Brevet FR2683967A1 — publié le 19930521

i Procédé de correction de défauts dans une caméra à balayage optomécanique et caméra mettant en oeuvre ce procédé. La présente invention se rapporte à la correction des défauts de l'image fournie par le détecteur d'une caméra à détec- teur et concerne en particulier, mais non exclusivement, les caméras thermiques à balayage optomécanique. Lorsqu'une scène est observée à l'aide d'une caméra à balayage de type série, de type parallèle ou de type série paral- lèle, l'image que donnent les signaux du détecteur présente des défauts Ainsi un fond uniforme observé avec une caméra ne donne pas, à la sortie de la caméra, une image uniforme mais une image dont le signal peut varier le long d'une ligne et d'une ligne à l'autre et peut évoluer, en général de façon pério- dique, entre le haut et le bas de l'image. Pour corriger ces défauts il a été proposé de soustraire à l'image d'une scène donnée par les signaux du détecteur, une image mise en mémoire et obtenue en visant un fond uniforme. Les résultats obtenus par un tel procédé ne sont pas toujours satisfaisants Quand ils ont recherché la raison de cet inconvénient, les inventeurs ont montré, expérimentation à l'ap- pui, que l'amplitude des défauts était liée à la différence de température entre la caméra et la scène observée Or le fond uniforme qui sert à réaliser l'image de correction mise en mé- moire, n'est généralement pas à la même température que la scène dont l'image donnée par le détecteur est à observer; ceci explique que, en général, la correction n'est pas satisfaisante. Le but de la présente invention a été d'éviter cet incon- vénient. Dans bien des cas, la température de la scène à observer n'est pas une donnée facilement accessible pour l'opérateur de la caméra, en particulier en raison de la distance plus ou moins grande entre la caméra et la scène à observer C'est pourquoi, afin d'atteindre le but sus-mentionné, il est proposé de mettre en mémoire non pas une image de correction correspondant à un fond interposé devant la caméra mais une image de correction correspondant à une vue déstructurée de la scène à observer. Et, pour cela, le procédé selon l'invention est un procé- dé de correction, dans une caméra à détecteur et à balayage optomécanique, des défauts de l'image numérique en trames paires et impaires o les trames sont faites de points fixes de l'image, disposés en lignes et représentés par des valeurs numé- riques obtenues par conversion de valeurs analogiques fournies par le détecteur, caractérisé en ce qu'il consiste à viser une scène avec la caméra, à effectuer, pendant un laps de temps donné, une des- tructuration de l'image de la scène par des modifica- tions incohérentes des réglages de la caméra, à prendre en compte, pendant le laps de temps donné, m, avec m entier positif, trames d'une même parité pour effectuer un calcul d'une trame moyenne dont chaque point a sensiblement la valeur moyenne des valeurs numé- riques qu'il présente dans les m trames, à mettre en mémoire une trame de correction dont la valeur de chacun des points correspond à la valeur de chacun des points de la trame moyenne à une même valeur de constante près, à donner un réglage correct à la caméra pour observer la scène, à effectuer une soustraction, pour chaque point, entre la valeur de ce point dans une trame obtenue, avec le ré- glage correct, par conversion des valeurs analogiques fournies par le détecteur et la valeur en mémoire rela- tive à ce point. La présente invention sera mieux comprise et d'autres particularités apparaîtront lors de la description ci-après et dans les figures annexées qui représentent la figure 1, une vue schématique d'une caméra pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 2, un schéma électrique d'un montage pour la mise en oeuvre du procédé dans une caméra comme celle selon la figure 1. La figure 1 est un schéma simplifié d'une caméra qui, dans la réalisation ayant servi d'exemple à la présente descrip- tion, est une caméra thermique travaillant dans la bande 8-12 microns avec un détecteur, D, fait d'une mosaïque de 4 x 11 capteurs infrarouges Dans le schéma selon la figure 1 les len- tilles ou groupes de lentilles ont été représentés, par souci de simplification, par le symbole d'une lentille convergente; ainsi apparaissent six lentilles convergentes Ll à L 6 Ces len- tilles, en association avec sept miroirs Ml à M 7 et un prisme dit prisme dérotateur, P, définissent des trajets optiques tels que le trajet ZZ entre la scène qui se trouve dans le champ de la caméra et le détecteur D. La caméra présente, de façon connue, des ensembles mécaniques non représentés qui permettent de modifier la focalisation de la caméra par un mouve- ment de translation de la lentille L 2; ce mouvement est symbolisé par une double flèche Fi sur la figure 1, d'effectuer un déplacement en site de la ligne de visée de