Brevet FR2729479A1 — publié le 19960719

COMPENSATION DE L'EFFET DE FLOU D'IMAGE La présente invention concerne un dispositif pour la reproduction fidèle à la réalité d'objets déplacés rapidement, une caméra de télédétection, l'utilisation d'éléments de réglage piézoélectriques, ainsi qu'un procédéh pour la compensation de l'effet de flou d'image lors des prises de vues Par la photographie sportive, on sait qu'on doit pivoter en même temps la caméra si l'on veut avoir par exemple une reproduction nette d'un coureur; sinon, on obtient une image "floue" ou "empâtée". Le même problème apparaît par exemple avec des systèmes optoélectroniques de télédétection qui sont utilisés à partir de satellites ou d'avions. Pendant le temps d'exposition respectivement le temps d'intégration par exemple pour un carré de plan défini à la surface terrestre, on obtient un déplacement du carré du plan à photographier par rapport au dispositif récepteur de la caméra disposé dans l'objet volant. Cet effet aboutit alors, avec de telles prises de vues, également à un effet de flou plus ou moins important des photos prises. Par la pratique, on sait qu'une solution pour surmonter cette difficulté est de suivre avec l'ensemble de la caméra. Ce mouvement de déplacement ou de basculement est certes possible avec précision, mais demande des moyens techniques considérables et empêche en particulier une séquence de prise de vues avec une fréquence élevée, étant donné que l'inertie de masse de l'ensemble de la caméra est quand même relativement grande. Par DE 34 32 252 C2, on connaît un microscope de mesure avec lequel le porte-objet, donc l'objet à reproduire, peut être déplacé avec ses supports par commande piézoélectrique. Une telle possibilité n'existe naturellement pas pour des prises de vues terrestres. Par DE 40 32 193 C2, on sait déplacer par commande piézoélectrique un miroir ou le diaphragme d'une caméra à haute résolution avec des capteurs d'image CCD. Dans le cas présent, on a le problème que la déviation des rayonnements peut entraîner un déplacement du point focal et qu'on peut donc constater r'effet de flou ou une reproduction étrangère à la réalité sur les photos. Par DE 42 00 961 A 1 également, on connaît un dispositif à commande piézoélectrique pour positionner des capteurs d'image CCD par rapport à une plaque de trame et à une image réelle. Un mécanisme de commande piézoélectrique est également connu pour le déplacement du miroir d'un laser en anneau qui peut être déplacé aussi avec une fréquence élevée (DE 34 12 016 C2). Enfin, on connaît par US-PS 4 908 705 pour un avion volant en rase- mottes un dispositif du même type et une méthode pour la compensation du flou d'image en particulier avec des barrettes CCD, avec lequel les capteurs CCD peuvent suivre l'image générée par le dispositif de focalisation pendant l'exposition aou un temps d'intégration réglable. Dans le cas présent, les capteurs CCD sont actionnés d'un mouvement alternatif par un moto- réducteur électrique sur une glissière à deux voies. Avec la fréquence élevée souhaitée de 400 à 2000 Hz, le problème est ici de guider le chariot avec précision, d'éviter l'usure, de surmonter l'effet de glissade, de calculer la position respective du capteur et de la coordonner avec le déplacement d'image. Le problème est donc de corriger ou compenser avec des moyens les plus simples possibles, pour une séquence d'images rapide, que ce soit pour des prises de vues de film ou des procédés d'enregistrement électroniques et pour des capteurs d'image CCD, une compensation la plus optimale possible du mouvement différentiel entre l'appareil d'enregistrement, par exemple une caméra, et l'objet à photographier, par exemple la terre qui tourne rapidement. Dans le cas présent, l'invention suppose d'abord les connaissances techniques suivantes qui sont expliquées sur l'exemple d'une caméra volante. An plan quantitatif, l'effet de flou sur la photo peut être représenté comme le rapport de dt/DT. Ici, dt= temps d'intégration ou temps d'exposition; DT = temps entre deux expositions ou prises de vues successives, des enregistrements généraux démissions de rayonnement. Pour une altitude de vol donnée et une vitesse de vol prédéfinie lors de prises de vues de la surface de la terre, la caméra se trouvant à bord balaie une bande calculable à la surface de la terre (...la projection de la vitesse de la caméra). Dans ce cas, on choisit DT de telle façon que la projection d'éléments d'image carrés soit alignée. Afin de réduire le plus possible r effet de flou d'image, une autre condition