Brevet FR2736235A1 — publié le 19970103

DESCRIPTION ZCauéra athermique pour la aise en oeuvre d'un procédé combi- nant les iodes d'observation imagerie et surveillance1. L'invention concerne un procédé combinant les iodes d'observation imagerie et surveillance d'une caméra thermique comportant entre autres éléments une mosaïque linéaire de détecteurs disposée horizontalement, un objectif donnant à l'infini une image de ladite mosaïque, un premier miroir plan incliné de 45 sur l'axe optique dudit objectif et oscillant de part et d'autre de ladite inclinaison autour d'un axe parallèle à ladite mosaïque linéaire afin d'effectuer le balayage vertical du paysage selon le iode dit Zd'inagerie", l'image horizontale de ladite mosaïque linéaire de détecteurs étant ensuite placée suivant une direction verticale, le iouveient oscillant dudit premier miroir étant arrêté et l'ensemble desdits éléments tournant d'un mouvement de rotation uniforme autour d'un axe optique disposé suivant une direction verticale afin d'effectuer le balayage panoramique du paysage selon le mode dit de veille ou de 'surveillance'. Dans les caméras thermiques conçues selon le mode d'observation dit d'imagerie, différents types de balayage peuvent être utilisés - le balayage paralléle à détecteur vertical, - le balayage parallèle à détecteur horizontal, - les balayages série et série-parallèle. Les caméras à balayage parallèle à détecteur vertical présentent une mosaïque linéaire de détecteurs disposée parallèlement au côté vertical de l'image et un dispositif de balayage optico-mécanique entrainant l'image du détecteur sur la scène dans la direction verticale. Ces caméras nécessitent l'utilisation d'un dispositif de ménorisation (électronique ou optique) avant de pouvoir présenter l'image sur un visualisateur de télévision dont les lignes sont naturellement horizontales car l'image est analy sée de la gauche vers la droite (ou de la droite vers la gauche) alors qu'elle est restituée du haut vers le bas. Les caméras à balayage parallèle à détecteur horizontal présentent une mosaïque linéaire de détecteurs disposée parallèlement au côté horizontal de l'image et un dispositif de balayage optico-nécanique entraînant l'image du détecteur sur la scène dans la direction verticale. Ces caméras ne nécessitent pas de mémorisation in termédiaire car l'image est analysée dans la même direction qu'elle est restituée. De plus le nombre de détecteurs de la mosaïque et le nonbre de lignes du standard de télévision sont mutuellement indépendants. Les caméras à balayage série ou série-parallèle présentent une petite mosaïque associée à un dispositif opti co-uécanique qui entraîne leur image sur la scène de façon à décrire les lignes régulièrement rangées du haut en bas de l'image. Ces caméras nécessitent généralement l'utilisation d'une petite mémorisation pour pouvoir présenter l'image sur un visualisateur de télévision classique. Les caméras conçues selon le iode d'observation dit de veille ou de surveillance panoramique ou sectorielle présentent généralement une mosaïque linéaire de détecteurs placée perpendiculairement à la direction du balayage optico-mécanique, celui-ci généralement horizontal (en gisement) entrainant l'image des détecteurs sur un tour complet ou sur une fraction de tour. Morphologiquement, les caméras de surveillance sont donc voisines des caméras du type à balayage parallèle à détecteur vertical. Dans les deux cas, le balayage est horizontal et le détecteur vertical : il suffit d'entraîner en rotation une caméra à détecteur vertical, autour d'un axe vertical, balayage arrêté, pour que l'image de la mosaïque décrive l'horizon. Toutefois les caméras du type à balayage parallèle à détecteur horizontal et celles du type à balayage série ou série-parallèle présentent des avantages qui les font souvent préférer aux caméras du type à balayage parallèle à détecteur vertical : indépendance entre le nombre de lignes et le nombre de détecteurs, absence de mémoire importante1 volume plus réduit de l'électronique. Le procédé décrit dans le préambule permet à partir d'une caméra du type à balayage parallèle à détecteur horizontal ou d'une caméra du type à balayage série-parallèle, de réaliser également un dispositif de veille à balayage en gisement, les deux fonctions, imagerie et veille pouvant êtrc i- ses en service alternativement. Dans les procédés connus du même genre, la transformation de l'image obtenue suivant une direction horizontale (iode imagerie) en une image disposée suivant une direction verticale (iode surveillance) est habituellement effectuée au moyen d'un élément de rotation d'image qui peut être un élément optique classique tel qu'un prisme de Péchan ou prisne de Rantch. De tels éléments de rotation d'image sont encombrants et onéreux ; ils sont de plus difficiles à centrer et leur utilisation dans le domaine de l'infra-rouge impose leur réalisation dans des matériaux très absorbants (germaniui). Il est possible d'en minimiser les dimensions en les plaçant dans le plan de l'image de