Brevet FR2753595A1 — publié le 19980320

PROCEDE D'ACQUISITION, SELON UNE RESOLUTION DETERMINEE, D'UNE IMAGE ELECTRONIQUE D'UNE SCENE AU MOYEN D'UNE PLURALITE D'ELEMENTS PHOTOSENSIBLES Le problème à l'origine de l'invention est d'augmenter la résolution de l'image électronique d'une scène en s affranchissant de la topologie des éléments photosensibles fournissant l'image. On connaît déjà des procédés dans lesquels on utilise une pluralité d'éléments photosensibles, disposés en matrice. Lorsque, compte tenu de leur topologie, ceux-ci ne couvrent pas sensiblement la totalité de la surface entre les bords de la matrice, du fait qu'ils doivent être isolés électriquement les uns des autres, les images recueillies sont fragmentaires. I1 en résulte une perte de sensibilité globale et surtout une perte de résolution pour les images comportant des détails de dimensions comparables ou inférieures à celles d'un élément photosensible et dont l'image risque de se former sur une zone inactive de la matrice. Pour résoudre ce problème, lorsque les éléments photosensibles ont une taille moitié du pas de la matrice, EP-A 0133 890 enseigne de prendre en compte quatre fois l'image projetée sur la matrice, avec, à chaque fois, un décalage d'un demi-pas selon la direction des lignes et/ou des colonnes de la matrice. On obtient ainsi quatre images électroniques fragmentaires, imbriquées et disjointes, dont les pixels sont respectivement acquis aux quatre angles d'une trajectoire rectangulaire de décalage d'un demi-pas, en lignes et colonnes, de l'image optique sur la matrice. On reconstitue ensuite une image complète, de résolution égale à la taille des éléments photo détecteurs, par superposition, avec le cadrage approprié, des images électroniques fragmentaires. En bref, on remédie aux défauts topologiques de la matrice, représentés par les zones aveugles entre éléments photodétecteurs, par une utilisation temporellement partagée de ces éléments, c'est-àdire qu'un même élément photodétecteur se substitue successivement par décalage à trois zones aveugles qui lui sont voisines et masque ainsi le défaut de détection qu'elles causaient. Cet enseignement est limité à des acquisitions d'images au moyen d'une matrice comportant des zones aveugles et ne permet alors que d'obtenir une résolution limitée à la taille des éléments photodétecteurs. On ne peut donc pas vraiment s'affranchir de la résolution de ceux-ci. En particulier, selon cet art antérieur, la résolution d'un écran de restitution vidéo de l'image est liée rigidement à celle des éléments photosensibles, c'est-à-dire que les deux résolutions doivent être dans un rapport entier. De ce fait, dans le cas où l'écran a une résolution multiple de celle de l'image détectée, on recopie une même ligne limage et l'image est simplement agrandie, sans pouvoir exploiter la résolution accrue de l'écran. Une fonction "loupe" à effet zoom est donc exclue. Dans le cas d'un écran de résolution moindre, il faut pouvoir afficher des lignes de l'image électronique régulièrement espacées, ce qui impose un rapport entier entre les résolutions de l'image électronique et de l'écran. La présente invention vise à s'affranchir des contraintes et limitations ci-dessus, liées à la topologie des éléments photodétecteurs. A cet effet, l'invention concerne un procédé d'acquisition d'une image électronique d'une scène observée par des moyens optiques en projetant l'image optique sur une pluralité d'éléments photosensibles, procédé dans lequel on entraîne l'image optique en balayage sur les éléments photosensibles par commande d'un déplacement relatif entre les éléments photosensibles et l'image provenant des moyens optiques, on mémorise, pour plusieurs positions de balayage d'échantillonnage, des valeurs d'intensité lumineuse de pixels d'échantillonnage fournies par les éléments photosensibles, en associant, à chaque valeur, une position particulière du pixel d'échantillonnage sur l'image qui est fonction du déplacement relatif dû au balayage, et on estime, pour des positions de pixels d'exploitation correspondant à une résolution souhaitée, des valeurs respectives d'intensité par composition de valeurs d'échantillonnage relatives à des positions d'échantillonnage proches de chaque position considérée. Ainsi, on peut considérer que l'image électronique est acquise en deux étapes. Dans la première étape, d'acquisition, on constitue une sorte de bibliothèque tampon de valeurs de pixels d'échantillonnage de l'image optique, et ce n'est que dans la seconde étape que l'on détermine la résolution souhaitée de l'image exploitée. L'existence de ce tampon permet de s'affranchir, pour l'exploitation d'une image, des particularités physiques, comme la taille, des éléments photodétecteurs. On peut donc alors choisir n'importe quelle résolution, la seule limitation vers des résolutions accrues étant l'incertitude due au fait qu'on effectue non pas une mesure mais une composition, ou estimation, à partir des valeurs des positions voisines de chaque pixel d'exploitation. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante du mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente en perspective un dispositif de prise de vues mettant en oeuvre le procédé de l'invention; et - la figure 2 illustre le mode d'échantillonnage d'une image. Le dispositif représenté comporte, dans le sens de propagation d'un faisceau lumineux incident 1 provenant d'une scène observée, une optique collimatrice 2, un disque transparent 3 rotatif autour d'un axe 4, une lentille collimatrice 5, un capteur 6 comportant une pluralité d'éléments photosensibles 6j, ici disposés en matrice selon un pas régulier P et espacés les uns des autres, et un circuit électronique 8 de traitement d'image qui reçoit les signaux électriques d'image provenant du capteur 6. Le faisceau 1 est excentré par rapport au disque 3 afin de passer en différents points d'une courbe fermée, ici circulaire ou du genre elliptique, lorsque le disque 3 tourne sous l'action d'un moteur électrique non représenté. Le disque 3 comporte une pluralité de secteurs 3i (ici i = 1 à 8) ayant chacun des propriétés déflectrices particulières. Ce sont ici des prismes qui, dans cet exemple, sont constitués d'un même matériau mais présentent un angle au sommet particulier à chacun, déterminant l'angle de déviation. L'orientation de l'arête de chaque prisme, dans ou au voisinage du plan du disque 3, détermine la direction de déflexion du faisceau 1. Les huit points 7k (k = i = 1 à 8) équirépartis selon un cercle illustrent les diverses positions occupées par un point de l'image optique sur la matrice 5, correspondant respectivement aux déflexions des huit secteurs 31-38. Dans cet exemple, les quatre points 71, 73, 75, 77 sont disposés aux angles respectifs d'un carré dont les côtés s'étendent parallèlement aux lignes et colonnes respectives de la matrice d'éléments 6j. Afin de limiter la taille du disque 3, l'image de la scène est focalisée dans un plan proche du disque 3; l'image 6' représentée est celle de la matrice 6 à travers la lentille 5. On peut ainsi, par la simple rotation du disque 3, insérer sur le trajet optique 1 une succession d'éléments déflecteurs afin de commuter, par sauts, l'image projetée sur la matrice 6 d'une position à une autre, selon les décalages des points 7k représentés. L'obtention de la succession de déflexions pourrait être obtenue par divers moyens de commutation ou adressage autres que des prismes, et par exemple des lames parallèles traversées obliquement et ayant des épaisseurs ou des inclinaisons différentes ou encore des déflecteurs statiques, par exemple acousto-optiques. Des déflexions par éléments réfléchissants sont de même envisageables. L'élément déflecteur 3 constitue ainsi une bibliothèque de déflexions qui sont choisies par l'utilisateur et programmées de façon rigide ou de façon variable s'il s'agit d'un élément à déflexion commandée. La figure 2 illustre plus en détails une façon de répartir les points 7j et représente, au centre, un élément 6j, dont la fonction est de détecter la portion d'image limitée par le carré 70 de côté P, centré sur un cercle 90 de rayon P/2 \1, comportant huit positions 7k d'échantillonnage 71 à 78, lorsque i (= k) varie de 1 à 8, comme expliqué plus loin. Dans cet exemple, on passe d'une position d'échantillonnage à une autre, de rang suivant ou non, par un balayage par saut, c'est-à-dire que le cercle 90 n'est pas ici une trajectoire de balayage mais est seulement défini par les huit positions 71 à 78. D'une façon générale, le passage d'une position 7k à la suivante peut s'effectuer par saut, comme dans cet exemple, ou en suivant une trajectoire fermée déterminée de balayage, par exemple rectangulaire, elliptique ou plus précisément circulaire. Le cercle 90 serait alors une trajectoire fermée de balayage. EP-0 133 890, cité ici à titre de référence, enseigne les moyens à mettre en oeuvre à cet effet. Dans cet exemple, et bien que cela ne soit pas nécessaire pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, on suppose qu'un pixel a une forme carrée de côté P/2 et ne couvre donc que 25 % du carré 70. L'image acquise à un instant donné est donc fragmentaire. Le