doit encore être satisfaite, à savoir dt/DT sensiblement inférieure à 1, ce qui veut dire que le temps d'exposition doit être très petit par rapport à la distance entre deux expositions. Cependant, le libre choix de ces paramètres est très limité pour un grand nombre de tâches scientifiques dans le cadre de la télédétection. L'altitude de vol et la vitesse de vol sont souvent déterminées par l'orbite de satellite ou les possibilités d'utilisation d'un avion. La focale et le temps d'exposition pour la caméra se déduisent en générale de la mission scientifique donnée. La longueur de côté par exemple d'un support d'image carré par exemple d'un élément de capteur d'une caméra CCD est en général également prédéfinie au plan technique. Pour ces raisons, la condition mentionnée plus haut dt/DT sensiblement inférieure à 1 ne doit pas être respectée pour diverses missions. Cette difficulté est connue en soi des fabricants de caméras et a abouti aux solutions décrites plus haut. La solution présentée ci-dessous ne se limite cependant pas au problème de la caméra (de télédétection) décrite, mais comprend d'autres solutions pour la pratique quotidienne par exemple pour le contrôle de certaines caractéristiques de qualité pour des pièces fabriquées en masse telles que la forme et la couleur. Là aussi, un contrôle de la qualité par exemple d'une pièce estampée passant sur des bandes n'est possible que si l'on obtient une prise de vue sans flou qui est comparable à une prise de vue prédéfinie. D'autres problèmes identiques résultent de problèmes d'exposition avec des couleurs fausses, des films de couleurs fausses ou des films infrarouges, par exemple pour le contrôle de la végétation, o un flou des prises de vues empêche une reconstruction des paramètres géométriques de la surface de la terre. Avec le dispositif selon l'invention, il est donc prévu que le plan d'image du plan focal est réalisé de façon mobile par rapport à l'optique conçue pour la réception du rayonnement et que ce mouvement est commandé par électronique. La reproduction fidèle à la réalité d'objets déplacés par rapport au dispositif en valeur et direction avec une vitesse prédéfinie peut être obtenue par le fait qu'on a un récepteur pour rayonnement provenant de l'objet avec un système de focalisation placé en aval et un système de reproduction disposé dans le plan focal pour l'enregistrement de photos de haute fréquence, ce système de reproduction étant déplacé pendant la durée de l'enregistrement respectivement le temps d'exposition par rapport au système de focalisation avec une vitesse approximativement réciproque par rapport à l'objet au moyen d'un dispositif de réglage électronique. Le sens de déplacement du dispositif de reproduction dépend de l'effet du système de focalisation et/ou d'autres dispositifs modifiant le trajet du rayonnement, ce qui veut dire que le dispositif de reproduction peut fonctionner dans le sens du déplacement réel de la caméra ou dans le sens contraire. Un tel dispositif de réglage électronique doit être conçu comme un élément de réglage piézoélectrique qui peut être amorcé de façon appropriée par l'électronique pour de hautes fréquences de prise de vue pour déclencher le mouvement du dispositif de reproduction. Le dispositif de reproduction comprend principalement une plaque sur laquelle sont disposés par exemple des capteurs CCD ou des barrettes CCD, mais également un film sensible à l'exposition qui est disposé de préférence sur deux éléments oscillants mobiles disposés en parallèle, par exemple deux ressorts en spirale minces. De tels ressorts en spirale peuvent être orientés sur le boîtier de la caméra au plan statique avec une relative précision par rapport au récepteur de rayonnement et à l'objectif de façon à pouvoir détecter par l'informatique une excitation du dispositif de reproduction dans un sens défini d'une valeur définie dans une vitesse définie. Pour l'analyse informatique et l'excitation consécutive de l'élément de réglage piézoélectrique, on prévoit un groupe électronique qui calcule et prédéfinit le moment, la valeur et la durée du déplacement du dispositif de reproduction. Le système de commande utilisé par exemple pour une caméra de télédétection avec les éléments de réglage piézoélectriques cités est basé sur une méthode définie pour la compensation de l'effet de flou d'image lors de prises de vues d'objets déplacés par rapport à la caméra et suppose les étapes de procédé suivantes: - pour commencer, on doit déterminer le début de l'exposition pour la prise de vue discrète; - par ailleurs, on doit