la pupille du système optique, mais cette disposition accroit la complexité du système. Le but de l'invention est de fournir des moyens de faire tourner l'image de 90 sans interposition d'un élément additionnel de rotation. L'invention est remarquable en ce que le changement de direction de ladite image linéaire de détecteurs est obtenu par un simple changement de la position d'un élément approprié de ladite caméra. Dans une première variante de réalisation, l'axe optique dudit objectif disposé suivant une direction verticale est replié par ledit premier miroir suivant une direction horizontale pour l'observation en mode imagerie. Ledit changement de position consiste à faire tourner ladite mosaïque de détecteurs de 90. dans le plan horizontal. Les axes optiques de surveillance et d'imagerie sont alors confondus. Ainsi lorsqu'une cible est détectée en iode surveillance, l'appareil doit effectuer un tour complet pour observer à nouveau la cible en mode imagerie, à noins de faire un mouvement de retour. Dans une deuxième variante de réalisation, l'axe optique dudit objectif disposé suivant une direction horizontale est rabattu par ledit premier miroir suivant une direction verticale. Ledit dispositif comporte de plus, alignés sur ledit axe optique vertical, un système afocal suivi d'un deuxième miroir plan incliné à 45 qui replie à novueau l'axe optique suivant une direction horizontale parallèle à l'axe optique dudit objectif pour l'observation en iode imagerie. Ledit changement de position consiste à faire tourner de 90 ledit deuxième miroir autour de l'axe optique vertical de telle sorte que les axes optiques d'imagerie et de surveillance sont perpendiculaires entre eux dans le même plan horizontal. Ainsi lorsqu'une cible est détectée en iode surveillance, l'appareil ne doit effectuer qu'un quart de tour pour observer à nouveau la cible en iode imagerie. Dans ce cas les observations en iode surveillance et en iode imagerie peuvent être amenées suivant la même direction dans le même sens ou en sens opposés au moyen d'un système à miroir convenablement disposé. La description suivante en regard des dessins anne xis, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment. l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre les trois principaux types de balayages utilisés dans les caméras thermiques en mode image rie. La figure 2 montre le schéma de principe des systèmes d'observation en mode veille ou surveillance. Les figures 3 et 4 représentent les schénas de dispositifs connus de caméras associant les modes d'observation en imagerie et en surveillance. Les figures 5 et 6 représentent respectivement les schémas d'une première et d'une seconde variante de dispositifs pour la mise en oeuvre de l'invention. Pour le dispositif représenté sur la figure 6, lesdits iodes d'observation sont situés dans des directions per pendiculaires. Dans ce cas, les figures 7 à 10 montrent divers schémas de montages à miroirs permettant d'amener la direction et le sens d'observation desdits iodes suivant l'une quelconque des positions ci-après Figure 7 même direction et même sens, Figure 8 : même direction et sens opposé, Figures 9 et 10 : directions quelconques. Sur la figure la, un détecteur Dv constitué d'une mosaïque linéaire de détecteurs élémentaires est placé dans une position verticale et un dispositif optico-mécanique non représenté entraîne l'image du détecteur dans la direction horizontale h pour effectuer le balayage ligne. Sur la figure lb, un détecteur du même type Dh est placé dans une position horizontale et son image est entraînée de la même façon dans la direction verticale v pour effectuer le balayage trane. Sur la figure lc, un détecteur Dhv est constitué de trois lignes et de trois colonnes de détecteurs élémentaires. Un dispositif optico-mécanique plus complexe non représenté entraîne successivement l'image de ce détecteur suivant les flèches h et v pour effectuer le balayage ligne et le balayage trame. La figure 2 représente le schéma de principe d'un dispositif dit de veille ou de surveillance. Une optique L forne une image D'v d'une nosaïque linéaire de détecteurs Dv positionnés parallèlement à un axe vertical w'. L'ensemble détecteur-optique tournant autour de l'axe vv' d'un mouvement angulaire uniforme, l'image D'v décrit l'horizon suivant le contour C sur un tour complet ou sur une fraction de tour. On décrit ci-après deux dispositifs qui permettent à partir d'un node d'observation imagerie (campera à balayage vertical de la figure lb ou à balayage série-parallèle de la figure lc) de réaliser également de façon connue le iode veille ou surveillance à balayage en gisement, les deux types d'observation pouvant être réalisés alternativement. La figure 3 représente schématiquement le disposée tif optique général dans le système 0, X, Y, Z, OZ étant la direction verticale. Ce dispositif comprend - une mosaïque linéaire de détecteurs D disposée parallèlement à l'axe OY, ou l'image d'une ligne donnée par un système op tico-nécanique de balayage en lignes, - un