Brevet FR2812157A1 — publié le 20020125

d1 2812157 PROCEDE ET DISPOSITIF D'ACQUISITION D'IMAGES DEPUIS UN PORTEUR MOBILE La présente invention concerne les techniques de traitement d'image utilisées pour obtenir des images ayant une résolution spatiale plus fine que celle des éléments photosensibles utilisés pour capter le signal lumineux provenant d'une scène observée. Les images obtenues par un tel traitement sont appelées images hyperrésolues. Le groupement d'éléments photosensibles, dans le spectre visible ou dans l'infrarouge, consiste généralement en une matrice régulière, par exemple de type CCD (" Charge-Coupled Device "). La technique des images hyper-résolues sert à augmenter la résolution spatiale d'une matrice d'éléments photosensibles donnée ou, pour une résolution spatiale donnée, à utiliser une matrice ayant des caractéristiques de résolution moins exigeantes. Les techniques d'hyper-résolution utilisent habituellement un micro- balayage engendré par des actionneurs mécaniques qui font bouger soit la matrice d'éléments photosensibles soit des éléments optiques situés entre cette matrice et la scène observée (voir par exemple FR-A-2 683 639). Le micro-balayage est contrôlé, et ses caractéristiques sont prises en compte dans le traitement d'image qui utilise des méthodes de déconvolution spatiale. Dans la demande de brevet européen 0 773 668, il a été proposé de ne plus contrôler ce micro-balayage, en laissant l'image optique formée sur les éléments photosensibles se déplacer de manière pseudo-aléatoire par rapport à la matrice. Une analyse de l'image est effectuée pour estimer des caractéristiques de ce micro-balayage pseudo-aléatoire, qui sont utilisées par le traitement d'image pour générer les images hyperrésolues. Pour obtenir le mouvement pseudo-aléatoire, on applique une commande pseudo-aléatoire à des miroirs situés entre la scène observée et la matrice photosensible, ou on laisse simplement osciller ces miroirs sous l'effet des vibrations subies par le porteur. Ceci évite de maîtriser avec précision les caractéristiques du mouvement appliqué aux miroirs. Ces méthodes de micro-balayage connues nécessitent des éléments optiques mobiles, ce qui constitue une contrainte indésirable dans certaines applications, par exemple lorsque le dispositif d'imagerie est embarqué sur un -2- porteur mobile tel qu'un armement air-sol. De plus, elles sont généralement limitées quant aux mouvements pris en compte par le traitement de l'image. Un but de la présente invention est de s'affranchir de ces limitations. L'invention propose ainsi un procédé d'acquisition d'image depuis un porteur mobile équipé d'un groupement d'éléments photosensibles, dans lequel on traite des images primaires issues du groupement d'éléments photosensibles sur la base d'informations de mouvement pour déterminer une image hyper-résolue ayant une résolution spatiale plus fine que celle des éléments photosensibles du groupement. Selon l'invention, les informations de mouvement comprennent des informations sur la trajectoire du porteur. Ainsi, c'est le mouvement propre du porteur qui engendre le déplacement optique pris en compte pour obtenir les images hyper-résolues. Même si on peut envisager dans certains cas de conserver des éléments optiques mobiles entre le groupement d'éléments photosensibles et la scène observée, le procédé permet d'obtenir les images primaires à travers des éléments optiques d'entrée fixes par rapport au groupement d'éléments photosensibles, ce qui facilite la mise en place du dispositif sur des porteurs soumis à de fortes sollicitations inertielles. Par " fixes ", on entend ici que les éléments ne bougent pas pendant l'acquisition d'une image hyper-résolue; cela n'exclut pas que des réglages de mise au point et/ou d'orientation de la ligne de visée impliquent de déplacer certains éléments optiques. Les informations de mouvement prises en compte dans le traitement d'images comprennent avantageusement une information sur la distance entre le porteur et la scène observée (obtenue par télémétrie ou par la technique GPS (" Global Positioning System "), et/ou des mesures inertielles provenant de capteurs embarqués sur le porteur. Un autre aspect de la présente invention se rapporte à un dispositif d'imagerie pour un porteur mobile, comprenant un groupement d'éléments photosensibles, des moyens d'entrée pour recevoir des informations de mouvement et des moyens de traitement d'images primaires