la caméra grâce à un mouvement de rotation autour d'un axe XX; ce mouvement qui est symbolisé par une double flèche F 2 sur la figure 1, fait tourner l'ensemble constitué par les lentilles Ll à L 3 et les miroirs Ml à M 3, autour de l'axe XX, de faire tourner l'image obtenue à l'aide de la caméra, grâce au prisme dérotateur P dont le but est de faire que, par exemple lorsque la caméra est embarquée dans un avion, l'image fournie au pilote présente toujours une ligne d'horizon parallèle au bas de l'image quelle que soit la position de l'avion; ce mouvement est symbolisé par une double flèche F 3 sur la figure 1, d'effectuer un balayage du champ objet, en trame par le miroir M 6, en ligne par le miroir M 7 qui est un mi- roir à facettes. Pour élaborer des signaux de correction de l'image four- S nie par la caméra, le procédé qui va être décrit ci-après con- siste tout d'abord, non pas à mettre devant la caméra un cache constitué par un fond gris uniforme comme il est classique de le faire, mais à pointer la caméra en direction de la scène à obser- ver et à effectuer une déstructuration de l'image par des modifications incohérentes des réglages de la caméra Cette façon de procéder est destinée à permettre d'obtenir des signaux de correction en fonction de la différence de température entre la scène à observer et la caméra et de faire que ces signaux soient uniquement modulés par les défauts à corriger et non pas aussi par la scène observée Pour effectuer cette destructura- tion de l'image les opérations suivantes sont effectuées simul- tanément, dans un laps de temps un peu inférieur à deux secondes: déplacement continu de la lentille L 2 pour obtenir une défocalisation au niveau du plan image, rotation autour de l'axe XX pour déplacer la ligne de visée de haut en bas du site O degré au site -45 degrés, rotation d'image par action sur le prisme dérotateur P. La caméra fournit des trames de parité paire et impaire, formées de signaux correspond à des points de coordonnées fixes bien définies dans l'image Or l'expérience montre que la varia- tion des défauts à corriger est relativement lente le long d'une ligne ou d'une colonne C'est pourquoi dans l'exemple de réalisa- tion, afin de simplifier l'obtention des signaux de correction, ces signaux ne sont déterminés directement que pour les trames d'une des deux parités données, en l'occurrence ici les trames paires, et que pour un point sur N par ligne, avec N entier supé- rieur à 1; dans l'exemple décrit N est égal à 4. Cette détermination directe est effectuée, pendant la déstructuration de l'image, à l'aide de m trames de même pari- té, avec m égal à 48 dans l'exemple décrit; les signaux de correction pour des points donnés ( 1 sur N par ligne) des tra- mes d'une parité donnée (paire dans l'exemple décrit), sont obtenus en sommant, pour chaque point donné dans les m trames selon la parité donnée, les m signaux relatifs à ce point donné, en divisant le résultat obtenu, pour chaque point donné, par le nombre m de signaux sommés, afin d'obtenir un signal moyen pour chaque point donné en déterminant le niveau de luminance minimum parmi tous ces signaux moyens et en le retranchant au niveau de chacun de ces signaux moyens. A ce stade des opérations une trame de correction de parité donnée est obtenue, mais cette trame est incomplète puisqu'elle ne comporte des signaux de correction que pour un point sur N par ligne Profitant de ce que la variation des défauts le long d'une ligne est lente, le signal de correction relatif à un point manquant dans la trame de correction de pari- té donnée, est obtenu par une interpolation sur les signaux de correction relatifs aux deux points déjà traités qui sont les plus proches, sur la ligne, du point manquant Et c'est en profi- tant de ce que la variation des défauts le long d'une colonne est lente que, dans l'exemple décrit, la trame de correction de la parité autre que la parité donnée est prise identique à la trame de correction de parité donnée. La correction de l'image à observer peut alors commencer en retranchant au signal de chaque point de l'image le signal de correction précédemment déterminé pour ce même point Au cours de cette correction il arrive qu'un signal de correction ait un niveau supérieur au niveau du signal à corriger; dans ce cas, afin d'éviter une inversion de luminance, le niveau du signal corrigé est pris égal à zéro. La figure 2 est un schéma des circuits électroniques permettant la mise en oeuvre du procédé de correction décrit ci-avant Dans ce schéma les dispositifs de synchronisation précise, relevant de la technologie courante, n'ont pas été représentés en vue de rendre le dessin plus clair et de simpli- fier l'exposé Ce schéma correspond d'ailleurs en tous points à un schéma pour la mise en oeuvre du procédé de correction de défauts selon l'art connu, dans lequel les signaux de correction sont obtenus en interposant