objectif L1 donnant à l'infini une image de la ligne D, - un miroir de balayage vertical Mi oscillant autour de l'axe Oy, c'est-à-dire autour d'un axe parallèle à celui de la li gne D.Les mouvements de ce miroir entraînent l'image de la ligne D perpendiculairement à sa direction horizontale et le dispositif fonctionne alors en iode imagerie - Un élément de rotation d'image R placé devant le miroir M1 dans la direction OX. Cet élément de rotation permet de fai re tourner l'image de la ligne autour de l'axe OX. - Un moyen non représenté assurant la rotation de l'ensemble D, L1et Mi autour de l'axe vertical OZ à une vitesse angu laire w constante dans le cas où le dispositif fonctionne en iode surveillance L'élément de rotation d'image R place alors l'image de la ligne dans la position verticale, les mouvements du miroir Mi sont arrêtés et le mouvement de ro tation de l'ensemble des éléments précités autour de l'axe vertical entraîne l'image verticale de la ligne panoramique ment sur le paysage. Grâce à l'élément de rotation d'image R, l'ensemble ligne D, objectif L1 et miroir de balayage M1 peut occuper une position quelconque dans le plan OYZ. Cet élément de rotation est un élément classique optique (prisme de Péchan, de Rantch...) dont les dimensions peuvent être minimisées en l'insérant dans un système optique tel que celui représenté sur la figure 4. Les éléments D, L1 et M1 restant positionnés co- précEdex ent dans le systère de coordonnées OXYZ, l'élément de rotation R se trouve réduit à ses dimensions minimales s'il est placé dans le plan de l'image de la pupille du système constitué par les groupes de lentilles G1 et G2 disposés à l'avant de l'élément R. Ces deux groupes de lentilles forment un système afocal dont la pupille de sortie est dans l'élément R. A l'arrière de cet élément, un autre groupe de lentilles G3 refait l'image de la pupille sur le miroir de balayage M1 de façon à minimiser également ses dimensions. Le système afocal G1 et G2 peut présenter plusieurs grossissements possibles de façon à donner par exemple des champs différents pour la veille et l'imagerie. Si le dispositif se trouve dépourvu d'élément de rotation R, la rotation de l'image doit être obtenue par d'autres moyens, conformément à l'invention. Un premier moyen est indiqué sur la figure 5. Sur la figure 5a, le même ensemble d'éléments (détecteur horizontal linéaire DA, objectif L1 et miroir de balayage Mr) posi tionné con e précédemment dans le système d'axes OXYZ, donne une image horizontale D'A de la ligne DA. Si par un dispositif mécanique non représenté on fait tourner de 90 autour de OZ la ligne de détecteurs DA qui vient se positionner en DB sur la figure 5b, lorsqu'on passe du mode "imagerie" au mode surveillance", l'image D'B occupe alors sur la scène une position verticale. Les axes optiques desdits modes d'observation sont confondus. Un second moyen de faire tourner l'image horizontale du détecteur linéaire de façon à l'amener dans la position verticale sans l'intervention d'un élément de rotation est illustré par le dispositif schématisé sur la figure 6 et qui comporte (figure 6a) - une mosaïque linéaire de détecteurs D (ou l'image d'une li gne analysée par un moyen optico-mécanique), - un objectif L1 dont l'axe optique est horizontal, - un miroir de balayage trame M1 centré en Oi dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe de la mosaïque ou à la ligne, - un système afocal à deux grossissements et à axe optique 02Z vertical, constitué des éléments fixes LZ et L3 correspon dant au grossissement maximal et des éléments mobiles Ls et L5 venant s'insérer entre les éléments L2 et L3 (figures 6a et 6b) et conférant à l'ensemble le grossissement minimal, - un miroir MzA (figure 6a) centré en 02, incliné de 45 en viron, repliant l'axe optique 0102 suivant 02X de façon à le rendre voisin d'une direction horizontale dans le plan con tenant l'axe optique de L1, en position imagerie. L'image du détecteur sur le paysage est alors horizontale.Le même mi- roir M2A, toujours incliné à 45 environ, tourne de 90 autour de l'axe 02Z de façon à venir en MzB (figure 6b). L'axe optique est alors dirigé suivant 02Y en position sur veillance et l'image du détecteur sur le paysage est verti cale. - un hublot d'imagerie H1 sur l'axe 02X - un hublot de surveillance Hz sur l'axe 02Y' - un dispositif général d'entraînement non représenté en rota tion autour de l'axe 2Z permet en imagerie, l'observation panoramique et en veille, l'analyse circulaire du paysage. Le miroir n2 est également mobile autour de l'axe perpendiculaire à 2Z contenu dans le plan du miroir de façon à orienter l'axe optique en azimut. Dans cette version, les deux axes optiques de surveillance et d'imagerie sont perpendiculaires entre eux ce qui peut présenter des avantages. En effet, en surveillance, le dispositif tourne à une certaine vitesse (de l'ordre du tour à la seconde). Au cas où une cible est détectée, l'appareil peut passer en mode imagerie. Si les deux axes sont confondus (cas de la version