Brevet FR2653293A1 — publié le 19910419

La présente invention concerne un système d'observation électronique comprenant un appareil de prise de vues couvrant la scène à observer, un dispositif de transmission d'image monté en aval dudit appareil et un appareil de restitution reproduisant visuellement la scène sous forme de bandes d'image disposées les unes au-dessus des autres, tel qu'il est utilisé pour la surveillance sur une grande étendue d'une scène globale, par exemple d'un paysage, et pour l'identification de différents objets très éloignés et normalement déplacés, mais également à partir d'une station d'observation staionnaire. Le brevet DE 26 20 699 décrit un système d'observation électronique pour missiles, dans lequel la scène se trouvant devant le missile est saisie simultanément par plusieurs appareils de prise de vues fixés sur le missile et fonctionnant en parallèle sous forme de scènes partielles contigUiles horizontalement avec des angles d'image d'approximativement 2 en direction verticale et d'approximativement 10 en direction horizontale et est reproduite sur un écran sous forme de bandes -2- d'image disposées les unes au-dessus des autres. Une partie définie de la scène globale est en outre reproduite agrandie à l'aide d'un autre appareil de prise de vues fixé sur le missile qui couvre un champ de prise de vues considérablement plus petit et est orienté coaxialement à l'axe du missile, afin de pouvoir ainsi reconnaître et identifier des objets très éloignés de la scène. Ce système d'observation électronique connu nécessite un investissement très important du point de vue de la technique des appareils et est, en ce qui concerne la portée de l'identification, limité à des objets qui se trouvent au centre du champ d'observation. L'invention a pour objet de donner au système d'observation électronique du type initialement mentionné une configuration telle qu'il permette d'une manière simple du point de vue de la construction aussi bien de réaliser une représentation globale claire sous forme d'image d'une scène observée s'étendant sur un grand angle optique que d'obtenir une résolution géométrique et une portée importantes pour reconnaître et identifier des objets très éloignés en n'importe quel point de la scène globale. Selon l'invention, cet objectif est atteint en ce que le champ de prise de vues de l'appareil de prise de vues limité à une partie définie de la scène est représenté sur l'appareil de restitution sous forme d'une image partielle dont la position peut varier et en ce qu'un dispositif de balayage déplaçant le champ de prise de vues de l'appareil de prise de vues sur la scène est associé à l'appareil de prise de vues et en ce que le dispositif de transmission d'image est équipé d'une unité de commande d'image modifiant la -3- position de l'image partielle sur l'appareil de restitution en fonction du déplacement du dispositif de balayage. Dans le système d'observation électronique selon l'invention, il est possible à l'aide d'un seul appareil de prise de vues dont le champ de prise de vues est petit, comparé au champ global d'observation, et en liaison avec la commande de déplacement et le traitement d'image particuliers, d'obtenir une image d'ensemble du champ d'observation décomposée en différentes bandes d'image ainsi que pour chaque partie de scène, une résolution géométrique élevée en fonction du champ d'image étroit de l'appareil de prise de vues, si bien qu'à tout moment, il est possible uniquement par des moyens électroniques et sans commutation mécanique complexe du champ d'image, de viser et d'identifier facilement n'importe quel objet éloigné de la scène globale. Le système d'observation électronique selon l'invention est par conséquent parfaitement bien adapté pour des cas d'utilisation o des champs d'observation de grande étendue doivent être représentés simplement du point de vue de la construction, aussi bien sous forme de représentation globale claire que sous forme de partie d'image détaillée pouvant être isolée de manière sélective. Selon une configuration avantageuse de l'invention mentionnée dans la revendication 2, une mémoire d'image est associée à l'appareil de restitution, qui, de manière appropriée se présente sous la forme d'un écran persistant conformément à la revendication 3 ou d'une manière particulièrement privilégiée conformément à la revendication 4, sous la forme d'une mémoire numérique d'image complète, ce qui fait -4- que même dans le cas o le mouvement du dispositif de balayage s'effectue à une fréquence relativement faible, l'information d'image d'une partie d'image est conservée jusqu'au prochain cycle de déplacement. Conformément à la revendication 5, la taille de l'image partielle sur l'appareil de restitution correspondant au champ de prise de vues de l'appareil de prise de vues peut être modifiée, à savoir conformément à la revendication 6, sélectivement de manière appropriée à l'aide d'un étage numérique de traitement d'image contenu dans le dispositif de transmission. Il est ainsi possible d'une manière simple du point de vue de la construction et agréable pour l'utilisateur, d'obtenir une représentation détaillée à volonté, dans de larges limites d'une partie de scène pouvant être choisie librement