Brevet FR2633475A1 — publié le 19891229

Descri pti on Système de télévision à bas niveau de lumière à images colo- rées' L'invention concerne un système de télévision à bas niveau de lumière pour détecter la lumière nocturne réflé- chie par des objets comprenant une voie principale, opérant sur un domaine de longueurs d'ondes étendu, munie d'une opti- OS que d'entrée, d'un tube de prise de vue à bas niveau de lumiè- re muni de ses circuits électroniques de commande et de sor- tie, et d'un moniteur de télévision pour visualiser une image. Une invention de ce genre est connue du document intitulé 'Imagerie à bas niveau de lumière par CCD" de M. LEMONIER, M. FOUASSIER, C. PIAGET dans OPTO 82 PARIS 16-18 novembre 1982 pages 85 à 87. Un tel système comprend un objec- tif d'entrée placé devant un tube intensificateur d'images qui est couplé par des fibres optiques à une matrice de disposi- tifs à transfert de charges (DTC). Le signal délivré par le DTC est amplifié et envoyé sur un moniteur noir et blanc qui restitue une image. Un tel art antérieur utilise un équipement monovoie fonctionnant en une seule couleur (échelle de gris pour représenter les objets et leur contour). Dans un tel sys- tème, pour obtenir la meilleure détectivité et pouvoir resti- tuer une image perceptible même aux niveaux d'éclairement très faibles-(E bres, on utilise des photocathodes ayant le domaine de sensi- bilité spectrale le plus large possible surtout vers le proche infrarouge, telles les photocathodes S25 ou les photocathodes au GaAs et ayant la plus grande sensibilité. En effet, dans le proche infrarouge la radiance des objets est meilleure que dans le visible. Malgré cela, la détection de certains objets peut devenir difficile par manque de contraste entre certains matériaux. Si l'on considère par exemple la végétation et le béton, leurs coefficients de réflexion en fonction de la lon- gueur d'onde sont très différents. La végétation reflète envi- ron 10 % dans le visible et environ 60 % dans le proche infra- rouge, tandis que le béton réfléchit environ 30 % tout le long du spectre. il y a donc une inversion de contraste vers le mi- lieu du domaine spectral de sensibilité des photocathodes S25 vers 700 nm environ. Avec une telle photocathode la végétation et le béton donnent le même courant photocathode donc la même luminance d'écran: le contraste entre ces deux matériaux sem- blera nul ou très faible. Une autre approche purement optique, pour resti- tuer des images intensifiées et colorées, a été proposée par H.MULDER dans "Advanced in Electronics and Electrons physics -6th Symposium on photoelectronic image devices -London 1976 Vol.40A page 33". Il décrit un système intensificateur d'image à visée directe. Le spectre est séparé en deux parties, une partie infrarouge dont les longueurs d'onde sont sensiblement supérieures à environ 700 nm et une partie visible dont les longueurs d'onde sont sensiblement inférieures à 700 nm. Cha- que partie du spectre est intensifiée séparément et est res- tituée en deux couleurs spécifiques par exemple vert pour le proche infrarouge, et rouge pour le visible. Ainsi avec un tel système dichrome la végétation émettant plus dans l'infrarouge sera vue en vert tandis que le béton sera vu en brun (mélange de vert et de rouge). Le contraste entre ces deux matériaux sera alors donné par une différence de couleurs et ceux-ci se- ront alors identifiés. Un tel système dichrome utilise un seul tube et sépare le spectre en deux parties par un miroir dichroïque. L'inconvénient d'un tel système dichrome est que chaque moi- tié du tube ne reçoit qu'une partie du spectre photonique donc moins de photons qu'un système monochrome, ce qui conduit à une augmentation relative du bruit donc à une détérioration de ladite détectivité de chaque voie. Le problème posé par l'invention est d'améliorer la détectivité d'un système de télévision à bas niveau de lu- 26'475 mière en disposant d'un bon contraste sans augmenter le bruit dans l'image afin d'obtenir un bon confort d'observation de l'image et de permettre une rapidité de perception par l'ob- servateur. La solution au problème posé consiste en ce que le système comprend en outre une voie de coloration, opérant sur un domaine de longueurs d'ondes limité, destinée à appor- ter de la couleur pour la formation d'images colorées, et constituée par la mise en série: - d'une autre optique d'entrée; - d'un filtre optique qui élimine la partie infrarouge du spectre de lumière nocturne réfléchie; - d'un autre tube de prise de vue à bas niveau de lumière qui détecte la lumière transmise par le filtre optique et qui est muni de circuits électroniques de commande et de sortie; - d'un filtre électronique opérant sur le signal délivré par cet autre tube de prise de vue, les deux circuits électroniques de commande et de sortie étant synchrones, les deux tubes étant placés côte à côte afin de faire coincider les deux images, le moniteur étant un moniteur couleur de télévision, la voie principale et la voie de colo- ration agissant chacune sur une des voies d'entrée couleur du moniteur pour restituer leurs informations par des couleurs différentes combinées en une image colorée unique. La voie principale correspond à un équipement noir et blanc de haute