plan de la figure 2 correspond à un plan d'image optique fixe sur lequel se déplacerait la matrice d'éléments 6j. Les positions successives, pour i = k variant de 1 à 8, de l'élément central 6j sont repérées par la position 7k du centre de l'élément 6j central, tandis que les repères 8k (81 à 88) indiquent le pourtour de la zone active, ou pixel de scrutation, couverte par cet élément 6j. Huit autres éléments 6j entourant l'élément central 6j sont schématisés par leur cercle de balayage, représenté éventuellement de façon fragmentaire. Selon le procédé de l'invention, on entraîne l'image optique en balayage sur les éléments photosensibles 6j par commande, au moyen du disque 3, d'un déplacement relatif entre les éléments photosensibles 6j et l'image provenant de l'optique 2, on mémorise, pour plusieurs positions de balayage d'échantillonnage, des valeurs d'intensité lumineuse de pixels d'échantillonnage 8k fournies par les éléments photosensibles 6j, en associant, à chaque valeur, une position particulière 7k du pixel d'échantillonnage 8k sur l'image qui est fonction du déplacement relatif dû au balayage, et on estime, pour des positions de pixels d'exploitation 100 correspondant à une résolution souhaitée, des valeurs respectives d'intensité par composition de valeurs d'échantillonnage relatives à des positions d'échantillonnage 7k proches de chaque position considérée 100. Le circuit de traitement d'image 8 mémorise chaque image fragmentaire en association avec une information de décalage de position, correspondant à la déflexion de chaque secteur 3i. Une base de temps synchronise le circuit 8 par rapport à la rotation commandée du disque 3. Un capteur de position angulaire pourrait cependant remplacer la base de temps et permettrait un fonctionnement asynchrone. Le circuit 8 compose ensuite, à chaque cycle du disque 3, comme expliqué plus loin, les images fragmentaires pour former une image complète ayant la résolution voulue, indépendante du pas P des éléments 6j. Une interpolation entre niveaux d'intensité des pixels d'échantillonnage de l'image permet en particulier de changer la résolution et d'obtenir une résolution meilleure que P/2. Les détails du procédé sont exposés ci-dessous. Les pixels d'échantillonnage 81, 83, 85, 87 sont juxtaposés en un bloc carré, tandis que les pixels d'échantillonnage 82, 84, 86 et 88, représentés en pointillés pour la clarté du dessin, chevauchent chacun une paire de pixels 8k, propre à chacun, c'est-à-dire que les distances entre positions de balayage adjacentes 71 à 78 ont une valeur inférieure à la taille P/2 des pixels d'échantillonnage 8k. Ainsi, dans cet exemple, les pixels 81, 83, 85, 87 permettent d'obtenir, directement, une image dont la résolution correspond à la taille de ces pixels d'échantillonnage 8k mais qui ne peut donc être choisie à volonté. Si l'on souhaite disposer d'une résolution autre, on définit une nouvelle matrice, de pixels d'exploitation comme 100 à 102, 110 à 112, dont on reporte fictivement les positions sur l'image optique, c'est-à-dire en fait dont on détermine une position "électronique" par rapport à celles (7k) des pixels d'échantillonnage, dont le niveau d'intensité lumineuse a été stocké provisoirement en différents emplacements d'une mémoire du circuit 8, correspondant chacun à la zone d'image scrutée par l'élément 6j correspondant. Chaque pixel d'exploitation 100 n'étant a priori pas superposé à un pixel d'échantillonnage 7k, le niveau d'intensité du pixel d'exploitation est déterminé par le circuit 8, plus exactement estimé, par combinaison, ou composition, des niveaux d'intensité relatifs à des pixels d'échantillonnage 8k voisins et, de préférence, ceux-là mêmes qui l'entourent, comme le symbolisent les quatre flèches pointées vers le point 100. Cette combinaison peut être une simple affinité ou interpolation entre niveaux d'intensité de pixels d'échantillonnage 8k encadrant le pixel d'exploitation considéré. Ainsi, le niveau du pixel d'exploitation 100 est ici défini à partir des paires de pixels d'échantillonnage de positions 73, 74 du cercle 90. et 171, 178 du cercle 190 situé sur la figure à droite du cercle 90 et homologue de ce dernier pour l'élément 6j de droite. Dans cet exemple, étant sensiblement équidistant des points de chaque paire, le pixel 100 a un niveau estimé d'intensité Iî 00: 1100 = A (173 + I74) + (1 - A) (Il7l + Il78) I73, 174, Ici 71, 1178 étant les niveaux d'intensité respectifs des pixels de positions 73, 74, 171 et 178 et A étant un coefficient de pondération entre 0 et 1, ici d'environ 0,2 compte tenu des distances