Brevet FR2678127A1 — publié le 19921224

La présente invention concerne un système de formation d'images et, en particulier, elle concerne Les systèmes de forma- tion d'images aéroportés permettant de distinguer entre des objets de tailles et de formes différentes vus à des distances diffé- rentes. Les algorithmes de formation d'images courants, en parti- culier ceux destinés à être utilisés dans des sénarios air-air et airsurface, font usage de l'information présente dans une série distincte d'images produites par exemple par un dispositif de formation d'images du type télévision ou du type détection vers l'avant aux infrarouges (FLIR) Toutefois, plusieurs types d'objets seront détectés par un tel système et à toutes les distances et orientations. Les images seront diffuses et pourraient être confondues, puisqu'une vache, une maison et un véhicule par exemple peuvent produire des images ayant la même taille apparente, bien que ce soit à des distances différentes Les algorithmes actuels ne sont pas en mesure de distinguer entre de tels objets Ceci pourrait être un inconvénient dans le cas de la recherche ou de la poursuite d'un objet ou si le système de formation d'images fait partie d'un système de navigation. Si une information de distance est également fournie au système de formation d'images, alors il pourrait être distingué entre des objets en fonction de leur distance et de leur taille relative dans les limites de l'image; par conséquent, on pourrait fortement améliorer la cohérence de l'opération de reconnaissance. Toutefois, il n'est pas simple d'obtenir directement l'information relative à la distance en avant depuis un aéronef et, dans cer- taines circonstances, il n'est pas possible d'utiliser des systèmes actifs tels que des télémètres laser ou radar. Selon la présente invention, il est proposé un système de formation d'images comportant: un capteur de formation d'images servant à observer une région du sol et à produire une image de celle-ci; un ou plusieurs capteurs supplémentaires servant à mesurer des paramètres choisis liés à la position relative du capteur de formation d'images par rapport à la région du sol; et un moyen servant à utiliser Le signa L de sortie du capteur, ou de chaque capteur, supplémentaire pour attribuer une distance à des parties de l'image au moins en fonction de Leur emplacement à L'intérieur du champ de vision du dispositif de formation d'images. Le système de formation d'images peut être conçu pour observer une région du sol depuis un aéronef. De préférence, Les capteurs supplémentaires comportent des moyens permettant de mesurer les distances au sol, la hauteur barométrique et l'attitude (roulis, tangage et lacet) de l'aéronef. En utilisant ces données avec les données d'image du capteur, on peut attribuer une distance à chaque partie de l'image et, par conséquent, à chaque objet particulier détecté à l'intérieur de l'image Les objets peuvent ensuite être classés en fonction de leurs positions et de leurs tailles relatives à l'intérieur de l'image. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de formation d'images comportant les opérations consistant à obtenir une image d'une région du sol à l'aide d'un capteur de formation d'images aéroporté possédant un certain champ de vision; à mesurer la hauteur H et la distance au sol h du capteur sur une certaine durée et à comparer les valeurs de H et de h afin d'obtenir une indication des ondulations du terrain, et à appliquer les données d'ondulations acquises à l'image venant du capteur de formation d'images afin d'attribuer une distance à des parties de l'image au moins partiellement en fonction de leur emplacement à l'intérieur du champ de vision du dispositif de formation d'images. La figure 1 des dessins annexés montre comment la con- naissance de la hauteur barométrique et la distance au sol d'un aéronef peut aider à concevoir avec plus de précision une carte des distances de la zone examinée Un capteur électro-optique (EO) typique, qui est généralement un capteur infrarouge, est monté sur un aéronef suivant un certain angle de site négatif, ou de dépres- sion, par rapport à l'horizontale et possédant un champ de vision vertical 2 îE La partie (a) de la figure 1 montre un cas idéal o le sol est parfaitement plat et o l'aéronef vole droit et de niveau à une hauteur h Il est clair, sur le diagramme, que, si un objet est vu sur La Ligne centra Le de L'image, alors sa distance horizontale R depuis L'aéronef est égale à h/tan d et sa distance inclinée est h/sin d A partir de La connaissance du champ de vision 2 a dans La direction verticale, en re Lation avec Le nombre de Lignes de téLé- vision de L'image g Loba Le, chaque Ligne peut se voir attribuer une distance Ceci n'est naturel Lement pas une re Lation