Brevet FR2639127A1 — publié le 19900518

- I - APPAREIL DE TRAITEMENT ELECTRONIQUE D'IMAGES POUR DETERMINER LA DISTANCE OU LA TAILLE D'UN OBJET La présente invention concerne un appareil de traitement électronique d'images. L'invention concerne plus particulièrement un appareil destiné à traiter des images afin de déterminer la distanc.e et/ou la taille d'un objet. Les techniques classiques pour mesurer la distance d'un objet (c'est-à-dire la distance entre l'objet et l'appareil de mesure) utilisent généralement un télémètre à laser ou à radar. Bien que ces appareils puissent être assez précis, ils ont l'inconvénient de devoir être pointés avec précision et de pouvoir faire apparaître la présence de l'observateur. Il est courant que les blindés, les avions et les navires de guerre soient équipés de détecteurs de laser et de radar, donnant une alarme quand ils sont la cible d'un rayonnement laser ou radar. Le détecteur peut être utilisé pour diriger des contre-mesures vers la source laser ou radar, laquelle sert alors de balise de guidage pour un missile ou une autre arme. Par conséquent, il serait extrêmement avantageux de pouvoir mesurer la distance et la taille d'un objet de loin et d'une manière passive; sans augmenter le risque de détection, et c'est un but poursuivi par la présente invention, cherchant à fournir un ou plusieurs types d'appareils évitant les inconvénients susmentionnés. Selon un premier aspect, l'invention- fournit un appareil de traitement électronique d'images, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire topographique o est mémorisé un modèle topographique représentatif d'une zone à observer, un capteur agencé pour voir au moins une partie de ladite zone en perspective et en tirer une information relative à la situation d'un objet dans le champ de vision du capteur, et des moyens de traitement agencés pour déterminer à quel endroit une ligne de visée allant du capteur à l'objet intercepte le modèle topographique mémorisé - 2- et pour déterminer la distance de l'objet à partir de sa situation par rapport à une partie correspondante au moins du modèle topographique mémorise. De préférence, il comporte une mémoire de données d'objets contenant des informations sur des objets situés dans la zone à ooserver, un comparateur agencé pour comparer des résultats de sortie du capteur aux données d'objets en mémoire de manière à identifier un objet vu par le capteur et à délivrer en conséquence un-résultat de sortie comprenant des informations stockées dans ladite mémoire. Le comparateur peut être agencé pour délivrer un résultat de sortie relatif à tout nouvel objet vu, mais non présent dans la mémoire de données d'objets. Les informations stockées dans la mémoire de données d'objets peuvent comprendre des informations sur la situation des objets dans la zone, l'appareil peut comporter une unité fournissant des informations relatives à la situation du capteur, et l'appareil peut comporter des moyens délivrant une indication de la distance d'un objet identifié, par calcul trigonométrique à partir des informations relatives à la situation de l'objet et à la situation du capteur. De préférence, la mémoire de données d'objets contient des informations relatives à la taille des objets situés dans la zone, et l'appareil comporte des moyens pour délivrer une indication de l'angle sous-tendu par l'objet identifié par rapport au capteur, et des moyens pour délivrer une indication de la distance de l'objet à partir des informations relatives à sa taille et à l'angle sous-tendu. L'appareil peut comporter une unité d'extraction délivrant une indication de l'angle sous-tendu par l'objet par rapport au capteur, et des moyens pour délivrer une indication de la taille de l'objet à partir des informations relatives à l'angle sous-tendu et à la distance de l'objet au capteur. Selon un autre aspect, l'invention concerne un appareil de traitement électronique d'images, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire de données d'objets, contenant des informations relatives à l'apparence et à -3- la situation d'objets situés dans une zone à observer, un capteur agencé pour voir au moins une partie de ladite zone, un comparateur agencé pour comparer des résultats de sortie du capteur à des données d'objets en mémoire de manière à identifier un objet vu par le capteur et à lire des informations relatives à la situation de cet objet, des moyens délivrant des informations relatives à la situation du capteur, et des moyens de calcul pour calculer la distance de l'objet à partir des informations relatives à la situation de l'objet et à la situation du capteur. Selon encore un autre aspect, l'invention concerne un apparedil de traitement électronique d'images, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire de données d'objets, contenant des informations relatives à l'apparence et à la taille d'objets situés dans une zone à observer, un capteur agencé pour voir au moins une partie de ladite zone, un comparateur agencé pour comparer des résultats de sortie du capteur à des données d'objets en mémoire de manière à identifier un objet vu par le capteur et à lire des informations relatives à sa taille, des moyens pour délivrer une indication de l'angle sous-tendu par l'objet par rapport au capteur, et des moyens de calcul pour calculer la distance de l'objet à partir des informations relatives à sa taille et à l'angle sous-tendu. Selon un troisième aspect, l'invention concerne un appareil de traitement électronique d'images, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire contenant des informations cartographiques relatives à une zone à observer, un capteur agencé pour voir au moins une partie de ladite zone, et un comparateur agencé pour comparer des résultats de sortie du capteur aux informations cartographiques mémorisées concernant au moins ladite partie de la zone, de manière à détecter la présence d'un objet vu par le capteur par l'absence de cet objet dans les informations cartographiques mémorisées. Dans tous les appareils définis ci-dessus, le capteur peut être une caméra de télévision. On décrira ci-dessous à titre d'exemple une forme de réalisation d'un 4appareil de traitement électronique d'images selon l'invention et son procédé d'utilisation dans un avion, en référence aux dessins annexes, dans lesquels la fig. I est une vue en élévation de l'avion volant audessus du sol, la fig. 2 est un schéma-bloc de l'appareil selon l'invention, et les fig 3a et 3b représentent un organigramme illustrant le fonction- nement de l'appareil. En référence à la fig. 1, l'avion P est représenté en vol à une hauteur H au-dessus du sol G et à une altitude A au-dessus du niveau de la mer. La figure montre que le sol G présente une surface topographique qui n'est pas plate. Un appareil de traitement d'images, installé sur l'avion P, est dirigé vers un objet O sur le sol G en avant de l'avion. L'objet se trouve à une distance R de l'avion et, en raison de sa taille, il sous- tend un angle 0. En référence à la fig. 2, l'appareil de traitement d'images comporte une caméra de télévision I infrarouge ou autre, montée sur une structure 2 de l'avion P (fig. 1) et dont un angle de visée est commandé par un actionneur 3. La commande d'angle de visée et du balayage de la.caméra I est assurée par une unité de traitement électronique 4 qui reçoit aussi des signaux de sortie d'images de la caméra par une ligne 5. L'actionneur 3 est commandé par une unité 6 de commande de caméra, via une commande de balayage mécanique 7 et un amplificateur 8. Une rétroaction est assurée par une ligne 9 allant de l'actionneur 3 à l'unité 6. Le balayage électronique est aussi commandé par l'unité 6, à travers une commande de balayage électronique 10, avec rétroaction par une ligne 1 1. Les signaux de la ligne 5 sont transmis à un compensateur 40 qui élimine les traînées créées par la vitesse dans l'image télévisée et qui est commandé par une sortie d'un dispositif de référence de mouvements de plate-forme 41. Le dispositif 41 fournit aussi un signal de sortie à une unité 12 de compensation de mouvements de plate-forme, laquelle délivre un signal de sortie à l'unité 6 de commande de la caméra, de sorte que le pointage de la caméra est corrigé en fonction des mouvements de l'avion. Les organes de commandes de mouvements de la caméra sont à haute résolution et à haute fréquence et ils peuvent être montés, comme la caméra 1, dans une nacelle spéciale montée sous une aile. Après compensation des traînées de vitesse, les signaux repre- sentant l'image sont transmis à une unité 42 de compensation d'erreurs optiques, qui compense des défauts de lentilles et similaires sur la base de données relatives à ces corrections optiques, contenues dans une mémoire 43. A la suite de ces deux étapes de compensation, les signaux sont transmis à une unité 44 servant de préfiltre pour des objets attendus. Pour comparaison, ce préfiltre 44 reçoit des signaux provenant de mémoires de données d'objets 73, 74 et 75 à travers une unité de navigation 45 traitant spécialement ces données d'objets. Les mémoires 73, 74 et 75 contiennent des données se rapportant à l'aspect des objets attendus, leur taille et leur situation. L'unité de navigation 45 reçoit des informations d'un capteur 47 d'attitude de l'avion, d'un capteur de position 48 et d'un capteur de hauteur 49, ainsi que des informations de retour sur le pointage de la caméra, provenant de l'unité de commande 6 par une ligne 50. L'unité de navigation 45 utilise ces informations pour identifier, dans les mémoires 73 à 75, les emplacements susceptibles de contenir des données sur des objets se trouvant dans le champ de vision de la caméra 1. Le capteur d'attitude 47 et le capteur de position 48 pourraient faire partie