Brevet FR2593284A1 — publié le 19870724

PROCEDE D'ETALONNAGE RADIOMETRIQUE DE CAPTEURS OPTOELECTRONIQUES L'invention se rapporte à un procédé d étalonnage radiométrique de capteurs optoélectroniques que l'on soumet à un rayonnement de référence pour la détermination de leurs caractéristiques de courant d'obscurité et de sensibilité. De tels capteurs sont disposes en grands nombres sous forme de lignes et de nappes et servent par exemple à la télédétection ou à la saisie de données météorologiques globales ou à la régulation de la position des satellites. Comme en pareil cas, quelques milliers à quelques millions de capteurs sont disposés les uns à côté des autres et coopèrent, il Eaut que chaque capteur soit mesuré en ce qui concerne ses caractéristiques de courant d'obscurité et de sensibilité et corrigé par rapport à une valeur de consigne pour obtenir des données d'image pouvant être interprétées par voie radiométrique.Par ailleurs, en raison des longs temps de préparation en cas de missions spatiales, il est nécessaire de prévoir une protection des composants optiques contre les efEets rnécaniques pendant la période d'intégration et de préparation ainsi que pendant la phase de lancement. On a jusqu'ici essayé d'étalonner ces capteurs en forme de nappes et de lignes en laboratoire avant le lancement, mais pour ce faire, il convient d'utiliser des sources de rayonnement artificielles qui ne peuvent que simuler les conditions d'utilisation effectives dans l'univers, attendu qu'elles présentent une autre composition spectrale. La longue période de temps s'écoulant entre l'étalonnage et l'utilisation effective des capteurs est, en outre, préjudiciable Pour pallier à ces inconvénients, on a déjà proposé d'étalonner les capteurs in situ à proximité de la séquence opérationnelle en utilisant comme source étalon, soit le soleil, soit d'autres sources de rayonnement naturelles, un affaiblisseur et un unique diffuseur ou une sphère intégrante étant installés devant les capteurs dans le trajet optique des rayons.A cet effet, il faut toutefois recourir à un dispositif relativement lourd qui de surcroît fonctionne relativement lentement et ne permet que l'étalonnage d'un point unique sur la courbe caractéristique de la sensibilité de chaque capteur. Les exigences supplémentaires concernant l'alignement des satellites pendant l'étalonnage possible qu'une fois par rotation, ne peuvent etre satisfaites qu'au prix de la mise en oeuvre de moyens importants avec ce procédé. Une autre possibilité d'étalonner les capteurs in situ consiste à utiliser une source étalon embarqué, mais on se heurte ici encore à l'inconvénient que de telles sources présentent une caractéristique spectrale nettement différente par rapport à l'objet à observer et que le comportement à long terme de telles sources étalons n'est pas connu avec une exactitude suffisante. Par ailleurs, avec un tel procédé, il n'est pas non plus possible d'étalonner l'ensemble de la chaîne du système de capteurs. Les procédés cités ne permettent qu'un étalonnage relatif des différents capteurs les uns par rapport aux autres, si bien que pour un étalonnage absolu, il est nécessaire de recourir à un dispositif supplémentaire. Pour la protection des composants optiques contre les effets mécaniques, on utilise, soit un obturateur rigide déplaçable mécaniquement, soit un couvercle détachable ultérieurement, lesquels conviennent assurément pour les mesures du courant d'obscurité, mais non pour l'étalonnage. L'objet de la présente invention est par conséquent de mettre au point un procédé et un dispositif d'étalonnage radiométrique de capteurs optoélectroniques qui suppriment les inconvénients cites, qui permettent donc un étalonnage absolu des capteurs avant et pendant leur utilisation effective et qui yarantissent également la protection mécanique des composants optiques. Pour arriver à ce résultat, le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on introduit un ou plusieurs diffuseurs dans le trajet des rayons allant aux capteurs, tandis que le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que les différents diffuseurs sont installés sur un matériau flexible transparent et/ou diffusant et peuvent être introduits dans le trajet des rayons devant les capteurs au moyen d'un dispositif d'entraînement. Selon une autre caractéristique de l'invention, on introduit des diffuseurs de différentes transparences au rayonnement dans le trajet des rayons et comme rayonnement de référence, on peut utiliser le rayonnement même de l'objet à observer. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, on utilise en même temps in situ la valeur intégrale mesurée des capteurs, obtenue après introduction d'un diffuseur, comme valeur pour l'étalonnage par traitement électronique ultérieur. Dans le dispositif préconisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le support des diffuseurs est de préférence en forme de bande et traverse le trajet des rayons dans un ou plusieurs plans et le support des diffuseurs constitue en même temps une protection contre les dégradations mécaniques des capteurs et de leur optique de reproduction. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour l'étalonnage de capteurs thermiques, au moins une section du support des diffuseurs est métallisée sur le côté tourné vers le capteur de maniere que les capteurs se reproduisent sur eux-memes pour la mesure du courant d'obscurité. Il est par ailleurs avantageux qu'une section du support des diffuseurs soit munie d'un émetteur de rayonnement athermique, par exemple une feuille chauffante. Dans le dispositif selon l'invention, il est préférable qu'en plus des capteurs, on prévoit un capteur individuel supplémentaire détalonné pour l'étalonnage radiométrique absolu des capteurs. Le procéda selon l'invention présente l'avantage qu'il peut être exécute de façon simple, rapide et exacte. Comme le rayonnement nécessaire à ltétalonnage provient de l'objet à observer, il présente exactement la caractéristique spectrale qu'il s'agit d'explorer. L'étalonnage avec différentes luminosités permet la détermination de la courbe caractéristique de la sensibilité des différents capteurs en plusieurs points et ainsi, en cas de courbe caractéristique non linéaire, un étalonnage absolu sans dispositif supplémentaire. Grace à la vitesse d'exécution du procédé selon l'invention, on peut procéder in situ au choix des paramètres de prise de vues et, pendant des cycles de prises de vues assez longues, on peut effectuer un réétalonnage en ne perdant que de très courtes séquences de scènes. En utilisant des capteurs thermiques, l'invention crée un procédé largement indépendant de la précision des sources étalons actuelles. Le dispositif selon l'invention es:- de surcroît de structure simple et de faible poids. Pendant la phase de préparation et de lancement, il garantit la protection nécessaire des composants optiques contre les influences mécaniques. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente schématiquement une coupe transversale d'un dispositif selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan du support de diffuseurs pour le domaine visible du spectre; la figure 3 est une vue en plan du support de diffuseurs pour le domaine thermique. Dans le dispositif représenté schématiquement à la figure 1, la référence 1 désigne une multitude de capteurs qui, disposés en forme de nappe et de ligne, coopèrent et servent par exemple à l'observation de la terre. La référence 2 désigne une optique de reproduction y associôe qui focalise sur les capteurs le rayonnement 3 provenant d'un objet à observer. En raison du grand nombre de capteurs, il est nécessaire, pour obtenir des données d'image exploitables par voie radiométrique, que chaque capteur soit compense en ce qui concerne ses caractéristiques de courant d'obscurité et de sensibilité. A cet effet, on utilise selon l'invention le rayonnement même 3 qui provient de l'objet à observer et qui traverse un support 6 portant des diffuseurs installés dessus.Le support de diffuseurs est guidé par un grand nombre de poulies de renvoi supérieures 4 et de poulies de renvoi inférieures 5 de façon que devant l'optique de reproduction 2 il soit disposé perpendiculairement au sens du rayonnement 3, au moins l'une des poulies de renvoi étant entraînée. La figure 2 représente une vue en plan du support de diffuseurs 6 pour le domaine visible du spectre. Sur le support, sont placés les uns à côté des autres un grand nombre de diffuseurs individuels 7, 8, 9, 10, les diffuseurs 8, 9, 10 ayant, par exemple, une transparence différente pour le rayonnement incident. Par un déplacement approprié du support réalisé sous la forme d'une bande flexible 6 transparente et/ou diffusante, on peut amener rapidement et sans problème chaque diffuseur devant l'optique de reproduction 2. L'étalonnage des capteurs avec les diverses luminosités des différents diffuseurs q, 9, 10, permet maintenant la détermination de la courbe caractéristique de la sensibilité et de la caractéristique du courant d'obscurité en plusieurs points et, par conséquent, en cas de courbe caractéristique non linéaire, un étalonnage quantitatif absolu des capteurs individuels. La valeur de la puissance de rayonnement intégrale, obtenue en fonction du diffuseur 8, 9, 10 introduit dans le rayonnement de l'objet, constitue ici un critère pour un choix approprié du traitement électronique ultérieur et des paramètres de prises de vues in situ qui s'effectue presque en un même temps. En plus des diffuseurs 8, 9, 10 de différente transparence, le support 6 comporte également un panneau 7 qui est opaque au rayonnement et qui sert aussi bien à la mesure du courant d'obscurité que de protection mécanique pendant la phase de préparation et de lancement du satellite. Pour les séquences de prises de vues de l'objet à observer après l'étalonnage, on prévoit, en outre, au moins un panneau libre 11 à travers lequel le rayonnement 3 pour l'observation de l'objet arrive directement sur les capteurs 1. Comme illustré à la figure 1, le support de diffuseurs 6 peut traverser les rayons 3, non seulement dans un plan, mais aussi dans plusieurs plans, Si bien qu'une combinaison appropriée des différents diffuseurs entre eux est possible. La figure 3 est une vue en plan d'un support de diffuseurs flexible 6 qui est muni d'une multitude de diffuseurs pour le domaine IR thermique. Dans cet exemple de réalisation, le diffuseur 14 peut être métallisé par exemple sur une face et être noirci sur son autre face, de manière que les capteurs se voient eux-mêmes grâce à la couche réfléchissante pour la mesure du courant d'obscurité. Sur les diffuseurs 12 placés à côté, la face extérieure peut être métallisée par exemple pour étalonner ainsi les capteurs. La référence 13 désigne à nouveau un panneau libre à travers lequel le rayonnement incident 3 parvient directement aux capteurs ici sensibles à la chaleur. La référence 15 désigne ici encore un panneau de faible transparence pour le rayonnement incident. Dans cet exemple de réalisation, les diffuseurs 16, 17 peuvent être munis d'une feuille chauffante de différentes puissances pour ltétalonnage des capteurs thermiques. La référence 18 désigne ici aussi un panneau libre. A la place de la feuille chauffante 16, 17, on peut également prévoir un autre émetteur de rayonnement thermique en nappe de puissance thermique définie. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, il est, en outre, encore possible de prévoir, en plus des capteurs 1, un capteur individuel supplémentaire étalonné afin de permettre ainsi un calibrage radiomôtrique absolu des différents capteurs. REVENDICATIONS 1. Procédé d'étalonnage radiométrique de capteurs optoélectroniques que 1 ' on soumet à un rayonnement de référence pour la détermination de leurs caractéristiques de courant d'obscurité et de sensibilité, caractérisé par le fait que l'on introduit un ou plusieurs diffuseurs dans le trajet des rayons (3) allant aux capteurs (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que L'oll introduit des diffuseurs de différentes transparences au rayonnemenlt dans le trajet des rayons (3). 3. Procédé selon la revendication III caractérisé par le fait que comme rayonnement de référence, on utilise le rayonnement même de l'objet à observer. 4. Procédé selon l'une uleLconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on utilise en même temps in situ la valeur intégrale mesurée des capteurs, obtenue après introduction d'un diffuseur, comme valeur pour l'étalonnage par traitement électronique ultérieur. 5. Dispositif d'étalonnage radiométrique de capteurs optoélectroniques pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que Les différents diffuseurs sont installés sur un matériau flexible (6) transparent et/ou diffusant et peuvent être introduits dans le trajet des rayons (3) devant les capteurs (1) au moyen d'un dispositif d'entraînement (4,5). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le support des diffuseurs est en forme de bande et traverse Le trajet des rayons (3) dans un ou plusieurs plans. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le support des diffuseurs constitue en même temps une protection contre les dégradations mécaniques des capteurs (1) et de leur optique de reproduction (2). 8. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que pour l'étalonnage de capteurs thermiques, au moins une section du support des diffuseurs est métallisée sur le côté tourné vers le capteur de manière que les capteurs se reproduisent sur eux-mêmes pour la mesure du courant d'obscurité. 9. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'une section du support des diffuseurs est munie d'un émetteur de rayonnement thermique. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'émetteur de rayonnement thermique est une feuille chauffante. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé par le fait qu'en plus des capteurs, on prévoit un capteur individuel supplémentaire étalonné pour l'étalonnage radiométrique absolu des capteurs.