Linéaire en raison de L'inclinaison du champ de vision. Evidemment, La situation représentée sur La partie (a) de La figure 1 est une situation simple et, en réa Lité, Le vo L n'est par droit et de niveau et Le terrain n'est pas p Lat Un exemple de ceci est représenté sur La partie (b) de La figure 1 o, alors que L'aéronef est représenté en train de vo Ler droit et de niveau, Le so L est vu comme présentant des ondulations Au point représenté o l'ojet est détecté, L'aéronef est mesuré comme étant à une hauteur h au-dessus du so L Si L'on uti Lise La même formule mathé- matique que pour La partie (a), La distance suggérée dans ce cas pour L'objet sera une distance R', Laquel Le est évidemment fausse. Dans cet exemp Le, i L faut uti Liser par conséquent La hauteur baro- métrique, représentée par H, pour obtenir une va Leur correcte de La distance R Toutefois, si L'objet se trouve sur un morceau de terrain présentant des ondulations et p Lacé au-dessus du niveau barométrique de base, a Lors une simple Lecture de La hauteur baro- métrique conduira à une distance inexacte. Pour surmonter ces problèmes, on peut mesurer et comparer de manière continue Les deux hauteurs qui peuvent être mesurées par L'aéronef, à savoir La hauteur barométrique H et La distance au so L h C'est La comparaison continue des deux va Leurs qui peut réa Liser de manière généra Le La séparation des ondulations du sol vis-à-vis des ondulations de L'aéronef et, par conséquent, qui peut être traitée pour produire une estimation du niveau au so L de L'objet A partie de ces mesures, i L peut être fait une estimation de sa position vraie Le tab Leau 1 suivant présente certaines comparai- sons typiques de h et H de manière continue ainsi que l'analyse appropriée a chaque cas H h Diagnostic stationnaire variable hauteur constante, terrain avec ondulations stationnaire stationnaire hauteur constante, terrain plat variable stationnaire hauteur variable, terrain avec ondulations (c'est-à-dire suivi du terrain) variable variable hauteur variable, distance au sol variable. La partie (b) de la figure 1 présente naturellement le problème de manière très exagérée, même si ce problème est en train de devenir plus aigu du fait que les aéronefs actuels peuvent voler à des distances au sol plus basses que précédemment Le procédé de l'invention propose donc un processus perfectionné permettant d'estimer la distance correcte à tout objet se trouvant à L'inté- rieur de l'image et, en tout point du vol de l'aéronef, une carte des distances peut être produite sur laquelle des objets distincts peuvent être placés La carte des distances ne doit pas nécessaire- ment être une image réelle en un sens quelconque et pourrait simplement être représentée par des données électroniquement emma- gasinées à l'intérieur d'une mémoire A partir de la connaissance des tailles relatives des objets sur cette carte des distances, il est naturellement possible d'éliminer les données non pertinentes de sorte que l'utilisateur est mieux en mesure de détecter les objets présentant un certain intérêt pour lui. La description suivant, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesque Ls: la figure 1 montre schématiquement comment des ondulations de terrain peuvent affecter la distance perçue pour une cible; la figure 2 représente schématiquement l'appareil destiné à être utilisé dans l'invention; et la figure 3 représente schématiquement une carte de distances typique. On se reporte maintenant à La figure 2 Un système de formation d'images selon un mode de réalisation de l'invention utilise quatre éLéments de détection, mesurant chacun un paramètre différent du vol de l'aéronef La scène intéressante est observée par un capteur électro-optique (EO) 1 qui est fixé sur un aéronef et observe un certain champ de vision, tel que représenté sur la figure 1, de manière à produire une image comportant tous les objets possibles se trouvant à l'intérieur du champ de vision des dispositifs de formation d'image, sous forme diffuse L'information d'image venant du capteur EO 1 est traitée par des algorithmes normaux et bien connus afin de produire les coordonnées x, y 2 de tous les objets possibles Ces objets comprennent naturellement des choses telles que des vaches, des arbres, etc, qui peuvent ou non présenter un intérêt Un système 3 de navigation par inertie (IN) de l'un quelconque des types couramment trouvés dans un aéronef est utilisé pour produire des données d'attitude 4, si bien que, à un instant particulier quelconque, les valeurs de roulis, de tangage et de lacet de l'aéronef sont connues Les systèmes IN sont bien connus et peuvent être basés sur des principes gyroscopiques. Une information de hauteur est fournie par deux capteurs, un altimètre radar 5 et un altimètre barométrique 6 