Brevet FR2638872A1 — publié le 19900511

NETHODE NUMERIQUE ET SYSTEME DE TRAITEMENT D'IMAGE INFRA-ROUGEa La présente invention a pour objet une méthode nu ibérique de traitement d'une image infra-rouge bidiaensionnelle pour y détecter des cibles potentielles, une image étant définie par un ensemble d'éléments d'iaage, ci-après pixels, chaque pixel colportant au moins une valeur définissant son niveau de gris parai un ensemble de valeurs possibles, la détection d'une cible potentielle consistant à localiser une zone de l'image dans laquelle les pixels ont un niveau de gris plus brillant que celui des pixels environnants. Un tel traitement d'image infra-rouge est utile dans le do aine militaire, en effet les points chauds d'un paysage sont souvent des cibles, par exenple tasse métallique au soleil, pot d'échappeuent de véhicule ; une inage statique obtenue avec une vision infra-rouge colporte des points brillants qu#i correspondent aux points chauds; pour une éventuelle couarde autonatique de tir, il importe de déterminer les coordonnées des cibles dans l'iuage; avec une caméra infra-rouge, plusieurs images se succèdent dynaiiquenent, et dans tous les cas la vitesse du calcul de traitement est pri cordiale Pour le traitement numérique, une image infra-rouge est usuelleaent ténorisée sous forne d'une patrice conportant NxN=N2 pixels avec N égal å une puissance de 2 (par exemple: 256 ou 512) de telle sorte que dans les traiteaents connus le temps de traitement est proportionnel à N2. La présente invention a pour but de rendre possible un traitement d'image plus rapide. A cet effet, la méthode selon la présente invention est particulièrement reuarquable en ce que a) dans un premier temps la matrice inage bidimen- sionnelle est projetée selon une direction donnée en ne retenant que les valeurs maximales des niveaux de gris pour constituer un prenier tableau ionodiiensionnel de valeurs, b) dans un deuxiène temps le dit tableau est filtré pour sélectionner des bandes de l'i age susceptibles de contenir une cible, c) dans un troisième temps, chaque bande ainsi définie est à son tour traitée sieilaireeent à l'image initiale c'est à dire projetée selon une direction sensibleient perpendiculaire à la dite direction donnée, puis filtrée pour ainsi sélectionner dans chaque bande des portions de bande. Chaque portion de bande constitue en fait une aire de l'image susceptible de contenir une cible. Un tel traitement travaillez donc sur un tableau ionodiiensionnel colportant N valeurs et, si un nombre 'b' de bandes est sélectionné, on peut considérer que le temps de traitement sera proportionnel à (1+b)xN. Du fait que 'l+b' est très inférieur à N, la vitesse de traitement est considé rablenent améliorée. Dans un ode de réalisation préféré, les filtrages des deuxième et troisiène temps colportent les lèves étapes à savoir 1) premier filtrage iorphologique du dit tableau au moyen d'une fermeture sur un segment de grande taille 2) deuxième filtrage morphologique au moyen d'un TOPHAT sur un segment de très grande taille, 3) calcul d'un seuil selon la méthode OTSU appliquée au tableau filtré, 4) troisième filtrage morphologique selon la méthode dite 'propagation des fronts de feu' en utilisant le dit seuil calculé pour obtenir ainsi plusieurs bandes de l'image susceptibles de contenir une cible. Ainsi les instructions d'un même programme de filtrage peuvent être utilisées ce qui économise de la place mé- noire Pour affiner la localisation de cibles potentielles, il est avantageux d'effectuer deux fois le traitenent, une première fois avec la direction de projection horizontale et une deuxième fois avec la direction de projection verticale et ainsi sélectionner deux ensembles de portions de bandes auxquels est appliquée une opération d'intersection dont le résultat définit les zones de détections recherchées. Les deux ensembles seront vraisemblablement très similaires; leur intersection resserre la dimension des cibles potentielles; le temps de traitement est encore performant puisque 2x(1+b)xN est toujours inférieur à N2. Une image infra-rouge peut comporter de grandes aires de brillance uniforme Mis différentes les unes des autres, dans ce cas il est intéressant que la méthode comporte en outre une étape préliminaire d'uniformisation du fond appliquée à l'image bidimensionnelle. Ainsi la projection des pixels d'une aire initialement brillante ne masque pas la projection de pixels moins brillants et situés sur un fond plus sombre. D'une manière générale la dite projection s'effectue parallèlement à un des bords de la matrice mais dans la pratique, une image infra-rouge n'est pas toujours horizontale c'est à dire que l'horizon peut ne pas entre parallèle à un des bords de la matrice notamment dans le cas de vue aérienne. Dans