devant la caméra un cache constitué par un fond gris uniforme; les différences résident dans les traitements effectués pour aboutir aux signaux de correction d'image. La figure 2 montre un circuit de calcul 1 du type unité arithmétique et logique, aussi appelé ALU d'après le sigle de sa dénomination dans la littérature anglo-saxonne: "arithme- tic and logic unit" Le circuit 1 comporte deux entrées A, B et reçoit sur son entrée A le signal vidéo Vi obtenu lors du balayage en trame; ce signal Vi est un signal numérique obtenu à la sortie d'un convertisseur analogique-numérique, non repré- senté sur les signaux fournis par le détecteur D selon la figure 1 est à noter que, sur la figure 2 toutes les liaisons ont été représentées à l'aide d'un seul conducteur pour simplifier le schéma et bien que plusieurs d'entre elles soient des liaisons multifilaires; ainsi par exemple, les liaisons qui aboutis- sent aux entrées A et B du circuit 1 sont des liaisons prévues pour transmettre huit bits en parallèle dans l'exemple décrit. Le circuit 1 possède une entrée de commande, C, pour commander son fonctionnement en additionneur ou en soustrac- teur c'est-à-dire pour lui faire effectuer soit la somme soit la différence, qui seront notées respectivement A+B et A-B, des signaux qui seront appelés A et B et qui sont respectivement présents, à un instant donné, sur ses entrées A et B Le cir- cuit 1 possède une sortie principale, S, pour fournir la valeur absolue de A+B ou de A-B, selon le mode de fonctionnement choisi et une sortie de signe, Sr, qui donne le signe du résul- tat de l'opération effectuée par le circuit 1; comme A et B sont, de par la réalisation de la caméra, toujours positifs, le signe du résultat de l'opération effectuée par le circuit 1 est toujours positif sauf pour l'opération A-B lorsque B est plus grand que A. Des bascules, 4, montées en parallèle ont leurs entrées de signal reliées par une liaison multifilaire à la sortie S du circuit 1, une entrée de remise à zéro commune reliée à la sortie de signe, Se, du circuit 1 et leurs sorties qui fournis- sent par une liaison multifilaire le signal corrigé Vc. Une mémoire d'image 2, qui comporte une entrée de signal Es et une entrée d'adressage Ea, a une sortie reliée à l'en- trée B du circuit 1 et à l'entrée d'un amplificateur Ai. Un calculateur 3 comporte une sortie reliée par un ampli- ficateur A 4 à l'entrée d'adressage, Ea, de la mémoire 2 et deux accès bidirectionnels dont le premier est relié à la sortie de l'amplificateur Ai et à l'entrée de l'amplificateur A 2 pour respectivement recevoir et fournir des signaux d'image à la mémoire 2. Un séquenceur, 6, comporte un premier accès bidirec- tionnel relié au second accès bidirectionnel du calculateur 3, un second accès bidirectionnel et une sortie reliée à l'entrée C qui commande le fonctionnement du circuit de calcul 1 soit en additionneur soit en soustracteur. Un générateur d'adresses 5 est relié par un amplificateur A 5 à l'entrée d'adressage, Ea, de la mémoire 2 et par un accès bidirectionnel au second accès bidirectionnel du séquenceur 6. Le procédé de correction de défauts, tel qu'il a été décrit plus avant, est mis en oeuvre, comme indiqué ci-après. Pour acquérir la trame de correction de défauts dont il a été question, le circuit de calcul 1 est programmé en addition- neur et la mémoire 2 est pilotée par le générateur d'adresses 5 qui fournit successivement les adresses des différents points des trames paires et impaires La déstructuration de l'image coincide avec le fonctionnement en additionneur du circuit 1 et, pendant cette première étape du procédé, m, avec m entier don- né, trames de même parité sont sommées dans la mémoire 2 en ne considérant qu'un point sur N par ligne. Lors de l'étape suivante qui commence dès que la somme des m trames est terminée, la mémoire 2 n'est plus pilotée par le générateur d'adresses mais par le calculateur qui divise les valeurs ainsi obtenues en mémoire par le nombre m des trames additionnées; puis le calculateur recherche la valeur du signal minimum contenu en mémoire; quand il l'a trouvée il la retran- che à la valeur de tous les autres signaux contenus en mé- moire A ce moment la trame de correction contenue dans la mémoire 2, ne comporte de signaux de corrections que pour un point sur N par ligne Le calculateur complète cette trame en calculant le signal de chacun des autres points de la trame de correction; le signal pour un point donné d'une ligne donnée est calculé par interpolation sur les valeurs des signaux de correction relatifs aux deux points de la ligne donnée qui, parmi les points les plus proches du point donné, ont déjà leur signal de correction dans la mémoire 2. L'acquisition de la trame de correction est terminée; la caméra peut alors être réglée pour observer la scène sur la- quelle s'est effectuée l'acquisition par déstructuration Le circuit de calcul 