A tout instant, l'altimètre radar 5 peut être utilisé pour déterminer la distance au sol de l'aéronef au moyen d'impulsions radar et, à partir de celles-ci, peut être déduite la valeur h de la figure 1. L'altimètre barométrique 6 mesure les variations de la pression de l'air principalement provoquées par la variation de l'altitude de l'aéronef au-dessus d'un point donné auquel l'altimètre 6 a été dernièrement réglé, en général la hauteur de la piste que l'aéronef a emprunté pour décoller la dernière fois qu'il l'a fait Ces dispositifs sont généralement précis à mieux que 50 m environ et donnent une valeur absolue de la hauteur, indépendante des fluctua- tions du terrain Les valeurs variables de h et de H sont filtrées et lissées dans des unités respectives 7 et 8, qui sont de nouveau de forme connue Il est apparu utile de lisser les signaux de sortie de ces capteurs de façon que des anomalies locales telles que les haies et les constructions puissent être ignorées dans La suite du traitement des données. Trois "points de fusion" sont présentés sur une échelle temporelle de la figure 2 En chacun de ces points, diverses éléments de données sont fusionnés ensemble de manière que le signal de sortie final du système tienne compte des données reçues de la part des quatre unités de détection. Les signaux de sortie filtrés et lissés venant des alti- mètres radar et barométrique, soit h et H respectivement, sont comparés de manière continue dans une unité 9 On peut utiliser dans ce but un circuit simple bien connu dans la technique, et la comparaison continue des deux valeurs peut donner une indication de la variation du niveau du sol et de la hauteur de l'aéronef et, par conséquent, une meilleure approximation de la distance d'un objet choisi comme cible. Une analyse analogue à celle du tableau 1 peut être utilisée pour donner une indication de la variation du terrain, bien qu'un contrôle continu des valeurs de H, h et H-h permette une quantification du processus et autorise un certain degré d'intelli- gence du système, ce qui conduit à la position indiquée dans la boîte portant la référence 10 sur la figure 2 o, à chaque instant, une estimation de la hauteur vraie de l'aéronef et des ondulations du terrain est formée. Les valeurs ainsi obtenues dépendent de l'attitude de l'aéronef et, par conséquent, sont corrigées dans un processeur géométrique 11 à l'aide de données venant du système IN 3 A l'aide de ce processus, il est obtenu une carte des distances 12 Le processeur géométrique 11 effectue essentiellement la multiplica- tion d'une matrice câblée, correspondant à une carte de distances supposée parfaite, par une autre matrice formée à partir des valeurs de la hauteur, de l'attitude et de l'altitude qui sont fournies par les unités 4 et 10 déterminant le point de vision des capteurs Il est produit une troisième matrice 12 de la dimension de l'image, laquelle matrice correspond à une carte de distances relative à l'image qui est produite à cet instant. L'information d'image produite courante, qui vient du capteur EO, est traitée de La manière ci-dessus indiquée pour fournir Les coordonnées x, y de tous Les objets se trouvant à L'intérieur de L'image La carte des distances 12 se voit ensuite superposer Les données x, y en 13 de façon que chaque objet, ou cib Le potentie L Le, soit associé aux coordonnées x, y et à La distance r Une carte des distances fina Le typique produite de cette manière est présentée sur La figure 3 Cette carte des distances obtenue par superposition peut être visualisée pour un observateur, mais e L Le sera généralement maintenue à L'intérieur d'un réseau de mémoire et seu Ls Les détai Ls d'objets particuliers seront re Layés La carte des distances fournie par L'unité 12 n'est qu'approximative pour Les raisons ci-dessus indiquées et, par con- séquent, des bandes de distances sont formées comme indiqué sur La figure 3 au Lieu d'une série de distances particulières distinctes. Toutefois, ce niveau de précision est généralement suffisant pour permettre La distinction entre différents types d'objets cib Les A partir de La position et de La dimension relatives d'objets se trouvant à L'intérieur de L'image, un apparei L supplémentaire ne faisant pas partie de L'invention, mais représenté sous La forme d'un b Loc 14, peut être uti Lisé pour distinguer automatiquement entre différents objets de manière à éLiminer ceux ne présentant pas d'intérêt pour L'uti Lisateur, en fonction de L'uti Lisation qu'i L souhaite faire des données. Les trois b Locs de fusion du système, à savoir Les b Locs 9, 11 et 13, mettent tous en jeu des opérations tout à fait directes et peuvent faci Lement être mis en oeuvre Le processeur géométrique 11 fonctionne sur La base de principes géométriques directs, mais i L est