Brevet FR2704668A1 — publié le 19941104

La présente invention concerne un appareil de poursuite d'objets, et elle s'applique en particulier à la poursuite de véhicules routiers à partir d'une plate-forme aérienne dans un milieu urbain. L'invention est destinée à être utilisée avec un appareil de formation d'image qui crée une séquence d'images d'une scène contenant un objet, par exemple un véhicule intéressant. L'invention met en oeuvre une confi- guration permettant le traitement de données d'image créées par l'appareil de formation d'image et la création d'un point d'observation contenu chaque image successive et qui identifie la position de l'objet intéressant. L'invention a pour objet la réalisation d'un appa- reil de poursuite qui risque moins de présenter des erreurs de poursuite et des dérives que des systèmes connus qui mettent en oeuvre des opérations classiques de corrélation par multiplication. En particulier, lorsque la densité des propriétés caractéristiques est élevée, les appareils classiques de poursuite ont tendance à suivre de façon erronée certaines propriétés caractéristiques. En outre, dans le cas de propriétés caractéristiques de faible contraste, le point d'observation donné par les appareils classiques de poursuite présente une dérive vers une structure importante de bord associée à la propriété caractéristique. L'invention permet une réduction notable à la fois des erreurs de poursuite et de la dérive par rapport aux appareils classiques de poursuite et elle est particuliè- rement utile dans les conditions suivantes: i) lorsque les images ont une densité élevée de propriétés de fréquence spatiale analogue à celle de la propriété caractéristique intéressante, ii) lorsque les propriétés caractéristiques ont essentiellement un faible contraste par rapport à l'image locale du fond, et iii) lorsqu'aucune hypothèse ne peut être faite sur la nature de la propriété qui doit être suivie. L'invention concerne un appareil de poursuite, comprenant: un dispositif d'entrée destiné à recevoir une série d'images comprenant un objet contenu dans une zone de référence dans une scène d'un fond, un premier dispositif de traitement destiné à créer un premier ensemble de données relié à des régions de courbure importante dans la zone de référence, un second dispositif de traitement destiné à former un gabarit binaire à partir du premier ensemble de données, et un troisième dispositif de traitement destiné à déterminer une corrélation entre le gabarit binaire et des images de la scène pour la création d'un point d'observa- tion représentant la position de l'objet dans la scène du fond. Ainsi, des points de courbure élevée sont sélec- tionnés dans une image ayant une échelle de gris et subissent un traitement par rapport à un seuil pour la formation d'une image binaire. Les points binaires forment des germes autour desquels une dilatation morphologique peut être réalisée. Dans un premier mode de réalisation, une corrélation par multiplication entre la zone de référence et l'image formant le successeur est calculée, mais seulement aux points déterminés comme non nuls dans l'image binaire dérivée des points de courbure élevée dans la zone de référence. La position de la somme maximale de corrélation entre la zone de référence et l'image formant son succes- seur représente le point d'observation. Dans un second mode de réalisation, une technique d'adaptation des points des propriétés caractéristiques est utilisée entre des régions séparées du gabarit binaire et des régions correspondantes de l'image suivante. Contrairement à certains appareils connus de pour- suite, par exemple mettant en oeuvre la transformation de Hough, l'invention n'utilise aucune hypothèse relative au contenu de l'image sous-jacente. Grâce à la dérivation d'un gabarit binaire de reconnaissance automatique à partir d'une image de référence (une technique pilotée par les données), la réponse du processus d'adaptation est presque optimale, dans l'hypothèse o la forme de l'objet ne varie pas beaucoup entre les images. Le gabarit dérivé des points de courbure élevée assure en fait l'apparition de la corrélation uniquement au voisinage immédiat de la struc- ture physique significative. En outre, le gabarit capture l'information relationnelle, c'est-à-dire enregistre le dessin spatial relatif de cette structure, et polarise la corrélation vers des parties de l'image qui contiennent la même distribution spatiale de propriétés caractéristiques significatives. On a montré que l'invention donnait des résultats robustes sur des séquences d'images thermiques dans la bande de 3 à 5 pm et dans la bande de 8 à 12 pm. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures 1 et 2 sont des schémas de deux modes de réalisation d'appareil de poursuite selon l'invention; et les figures 3A, 3B et 3C représentent des images d'un véhicule suivi à trois stades différents du traitement de données. La figure 1 représente, sous forme de diagramme synoptique, un appareil 1 de formation d'image thermique destiné à observer une scène urbaine à partir d'une plate- forme aérienne, par exemple d'un hélicoptère. La scène peut contenir à tout moment un véhicule routier dont la position doit être suivie. Une image de la scène est traitée par un générateur 2 de trame raccordé à la sortie de l'organe 1 de - formation d'image. Le générateur 2 reçoit aussi des signaux d'entrée (X0, Y0) d'un module 3 d'acquisition et un ensemble supplémentaire de signaux d'entrée (Xi, Yi) d'un module 4 de commande de poursuite. Le générateur 2 a une première sortie composée d'une séquence temporelle (ou de trames successives) d'images ayant une échelle de gris Il, I2,... In constituant la scène urbaine. Un second signal de sortie, lorsqu'une série de points d'observation (Xi, Yi) 5 est donnée par le module de bande de poursuite 4, comprend une séquence de zones de référence P0o Pi... Pn à échelle de gris. Chaque zone de référence délimite une zone conte- nue dans une image associée de la scène urbaine qui con- tient le véhicule qui doit être suivi. La zone initiale P010 est créée par un point d'observation donné par le module 3 d'acquisition. Chacun des deux signaux de sortie du générateur 2 parvient à une entrée d'un corrélateur 5. En outre, la seconde sortie du générateur 2, composée de zones de référence P0,... Pn est appliquée à l'entrée d'un détecteur 6 de bord. Le signal de sortie du détecteur 6 de bord est ensuite appliqué à l'entrée d'un générateur 7 de courbure. Le signal de sortie de ce générateur 7 parvient à un module 8 de numérisation et de dilatation dont le signal de sortie forme un troisième signal d'entrée du corrélateur 5. Un signal de sortie du corrélateur 5 peut être utilisé par le module 4 de commande de poursuite pour l'ajustement de l'attitude de l'organe 1 de formation d'image afin que le champ de vision par exemple soit toujours centré sur le véhicule suivi. Pendant le fonctionnement, une première zone de référence P1 est traitée par le détecteur 6. Le traitement comprend une détection locale du bord à la fois en direc- tion horizontale et en direction verticale. Une réalisation utilise par exemple un détecteur local de bord 5*5 pour la création de deux cartes de bord. Dans l'opération suivante, réalisée par le généra- teur 7 de courbure, les deux cartes de bord sont multi- pliées l'une par l'autre et normalisées par une fonction qui est la somme des deux cartes de bord pour les points non nuls. L'image résultante est une simplification de la courbure gaussienne de la surface de l'image (mais elle est liée à cette courbure). Le signal de sortie du générateur 7 est ensuite traité par le module 8 de numérisation et de dilatation. L'image à courbure dérivée (qui peut être considérée comme représentant l'ombre de la zone de référence P1) provenant du générateur 7 subit une comparaison à un seuil et est numérisée pour la formation d'une image binaire des points de courbure élevée. On a constaté que le rapport du signal au fond était très élevé et que la valeur de seuil choisie n'était pas primordiale pour une large plage de valeurs. Cette propriété contribue à la robustesse du traitement précité pour une large plage de types d'images. Les points formant l'image binaire sont modifiés par le module 8 par exécution d'une dilatation morphologique autour de chaque point de courbure élevée. Ceci provoque un "écrasement" de chaque point. Le processus précité est illustré par les figures 3A à 3C. La figure 3A représente une image thermique d'une scène représentant un véhicule routier 9. Une image ther- mique peut représenter les régions de contraste élevé et de courbure élevée autour du pare-brise 10 qui réfléchit un ciel froid, et la région 11 qui entoure les roues qui sont chaudes. La figure 3B représente l'image numérisée des points 12 de courbure élevée et la figure 3C représente le résultat de l'opération de dilatation. Le signal de sortie du module de numérisation et de dilatation forme un gabarit binaire 13. L'amplitude de la dilatation peut être pré- réglée d'après l'échelle des propriétés caractéristiques contenues dans l'image de la zone de référence. Le gabarit de sortie du module 8 est utilisé dans une opération de corrélation par le corrélateur 5. Dans cette étape finale, une corrélation par multiplication est exécutée entre la zone de référence, par exemple Pi, et une image successive, dans ce cas l'image I2. Cependant, la somme de corrélation n'est cumulée que pour les points non nuls dans le gabarit binaire 13. De cette manière, la corrélation se produit dans des régions significatives dans l'image, par exemple celles qui sont voisines des points de courbure élevée. En conséquence, le rapport du signal au fond est accru. Le signal de sortie du corrélateur est un 5 point d'observation qui indique la position du véhicule dans l'image 12. L'ensemble du processus est répété pour la région suivante de référence P2 qui est corrélée de manière analogue à l'image successive I3, et ainsi de suite. Le cas échéant, le corrélateur 5 peut avoir une configuration donnant une surface de corrélation résultant du processus de corrélation décrit précédemment. Cette surface représente une plus grande localisation de la propriété caractéristique d'image intéressante et un plus grand rapport du signal au fond d'une surface de corréla- tion correspondant à un processus classique de corrélation par multiplication. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente un autre mode de réalisation. Les composants communs à la fois au premier et au second mode de réalisation ont été désignés par les mêmes références numériques. Sur la figure 2, une zone de référence PI, par exemple une image à échelle de gris formée par l'organe 1 de réalisation d'une image thermique, est traitée par le détecteur 6 de bord, le générateur 7 de courbure et le module 8 de numérisation et de dilatation, de la manière décrite en référence à la figure 1. La différence entre les deux modes de réalisation réside dans la fonction du corrélateur 5. Un processus de corrélation par soustraction essentiellement est utilisé à la place d'un processus de corrélation par multiplication. L'image binaire dilatée apparaissant à la sortie du module 8 est subdivisée dans le corrélateur par le module 14 de subdivision en un certain nombre de zones élémen- taires correspondant à chaque région distincte dans l'image binaire, par exemple les régions 13A, 13B et 13C de la figure 3C. De même, la zone de référence P2 contenue dans l'image suivante 12 d'échelle de gris est subdivisée en régions correspondantes par le module 15 de subdivision. Les zones élémentaires et les régions subdivisées sont alors traitées par un module 16 d'adaptation des points des propriétés caractéristiques. Les zones sont essentiellement placées autour de chaque point distinct de courbure élevée de la propriété caractéristique intéressante dans l'image actuelle ainsi que dans une région définie de recherche dans l'image suivante. Une adaptation par paires est alors réalisée entre ces points. Le module 16 d'adaptation des points de la propriété caractéristique a une configuration lui permettant de déterminer le meilleur accord entre chaque zone élémentaire (i) et une région subdivisée (j). Il donne ce résultat d'abord par détermination du coeffi- cient maximal de corrélation de toutes les paires (i, j) et par détermination de l'adaptation. Ensuite, le module 16 d'adaptation exclut ce coefficient de corrélation de toutes les autres adaptations. Ensuite, le coefficient maximal de corrélation de toutes les paires restantes est calculé. Enfin, cette procédure est répétée jusqu'à ce que tous les accords, au-delà d'rune valeur de seuil préalablement choisie, soient obtenus. Dans l'étage final de corrélation, un point d'obser- vation est créé par le module 17. La création du point d'observation peut être réalisée par l'une quelconque de plusieurs manières connues. Une première sélection peut être avantageuse par rapport à d'autres suivant les pro- priétés caractéristiques des données. Par exemple, si les données sont particulièrement bruyantes et si la proba- bilité d'accord parasite est élevée, la meilleure corréla- tion par paires doit être utilisée pour la remise à jour de la position des points d'observation. Dans une variante, dans le cas de données ayant un faible contenu de bruit, pour un ensemble d'accord par paires de corrélation (au- delà d'une valeur de seuil), la position moyenne doit être utilisée pour la remise à jour de la position d'observation. Une troisième possibilité se rapporte à une adaptation à contrainte, c'est-à- dire qu'un sous-ensemble d'adaptation réalisé par paires de corrélation (au-delà d'une valeur de seuil) est utilisé pour la détermination d'une position moyenne du point d'observation. Le sous- ensemble est choisi afin que la position moyenne du point d'observation se trouve à une distance donnée du point d'observation établi pour la trame précédente. Cette contrainte donne une sécurité supplémentaire contre une mauvaise adaptation par paires et, en conséquence, contre l'utilisation d'un point erroné d'observation. REVEND I CATIONS 1. Appareil de poursuite, caractérisé par un dispo- sitif d'entrée (2) destiné à recevoir une série d'images (Il, I2,... In) comprenant un objet contenu dans une zone de référence (P0) dans une scène d'un fond, un premier dispositif de traitement (6, 7) destiné à créer un premier ensemble de données relié à des régions de courbure importante dans la zone de référence (P0), un second dispositif de traitement (8) destiné à former un gabarit binaire à partir du premier ensemble de données, et un troisième dispositif de traitement (5) destiné à déterminer une corrélation entre le gabarit binaire et des images de la scène pour la création d'un point d'observa- tion représentant la position de l'objet dans la scène du fond. 2. Appareil de poursuite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les images de la scène comprennent la zone de référence (P0) et une image suivante (II). 3. Appareil de poursuite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième dispositif de traitement (5) est destiné à réaliser une opération d'adaptation des points des propriétés caractéristiques entre des sous- régions séparées du gabarit binaire et des régions corres- pondantes d'une image suivante.