procéder au positionnement du dispositif de reproduction par rapport à l'objectif de la façon la plus exacte possible, moyennant quoi un déplacement pouvant survenir à partir d'excitations antérieures du dispositif de reproduction ou les ressorts en spirale prévus pour la caméra pouvant être inclinés vers un côté en raison de fluctuations de température; tout ceci doit être constaté à l'aide de la comparaison des valeurs de consigne avec les valeurs réelles, de sorte qu'on arrive au point d'emplacement exact du dispositif de reproduction. - Par ailleurs, on doit déterminer quel temps d'exposition on doit régler, ce qui peut être facilement entré par l'intermédiaire d'un programme comme condition préalable pour le problème scientifique à résoudre, et finalement on doit déterminer à partir des valeurs indiquées un déplacement en fonction de l'instant, de la valeur et de la durée et le transformer en un signal électronique avec lequel le dispositif de réglage piézoélectrique est alimenté pour dévier la position du dispositif de reproduction. A l'aide d'un exemple de réalisation, on va expliquer l'invention plus en détail sans qu'elle doive être limitée à ce mode d'application concret. La figure 1 représente la structure de principe du dispositif selon l'invention; la figure 2, un ensemble électronique pour utilisation sur le dispositif selon la figure 1. Selon la figure 1, un châssis de base (1) rigide à la flexion est relié par des éléments d'ajustage (2) à une monture d'optique (3). Un objectif photo (4) est vissé dans la monture d'optique. Un dispositif de reproduction ou une plaque support de plan focal (5) avec des composants (6) optoélectroniques, des barrettes CCD par exemple, est relié par des ressorts spiraux (7) au châssis de base (1). Un élément de réglage piézoélectrique (8) est relié par un organe de réglage (9) à mouvement alternatif à la plaque support du plan focal (5). Lors du déplacement de la caméra dans le sens R (1), un rayonnement S (1) arrive par une optique ou un filtre (10) de l'objet par l'intermédiaire de l'objectif photo (4) sous la forme du trajet de faisceau S (2) au plan de reproduction respectivement aux composants (6) optoélectroniques et on a supposé que, lors du déplacement de la caméra dans le sens R (1) et avec un rayonnement incident S (1), la reproduction sur les éléments (6) se déplace dans le sens R (2) en raison de la nature de l'objectif et il se forme un flou d'image correspondant. Pour cette raison, on peut avoir lors du déplacement de la caméra dans le sens R (1) une transmission de force de l'élément de réglage piézoélectrique (8) par l'intermédiaire de l'organe (9) mobile à la plaque support de plan focal (5) et donc un mouvement de réglage contre la force des ressorts en spirale (7), lesquels maintiennent la plaque support de plan focal dans une position de départ. Par le déplacement des ressorts en spirale (7), on peut générer un mouvement relatif entre les composants (6) optoélectroniques qui sont reliés de façon fixe à la plaque support de plan focal (5) et à l'objectif photo (4). En fonction de la déviation du trajet du faisceau pendant le déplacement de la caméra, l'élément recevant la photo est déplacé de telle façon qu'il ne se forme pas d'effet de flou.. L'électronique nécessaire pour la réalisation des mouvements à amorcer par l'élément piézoélectrique (8) est représentée sur la figure 2 sur un exemple de réalisation. La partie mobile est le translateur (11) (par exemple un composant couplé au piézoélément) qui effectue en l'espace du temps d'exposition un déplacement linéaire du plan d'image par rapport à la caméra. A cet effet, il faut un amorçage spécial du translateur qui est décrit ci-dessous. Le tarage sur zéro pour le rattachement des systèmes de coordonnées à la période o l'on n'expose pas s'effectue par la compensation du zéro (15). Ce tarage est possible à l'aide du capteur du translateur (12) et du capteur de température (13). Les deux signaux du capteur sont analysés par la compensation du zéro (15) et à leur sortie (25) est mise à disposition une valeur calculée qui représente une fonction composée de données d'étalonnage et de données de dérive. L'unité de commande principale (UCP) (16) dispose du rattachement direct au temps de l'exposition par l'intermédiaire du déclencheur de la caméra (24) et est donc en mesure aussi bien de mettre le multiplexeur (17) sur le tarage sur zéro que de débloquer la compensation de dérive par son interface de synchronisation (26). La valeur, qui calcule la compensation de zéro (15), est mise à la disposition