précédente), l'appareil doit alors faire un tour complet avant d'être placé de nouveau dans la direction de la cible, à moins de faire un mouvement de retour. Dans le cas où les deux axes sont séparés de 90 , un quart de tour seulement est nécessaire entre la détection d'une cible et la possibilité d'observation. Si les deux axes d'observation doivent être parallèles (avec un angle égal à 0. ou à 180") des variantes sont représentées sur les figures 7 et 8. Sur la figure 7, les deux axes font un angle de 0 L'un des deux axes (surveillance par exemple) est replié par un miroir M3 contenu dans un plan vertical, incliné de 45 dans le sens inverse par rapport à l'axe OY. Ces deux hublots de surveillances H1 et H2 peuvent être réunis en un seul. Les figures 7a et 7b correspondent respectivement aux iodes d'observation en imagerie et en surveillance. Sur la figure 8, les deux axes d'observation font un angle de 180 L'axe de surveillance est replié par le mi- roir vertical M3 incliné de 45 dans le sens direct par rapport à l'axe OY. Le hublot de surveillance H2 est alors parallèle au hublot H1. Les figures 8a et 8b correspondent respec tienent aux modes d'observation en imagerie et en surveillance. Les figures 9 et 10 illustrent des variantes où les axes d'observation font entre eux un angle quelconque. Sur la figure 9, le miroir vertical Hs est incliné dans le sens direct d'un angle aigu quelconque par rapport à l'axe OY. Ce node d'observation en surveillance se fait à travers le hublot H2. Sur la figure 10, le miroir vertical Ms est incliné dans le sens inverse d'un angle aigu quelconque par rapport à l'axe OY. Dans ce cas les deux modes d'observation se font à travers le même hublot H1. REVENDICATIONS 1 Procédé combinant les modes d'observation imagerie et surveillance d'une caméra thermique comportant entre autres éléments une mosaïque linéaire de détecteurs disposée horizontalement, un objectif donnant à l'infini une image de ladite mosaïque, un premier miroir plan incliné de 45 sur l'axe optique dudit objectif et oscillant de part et d'autre de ladite inclinaison autour d'un axe parallèle à ladite mosaïque linéaire afin d'effectuer le balayage vertical du paysage selon le iode dit "d'imagerie", l'image horisontale de ladite mosaïque linéaire de détecteurs étant ensuite placée suivant une direction verticale, le mouvement oscillant dudit premier miroir étant arreté et l'ensemble desdits éléments tournant d'un mouvement de rotation uniforme autour d'un axe optique disposé suivant une direction verticale afin d'effectuer le balayage panoramique du paysage selon le iode dit de veille ou de "surveillance", caractérisé en ce que le changement de direction de ladite image linéaire de détecteurs est obtenu par un simple changement de la position d'un élément approprié de ladite caméra. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'axe optique dudit objectif disposé suivant une direction verticale est replié par ledit premier miroir suivant une direction horizontale pour l'observation en iode imagerie, caractérisé en ce que ledit changement de position consiste à faire tourner ladite mosaïque linéaire de détecteurs de 90 dans le plan horizontal, les axes optiques d'imagerie et de surveillance étant alors confondus suiuvant ladite direction horizontale. 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'axe optique dudit objectif disposé suivant une direction horizontale est rabattu par ledit premier miroir suivant une direction verticale, ladite caméra comportant de plus, alignés sur ledit axe optique à direction verticale, un système afocal suivi d'un deuxième miroir plan incliné à 45 qui replie à nouveau l'axe optique suivant une direction horizontale parallèle à l'axe optique dudit objectif pour l'observation en iode imagerie, caractérisé en ce que ledit changement de position consiste à faire tourner de 900 ledit deuxième miroir autour dudit axe optique vertical de telle sorte que les axes optiques d'imagerie et de surveillance sont perpendiculaires entre eux dans le même plan horizontal, ce qui réduit la rotation de la caméra à un quart de tour entre la détection d'une cible en mode surveillance et son observation en iode image rie. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un troisième miroir plan disposé verticalement est incliné de 45 dans le sens inverse (ou dans le sens direct) par rapport à la direction perpendiculaire à l'axe optique d'imagerie de façon à replier de 90" l'axe optique de surveillance pour amener les deux modes d'observation suivant la même direction dans le même sens (ou dans des sens opposés). 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un quatrième miroir plan disposé verticalement est incliné d'un angle aigu quelconque dans le sens inverse (ou dans le sens direct) par rapport à la direction perpendiculaire à l'axe optique d'imagerie de façon à replier l'axe optique de surveillance d'un angle tel que les deux modes d'observation sont amenés suivant deux directions différentes dans le même sens (ou dans des sens opposés).