1 est alors programmé en soustracteur par le séquenceur 6 et la mémoire 2 est à nouveau pilotée par le générateur d'adresses La correction est réalisée en soustrayant au signal vidéo correspondant à un point de trame et qui arrive sur l'entrée A du circuit de calcul 1, le signal de correction relatif à ce point et contenu dans la mémoire 2. Il est à noter que le générateur d'adresses 5 est en synchronisme avec le balayage en trame et ligne effectué à l'aide des miroirs MG et M 7; ce générateur permet donc de tenir compte des modes de fonctionnement (balayage normal, balayage partiel) de la caméra pour réaliser un balayage de la mémoire 2 qui assure en permanence le synchronisme entre le signal vi- déo Vi et le signal de correction correspondant extrait de la mé- moire 2. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple dé- crit, c'est ainsi que la déstructuration de l'image peut, par exemple, être obtenue dans le cas de la caméra selon la figure 1, en n'agissant que sur la défocalisation et la ligne de vi- sée, voire que sur la défocalisation. De même l'acquisition des signaux de correction peut être effectuée non pas par les trames d'une seule parité mais par les trames de chacune des deux parités, de façon à obtenir deux trames de correction distinctes une pour les trames de parité paire et une pour les trames de parité impaire Il est également possible d'effectuer l'acquisition non pas avec 1 point sur n par ligne de trame mais avec tous les points de la ligne de trame Il est même possible d'effectuer l'acquisition non pas avec toutes les lignes d'une trame mais avec une ligne sur p, avec p entier supérieur à 1, puis les points des lignes manquan- tes sont calculés dans le calculateur par interpolation à partir des points des lignes les plus proches dont les valeurs des signaux de correction sont déjà connues. Par ailleurs le procédé selon l'invention ne s'applique pas uniquement aux caméras thermiques du type de celle qui a été décrite à l'aide des figures 1 et 2 mais s'applique à toutes les caméras à balayage optomécanique, qu'elles soient thermi- ques ou qu'elles travaillent dans le domaine du visuel ou de l'ultraviolet. REVENDICATIONS 1 Procédé de correction, dans une caméra à détecteur (D) et à balayage optomécanique, des défauts de l'image numé- rique en trames paires et impaires o les trames sont faites de points fixes de l'image, disposés en lignes et représentés par des valeurs numériques obtenues par conversion de valeurs analo- giques fournies par le détecteur, caractérisé en ce qu'il con- siste à viser une scène avec la caméra, à effectuer, pendant un laps de temps donné, une des- tructuration de l'image de la scène par des modifica- tions (Fl, F 2, F 3) incohérentes des réglages de la caméra, à prendre en compte, pendant le laps de temps donné, m, avec m entier positif, trames d'une même parité pour effectuer un calcul ( 3) d'une trame moyenne dont chaque point a sensiblement la valeur moyenne des valeurs numé- riques qutil présente dans les m trames, à mettre en mémoire ( 2) une trame de correction dont la valeur de chacun des points correspond à la valeur de chacun des points de la trame moyenne à une même valeur de constante près, à donner un réglage correct (Fl, F 2, F 3) à la caméra pour observer la scène, à effectuer une soustraction ( 1), pour chaque point, entre la valeur de ce point dans une trame obtenue, avec le réglage correct, par conversion des valeurs analogi- ques fournies par le détecteur (D) et la valeur en mé- moire ( 2) relative à ce point. 2 Procédé de correction selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la prise en compte pendant le laps de temps donné concerne un point sur n, avec N entier supérieur à 1, par ligne de trame et en ce que, dans la trame moyenne, pour les points autres que les points concernés, la valeur moyenne il est calculée ( 3) par interpolation à partir des valeurs moyennes des points concernés les plus proches. 3 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la même valeur constante est la valeur la plus faible, affectée du signe moins, parmi les valeurs moyennes des points dans la trame moyenne. 4 Procédé selon la revendication 1, mis en oeuvre avec une caméra comportant un réglage de focalisation (Fl), caracté- risé en ce qu'il consiste à modifier, lors de la destructura- tion, la mise au point de la caméra. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à déplacer (F 2) la ligne de visée de la caméra au cours de la déstructuration. 6 Procédé selon les revendications 4 ou 5, mis en oeuvre avec une caméra comportant un prisme dérotateur (P), caracté- risé en ce qu'il consiste à effectuer, lors de la destructura- tion, une rotation de l'image par action (F 3) sur le prisme dérotateur. 7 Caméra à détecteur, utilisant un balayage en trame, caractérisée en ce qu'elle met en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes.