Brevet FR2607269A1 — publié le 19880527

DISPOSITIF DE RATTRAPAGE DE DISTORSION. L'invention concerne un dispositif de rattrapage de la distorsion différentielle résultant de l'observation simul- tanée d'un champ de vue en deux endroits distincts à travers une paroi transparente dans une certaine bande spectrale et dont la forme engendre une distorsion dépourvue de symétrie de révolution, les images obtenues-par un premier et par un se- cond récepteur sensibles dans ladite bande spectrale et placés respectivement en chacun desdits endroits étant superposées. De nombreux appareils de visée ou d'enregistrement (caméra CCD, vidicon) embarqués à bord d'avions doivent tenir compte de la présence d'un hublot dont la forme (conique par exemple) distord l'image du paysage: un avion en cours d'es- sai est, par exemple, équipé d'une caméra vidéo dont l'image est renvoyée au moyen d'un viseur 'tête haute" afin de venir se superposer à l'image reçue par l'oeil du pilote. Cette ca- méra ne pouvant être placée proche de la tête du pilote, la distorsion introduite par le hublot de l'avion n'est pas la même pour l'oeil du pilote et la caméra, car les faisceaux op- tiques traversent le hublot à des hauteurs différentes et cet- te traversée crée des écarts d'allure asymétrique. Ces écarts peuvent atteindre des valeurs très importantes (de l'ordre du degré): il est donc nécessaire de les corriger ou du moins de les réduire. Un rattrapage électronique consistant en un trai- tement numérique de l'image conduit dans certains cas à des systèmes complexes et encombrants. L'invention vise à apporter une correction de natu- re optique qui doit satisfaire aux conditions suivantes: - Le système ne doit pas altérer la résolution de l'image. - Il doit être de conception simple, compact et de réglage fa- cile. 2 - La première condition élimine toute possibilité de correction à l'intérieur de la caméra: les solutions du type basculement ou déformation de la surface de réception dégra- dent généralement la qualité de l'image et demandent des re- touches importantes au niveau de l'implantation mécanique et du calcul optique. Le système proposé est remarquable en ce que ledit dispositif de rattrapage consiste en un système optique de structure modulaire utilisé en faisceaux parallèles, disposé à l'avant de l'un ou l'autre récepteur et déterminé de façon que la distorsion résultant de la courbure et de la variation de longueur des lignes introduites par ledit système optique soit de sens opposé à ladite distorsion différentielle, ledit dis- positif de rattrapage permettant d'obtenir une valeur appro- chée de correction donnant un résidu de distorsion acceptable. Ledit système optique de rattrapage comporte deux fonctions dont l'ordre peut être inversé: une fonction ana- morphose créant ladite variation de longueur suivant une di- rection et une fonction déviation formant ladite courbure sui- vant le sens d'une autre direction, l'angle desdites direc- tions pouvant être ajusté à une valeur quelconque pour simuler toutes formes de distorsions et lesdites fonctions d'anamor- phose et de déviation étant réalisées au moyen de groupes in- dépendants. Ces deux fonctions étant indépendantes, on peut corriger toute distorsion se ramenant à une courbure, une ana- morphose ou une combinaison des deux défauts. L'ensemble optique réalisé par exemple au moyen de prismes ne comporte que des surfaces planes et ne dégrade pas l'image s'il est achromatisé et utilisé en faisceaux parallè- les. La description suivante en regard des dessins anne- xés, le tout donné à titre d'exemple fera-bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée. La figure 1 présente les données du problème. 3 - La figure 2 représente les formes de la distorsion différentielle à corriger et de celle introduite par la cor- rection. La figure 3 montre une vue en perspective du dispo- sitif de l'invention. Les figures 4a et 4b sont respectivement une coupe horizontale et une coupe verticale d'un exemple de réalisation dudit dispositif. Le dessin de la figure 1 représente le profil avant 1 du fuselage d'un avion dont le hublot 2, ayant la forme d'une portion de cône, est constitué d'une substance transpa- rente dans une bande spectrale déterminée. A travers ce hu- blot, l'oeil du pilote 3 embrasse le même champ de vision qu'une caméra 4 située à un niveau inférieur et opérant dans ladite bande spectrale. L'image donnée par la caméra est ren- voyée au pilote au moyen d'un viseur "tête haute" comportant le moniteur de télévision 5 collimaté à l'infini et le miroir semi-transparent 6. Ainsi, l'image formée par la caméra vient se superposer au paysage vu par le pilote. Le système de vi- sualisation peut projeter sur cette image certaines indica- tions utiles telles que l'attitude de l'avion, sa vitesse, la ligne d'horizon etc. La différence des rayons de courbure du hublot à différents niveaux engendre un certain écart de dis- torsion entre l'observateur et la caméra de sorte que la su- perposition n'est pas parfaite. C'est donc cet écart que l'on se propose de réduire. La figure 2 montre dans ce cas la forme de la dis- torsion différentielle produite par le hublot de l'avion et celle qui doit être introduite par le dispositif de rattrapa- ge. Un