respectives du point 100 aux deux paires de points ci-dessus. I1 peut encore être prévu des filtrages spatiaux passe-bas prenant en compte les niveaux d'intensité de plusieurs pixels d'échantillonnage 8k, sensiblement alignés de préférence, pour définir, selon diverses directions, des profils lissés du niveau d'intensité de l'image et déterminer ensuite, à leur intersection, une valeur moyenne d'intensité de pixel d'exploitation. Comme l'a montré l'exemple ci-dessus de calcul du niveau I100 d'un pixel d'exploitation, les pixels d'échantillonnage occupant les positions 82, 84, 86 et 88 fournissent des informations supplémentaires permettant de diminuer l'incertitude sur le niveau d'intensité estimé des pixels d'exploitation 100, c'est-à-dire d'accroître encore la résolution de l'image d'exploitation, du fait que la densité les points 7k est accrue, donc que l'espacement moyen entre les divers points 7k de scrutation est encore réduit. En particulier, le chevauchement partiel entre pixels 8k de rangs voisins permet, par différence, d'estimer le niveau d'illumination de la portion non commune de ces pixels 8k. Comme l'illustre la figure 2, la zone totale d'exploration 89 constituée par les pixels 81 à 88, acquis par un même élément photosensible 6j, déborde légèrement du carré 70. De ce fait, les quatre zones de débordement correspondantes des pixels 82, 84, 86 et 88 et leur symétrique par rapport au côté concerné du carré 70, sont scrutées à la fois par l'élément 6j central sur la figure et par l'un des quatre éléments 6j qui l'encadrent selon les lignes et les colonnes de la matrice. Ce chevauchement des ensembles respectifs de pixels d'échantillonnage évite ainsi toute discontinuité physique dans la scrutation, même lorsque l'on passe d'une zone 70 scrutée par un élément 6j à une autre zone, si bien que l'image d'exploitation restituée ne comporte pas de motif résidu correspondant au pas physique P de la matrice. On remarquera que la disposition des positions d'échantillonnage 7k selon un motif régulier n'est aucunement nécessaire, et que même un échantillonnage à positions a priori aléatoires conviendrait dans la mesure où chaque position serait repérée lorsqu'intervient un échantillonnage. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'acquisition d'une image électronique d'une scène observée par des moyens optiques (2) en projetant l'image optique sur une pluralité d'éléments photosensibles (6j), procédé dans lequel on entraîne l'image optique en balayage sur les éléments photosensibles (6j) par commande d'un déplacement relatif entre les éléments photosensibles (6j) et l'image provenant des moyens optiques (2), on mémorise, pour plusieurs positions (7k) de balayage d'échantillonnage, des valeurs d'intensité lumineuse de pixels d'échantillonnage fournies par les éléments photosensibles (6j), en associant, à chaque valeur, une position particulière (7k) du pixel d'échantillonnage (8k) sur l'image qui est fonction du déplacement relatif dû au balayage, et on estime, pour des positions (100) de pixels d'exploitation correspondant à une résolution souhaitée, des valeurs reNpectives d'intensité par composition de valeurs d'échantillonnage relatives à des positions d'échantillonnage (73, 74, 171, 178) proches de chaque position considérée (100). 2 - Procédé d'acquisition selon la revendication 1, dans lequel on effectue le balayage selon une trajectoire fermée (90). 3 - Procédé d'acquisition selon la revendication 2, dans lequel la trajectoire est elliptique (90). 4 - Procédé d'acquisition selon la revendication 3, dans lequel on mémorise les valeurs d'échantillonnage pour des positions de balayage (7k) sensiblement équiréparties sur la trajectoire (90). 5 - Procédé d'acquisition selon la revendication 4, dans lequel on mémorise les valeurs d'échantillonnage en huit positions (7k) d'un cercle de balayage (90). 6 - Procédé d'acquisition selon la revendication 1, dans lequel le balayage est effectué par sauts (3i). 7 - Procédé d'acquisition selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel on fixe les distances, entre positions de balayage adjacentes, à une valeur inférieure à la taille (P/2) des pixels d'échantillonnage (8k). 8 - Procédé d'acquisition selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les ensembles de pixels acquis respectivement par des éléments photo détecteurs adjacents se chevauchent. 9 - Procédé d'acquisition selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on détermine les valeurs d'intensité des pixels d'exploitation (100) par un filtrage passe-bas des valeurs d'échantillonnage.