un mode de réalisation préférentiel la dite direction donnée de projection est la direction de l'horizon vrai vu sur l'image bidimensionnelle. La présente invention a aussi pour objet un système numérique de traitement comportant des moyens de mémorisation et des moyens de traitement pour mettre en oeuvre la méthode numérique de traitement d'image susdite. La présente invention sera mieux comprise au vu de la description d'un exemple de réalisation non limitatif il Lustré par les dessins suivants La figure 1 illustre schématiquement un organigram- me du traitement. La figure 2 visualise l'effet de chaque étape du traitement. La figure 3 représente une image inclinée et avec deux aires de brillances différentes. Sur la figure 1, la partie a) représente une image infra-rouge (IM1R) contenant NxN pixels; des pixels plus brillants sont localisés dans les zones Z1, Z2, Z3 La partie b) représente le tableau mono-dimension- nel qui résulte d'une opération de projection verticale (PRO~) n'ayant retenu pour chacun des N emplacements du tableau que la brillance du pixel le plus brillant (BRîmax); le tableau ne contient donc que N valeurs alors que la matrice d'image en contient NxN=N2. La partie c) représente les bandes B1, Bi, Bb sélectionnées par le filtrage FIL appliqué au tableau b). La bande Bi a été introduite par souci de généralité en supposant qu'un nombre 'b' de bandes a été sélectionné. La partie d) représente schématiquement les traitements TRI, TRi, TRb appliqués respectivement aux 'b' bandes définies précédemment. Chaque traitement TRi comporte d'une part une projection horizontale (PRO) perpendiculaire à la projection verticale (PRO~) susdite et d'autre part un filtrage qui peut être identique au filtrage FIL susdit, mais cette identité n'est pas une obligation bien que plus économique en place mé- moire de programme. Chaque traitement TRi travaille donc sur chaque bande de manière tout à fait similaire au traitement TRO, c'est à dire b) et c), qui s'appliquait a l'image complète. La partie e) représente le résultat des traitements TRi qui sélectionnent les portions de bandes CP1, CP2, CP3 lesquelles constituent des cibles potentielles correspondant aux zones Z1, Z2, Z3 de l'image initiale. On remarque que le temps de traitement est proportionnel au nombre de traitements TR c'est a dire '1+b' et que la durée de chaque traitement TR est proportionnelle au nombre de pixels traités à savoir 'N'. On peut donc dire que le temps de traitement de la méthode est proportionnel a (I+b)xN. Avec un système multiprocesseur on peut même effectuer en parallèle les traitements TRI, TRi, TRb, et dans ce cas le temps serait proportionnel â 2N. La figure 2 visualise l'effet de chaque étape du traitement TR; un processus de filtrage préférentiel est cidessous décrit d'une manière suffisamment détaillée pour un homme du métier lequel pourra se reporter aux références citées s'il désire plus de précisions. La partie a) représente une image infra-rouge IMIR comportant trois zones brillantes ZI, Z2, Z3 sur un fond uniforme (FU); pour comprendre ce qui suit, convenons que les zones z1 et Z2 sont suffisamment petites pour constituer des cibles potentielles alors que la zone Z3 est trop grande, c'est par exemple un étang. La partie b) représente le résultat de la projection verticale comme susdit. La partie c) représente le tableau résultant d'un premier filtrage morphologique au moyen d'une fermeture sur un segment de grande taille; l'opération de fermeture permet de rassembler les pics du signal mono-dimensionnel qui sont suf fisamment proches par rapport à la taille du segment; pour plus de précisions au sujet des filtrages, on peut se reporter à l'ouvrage image analysis and mathematical morphology" de J. Serra publié par Acadecic Press en 1982. La partie d) représente le tableau résultant d'un deuxième filtrage morphologique au moyen d'un TOPHAT sur un segment de très grande taille; un TOPâT est une extraction des pics de taille inférieure à la taille du segment utilisé. La partie e) représente le tableau résultant d'un troisième filtrage morphologique selon la méthode dite "propa- gation des fronts de feu" laquelle utilise un seuil calculé; en l'occurrence, le dit seuil est préalablement calculé selon la méthode OTSU laquelle est bien décrite dans la publication de nr. N. OTSU ZA threshold selection method fron grey-level histograms. IEEE Transactions on Sisters, Han and Cybernetics, vol. SMC-9, 1979, pp. 62-66". Le tableau e) définit parfaitement les bandes B1 et B2 de l'image IMIR représentée en f); chaque bande est alors traitée comme si elle était à elle seule une image complète dont un côté a la dite dimension N; son traitement, comme susdit, comporte une projection et un filtrage qui sont, de préférence, identiques