d'un dispositif de navigation à inertie. Les données relatives aux objets concernés sont transmises au préfiltre 44 à travers un générateur d'images en perspective 46 qui transforme les données mémorisées pour les mettre dans la même perspective que la vision de la caméra 1. Le générateur d'images 46 délivre aussi à une autre mémoire 51 les informations relatives à l'image en perspective. Après le préfiltrage, un détecteur d'objets 52 par comparaison d'images effectue une comparaison plus poussée entre le contenu de l'image télévisée et l'image en perspective stockée dans la mémoire 51. Le 263912 7 - 6- détecteur 52 peut employer des techniques habituelles de reconnaissance et de correspondance de formes, connues dans le domaine de la reconnaissance d'images. Des informations d'images concernant des objets identifiés avec assez de sécurité par le préfiltre 44 peuvent être transmises directement à la sortie du détecteur 52, par une ligne 53. Les informations relatives à un nouvel objet, c'est-à-dire un objet qui est présent dans le champ de vision de la caméra 1, mais absent des données d'objets stockées dans les mémoires 73 à 75, sont délivrées par le détecteur 52 à - une unité de caractérisation de nouveaux oDjets 54. L'unité 54 délivre ses signaux de sortie, à travers une unité de formatage , à un affichage 56 ou un autre dispositif utilisateur, permettant de présenter les informations relatives aux caractéristiques du nouvel objet. Celui-ci peut indiquer la présence d'une menace potentielle pour l'avion, du fait de sa nature inconnue. Le détecteur 52 fournit des signaux de sortie concernant les objets identifiés à un calculateur trigonométrique 61 de distance et de taille, à un calculateur iconométrique 62 de distance et de taille, et à un calculateur cinématique de distance 63. Un signal de sortie est aussi fourni à une unité d'extraction 64 qui calcule l'angle sous-tendu sous la caméra I par l'objet vu et qui délivre cette information aux calculateurs 61 et 62. Les calculateurs 61 et 62 reçoivent aussi des signaux d'entrée provenant d'une mémoire topographique 70, d'une mémoire préchargée de renseignements 71 et d'une mémoire 72 de nouveaux objets et de mise à jour, ces mémQires étant associées respectivement aux mémoires 73 à 75 de données d'objets. La mémoire topographique 70 contient des informations concernant la topographie, c'est-à-dire les contours du terrain et des données permanentes à son sujet, auxquelles sont superposées des informations sur la situation d'autres objets qui peuvent être temporaires. La mémoire de renseignements 71 contient des informations additionnelles sur la situation d'objets dans la topograpnie, informations qui ont pu être collectées et chargées juste avant le vol afin de mettre à jour l'information topographique. La mémoire 72 de nouveaux objets et de mise à jour, et la mémoire associée 75 de données 7 - d'objets reçoivent des informations de sources extérieures (non représentées) telles que des liaisons de transmission de données, des données introduites par l'équipage, ou l'unité 54 de caractérisation de nouveaux objets. Les entrées gérées par l'équipage peuvent englober par exemple un viseur monté sur un casque et un dispositif de reconnaissance vocale, le tout étant agencé de façon que le viseur puisse être pointé sur une cible désignée par son nom par le pilote. Les informations sur l'apparence de l'objet nommé pourraient alors être lues dans la mémoire pour être utilisées ensuite dans une poursuite de cibles. Chacune des mémoires 70 à 72 délivre un signal de sortie à une unité directrice de recherche 80 qui dirige la caméra I vers la région la plus susceptible de contenir un objet intéressant. L'unité directrice 80 reçoit aussi des signaux d'entrée provenant du capteur d'attitude 47, du capteur de position 48 et du capteur de hauteur 49, ainsi que de la sortie d'une unité 81 par laquelle de nouveaux schémas de recherche d'objets peuvent être définis par l'utilisateur. L'unité directrice 80 délivre ces signaux de sortie sur une ligne 82 allant à l'unité 6 de commande de la caméra. Le calculateur trigonométrique 61 de distance et de taille reçoit du détecteur 52 des informations concernant l'angle de vision de l'objet, c'est-à-dire la direction de pointage de la caméra, ainsi que la position et la hauteur de l'avion. L'objet est supposé être au point o la ligne de visée intercepte la topographie contenue sous la forme d'un modèle numérique dans la mémoire 70. Sur la base de cette information, le calculateur 61 calcule par trigonométrie la distance de l'avion à l'objet et il fournit cette valeur à un dispositif 76 d'affichage de distance. Si l'objet sous-tend un angle mesurable, déterminé par l'extracteur d'images 64, le calculateur 61 calcule par trigonométrie la taille de l'objet à partir de la distance et de l'angle sous-tendu. Les informations concernant la