de l'amplificateur de puissance (19) par un convertisseur numérique-analogique (18). La présente tension respectivement le courant ramène le translateur (11) sur la position de départ par itération multiple de la boucle décrite de compensation de zéro. Le déplacement linéaire est réalisé à partir de la position de départ régulée (position zéro). Ce déplacement est effectué avec la connaissance exacte de la fonction de transfert du translateur (11) et du canal du dispositif qui doivent être calculés auparavant avec précision. A partir des données d'étalonnage obtenues auparavant, un enregistrement de données utilisé pour le calcul de la courbe de tension U(t) est déposé dans le EEPROM (21). Etant donné que la relation translation (t) = f est connue, une courbe calculée par l'UCP (16) est déposée dans la RAM (20). Dans le cas présent, on prend en compte la translation par l'intermédiaire du capteur (14) et celle qui se déduit du temps d'exposition. Les valeurs de courbe calculées garantissent une translation linéaire par morceaux. Le déclenchement pour l'exposition est réalisé peu de temps auparavant afin d'empêcher ainsi un comportement d'entrée non linéaire du translateur. Le pré-déclenchement doit être choisi de telle façon que la translation du translateur (11) soit linéaire pendant le temps d'exposition. Par le temps constant entre le déclenchement et l'exposition, on obtient une relation de coordination entre les deux qui est fixe, définie et donc également calculable. Si le capteur de translation (14) doit utiliser des coordonnées angulaires, elles doivent être converties d'abord en coordonnées cartésiennes. Ces coordonnées permettent de prendre en compte en supplément des mouvements imprévisibles agissant de façon extemrne sur le système global dans le calcul de la courbe translation- temps utilisée. Ces valeurs de mouvement extemrnes servent à la correction globale du système. Les valeurs de courbe calculées sur cette base et discrètes en temps, figurant dans la RAM (20), sont transmises à l'aide de 1'UCP (16) au convertisseur numérique-analogique (18). Le convertisseur numériqueanalogique (18) transmet pour sa part les présentes valeurs de tension à l'amplificateur de puissance (19). Les tensions (respectivement les courants) ainsi appliquées sur le translateur (11) garantissent le déplacement linéaire pendant le temps d'exposition qui tient compte aussi bien de la vitesse de mouvement proprement dite que des incidents imprévisibles. Les Prog-RAM (22) et Prog-RAM (23) de I'UCP servent au stockage du programme et à sa prise en charge. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 1l REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la reproduction fidèle à la réalité d'objets déplacés par rapport au dispositif, en valeur et en direction, avec une vitesse prédefinie, comprenant de façon successive un récepteur pour le rayonnement provenant de l'objet, un dispositif de focalisation et un dispositif de reproduction disposé dans un plan focal, lequel enregistre les images avec une fréquence élevée et peut être déplacé pendant la durée d'enregistrement, par rapport au dispositif de focalisation, avec une vitesse correspondant à son déplacement d'image au moyen d'un dispositif de réglage, caractérisé en ce que le dispositif de reproduction comprend une plaque (5) sur laquelle sont disposés des éléments vibrants (7) mobiles conçus comme des ressorts qui maintiennent à l'état statique la plaque (5) parallèle au récepteur (10) et peuvent être déplacés par un dispositif de réglage électronique équipé d'un élément de réglage piézoélectrique (8). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments vibrants sont des ressorts à spirale (7). 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément de réglage piézoélectrique est commandé par un ensemble (11 à 24) électronique qui prédéfinit le moment, la valeur et la durée du déplacement du dispositif de reproduction (5, 6). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de reproduction comprend au moins une barrette CCD (6). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de reproduction comprend au moins un dispositif d'exposition de film sensible au rayonnement optique. 6. Procédé d'obtention de prises de vues sans flou à fréquence élevée utilisant un dispositif selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un élément de réglage (8) piézoélectrique pour le déplacement temporaire adéquat d'un support d'image (5) d'une camera qui est logé avec un retour élastique par rapport au dispositif de focalisation de la caméra.