Brevet FR2667415A1 — publié le 19920403

La présente invention concerne un dispositif de détection et de poursuite d'un objectif, avec utilisation d'un appareil d'observation dirigé vers l'objectif et pointé sur ce dernier par un servomécanisme monté en aval d'un calculateur. On connaît des systèmes de poursuite fonctionnant suivant un principe de poursuite par contraste Dans ce principe, la scène couverte par l'ap- pareil d'observation est divisée en parties claires ou sombres, de façon par exemple que toutes les parties claires représentent l'objectif et toutes les parties sombres le fond (ou inversement), le centre de gravité calculé étant une surface claire, détectée comme objectif Dans une autre forme de réalisation, il est possible de déterminer la position d'un bord clair/sombre Lors d'un mouvement de l'objectif, un signal de dérive est délivré à un servomécanisme, qui produit un positionnement du système d'observation en fonction de ce signal Des têtes de recherche à détec- teurs quadrants ou certains dispositifs de poursuite par télévision sont des réalisations connues de tels systèmes de poursuite Tous ces appareils ont en commun l'utilisation de l'information "contraste de l'objectif par rapport au fond", ce qui permet par exemple de poursuivre facilement de cette façon un objet volant, qui se détache généralement en sombre sur un fond clair, avec un contraste élevé Un tel dispositif ne convient par contre pas pour la poursuite d'un objectif à gris moyens, sur un fond très structuré. On connaît aussi des dispositifs de poursuite interprétant la struc- ture de l'objectif suivi Un dispositif connu fonctionne selon un procédé optique, dans lequel la phase d'une composante de Fourier de la position de l'objectif est étudiée par rapport à l'objectif décalé à un instant ultérieur Le servomécanisme règle l'appareil d'observation à une phase constante dans le temps La structure complète de l'objectif n'étant toutefois pas mémorisée, il est par exemple impossible de retrouver un objectif perdu. L'invention a pour objet un dispositif de détection et de poursuite d'un objectif, utilisant aussi complètement que possible l'information émise par l'objectif, avec un appareillage technique réduit au maximum et en tirant parti des avantages des calculateurs numériques. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'appareil d'observation délivre la structure de l'objectif au calculateur pour le calcul de la corrélation vraie entre la structure d'objectif mémorisée et la structure décalée correspondant à 2 'Jmage-e 1 nrstantanée de la- scène observée, la dérive de l'objectif s'exprimant par la position du maximum de la fonction de corrélation avec retard K(Z) = B(X) B' (X) dx et le calculateur détermine continûment la dérive de l'objectif par rapport au centre de l'image de la scène, suivant les directions X et Y, et délivre au servomécanisme des signaux de réglage correspondant à la dérive Les facteurs B(X) et B'(x i) indiquent la structure d'objectif mémorisée ou décalée, correspondant à l'image instantanée de la scène observée. Selon une autre caractéristique de l'invention, un convertisseur analogique-numérique est utilisé pour la digitalisation de l'image de l'objectif Selon une autre caractéristique enfin, une matrice de photo- diodes est utilisée comme capteur Il est ainsi possible de construire de très petites caméras robustes. Un avantage de l'invention réside dans l'augmentation de l'immunité du dispositif aux perturbations, grâce à l'utilisation du calcul bidimen- sionnel d'autocorrélation,avec un important un contenu d'information sur l'objectif L'utilisation de microprocesseurs permet le cas échéant de rationaliser l'électronique de traitement. Les variantes ou additions suivantes sont en outre possibles. a) Un automatisme d'illumination permet de calculer facilement la valeur moyenne (luminance moyenne de l'objectif), à partir de la sommation de l'éclairement des diodes individuelles, et d'assurer une illumina- tion optimale de la matrice de photodiodes entre des limites données. b) La mémoire contenant l'objectif peut être mise à jour continûment et s'adapter ainsi aux données nouvelles, lors d'une rotation de l'objectif par exemple. c) Des convertisseurs analogique-numérique à 100 échelons de gris au maximum permettent d'augmenter à volonté la précision de mesure de la dérive. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés, sur les- quels: la figure 1 représente le principe de base du dispositif de détection et de poursuite d'un objectif; la figure 2 représente le schéma synoptique dul dispositif; et la figure 3 représente le schéma synoptique d'une forme de réalisation du dispositif selon figure 2. Sur le schéma de la figure 1, une caméra 1 comporte une matrice de photodiodes et un convertisseur analogique-numérique pour la digitalisa- tion de l'image d'un objectif suivi, fournie par la caméra Un calculateur 2, monté en aval de la caméra 1, compare la structure d'objectif qu'il reçoit, décalée et correspondant à l'image instantanée de la scène observée, avec une structure d'objectif mémorisée Il détermine la dérive de l'objectif, s'exprimant par le maximum de la fonction de corrélation avec retard K(e) = f B(X) B' (X C) dx les facteurs B(X) et B' (x X) indiquant la structure d'objectif mémorisé et la structure décalée, correspondant à l'image instantanée de la scène observée; détermine continûment la dérive de l'objectif par rapport au centre de l'image de la scène, suivant les directions X et Y; et délivre à un servomécanisme 3 des signaux de réglage correspondant à la dérive. En fonction des signaux de réglage appliaués à ses entrées, le servo- mécanisme 3 asservit suivant deux axes la caméra 1 pointée sur l'objectif. La figure 2 représente un dispositif de détection et de poursuite d'un objectif, dont les composants indiqués sur les figures 1 et 3 sont décrits plus en détail sur l'exemple d'un mouvement unidimensionnel d'asservissement. La caméra 1 comporte un objectif, une matrice de photodiodes 13, un diviseur de faisceau 14 et une photopile 15 pour la mesure d'une illu- mination moyenne Un préamplificateur 4, monté en aval de la caméra, est alimenté par un système d'exploitation 5, comme tous les autres com- posants ultérieurs non encore désignés, et délivre la structure amplifiée B(x) d'un objectif enregistré par la caméra 1 à une unité 6 de prépa- ration du signal et d'alimentation. Le signal préparé Bl (x) est transmis à un convertisseur analogique- numérique 7, auquel un signal dérivé de la photopile 15 par le préampli- ficateur 8 sert de référence Le convertisseur analogique-numérique 7 convertit le signal d'entrée analogique Bl (x) en un signal de sortie numérique B 2 (x), transmis à l'entrée d'un calculateur de corrélation 9. Ce dernier, qui comporte une mémoire 1 Qa et un composant l Ob recevant la distribution instantanée de luminance de la scène, calcule la dérive entre la structure d'objectif précédemment mémorisée dans le calculateur 9 et la structure décalée, correspondant à l'image instantanée de la scène observée Cette dérive s'exprime par le maximum de la fonction de corrélation avec retard K(E) Une unité 11, en aval du calculateur 9, détermine la dérive de l'objectif par rapport au centre de l'image de la scène, suivant la direction X Une unité 12 d'adaptation du moteur et d'alimentation délivre au servomécanisme 3 des signaux de réglage cor- respondant à la dérive instantantée, permettant ainsi un positionnement de la caméra 1 en fonction des signaux de réglage transmis au servoméca- nisme Seule une dérive suivant la direction X est décrite à la figure 2, mais une dérive suivant la direction Y est traitée de la même façon, un servomécanisme spécial étant utilisable pour le positionnement de la caméra l suivant les directions X et Y Il est utile dans ce cas que le même calculateur délivre au servomécanisme, successivement ou en parallèle, les signaux de réglage suivant chaque direction. Le dispositif représenté à la figure 3 diffère de celui de la figure 2 par une réalisation plus rationnelle des éléments employés C'est ainsi que le'préamplificateur 4 en aval de la caméra 1, le convertisseur ana- logique-numérique et un intégrateur 16 sont réunis en un module, qui délivre à la fois un signal à une commande d'illumination 18 de la caméra 1 et au module 19 de traduction du signal. Le traducteur 19, relié au servomécanisme 3 pour délivrer directement les signaux de réglage, contient le calculateur 9, la mémoire 10 a, l'élé- ment de mémoire 1 Ob recevant la scène et l'unité 11 de calcul de la dérive Ce dispositif de détection et de poursuite d'un objectif comporte en outre une unité de commande et d'indication 20, à laquelle sont trans- mis les signaux des éléments 9 et 10 du traducteur 19, de sorte que des appareils combinés de commande et d'indication 21 et 22 permettent de commander ou de visualiser l'image instantanée de la structure d'objectif correspondant à la scène observée L'élément 5 représente de nouveau le système d'exploitation. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs décrits, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1 Dispositif de détection et de poursuite d'un objectif avec utilisa- tion d'un appareil d'observation, pointé sur l'objectif et asservi à ce dernier par un servomécanisme monté en aval d'un calculateur, ledit dis- positif étant caractérisé en ce que l'appareil d'observation délivre la structure de l'objectif au calculateur pour le calcul de la corrélation vraie entre la structure d'objectif mémorisée et la structure décalée, correspondant à l'image instantanée de la scène observée, la dérive de l'objectif s'exprimant par la position du maximum de la fonction de cor- rélation avec retard K(=) BTBX B (x) dx et le calculateur détermine continûment la dérive de l'objectif par rapport au centre de l'image de la scène, suivant les directions X et Y, et délivre au servomécanisme des signaux de réglage correspondant à la dérive. 2 Dispositif selon revendication 1, caractérisé par l'emploi d'un convertisseur analogique-numérique pour la digitalisation de l'image de l'objectif. 3 Dispositif selon revendication 1, caractérisé par l'emploi d'une matrice de photodiodes comme capteur.