carré abcd est distordu par le hublot en a'b'c'd', entre la caméra et l'oeil du pilote. Les lignes a'd' et b'c' restant perpendiculaires au côté ab du carré, on peut proposer dans le cas de cet exemple un dispositif correc- teur réalisant une anamorphose dans le sens gisement et une courbure dans le sens site. -4- Ainsi ce dispositif transforme le carré d'origine en un rectangle a"b"c"d" et la courbure introduite en a'"b'" et c"d'" sera de sens oppposé à celle produite entre la camé- ra et l'oeil du pilote. Selon l'invention, le rattrapage est effectué au moyen d'un système optique de structure modulaire monté devant la caméra et dont une vue en perspective est représentée sur la figure 3. Ce système effectue la correction dans le sens gi- sement en créant l'anamorphose au moyen d'un ensemble anamor- phoseur à deux prismes 11 et 12. Ces deux prismes de même an- gle et taillés dans le même matériau sont disposés tête bê- che; ainsi cet ensemble ne dévie pas les faisceaux et n'ap- porte donc pas de chromatisme. Si le coefficient d'anamorphose est faible, l'anamorphose reste à peu près constante dans le champ. La correction dans le sens site est ensuite assurée par un prisme déviateur 13 placé derrière l'ensemble anamor- phoseur. La fonction déviatrice introduit sur l'image d'une fente parallèle à l'arête du prisme une courbure dont la con- cavité est tournée vers la base du prisme. Cette courbure pro- vient du fait que le prisme n'est pas attaqué sous le même an- gle selon que c'est le centre ou le bord de la fente qui est projeté. La courbure dépend de l'angle du prisme, de son in- dice et de l'angle d'incidence; l'image de l'axe optique de la caméra est ainsi déviée d'un angle a. On peut conserver la direction nominale de visée en basculant mécaniquement l'ensemble caméra + prismes. Pour certaines applications il est nécessaire d'achromatiser le prisme déviateur 13 en le constituant de deux morceaux accolés 13' et 13" dont les angles et les indi- ces ont les valeurs appropriées. Les figures 4a et 4b montrent respectivement une coupe du dispositif dans le sens gisement (coupe horizontale) et dans le sens site (coupe verticale). - Pour un exemple d'application on a indiqué les va- leurs d'angle des prismes valables pour une distance donnée entre l'observateur et la caméra. Angle des prismes anamorphoseurs: 10,2 . Angles des prismes déviateurs: 17,90 et 8,5 . Chromatisme résiduel: 0,2 mrd. Déviation de l'axe optique caméra: a = 4,046". La solution proposée présente donc l'avantage de réduire une distorsion asymétrique sans altérer les performan- ces du système d'enregistrement. De conception simple et d'encombrement réduit, le dispositif de l'invention peut être associé à une caméra d'en- registrement en vol pour résoudre en partie les problèmes de distorsion rencontrés lors de la superposition d'images obte- nues par deux récepteurs situés à des niveaux différents du hublot. -6- REVENDICATIONS 1. Dispositif de rattrapage de la distorsion différen- tielle résultant de l'observation simultanée d'un champ de vue en deux endroits distincts à travers une paroi transparente dans une certaine bande spectrale et dont la forme engendre une distorsion dépourvue de symétrie de révolution, les images obtenues par un premier et par un second récepteur sensibles dans ladite bande spectrale et placés respectivement en chacun desdits endroits étant superposées, caractérisé en ce que le- dit dispositif de rattrapage consiste en un système optique de structure modulaire utilisé en faisceaux parallèles, disposé à l'avant de l'un ou l'autre récepteur et déterminé de façon que la distorsion résultant de la courbure et de la variation de longueur des lignes introduites par ledit système optique soit de sens opposé à ladite distorsion différentielle, ledit dis- positif de rattrapage parmettant d'obtenir une valeur appro- chée de correction donnant un résidu de distorsion acceptable. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système optique de rattrapage comporte une fonc- tion anamorphose créant ladite variation de longueur suivant une direction et une fonction déviation formant ladite courbu- re suivant le sens d'une autre direction, l'angle desdites di- rections pouvant être ajusté à. une valeur quelconque pour si- muler toutes formes de distorsions et lesdites fonctions d'anamorphose et de déviation étant réalisées au moyen de groupes indépendants. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fonction anamorphose et la fonction courbure sont dirigées suivant deux axes perpendiculaires. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fonction anamorphose et la fonction courbure sont dirigées suivant deux directions quelconques. 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, carac- térisé en ce que ladite fonction d'anamorphose est réalisée au moyen de deux prismes de même angle formés dans un matériau de -7- même indice et disposés tête-bêche et ladite fonction de dé- viation est réalisée au moyen d'un seul prisme. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le chromatisme introduit par le prisme déviateur est corrigé par l'adjonction d'un autre prisme d'angle et d'indi- ces différents, les deux prismes accolés ou non constituant un ensemble achromatique.