quant à sa position et à sa taille. Selon un autre aspect important de l'invention conformément aux revendications 7 et 8, les parties de scène saisies par le champ de prise de vues de l'appareil de prise de vues sont représentées simultanément sur l'appareil de restitution d'une part sous forme d'images partielles qui se déplaçent conformément au mouvement du dispositif de balayage et sont assemblées pour former la scène globale et d'autre part, sur une partie séparée de l'appareil de restitution agrandies sous forme de partie d'image globale pouvant être isolée de manière sélective, l'observation et l'identification d'objets étant ainsi encore facilitées et cette représentation simultanée s'effectuant soit à l'aide de deux champs juxtaposés de l'écran de l'appareil de restitution soit, de préférence à l'aide de deux écrans distincts conformément à la revendication 8. - 5- Selon les revendications 9 et 10, la zone de balayage du dispositif de balayage mû en rotation tant en direction horizontale que verticale, peut être modifiée tant du point de vue de sa taille que de son orientation dans l'espace, si bien que l'angle et la position du champ d'observation peuvent être choisis de manière variable et les angles d'image de l'appareil de prise de vues peuvent être définis indépendamment de cela uniquement du point de vue d'une portée maximale d'indentification. Selon les revendications 11 et 12 le dispositif de balayage contient une commande directive faisant pivoter l'appareil de prise de vues autour d'au moins un axe et un système de miroir de visée qui est monté en amont de l'appareil de prise de vues, est mû en rotation, explore la scène et dévie son image dans l'appareil de prise de vues, la commande directive et le système de miroir de visée pouvant de préférence être combinés de telle sorte que la commande directive soit prévue pour le balayage et le réglage du champ d'observation en fonction de sa taille et de sa position et pour la stabilisation grossière en direction horizontale, tandis que le système de miroir de visée assure la stabilisation horizontale précise et en direction verticale, le balayage et le réglage du champ d'observation ainsi que la stabilisation grossière et précise. Si le système d'observation électronique est monté sur une structure porteuse mobile, par exemple sur un véhicule aérien ou terrestre, un déplacement de l'image dû aux déplacements propres de la structure porteuse est évité selon la revendication 13 de préférence à l'aide de capteurs de position fixement orientés dans l'espace et associés au dispositif de -6- balayage de telle manière que le mouvement du dispositif de balayage et la commande d'image sur l'appareil de restitution s'effectuent par rapport à un système de coordonnées fixe dans l'espace. Pour compléter ou remplacer la stabilisation précise mentionnée, il est prévu selon la revendication 14 pour améliorer la qualité de la stabilisation, un étage électronique de corrélation d'image qui est associé à l'unité de commande d'image et par lequel une erreur résiduelle de stabilisation apparue côté prise de vues est détectée du fait d'une comparaison électronique de deux images de la même partie de scène résultant de deux balayages successifs du dispositif de balayage et est corrigée par des moyens purement électroniques au pixel près par un déplacement horizontal et vertical de l'image. Selon la revendication 15, il est enfin recommandé de déterminer la taille du champ de prise de vues de l'appareil de prise de vues de manière telle qu'en pratique, elle représente au plus 1/10 de la taille totale du champ d'observation. Il convient à présent d'expliquer plus en détail un exemple de mise en oeuvre de l'invention à l'aide des dessins, sur lesquels les figures IA et lB représentent très schématiquement un système d'observation électronique selon l'invention. Le système d'observation électronique représenté contient comme éléments principaux un appareil de prise de vues 2 se présentant sous la forme d'une caméra thermique, d'une caméra Low Light Level ou d'une caméra de télévision habituelle comportant par exemple 625 lignes de balayage et 600 points d'image par ligne qui sont balayés avec une fréquence d'image de 25 Hz en continuous scan, c'est-à-dire sans -7- entrelacement de lignes, un dispositif de balayage 4, 6, 8 associé à la caméra 2 ainsi qu'un dispositif de transmission d'image 10, 12 composé de parties émettrice et réceptrice et équipé d'une unité de commande d'image 14 (fig. 1B), une mémoire numérique d'image complète 16 à laquelle est associé un étage numérique de traitement d'image 18 et un appareil de restitution 20 comportant les écrans 20A et 20B. D'après la figure 1A, la caméra de prise de vues 2 ne possède qu'un champ de prise de vues 22 très petit de taille constante avec par exemple 2 en direction verticale et 3 en direction horizontale, ce qui permet d'obtenir une grande résolution géométrique et une grande portée d'identification tandis que la scène globale à observer s'étend sur un champ visuel 24 considérablement plus grand de par exemple 3 x conformément à la figure 1A. Le dispositif de balayage 4, 6, 8 est déplacé selon un mouvement de va et vient en direction horizontale et verticale de telle manière