'un autre type. Dans l'exemple ci dessus on utilise des atténuateurs à dégradé angulaire,tcurnant autour d'un axe. Dans ce cas,il est plus simple d'actionner ces atténuations avec un moteur rotatif. On peut également prévoir d'utiliser des atténuateurs à dégrade rectiligne. Dans ce cas,il est plus avantageux de prévoir une motorisation rectiligne,par moteur linéaire ou analogue.Une telle dispcsiticn,peut être un peu plus onéreuse que celle qui a été décrite,permet un volume physique plus faible pour uneminiatristion plus pcussee.En outre,elle peut procurer une densité d'atténuation plus importante. REVENDICATIONS 1. Caméra vidéo munie d'un atténuateur optique asservi1 du type qui comprend - un capteur vidéo (22), - un atténuateur (20) disposé avant le capteur vidéo, et - un circuit (16) d'asservissement en boucle fermée destiné à commander l'atténuateur optique (20) en fonction du signal du capteur vidéo (22), ce circuit d'asservissement comprenant un comparateur (34) d'un signal tiré du signal du capteur vidéo (22) à un signal de référence d'asservissement, un amplificateur (36) de-commande, un moteur (42) et un accouplement mécanique (44) du moteur à l'atténuateur optique, caractérisée en ce que - le capteur vidéo (22) est un capteur vidéo à dispositifs à transfert de charges (CCD), et - le signal tiré du signal du capteur vidéo et transmis au comparateur (34) est un signal représentatif essentiellement d'une amplitude moyenne du signal vidéo. 2. Caméra selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal tiré du signal du capteur vidéo (22) est représentatif de l'amplitude moyenne du signal vidéo pondérée par la valeur de crête de ce signal. 5. Caméra selon l'une des revendications i et 2, caractérisée en ce que l'accouplement (44) du moteur (42) à l'atténuateur optique (20) assure l'attaque directe de l'atténuateur (20) par l'organe de sortie du moteur (42). 4. Caméra selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'organe de sortie du moteur (42) est un pignon hélicoïdal et la commande de l'atténuateur (20) est une couronne dentée, le pignon attaquant tangentiellement la couronne directement. 5. Caméra selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que l'atténuateur optique (20) comporte des microcontacts de fin de course. 6. Caméra selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 , caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit (46) destiné à superposer une composante de microvibration au signal de l'amplificateur de commande, la fréquence de la microvibration état telle qu'elle assure une compensation du jeu de l'accouplement mécanique (z,4) et une accéléra- tion du comportement en régime transitoire. 7. Camera selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 , caractérisée en ce que le dispositif d'asservissement comporte en outre un circuit de freinage dynamique du moteur (42). 8. Caméra selon l'une quelconque des revendications l à 7 , caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un circuit (24, 26) adaptation et de traitement prealable destiné à linéarîser, u aligner et à filtrer sur une large bande le signal du capteur vidéo (22). 9. Caméra selon l'une quelconque des revendications 1 a 8 , caractérisée en ce qu elle comporte un dispositif de refroidissement associe au capteur vidéo (22). 10. Caméra selon Liure des revendications a à 9, carctérisée en ce que l'attenuateur est du type à dégradé angulaire,tournant autour dgun axe,et que le moteur est du type rotatif 1i.Caméra selon L'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que L'atténuateur est du type à dégradé linéaire,à déplacement rectiligne,et que le moteur est du type à déplacement rectiligne,tel que moteur linéaire ou analogue.