taille sont transmises à un affichage de taille 77. Ces informations concernant la distance et la taille peuvent être fournies même si la nature de l'objet est inconnue. On remarquera qu'il existe un degré d'ambiguîté, puisqu'on suppose que l'objet se trouve au sol, tandis que cela pourrait ne pas être le cas. Le calculateur 61 délivre aussi un signal de sortie à un affichage de position 78 pour indiquer à - 8 - l'utilisateur l'emplacement de l'objet observé. Quand la nature de l'objet est connue, parce qu'il concorde avec un objet défini dans les mémoires de données 73 et 75, le calculateur 61 effectue les mêmes calculs trigonométriques, mais il effectue aussi d'autres calculs. Si la position de l'objet dans la topographie n'est pas ambiguë, c'est-à-dire s'il n'y a qu'une situation possible de l'objet identifié dans la mémoire de données, la situation de l'objet est connue sur la base des informations stockées en mémoire et donc sans avoir besoin de connaître la direction de visée. Le calculateur trigonométrique 61 calcule alors la distance de l'objet par trigonométrie au moyen de ces informations. Si la position de l'objet est ambiguë, la distance est calculée au moyen de la direction de visée, comme précédemment. Le calculateur iconométrique 62 fournit aussi une indication de la distance de l'objet si la nature de l'objet, et donc sa taille réelle, a été identifiée et si l'angle sous-tendu par l'objet est mesurable. Ces informations permettent de calculer la distance de l'objet par simple trigonométrie iconométrique. Les informations mémorisées concernant la taille d'un objet connu peuvent être comparées à la taille déterminée par le calculateur trigonométrique 61, à des fins de contrôle. L'appareil peut aussi être utilisé pour déterminer la taille et la distance de cibles aériennes. Si celles-ci sont identifiées et ont donc une taille connue, leur distance peut être calculée par le calculateur iconométrique 62 à partir de l'angle sous-tendu par l'objet par rapport à la caméra 1. Quand la taille réelle de l'objet n'est pas connue, le calculateur cinématique de distance 63 poursuit l'objet aérien et calcule une distance approximative à l'aide d'informations sur le mouvement de l'avion équipé de la caméra et sur la variation de gisement de la cible par rapport à l'avion. Ce calcul ne peut être que probabiliste, en raison des méthodes mathématiques utilisées. Le calculateur iconométrique 62 peut aussi fournir un signal de sortie à un affichage de leurre 79 si la caméra voit un objet qui ressemble à un objet mémorisé au point de vue de l'apparence, mais dont la taille est plus petite que celle de l'objet mémorisé. Par exemple, un objet aérien qui est plus petit qu'un avion -9- ordinaire à équipage serait indiqué comme un leurre. L'unité 6 de commande de la caméra est couplée à un sélecteur de mode permettant de choisir des entrées provenant d'un système d'armes 91, d'un dispositif de navigation 92 ou d'une commande manuelle 93. Le système d'armes 91 peut comporter une tête chercheuse d'une arme, à laquelle la camera 1 est asservie. Par ailleurs, le procédé de fonctionnement de l'appareil est présenté plus clairement par l'organigramme des fig. 3a et 3b dont la légende est donnée dans le tableau I. On remarque que l'appareil décrit ci-dessus a l'avantage de permettre de déterminer la distance et la taille d'un objet uniquement par des moyens passifs et sans que la présence de l'avion soit, de ce fait, perceptible à partir de l'objet. - 10 - Tableau I Signes de reférence des fig. 3a et 3b 101 position et hauteur actuelles de l'avion 102 direction de visée de la caméra 103 objet en vue dans la visée 104 objet reconnu ? 105 temps de traitement disponible ? 106 abandon 107 la visée intercepte la topographie? 108 aller à * 109 objet supposé être à l'intersection visée/topographie 110 calcul de distance trigonométrique 111 distance 112 logiquement sur la surface topographique ? 113 situation non ambiguë sur la carte ? chercher seulement des objets de surface ? 121 objet sous-tendant un angle mesurable ? 122 taille réelle de l'objet connu ? 123 calcul de distance iconométrique 124 début de poursuite calcul de distance cinématique 130 cible probable de surface, spéculative 131 petit objet à cette distance ? 132 calcul de taille trigonométrique 133 taille 134 objet supposé être un élément du terrain 135 aller aux corrélateurs cartographiques 1 36 cible de surface, type connu 137 cible de surface, distance spéculative 138 calcul de taille iconométrique 139 taille logique ? - 11 - signal de leurre 141 confirmation de distance 142 cible aérienne, type connu 143 cible aérienne, distance probabiliste 199 fin - 12- Revendications 1. Appareil de traitement électronique d'images, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire topographique (70) o est mémorisé un modèle topographique représentatif d'une zone à observer, un capteur (1) agencé pour voir au moins une partie de ladite zone en perspective et en tirer une information relative à la situation d'un objet (O) dans le champ de vision du capteur, et des moyens de traitement (44, 46, 52, 61) agencés pour déterminer à quel endroit une ligne de visée allant du capteur (I) à l'objet (O) intercepte le modèle topographique mémorisé et pour déterminer la distance de l'objet à partir de sa situation par rapport à une partie correspondante au moins du modèle topographique mémorisé. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire de données d'objets (73, 74, 75) contenant des informations sur des objets situés dans la zone à observer, un comparateur (52) agencé pour comparer des résultats de sortie du capteur (1) aux données d'objets en mémoire (73, 74, 75) de manière à identifier un objet vu par le capteur et à délivrer en conséquence un résultat de sortie comprenant des informations stockées dans ladite mémoire (73, 74, 75). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le comparateur (52) est agencé pour délivrer un résultat de sortie relatif à tout nouvel objet vu, mais non présent dans la mémoire de données d'objets (73, 74,75). 4. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les informations stockées dans la mémoire de données d'objets (73, 74, 75) comprennent des informations sur la situation des objets dans la zone, en ce que l'appareil comporte une unité (47, 48) fournissant des infor- mations relatives à la situation du capteur (1), et en ce que l'appareil comporte des moyens (61, 76) délivrant une indication de la distance d'un objet identifié, par calcul trigonométrique à partir des informations relatives à la situation de l'objet et à la situation du capteur (1). - 13 - 5. Appareil selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la mémoire de données d'objets (73, 74, 75) contient des informations relatives à la taille des objets situés dans la zone, et en ce que l'appareil comporte des moyens (64) pour délivrer une indication de l'angle sous-tendu par l'objet identifié par rapport au capteur (1), et des moyens (62, 76) pour délivrer une indication de la distance de l'objet à partir des informations relatives à sa taille et à l'angle sous-tendu. 6. Appareil selon l'une des revendications I à5, caractérisé en ce qu'il comporte une unité d'extraction (64) délivrant une indication de l'angle sous-tendu par l'objet par rapport au capteur (1), et des moyens (62, 76) pour délivrer une indication de la taille de l'objet à partir des informations relatives à l'angle sous-tendu et à la distance de l'objet au capteur (1). 7. Appareil de traitement électronique d'images, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire de données d'objets (73, 74, 75), contenant des informations relatives à l'apparence et à la situation d'objets situés dans une zone à observer, un capteur (1) agencé pour voir au moins une partie de ladite zone, un comparateur (52) agencé pour comparer des résultats de sortie du capteur (1) à des données d'objets en mémoire (73, 74, 75) de manière à identifier un objet vu par le capteur et à lire des informations relatives à la situation de cet objet, des moyens (47, 48) délivrant des informations relatives à la situation du capteur (1), et des moyens de calcul (61) pour calculer la distance de l'objet à partir des informations relatives à la situation de l'objet et à la situation du capteur (1). 8. Appareil de traitement électronique d'images, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire de données d'objets (73, 74, 75), contenant des informations relatives à l'apparence et à la taille d'objets situés dans une zone à observer, un capteur (1) agencé pour voir au moins une partie de ladite zone, un comparateur (52) agencé pour comparer des résultats de sortie du capteur (1) à des données d'objets en mémoire (73, 74, 75) de manière à identifier un objet vu par le capteur et à lire des informations relatives à sa taille, des moyens (64) pour délivrer une - 14 - indication de l'angle sous-tendu par l'objet par rapport au capteur (1), et des moyens de calcul (62) pour calculer la distance de l'objet à partir des informations relatives à sa taille et à l'angle sous-tendu. 9. Appareil de traitement électronique d'images, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire (70 à 75) contenant des informations cartogra- phiques relatives à une zone à observer, un capteur (1) agencé pour voir au moins une partie de ladite zone, et un comparateur (52) agencé pour comparer des résultats de sortie du -capteur (1) aux informations cartographiques mémorisées concernant au moins ladite partie de la zone, de manière à détecter la présence d'un objet vu par le capteur (1) par l'absence de cet objet dans les informations cartographiques mémorisées. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (1) est une camera de télévision.