qu'à chaque cycle de déplacement, le champ de prise de vues 22 de la caméra couvre une fois la totalité du champ d'observation 24. Le dispositif de balayage 4, 6, 8 contient à cet effet des moteurs de commande 4, 6 et un transmetteur de signaux 8 associé auxdits moteurs et commandant les moteurs de commande 4, 6 en fonction de la taille et de la position du champ d'observation désiré 24, comme cela est par exemple indiqué par la trajectoire de déplacement en dents de scie représentée sur la figure 1A. Le dispositif de balayage 4, 6, 8 est composé d'un miroir de visée monté en amont de la caméra de prise de vues 2 et entraîné par les moteurs de commande 4, 6 sur deux axes et d'une commande directive commune à -8- la caméra 2 et au miroir de visée et agissant en direction horizontale. La commande directive assure en direction horizontale le balayage du champ d'observation 24, la stabilisation grossière et le mouvement directeur et le miroir de visée est prévu en direction verticale pour le balayage du champ d'observation 24, la stabilisation précise et grossière et le mouvement directeur ainsi qu'en direction horizontale pour la stabilisation précise. Le déplacement de points d'image apparaissant obligatoirement du fait du déplacement propre de la structure porteuse, par exemple en cas de montage du système d'observation électronique sur un véhicule aérien ou terrestre mobile du fait du déplacement superposé de la caméra est évité par des mesures électroniques à l'aide de capteurs de position (non représentés) fixement orientés dans l'espace qui agissent par l'intermédiaire du transmetteur de signaux 8 sur le dispositif de balayage 4, 6, 8 de telle sorte que le balayage du champ d'observation 24 s'effectue indépendamment de la structure porteuse dans un système de référence fixe dans l'espace. Il est ainsi garanti que dans n'importe quel état de déplacement de la caméra 2, la résolution maximale est obtenue dans le petit champ de prise de vues 22. Les vitesses maximales de balayage dépendent uniquement de la puissance des moteurs de commande 4, 6 et de la mémoire numérique d'image complète 16. Les images partielles 26.i...26.x... résultant du mouvement de balayage et variant successivement dans le temps sont, du fait du mouvement de balayage continu par rapport à un système de coordonnées fixe dans l'espace, converties dans la caméra de prise de vues 2 en un signal d'image correspondant et sont -9- transmises avec les signaux de balayage du dispositif de balayage 4, 6, 8 au dispositif de transmission d'image 10, 12. A ce dispositif est associée une unité de commande d'image 14 qui synchronise les signaux d'image de la caméra 2 de telle manière que les différentes images partielles 26.i...26.x... soient déposées dans la mémoire numérique d'image complète 16 montée en aval, les unes après les autres dans différents emplacements-mémoire conformément à leur position, c'est-à-dire en coincidence avec leur position dans le champ d'observation 24 fixe dans l'espace. La scène globale est ainsi mémorisée dans la mémoire 16 sous forme d'image fixe avec une fréquence d'image (par exemple 1 Hz) correspondant à la fréquence de balayage du dispositif de balayage 4, 6, 8 et avec une très grande résolution géométrique, la capacité de la mémoire étant supérieure au nombre des points d'image de la caméra de prise de vues 2 d'un multiple correspondant au rapport entre la taille maximale du champ d'observation et la taille du champ de prise de vues. Il est associé à la mémoire d'image 16 un étage de traitement d'image 18 par l'intermédiaire duquel n'importe quelle partie d'image complète, jusqu'au champ visuel le plus petit de portée d'identification maximale prédéterminé par le champ de prise de vues 22 de la caméra de prise de vues 2, peut être appelée avec une précision croissante pour être représentée sur l'appareil de restitution 20. La scène est composée généralement d'un champ d'observation 24 allongé avec un grand angle optique horizontal mais un angle optique vertical comparativement petit. Afin d'utiliser complètement la surface du moniteur et afin d'obtenir une restitution qui soit la plus détaillée possible, -10- l'image d'ensemble du champ d'observation 24 est décomposée sur l'appareil de restitution 20 en plusieurs bandes d'image 28.1 à 28.4 disposées les unes au-dessus des autres, comme cela est montré sur la figure lB à l'aide de l'écran 20A. Des parties de scène avec un angle optique horizontal grand par rapport à l'angle vertical sont également reproduites en étant décomposées en bandes d'image 28 disposées les unes au-dessus des autres. Afin d'obtenir une portée d'identification maximale, une image partielle individuelle 26 est reproduite sur l'ensemble de la surface de l'écran, comme cela est représenté sur la figure lB pour l'image partielle 26.i sur l'écran B. Il est en outre possible avec la même précision que pour la représentation du champ d'image 22, de représenter également une partie dudit champ qui remplit alors la totalité de l'écran 20B. N'importe quel champ d'observation peut être saisi et représenté en modifiant l'angle de visée limitant la zone de déplacement du dispositif de balayage 4, 6, 8. Si le mouvement de balayage du dispositif de balayage 4, 6, 8 est