Brevet FR2665318A1 — publié le 19920131

Procédé d'atténuation optique pour caméra, système atténuateur de mise en oeuvre et caméra équipée d'un tel système. La présente invention se rapporte au domaine de la transmission d'images issues d'une caméra d'observation où apparaissent des zones de suréclafrement et, plus précisément, I'invention concerne un procédé d'atténuation optique pour caméra et un atténuateur optique sélectif pour la mise en oeuvre de ce procédé apte à transmettre des images dont la qualité n'est pas affectée par la présence de tels suréclairements. Des sources lumineuses de forte intensité et de surfaces plus ou moins importantes peuvent se présenter dans le champ d'analyse d'une caméra de prise de vues à tube, à barrette ou à matrice photosensible. Par exemple, en observation de jour, le soleil crée, directement ou par réverbération, des zones de surexposition ; en observation de nuit, des lampadaires ou des projecteurs provoquent également l'apparition de telles zones.Ces sources de suréclairement entraînent deux types de réaction - lorsque la caméra est équipée d'un asservissement automatique d'iris ou lorsque sa chaîne de traitement électronique de signal comporte un contrôleur automatique de gain, le fonctionnement de la caméra est faussé et entraîne une fermeture d'irais ou une diminution de gain, - dans le cas où la caméra n'est pas équipée de système d'asservissement automatique, l'éblouissement du capteur photosensible se traduit par des effets parasites sur l'image (traînées verticales, comètes, halo, agrandissement de la source lumineuse intense, etc ...). Les effets parasites peuvent alors masquer l'information utile, objet de l'observation, en particulier lors d'une surveillance aérienne ou terrestre. Les solutions apportées, soit de manière automatique par fermeture d'iris ou diminution de gain, soit par contrôle du temps d'intégration des charges dans le cas d'une barrette ou Les solutions apportées, soit de manière automatique par fermeture d'iris ou diminution de gain, soit par contrôle du temps d'intégration des charges dans le cas d'une barrette ou d'une matrice photosensible, mettent en oeuvre un traitement s appliquant de la même manière à toute la surface de l'image. Cette approche globale du problème posé nuit à la qualité de l'image car elle affecte également les zones qui ne sont pas en suréclairement. L'objet de l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant un procédé d'atténuation d'optique pour caméra, comprenant un système optique de focalisation de la scène observée sur un capteur photosensible, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - analyse du signal indicatif du niveau de luminance de chaque cellule élémentaire du capteur, pour repérer les coordonnées des cellules dont les niveaux de luminance dépassent une valeur prédéterminée et pour déterminer le taux d'atténuation à appliquer respectivement à chacun des niveaux excessifs - commande sélective des tensions des électrodes appliquées aux surfaces élémentaires constituant l'atténuateur optique à partir des informations d'analyse relatives, d'une part, aux coordonnées des cellules élémentaires du capteur dont le niveau de luminance est excessif, et, d'autre part, au taux d'atténuation à leur appliquer respectivement, de façon à ne pas dépasser la valeur de luminance de référence. L'invention a également pour objet un atténuateur optique sélectif pour la mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées, qui représentent respectivement - la figure 1, un mode de réalisation du système atténuateur optique selon l'invention, - la figure 2, un schéma représentant partiellement, vu de face, un photodétecteur du type à transfert de charges recouvert d'un atténuateur du type à cristaux liquides. Le procédé d'atténuation optique selon l'invention consiste à réaliser une atténuation locale de la luminance en une zone sélectionnée de la surface photosensible, l'image du champ d'observation analysé étant formée sur cette surface grâce à une optique d'entrée. Cette atténuation locale est produite de manière sélective en procédant à la mise en oeuvre des étapes successives suivantes - détermination des niveaux de luminance en chaque cellule élémentaire d'un dispositif à transfert de charges (DTC), chaque cellule formant un pixel par intégration locale de charges correspondant au niveau de luminance reçu, un registre de lecture à décalage transférant les charges intégrées pour fournir un signal dont le niveau traduit dans le temps les valeurs d'intensité lumineuse reçues par chaque cellule - analyse de ces valeurs d'intensité lumineuse, par comparaison à une valeur de référence prédéterminée, en vue de repérer les surfaces dont les valeurs de luminance dépassent la valeur de référence et d'évaluer le taux d'atténuation à leur appliquer respectivement - puis, estimation du mouvement des sources lumineuses intenses afin de prévoir leur localisation sur la surface photodétectrice au moment où se produira l'intégration des charges correspondant, pour cette localisation, à la lecture d'une trame postérieure déterminée - et enfin, commande sélective des tensions d'adressage de la matrice, par exemple par réseaux d'électrodes croisés, des surfaces élémentaires d'un atténuateur, tel qu'un dispositif matriciel à cristaux liquides (LCD) de dimension 2/3 de pouce 2 (8, 8x6, 6mm2), la commande étant effectuée en intensité et en localisation à partir des informations précédentes. Le système atténuateur optique de mise en oeuvre du procédé d'atténuation selon l'invention est illustré à la figure 1. 1l comprend une tête optique TO dans laquelle un atténuateur optique matriciel 1, par exemple du type à cristaux liquides, est intercalé entre l'objectif d'entrée de la caméra, symbolisé par une lentille 2, et un dispositif photodétecteur 3 où converge le rayonnement lumineux grâce à l'objectif 2. Après traitement du signal délivré par le dispositif photodétecteur 3, à l'aide d'un dispositif de traitement électronique 4, le signal S est reçu par un analyseur 5 comprenant un comparateur 51, une mémoire d'image 52 et un processeur 53. Le signal de sortie vidéo S est préalablement décodé par l'intermédiaire d'un circuit d'interface de sortie 8.L'analyseur 5 fournit deux informations à un circuit de commande 6 des tensions des électrodes de l'atténuateur optique matriciel 1 : d'une part, un signal S1 indicatif des taux d'atténuation d'intensité lumineuse à appliquer aux intensités excessives et, d'autre part, un signal S2 indicatif des coordonnées de chacune des surfaces élémentaires correspondantes du photodétecteur, S2 étant obtenu par l'intermédiaire d'un estimateur de mouvement 7 à partir de deux signaux S'2 et S'2 provenant du comparateur 51 et de la mémoire 52. Le fonctionnement de ce système est le suivant : les variations du signal de sortie du dispositif photodétecteur 3 représentent successivement les niveaux de luminance des surfaces élémentaires constituant la matrice photodétectrice. Après amplification, filtrage et échantillonnage du signal dans le dispositif de traitement 4, les différents niveaux de ce signal sont successivement comparés, à l'aide du comparateur 51, à une valeur de luminance plafond prédéterminée au delà de laquelle la qualité des informations, délivrées par la caméra, ntest plus considérée comme acceptable. Les valeurs des niveaux supérieurs à la valeur plafond et les coordonnées des surfaces élémentaires du photodétecteur correspondantes sont mémorisées dans la mémoire 52. Le processeur 53 calcule alors le taux d'atténuation nécessaire pour ramener les niveaux de luminance anormalement élévés à une valeur compatible avec les valeurs des niveaux de luminance des surfaces élémentaires environnantes, autrement dit, compatible avec la qualité de l'image finale désirée.L'information relative à chaque taux d'atténuation, issue du processeur 53, est associée, au niveau de la commande d'atténuateur 6, à l'information issue de la mémoire 52 et relative aux coordonnées de la surface élémentaire correspondante. La présence de l'estimateur de mouvement 7, entre l'analyseur 5 et le circuit de commande d'atténuateur 6, est particulièrement utile lorsqu'il y a risque de déplacement de la zone de suréclairement dans le champ d'analyse du photodétecteur, c'est-à-dire lorsqu'il y a déplacement relatif de la source d'intensité lumineuse élevée et la caméra. Cet estimateur de mouvement 7 détermine par anticipation, à partir du comparateur 51 et de la mémoire 52, les coordonnées de la zone du photo détecteur qui sera suréclairée lors de l'intégration des Intensités lumineuses d'une trame d'image n+2 à partir des coordonnées de la zone suréclairée provenant de la même sourie lors de la lecture de la trame d'image n et des précédentes, la trame d'image n+1 se trouvant alors en intégration. La zone de photodétecteur en question peut couvrir plusieurs surfaces élémentaires.La détermination anticipée des coordonnées est réalisée à partir de l'exécution d'un algorithme de gradient qui minimise l'écart quadratique des variations de luminance des surfaces élémentaires de la zone suréclairée, repérée lors de la lecture, entre les trames n et n-i. La réalisation et le fonctionnement de cet estimateur de mouvement sont décrits dans la demande de brevet FR n089 08181, au nom de la demanderesse. Lorsque le circuit comporte un tel estimateur 7, l'information relative aux coordonnées de la surface élémentaire surexposée est réactualisée en fonction de la correspondance de coordonnées élaborée par l'estimateur 7 et fournie au circuit de commande 6. Ce circuit de commande 6 délivre des tensions d'adressage aux électrodes de l'atténuateur optique matriciel 1, ces électrodes étant configurées selon deux réseaux orthogonaux.Le circuit de commande 6 élabore