Brevet FR2648919A1 — publié le 19901228

PROCEDE ET APPAREIL DE SURVEILLANCE ET DE VISEE OPTIQUES MULTIVOIES La présente invention concerne la surveillance et la visée optiques. Elle concerne particulièrement les appa- reils du type comprenant au moins: une voie ayant un orga- ne de visualisation muni d'un écartomètre; une voie ayant un organe de visée et un déviateur permettant de dévier an- gulairement l'axe optique de l'organe de visée par rapport à une direction de référence harmonisée avec le centre du champ de l'organe de visualisation; et un miroir de poin- tage interposé sur un trajet commun aux deux voies (et éventuellement à d'autres voies encore) permettant de modi- fier l'orientation de ces voies par rapport à une scène ob- servée. Elle concerne également les procédés de visée met- tant en oeuvre des appareils de ce type. L'organe de visua- lisation est souvent une caméra travaillant dans le domaine visible, une caméra infra-rouge ou une lunette. On connait des appareils du genre défini ci-dessus munis d'un collimateur multivoies substituable à la scène; le miroir de pointage peut être placé de façon à pouvoir modifier l'orientation de l'axe optique du collimateur par rapport à l'ensemble des voies. Les déviateurs utilisés dans la pratique, tels que les diasporamètres ou les Jeux de miroir, sont loin d'avoir une réponse parfaitement linéaire; les organes de visuali- sation présentent eux mêmes des aberrations géométriques. I1 est en conséquence difficile de pointer de façon précise la voie de visée sur un point de la scène situé en dehors du centre du champ et dont la position est repérée par rap- port à ce dernier sur l'organe de visualisation. Or dans beaucoup de cas il est souhaitable de pouvoir commander le déviateur par un signal qui pointe, sans têtonnement, la voie de visée sur le point de repère dans le champ. Ce pro- blème se rencontre notamment sur des appareils o la voie de visée comporte un télémètre laser, qui doit pouvoir être instantanément pointé sur une cible secondaire apparaissant hors de l'axe optique de la première voie. Du fait de la très faible divergence du faisceau laser, le pointage doit être précis. Et il est souvent préférable de ne pas modi- fier le champ d'observation, par exemple pour maintenir une cible principale au centre de ce dernier. L'invention vise à fournir un procédé de visée' à l'aide d'un appareil du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet un pointage précis sans modification du champ d'observation, dans une plage de quelques degrés au moins autour de la direction centrale du champ d'observation. Elle vise également à fournir un appa- reil optique comportant des moyens permettant de mettre en oeuvre un tel procédé. Dans ce but, l'invention propose notamment un pro- cédé selon lequel: on effectue une calibration préliminai- re au cours de laquelle, après harmonisation des voies, on détermine, pour plusieurs points répartis dans le champ de l'organe de visualisation, la commande à appliquer au dé- viateur pour pointer l'organe de visée sur une tache dans le champ fourni par le collimateur et dont l'emplacement est déterminé par écartométrie dans le champ; on établit une table de correspondance entre la position de chaque tache dans le champ et la commande correspondante du déviateur; on mémorise la table de correspondance ou une table mathématique qui en dérive; et, pour viser dans une direction représentée par un point dans le champ écarté du centre, on détermine la commande à appliquer au déflecteur par interpolation dans la table. Grâce à ce procédé, une visée instantanée et préci- se est possible en dépit du manque de linéarité du déflec- teur et/ou de l'organe de visualisation. Etant donné que le procédé met en oeuvre un collimateur intégré à l'appareil, la calibration peut être effectuée de façon autonome et au- tomatique. Elle permet de ré-étalonner l'appareil sans dif- ficulté en cas de changement de l'organe de visualisation ou du déflecteur. L'invention propose également un appareil optique du type ci-dessus défini, permettant de mettre en oeuvre le procédé qui vient d'être décrit. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique qui l'accompagne et qui est un schéma de principe d'un appareil selon l'invention. L'appareil montré sur la figure a une constitution d'ensemble classique. Il comporte un miroir de pointage 10 dont les caractéristiques et le mode de commande dépendent de la nature de l'appareil. Le miroir 10 peut notamment être un miroir de stabilisation muni de moteurs permettant de l'orienter autour de deux axes orthogonaux et d'un cir- cuit d'asservissement permettant de modifier la direction de l'espace correspondant au centre du champ d'un organe de visualisation 12, constitué par exemple par une caméra de télévision ou une caméra travaillant dans l'infra-rouge proche ou lointain. Pour permettre la mise en oeuvre de l'invention, l'organe de visualisation 12 doit être associé à des moyens d'écartomètrie 14 permettant de déterminer la position d'une tache apparaissant dans le champ de l'organe 12 et de la représenter, en général par rapport au centre du champ par des signaux donnant ses coordonnées polaires ou cartésiennes. L'appareil comporte également un collimateur multi- spectral 16 qui peut avoir la constitution décrite dans le document EP-A0251920. Pour une position nominale miroir de pointage 10, le collimateur multispectral fournit une tache au centre du champ de l'organe de visualisation 12. L'appareil représenté comporte, en plus de la voie de visualisation incluant l'organe 12, une seconde voie travaillant dans un domaine de longueur d'onde différent. Un séparateur dichroique 20 permet de fractionner le faisceau provenant de la scène ou du collimateur 18. Le rayonnement dans la plage de sensibilité de l'organe de visualisation 12 (8 à 12 mm par exemple dans le cas d'une caméra thermique) est transmis par le séparateur 20 tandis que le rayonnement dans la plage de travail de la seconde voie est réfléchi. La seconde voie représentée comporte une optique afocale 22 de grossissement suivie d'un déviateur, repré- senté sous forme de deux prismes 24 et 26 d'un diaspora- mètre, et d'un télémètre 28 ayant un laser fournissant des impulsions monochromatiques et un récepteur. Une lame séparatrice dichrolque 30 permet de fractionner encore le rayonnement réfléchi par le miroir 20 en un faisceau transmis vers le télémètre 28 et un faisceau réfléchi vers un détecteur de zéro, représenté sous forme d'une cellule à quatre quadrants 32. Le laser peut notamment fournir des impulsions ayant une longueur d'onde de 1,06 ou 1,54 pm. La lame est prévue pour former sur le détecteur de zéro 32, par l'intermédiaire d'une lentille 34, l'image d'un point source fourni par le collimateur multispectral, par exemple pour une longueur d'onde de 0,93 mm si le télémètre utilise un laser ayant une longueur d'onde de 1,54 mm. Le détecteur de zéro 32, le télémètre 28 et le miroir 30 sont placés de façon que, lorsque le faisceau provenant du collimateur multispectral 18 coincide avec le centre du détecteur 32, le faisceau collimaté soit centré sur le télémètre laser. On arrive au même résultat lorsque le collimateur multispectral n'utilise pas un point source émettant à la longueur d'onde du laser du télémètre 28, mais l1 réflexion de ce faisceau, comme expliqué dans la demande de brevet FR 89 05 887. Le procédé suivant l'invention, lorsqu'il est mis en oeuvre pour viser une cible dont la position dans le champ est écartée du centre de l'organe de visualisation 12, implique qu'il y ait eu une calibration préliminaire de l'appareil. Cette calibration implique la répétition d'une séquence d'opérations et l'accumulation des résultats de toutes les séquences. Avant d'effectuer la calibration, on harmonise les deux voies suivant un processus classique, le miroir de pointage 10 étant dans. sa position nominale. Cette harmonisation peut être effectuée en utilisant le diasporamètre 24, 26: les positions angulaires des prismes 24 et 26 pour lesquelles l'harmonisation est réalisée sont fournies par exemple par des codeurs angulaires 40 et 42 à une électronique 38 reliée à une mémoire vive 36 de stockage. Le collimateur étant substitué à la scène, on répète la séquence suivante: - le miroir de pointage 10 est déplacé par rapport à sa position de référence de façon à créer une tache collimatée dans le champ de l'organe de visualisation 12; - l'écartomètre 14 est utilisé pour déterminer les coordonnées (Si, Gi) de la tache par rapport à une référence qui est généralement le centre du champ de l'organe 12; - les coordonnées (Si, Gi) sont mémorisées dans la mémoire 36; - le déviateur 24, 26 du télémètre à laser 28 est animé jusqu'à ce que le faisceau provenant du collimateur 18 soit aligné avec le centre du détecteur de zéro 32, c'est-à-dire jusqu'à ce que l'axe de visée du télémètre à laser 28 soit harmonisé avec le point de coordonnée (Si, Gi) dans le champ de l'organe de visée; lorsque le détecteur Le visée 32 donne une indication sur le sens de l'écart, comme par exemple lorsqu'il s'agit d'un détecteur à quatre quadrants, la recherche de l'orientation à donner aux prismes 24 et 26 du déviateur peut s'effectuer de façon automatique-sous la commande de l'électronique 38, par une mise en action de moteurs équipant les prismes 24 et 26; - les positions angulaires des prismes 24 et 26, fournies par les codeurs angulaires 40 et 42, sont associées aux coordonnées du point considéré dans la mémoire 36. La séquence doit, en pratique, être répétée une centaine de fois au moins. On obtient ainsi finalement une