performance capable de délivrer une image bien résolue et avec un bon rapport signal à bruit. Préférentiellement les tubes de prise de vue à bas niveau de lumière comprennent un tube intensificateur d'image couplé à un dispositif à transfert de charges cap- teur d'images par exemple tel que cela est décrit dans l'arti- cle déjà cité de M. LEMONIER et al.. Le tube intensificateur d'image de l'autre tube de prise de vue peut comprendre une photocathode bialcaline ou une photocathode trialcaline de type S25 ayant une sensibilité adaptée au domaine de longueurs 263347S d'ondes limité par le filtre optique. Selon l'invention, on améliore la détectivité d'un système de télévision à bas niveau de lumière de l'art antérieur en ajoutant la voie de coloration qui apporte du contraste de couleur et augmente la quantité de lumière glo- bile reçue en entrée. Le signal vidéo de la voie de coloration est traité de façon à réduire le bruit du tube intensifica- teur. En effet, ce tube reçoit moins de photons que celui de la voie principale, car la bande spectrale est plus étroite, la sensibilité spectrale est plus faible et les coefficients de réflexion sont moins élevés. Dans ces conditions le bruit de grenaille (ou bruit de photons) ainsi que les fluctuations de gain dues à la galette de microcanaux font apparaître un bruit de signal qu'il est utile de réduire par un écrétage et/ou par une intégration. On élimine ainsi les parasites dus au retour ionique dans le tube intensificateur qui donneraient des impulsions très lumineuses très gênantes à l'observation. Pour cela le filtre électronique écrête les fortes impulsions parasites délivrées par le tube intensificateur d'image. Le filtre électronique peut opérer une intégration temporelle sur plusieurs trames successives sans dégrader la résolution image qui est obtenue sur la voie principale. Ainsi selon l'invention le système de télévision proposé permet sur la voie principale à spectre étendu d'ob- tenir le maximum d'informations sur l'image avec le maximum de détection (liée à la sensibilité de la photocathode), le maximum de résolution et le minimum de bruit, et sur la voie de coloration d'obtenir une information supplémentaire de con- traste entre les matériaux par l'apport de couleur: cette voie apporte une coloration de plage mais ne détermine ni l'information spatiale ni l'information temporelle qui est fournie par la voie principale. Les deux voies doivent être synchrones. Si on utilise un tube moniteur trichrome il est possible que le système de télévision comprenne un circuit de traitement qui combine les signaux issus de la voie princi- pale et ceux issus de la voie de coloration et qui agit sur un troisième canon du moniteur couleur de télévision. Le con- traste de l'image ainsi obtenue est encore amélioré. Le cir- cuit de traitement peut être muni d'une commande permettant d'afficher un repère sur l'écran. L'invention sera mieux comprise à l'aide des fi- gures suivantes données à titre d'exemples non limitatifs qui représentent: Figure 1: un système de télévision à bas niveau de lumière selon l'invention. Figure 2: un système analogue à celui de la fi- gure 1 avec en supplément un circuit de traitement. Sur la figure 1, la voie principale 1 comprend une optique d'entrée 11 qui focalise le faisceau incident sur l'entrée d'un tube de prise de vue 12 qui reçoit des signaux de commande et délivre un signal vidéo à un circuit électroni- que de commande et de sortie 13. La voie de coloration 2 qui apporte de la couleur comprend une optique d'entrée 21 suivie d'un filtre optique 24 tous deux disposés pour que le faisceau incident soit focalisé sur l'entrée du tube de prise de vue 22 qui reçoit des signaux de commande et délivre un signal vidéo à un circuit électronique de commande et de sortie 23. Le fil- tre optique est adapté aux caractéristiques de la photocatho- de. Les circuits 13 et 23 sont synchronisés entre eux par une connexion 27. La sortie du circuit 23 entre dans un filtre électronique 25 qui effectue un écrêtage et/ou une intégration temporelle. Les deux voies 1 et 2 délivrent des signaux vidéo qui opèrent chacun sur un canon différent d'un moniteur cou- leur 28. Le filtre optique 24 élimine la partie infrarouge du spectre de lumière nocturne réfléchie située à des longueurs d'ondes supérieures à environ 700 nm. Les objectifs d'entrée 11, 21 ont une grande ouverture environ f/1 et sont très lumi- neux. Les tubes des prises de vue 12, 22 sont munis de tubes intensificateurs d'image qui présentent une grande sensibilité 263 475 (50 mA/W respectivement vers 800 nm et 500 nm) et une grande résolution (par exemple supérieure à environ 30 paires de lignes par millimètre à 4% de contraste pour un diamètre de surface sensible de 18 mm). Optiquement les deux voies 1 et 2 sont juxtapo- sées, c'est-à-dire que les tubes de prise de vue et leurs optiques sont placés côte à côte. Ainsi chaque voie traite la totalité de la lumière reçue par son optique d'entrée. Le tableau I donne en unités arbitraires des va- leurs de flux lumineux sur les deux voies pour la végétation et le béton. voie principale voie à spectre rapport des à spectre étendu filtré deux voies végétation 13 600 1 800 7,55 béton 12 400 4 700 2,64 contraste 4,6 % 44,6 % TABLEAU I On observe que pour la voie principale à spectre étendu le contraste C entre ces matériaux est quasiment nul: 13 600 - 12 400 C = = 4,6 % 13 600 + 12 400 Par contre pour la voie à spectre filtré le con- traste est important: 4 700 - 1800 C = -= 44,6 % 4 700 + 1800 Si l'on compare la voie de coloration par rapport à la voie principale, on observe que pour la végétation la quantité de lumière est divisée par 7,55 c'est-à-dire que le rapport signal sur bruit S/B est divisé par 2,75. Pour le bé- ton la quantité de lumière est divisée par 2,64 c'est-à-dire que S/B est divisé par 1,62. Le rapport S/B de la voie filtrée est donc nettement moins bon que celui de la voie principale. Pour l'améliorer on opère un traitement du signal vidéo par le filtre électronique 25. Pour le contraste de couleur on a pour la végéta- tion un rapport de 7,55 et pour le béton un rapport de 2,64 entre les deux voies. Si la voie principale agit sur le canon vert du moniteur et la voie filtrée agit sur le canon rouge du moniteur la végétation apparaîtra alors 7,55 fois plus verte que rouge tandis que le béton sera un mélange de vert et de rouge (rapport 2, 64). L'équilibrage des voies verte et rouge peut être modifié par le réglage du moniteur lui-même. La figure 2 représente le système de télévision avec en plus un circuit de traitement 29 pour combiner les si- gnaux issus des deux voies. Les autres éléments sont représen- tés avec les mêmes repères. Cette combinaison peut consister à effectuer par exemple une moyenne, ou une somme pondérée des signaux issus des deux voies de détection ou toute combinai- son plus élaborée de ces deux voies permettant d'accroître le contraste de l'image visualisée. La sortie du circuit 29 agit sur la troisième voie couleur du moniteur 28. Il est ainsi possible de changer la palette de couleurs de l'image observée ou de renforcer les contours. On peut aussi visualiser des re- pères dont les coordonnées peuvent être introduites par l'en- trée 30. Toutes ces informations issues de cette combinaison, qui viennent s'ajouter sur l'écran, contribuent à assurer à l'image un meilleur contraste et un meilleur confort d'image. Ces améliorations augmentent la détectivité du système et la rapidité de perception des détails contenus dans l'image in- tensifiée. L'invention est décrite avec un moniteur utili- sant un tube à rayons cathodiques mais on peut utiliser n'im- porte quel dispositif de visualisation couleur. Revendications 1. Système de télévision à bas niveau de lumière pour détecter la lumière nocturne réfléchie par des objets comprenant une voie principale, opérant sur un domaine de lon- gueurs d'ondes étendu, munie d'une optique d'entrée, d'un tube de prise de vue à bas niveau de lumière muni de ses circuits électroniques de commande et de sortie, et d'un moniteur de télévision pour visualiser une image, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une voie de coloration, opérant sur un do- maine de longueurs d'ondes limité, destinée à apporter de la couleur pour la formation d'images colorées, et constituée par la mise en série: d'une autre optique d'entrée; - d'un filtre optique qui élimine la partie infrarouge-du spectre de lumière nocturne réfléchie; - d'un autre tube de prise de vue à bas niveau de lumière qui détecte la lumière transmise par le filtre optique et qui est muni de circuits électroniques de commande et de sortie; - d'un filtre électronique opérant sur le signal délivré par cet autre tube dé prise de vue, les deux circuits électroniques de commande et de sortie étant synchrones, les deux tubes étant placés côte à côte afin de faire coïncider les deux images, le moniteur étant un moniteur couleur de télévision, la voie principale et la voie de colo- ration agissant chacune sur une des voies d'entrée couleur du moniteur pour restituer leurs informations par des couleurs différentes combinées selon une image colorée unique. 2. Système de télévision selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux tubes de prise de vue à bas ni- veau de lumière comprennent un tube intensificateur d'images couplé à un dispositif à transfert de charges capteur d'ima- ges. 3. Système de télévision selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube intensificateur d'images de l'autre tube de prise de vue comprend une photocathode tri- alcaline de type S25 ou bialcaline ayant une sensibilité adap- tée au domaine de longueurs d'ondes limité par le filtre opti- que. 4. Système de télévision selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que le filtre électronique écrète les fortes impulsions parasites délivrées par le tube intensificateur d'images. 5. Système de télévision selon l'une des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le filtre électronique opè- re une intégration temporelle sur plusieurs trames successi- ves. 6. Système de télévision selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de traitement qui combine les signaux issus de la voie principale et ceux issus de la voie de coloration et qui agit sdr une troisième voie couleur du moniteur de télévision. 7. Système de télévision selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de traitement possède une commande permettant d'afficher un repère sur l'écran.