des signaux d'adressage en fonction des correspondances spatiales entre les surfaces élémentaires de l'atténuateur optique 1 et du photodétecteur 3 : par exemple, sur la figure 2, une surface élémentaire 9 de l'atténuateur 1, du type à cristaux liquides et dont les électrodes sont commandées suivant deux réseaux R et R2 correspond à quatre surfaces élémentaires ou cellules de base, C11, C21 C22, d'un photodétecteur 3, du type à transfert de charges. L'invention n'est pas limitée aux moyens tels que décrits et représentés. En particulier, différents types de photodétecteurs peuvent être mis en oeuvre dans la caméra: tubes à vide, barrettes ou matrices de cellules photovoltaïques ou photoconductrices, dispositif à transfert ou à couplage de charge. De même, tout dispositif d'atténuation local et sélectif d'intensité lumineuse peut être utilisé, notamment à base de matériaux électrooptiques ou électrochromiques. D'autre part, il est à noter que l'atténuateur optique 1 peut être implanté en différentes positions : par exemple dans le système optique de focalisation, notamment s'il y a une reprise d'image par une lentille de champ, près du photodétecteur ou encore sur le photodétecteur lui-même lors de sa fabrication. I1 est en effet à la portée de l'homme du métier de mettre au point un processus global de fabrication intégrant la réalisation d'un photodétecteur/atténuateur . Signalons, enfin, qu'outre l'application générale de surveillance aérienne ou terrestre, l'invention peut s'appliquer également à la conduite automobile assistée. REVENDICATIONS 1. Procédé d'atténuation optique, pour une caméra comprenant un système optique de focalisation de la scène observée sur un capteur photosensible et munie d'un atténuateur optique matriciel caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - analyse du signal indicatif du niveau de luminance de chaque cellule élémentaire du capteur, pour repérer les coordonnées des cellules dont les niveaux de luminance dépassent une valeur de référence et pour déterminer le taux d'atténuation à appliquer respectivement à chacun des niveaux excessifs - commande sélective des tensions des électrodes appliquées aux surfaces élémentaires constituant l'atténuateur optique à partir des informations d'analyse relatives, d'une part, aux coordonnées des cellules élémentaires du capteur dont le niveau de luminance est excessif, et, d'autre part, au taux d'atténuation à leur appliquer respectivement, de façon à ne pas dépasser la valeur de luminance de référence. 2. Procédé d'atténuation optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande sélective des surfaces élémentaires actives de l'atténuateur est effectuée à partir d'une estimation du déplacement des sources lumineuses intenses permettant de prévoir leur localisation sur le photodétecteur au moment où se produira l'intégration des charges correspondant, pour cette localisation, à la lecture d'une trame postérieure déterminée. 3. Système atténuateur optique pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un atténuateur optique matriciel (1) composé de surfaces élémentaires dont le coefficient de transmission lumineuse varie en fonction d'une tension établie entre deux électrodes appartenant à deux réseaux orthogonaux, l'atténuateur étant disposé entre le système optique de focalisation (2) et le dispositif photodétecteur (3) de la caméra, un dispositif de traitement électronique (4) qui traite le signal délivré par le photodétecteur (3) pour l'appliquer à un analyseur (5) comprenant un comparateur (51), une mémoire d'image (52) et un processeur (53) pour fournir un signal (S1) indicatif des taux d'atténuation à appliquer aux intensités excessives et un signal (S2) indicatif des coordonnées des surfaces élémentaires correspondantes, et un circuit de commande (6) des tensions des électrodes de l'atténuateur (1) qui reçoit les deux signaux S1 et S2 et qui délivre, en conséquence, les signaux d'adressage adaptés aux électrodes sélectionnées en fonction des correspondances spatiales entre les surfaces élémentaires de l'atténuateur (1) et du photodétecteur (3). 4. Système atténuateur optique selon la revendication 3 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte également un estimateur de mouvement (7) disposé entre l'analyseur (5) et le circuit de commande (6), pour déterminer, par anticipation, les coordonnées de la zone du photodétecteur qui sera suréclairée lors de la lecture d'une trame d'image n+2 à partir des coordonnées de la zone suréclairée lors de la lecture de la trame d'image n et des précédentes, la trame d'image n+1 étant alors en intégration. 5. Caméra de prise de vues comportant un système optique de focalisation, un capteur photosensible, un dispositif de traitement électronique et un dispositif d'analyse d'image, caractérisé en ce qu'elle est équipée d'un système atténuateur optique selon les revendications 3 ou 4.