table de correspondance entre la position d'une cible dans le champ de l'organe de visualisation 12 et les positions commandées correspondantes des prismes 24 et 26 du déviateur. Cette table peut être conservée telle quelle. Mais, généralement, elle est traitée pour établir, par des techniques de modélisation mathématique classique, une matrice de transcodage faisant correspondre les coordonnées (Si, Gi) de points répartis régulièrement dans le champ aux commandes correspondantes du déviateur, constituées par les positions angulaires à donner aux prismes 24 et 26. La table de calibration peut être stockée dans une mémoire morte programmable. Lorsque ultérieurement on veut télémétrer une cible correspondant à un point désigné à partir des coordonnées d'un point désigné sur l'organe de visualisation, coordon- nées fournies par l'écartomètre 14, les commandes à appliquer aux prismes 24 et 26 peuvent être calculées automatiquement par l'électronique 38 par un processus d'interpolation parmi ceux classiquement utilisés, par exemple à partir d'une constellation de points de la table entourant le point désigné. On peut notamment utiliser des techniques connues d'interpolation biquadratique, sinusoïdale, etc. On voit que l'invention permet de mettre en oeuvre un télemitre pour déterminer la distance d'une cible représentée par un point écarte du centre du champ de l'appareil de visualisation sans pour cela qu'il soit nécessaire que cet organe de visualisation et le déviateur aient une linéarité élevée. Par ailleurs, la calibration peut s'effectuer de façon autonome et automatique, permettant de rendre de nouveau l'appareil opérationnel au bout d'un court laps de temps après remplacement d'un composant. REVENDICATIONS 1.Procédé de visée à l'aide d'un appareil de surveillance et de visée optiques comprenant: une voie ayant un organe de visualisation (12) muni d'un écartomètre (14); une voie ayant un organe de visée (28) et un déviateur (24,26) permettant de dévier angulairement l'axe optique de l'organe de visée par rapport à une direction de référence harmonisée avec le centre du champ de l'organe de visualisation: et un miroir de pointage (10) interposé sur un trajet commun aux deux voies, entre ces voies et un collimateur multivoies, caractérisé en ce que: on effectue une calibration préliminaire au cours de laquelle, après harmonisation des voies, on détermine, pour plusieurs points répartis dans le champ de l'organe de visualisation, la commande à appliquer au déviateur pour pointer l'organe de visée une tache dans le champ fourni par le collimateur et dont l'emplacement est déterminé par écartométrie dans le champ; on établit une table de correspondance entre la position de chaque tache dans le champ et la commande correspondante du déviateur; on mémorise la table de correspondance ou une table mathé- matique qui en dérive; et, pour viser dans une direction représentée par un point dans le champ écarté du centre, on détermine la commande à appliquer au déflecteur par interpolation dans la table. 2.Appareil de surveillance et de visée optiques, comprenant au moins: une voie ayant un organe de visualisation (12) muni d'un écartomètre (14) voie ayant un organe de visée (28) et un déviateur (24,26) permettant de dévier angulairement l'axe optique de l'organe de visée par rapport à une direction de référence harmonisée avec le centre du champ de l'organe de visualisation; et un miroir de pointage (10) interposé sur un trajet commun aux deux voies, entre ces voies et un collimateur multivoies, caractérisé en ce que la voie de visée comporte également des moyens de séparation (30) du faisceau provenant du collimateur multi-voies (18) en un faisceau dirigé vers l'organe de visée et un faisceau dirigé vers un détecteur de zéro (32) harmonisé avec l'organe de visée, en ce que l'appareil comporte de plus une mémoire (36) de stockage d'une table de correspondance entre les coordonnées (Si, Gi) de points situés dans le champ de l'organe de visualisation (12), fournies par l'écartomètre, et des commandes à fournir au déviateur (24,26) pour aligner l'organe de visée avec ces points, et une électronique (38) de détermination de cette correspondance à partir de signaux fournis par l'écartomètre (14), des moyens codeurs (40,42) associés au déviateur et un signal de sortie du. détecteur de zéro (32). 3.Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déviateur est constitué par un diasporamètre dont les prismes (24,26) sont munis de codeurs angulaires (40,42) constituant les moyens capteurs. 4.Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe de visée est constitué par un télémètre laser (28) comportant un laser à impulsions monochromatiques dont la longueur d'onde d'émission est hors de la plage de sensibilité de l'organe de visualisation (12).