au traitement déjà décrit ci-dessus pour l'image complète; dans chaque bande au moins une portion de bande (cri, CP2) est alors sélectionnée, chaque portion de bande constitue une cible potentielle. Dans la description qui précède, la première projection pour obtenir b) s'est effectuée dans un sens, disons vertical par commodité, alors que la projection du traitement de chaque bande s'est effectuée dans le sens horizontal; l'inverse était bien sûr possible et le résultat aurait été équivalent; au lieu d'effectuer soit l'un soit l'autre, on peut envisager d'effectuer les deux traitements pour ainsi sélectionner deux ensembles de portions de bande; à ces deux ensem- bles on applique alors une opération connue d'intersection de deux ensembles dont le résultat définit les zones de détections recherchées. La figure 3 représente un exemple d'image que l'on rencontre dans le cas où l'appareil infra-rouge est embarqué, par exemple dans un avion; l'image est inclinée en ce sens que l'horizon vrai (V) n'est pas parallèle à un des bords de l'image; de plus l'image comporte deux zones de fond à savoir le ciel (C) et la terre (FO) dont les brillances sont différentes; il est possible, par exemple, que la brillance d'une cible terrestre potentielle (CIB) soit supérieure à la brillance de la terre (FO) tout en étant inférieure à la brillance du ciel (C). Il est clair que, dans un tel cas, la méthode ci-dessus pourrait être prise en défaut; dans une implémenta- tion préférée de la méthode la direction de projection peut être choisie parallèle (P) à l'horizon vrai (HV) et non plus parallèle à un des bords de l'image comme susdit implicite- ment; dans une autre implémentation préférée de la méthode, l'image bi-dimensionnelle initiale est soumise à une étape préalable d'uniformisation du fond pour, par exemple, étendre la brillance du fond (FO) à tout le fond (C); ces deux modes d'implémentation peuvent aussi être combinés entre eux. REVENDICATIONS : 1. Méthode numérique de traitement d'une image infrarouge bidiaensionnelle pour y détecter des cibles potentielles, une image étant définie par un ensemble d'éléments d'image, ci-après pixels, chaque pixel comportant au moins une valeur définissant son niveau de gris parmi un ensemble de valeurs possibles, la détection d'une cible potentielle consistant à localiser une zone de l'image dans laquelle les pixels ont un niveau de gris plus brillant que celui des pixels environnants caractérisée en ce que a) dans un premier temps la matrice image bidixen- sionnelle est projetée selon une direction donnée en ne retenant que les valeurs maximales des niveaux de gris pour constituer un premier tableau monodimensionnel de valeurs, b) dans un deuxième temps le dit tableau est filtré pour sélectionner des bandes de l'image susceptibles de contenir une cible, c) dans un troisième temps, chaque bande ainsi définie est à son tour traitée similairement à l'image initiale c'est à dire projetée selon une direction sensiblement perpendiculaire à la dite direction donnée, puis filtrée pour ainsi sélectionner dans chaque bande des portions de bande. 2 Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les filtrages des deuxième et troisième temps comportent les mêmes étapes à savoir 1) premier filtrage morphologique du dit tableau au moyen d'une fermeture sur un segment de grande taille 2) deuxième filtrage morphologique au moyen d'un TOPHAT sur un segment de très grande taille, 3) calcul d'un seuil selon la méthode OTSU appliquée au tableau filtré, 4) troisième filtrage morphologique selon la méthode dite 'propagation des fronts de feu' en utilisant le dit seuil calculé pour obtenir ainsi plusieurs bandes de l'image susceptibles de contenir une cible. 3. Méthode selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que le traitement est effectué une première fois avec la direction de projection horizontale et une deuxième fois avec la direction de projection verticale et ainsi sélectionner deux ensembles de portions de bandes auxquels est appliquée une opération d'intersection dont le résultat définit les zones de détections recherchées. 4. Méthode selon les revendications 1, 2 ou 3 caractérisée en ce que, elle comporte en outre une étape préliminaire d'uniformisation du fond appliquée à l'image bidimensionnelle. 5. Méthode selon les revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisée en ce que la dite direction donnée de projection est la direction de l'horizon vrai vu sur l'image bidimension- nelle. 6 Système numérique de traitement comportant des mo- yens de traitement et des moyens de mémorisation, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont agencés pour mettre en oeuvre une méthode numérique de traitement d'image selon l'une quelconque des revendications précédentes.