arrêté en conservant l'effet de stabilisation des capteurs de position fixement orientés dans l'espace, la restitution de l'image partielle correspondante s'effectue alors avec la fréquence de 25 Hz. Pour améloirer la qualité de la stabilisation ou pour décharger ou remplacer complètement la stabilisation d'image décrite, il peut être associé à l'unité de commande d'image 14 un étage de corrélation d'image à l'aide duquel une erreur de stabilisation apparue c8té prise de vues peut être détectée par comparaison électronique de deux images partielles 26 de la même partie d'image résultant de -11- deux cycles de balayage successifs et être corrigée par des moyens purement électroniques au pixel près par un déplacement horizontal et vertical de l'image. -12- REVENDICATIONS 1. Système d'observation électronique comprenant un appareil de prise de vues couvrant la scène à observer, un dispositif de transmission d'image monté en aval dudit appareil et un appareil de restitution reproduisant visuellement la scène sous forme de bandes d'image disposées les unes audessus des autres, caractérisé en ce que le champ de prise de vues (22) de l'appareil de prise de vues (2) limité à une partie définie de la scène est représenté sur l'appareil de restitution (20) sous forme d'une image partielle (26) dont la position peut varier et en ce qu'un dispositif de balayage (4, 6, 8) déplaçant le champ de prise de vues de l'appareil de prise de vues sur la scène est associé à l'appareil de prise de vues et en ce que le dispositif de transmission d'image (10, 12) est équipé d'une unité de commande d'image (14) modifiant la position de l'image partielle sur l'appareil de restitution en fonction du déplacement du dispositif de balayage. 2. Système d'observation électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une mémoire d'image (16) est associée à l'appareil de restitution (20). 3. Système d'observation électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'appareil de restitution (20) contient comme mémoire d'image un écran persistant (20A, 20B). 4. Système d'observation électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une mémoire numérique d'image complète (16) est associée à l'appareil de restitution (20). 5. Système d'observation électronique selon l'une -13- quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la taille de l'image partielle (26) sur l'appareil de restitution (20) correspondant au champ de prise de vues (22) de l'appareil de prise de vues (2) peut être modifiée. 6. Système d'observation électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de transmission (10, 12) contient un étage numérique de traitement d'image (18) permettant de modifier sélectivement la taille de l'image partielle (26) sur l'appareil de restitution (20). 7. Système d'observation électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parties de scène saisies par le champ de prise de vues (22) de l'appareil de prise de vues (2) sont représentées simultanément sur l'appareil de restitution (20) d'une part sous forme d'images partielles (26) qui se déplaçent conformément au mouvement du dispositif de balayage (4, 6, 8) et sont assemblées pour former la scène globale et d'autre part, sur une partie séparée (20B) de l'appareil de restitution (20) agrandies sous forme de partie d'image globale pouvant être isolée de manière sélective. 8. Système d'observation électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'appareil de restitution (20) contient des écrans (20A, 20B) distincts prévus d'une part pour l'image globale et d'autre part pour la partie d'image globale. 9. Système d'observation électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté- risé en ce que la zone de balayage du dispositif de balayage (4, 6, 8) peut être modifiée tant du point de vue de sa taille que de son orientation dans -14- l'espace. 10. Système d'observation électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de balayage (4, 6, 8) est mû en rotation tant en direction horizontale que verticale. 11. Système d'observation électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de balayage (4, 6, 8) contient une commande directive (4, 6) faisant pivoter l'appareil de prise de vues (2) autour d'au moins un axe. 12. Système d'observation électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de balayage comporte un système de miroir de visée qui est monté en amont de l'appareil de prise de vues (2), est mû en rotation, explore la scène et dévie son image dans l'appareil de prise de vues (2). 13. Système d'observation électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des capteurs de position fixement orientés dans l'espace sont associés au dispositif de balayage (4, 6, 8) pour commander le déplacement dudit dispositif par rapport à un système de coordonnées fixe dans l'espace. 14. Système d'observation électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un étage électronique de corrélation d'image est associé à l'unité de commande d'image (14) pour stabiliser l'image. 15. Système d'observation électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le champ de prise de vues (24) -15- est au moins 10 fois plus grand que le champ d'image (22) de l'appareil de prise de vues (2).