du type comportant de nombreux ca Lcu Ls, puisque chaque éLément de mémoire particulier doit être adressé. Toutefois, son fonctionnement est ana Logue à ce Lui des processeurs graphiques de nombreux ca Lcu Lateurs, qui sont couramment dispo- nib Les et sont bien connus dans La technique. IL est à envisager que, finalement, une base de données du terrain formera une partie normalisée de L'aéro-éLectronique de La p Lupart des aéronefs, sinon tous Ce L Le-ci contiendra en effet une carte numérisée de l'aire au-dessus de laquelle l'aéronef vole et les détails apparaissant sur la carte incluront les données du profil et des ondulations Par conséquent, le signal de sortie d'une base de données de terrain numérique à un instant particulier peut être utilisé pour repérer avec plus de précision la position des objets En relation avec la figure 2, le signal de sortie numérique d'une base de données de terrain pourrait être utilisé à la place du signal de sortie de l'altimètre barométrique 6. L'information venant d'une base de données de terrain pourrait aussi bien être utilisée en plus de celle fournie par l'altimètre barométrique 6 afin de donner un niveau supplémentaire de fusion. Un autre procédé possible pour mesurer les ondulations et les profils du terrair transmission de données laquelle les lignes de déplace vers l'avant et déterminer les valeurs de données en continu traitement extrêmement complexité et le coût l'invention Toutefois, n consiste à faire appel à des procédés de sen continu, de sorte que la vitesse avec l'image divergent tandis que l'aéronef se t au-dessus d'elles peut être utilisée pour des pentes Les techniques de transmission impliquent actuellement des ensembles de complexes et augmentent très fortement la t du système de fusion de données selon si la complexité des systèmes de transmis- sion de données en continu était ramenée à un niveau raisonnable, alors une unité de traitement de transmission de données en continu pourrait également être utilisée comme étape de fusion supp Lémen- taire dans l'appareil de l'invention. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Système de formation d'images comportant: un capteur ( 1) de formation d'images servant à observer une région du sol et à fournir une image de celle-ci; un ou plusieurs capteurs supp Lémen- taires ( 3, 5, 6) servant à mesurer des paramètres choisis associés à la position relative du capteur de formation d'images par rapport à La région du sol; et caractérisé par des moyens ( 9, 11, 13) qui utilisent Le signal de sortie du capteur supplémentaire ou de chaque capteur supplémentaire pour attribuer une distance à des parties de l'image au moins partiellement en fonction de leur posi- tion à l'intérieur du champ de vision du dispositif de formation d'images. 2 Système de formation d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est conçu pour observer la région du sol à partir d'un aéronef. 3 Système de formation d'images selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur supplémentaire ou l'un des capteurs supplémentaires ( 5) est un capteur servant à mesurer la distance au sol de l'aéronef. 4 Système de formation d'images selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le capteur supplémentaire ou l'un des capteurs supplémentaires ( 3) est un capteur servant à mesurer l'attitude de l'aéronef. Système de formation d'images selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le capteur supplé- mentaire ou l'un des capteurs supplémentaires ( 6) est un altimètre barométrique. 6 Système de formation d'images selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une base de données de terrain numérique et en ce qu'un signal de sortie de la base de données peut être utilisé pour renforcer l'attribution d'une distance à des parties de l'image. 7 Procédé de formation d'images caractérisé en ce qu'il comporte les opérations consistant à obtenir une image d'une région du sol à l'aide d'un capteur de formation d'images aéroporté possé- dant un certain champ de vision; à mesurer la hauteur H et la distance au sol h du capteur pendant une certaine durée et à comparer les valeurs de H et h afin de donner une indication des ondulations du terrain et de La trajectoire de vol; et à appliquer les données d'ondulations acquises à l'image fournie par le capteur de formation d'images afin d'attribuer une distance à des parties de l'image au moins partiellement en fonction de leur position à l'intérieur du champ de vision de l'image. 8 Procédé de formation d'images selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte l'opération supplémentaire consistant à mesurer l'attitude de l'aéronef et à appliquer les données d'attitude aux données d'image venant du capteur de forma- tion d'images afin d'aligner l'image.