issues du groupement d'éléments photosensibles, prenant en compte les informations de mouvement pour déterminer une image hyper-résolue ayant une résolution spatiale plus fine que celle des éléments photosensibles du groupement, lesdites informations de mouvement comprenant des informations sur la trajectoire du porteur. D'autres particularités et avantages de la présente invention -3- apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence au dessin annexé, dans lequel la figure unique est un schéma d'un dispositif d'imagerie selon l'invention. Ce dispositif d'imagerie comprend un détecteur matriciel 1 constitué par un dispositif à couplage de charges (CCD). Les éléments photosensibles de ce détecteur 1 fonctionnent dans le domaine de l'infrarouge ou du visible. La matrice est par exemple de 256 x 256 ou 512 x 512 pixels. La scène observée parvient au détecteur CCD 1 à travers une ouverture 2 et des éléments optiques d'entrée tels que des lentilles 3. Une unité de traitement de signal 5 reçoit les images primaires produites par le détecteur CCD 1 et délivre des images hyper-résolues (IHR) présentant une résolution spatiale plus fine que celle des images primaires. De façon connue, les images primaires issues du détecteur 1 et numérisées font d'abord l'objet d'un suréchantillonnage spatial par un module 6. A titre d'exemple, pour une hyper-résolution d'ordre 4, chaque pixel du détecteur 1 est transformée en un carré de 16 pixels plus petits (4 x 4). La valeur du pixel de l'image primaire est recopiée dans chacun des petits pixels de ce carré. Un module 7 applique à l'image primaire suréchantillonnée une transformation spatiale dont l'objet est de compenser le mouvement des images optiques sur le détecteur 1 entre deux instants d'échantillonnage successifs. Cette transformation spatiale correspond à un déplacement des pixels dans le plan du détecteur, ce déplacement étant par exemple quantifié par une matrice 2 x 2 et un vecteur de translation fournis par un module de calcul de correction spatiale 8 à chaque instant d'échantillonnage. La matrice de pixels suréchantillonnée et soumise à la transformation spatiale est de nouveau discrétisée suivant une grille fixe correspondant à la résolution de l'IHR. Pour affecter une valeur à un pixel de cette grille, on peut choisir la valeur du pixel le plus proche de l'image primaire suréchantillonnée et transformée, ou encore calculer un barycentre entre les valeurs des pixels les plus proches. Les images primaires suréchantillonnées, transformées et discrétisées suivant cette grille sont accumulées dans un plan mémoire 9, qui est lu et rafraîchi à une cadence donnée, inférieure à la cadence d'acquisition des images primaires. Avant cette lecture, la valeur de chaque pixel de la grille est divisée par le nombre d'images primaires ayant contribué à cette valeur, afin -4- que l'IHR soit composée de pixels moyennés. A titre d'exemple, huit images consécutives peuvent être accumulées dans le plan mémoire 9 avant de le rafraîchir. La grille de discrétisation correspond à l'image primaire suréchantillonnée obtenue lors du premier instant d'acquisition d'une série de huit instants consécutifs, et les matrices et vecteurs de transformation spatiale utilisés pour les sept instants suivants sont déterminés par le module 8 par rapport à cette grille. La transformation spatiale 7 est la composée d'une translation (vecteur T), d'une rotation (matrice R) et d'une homothétie (matrice H). Le porteur équipé du dispositif d'imagerie comporte des moyens de mesure de paramètres représentatifs de sa trajectoire. Ces parametres sont utilisés par le module 8 pour évaluer la transformation à appliquer aux images suréchantillonnées. Ce porteur peut notamment être un vecteur d'armement air-sol. Un tel vecteur est couramment pourvu d'une centrale inertielle appelée BSI (" Bloc Senseur Inertiel "), et il dispose généralement d'une information de télémétrie représentant la distance entre le vecteur et un objectif appartenant à la scène observée. Cette information de télémétrie peut être mesurée au moyen d'un récepteur GPS embarqué 11, déduite des mesures inertielles et/ou directement fournie par un télémètre. L'information de télémétrie, associée au grossissement procuré par l'optique d'entrée 3 du détecteur permet de déterminer le rapport d'homothétie (matrice H). Le BSI 10 comporte des capteurs inertiels, à savoir des gyromètres et accéléromètres, qui fournissent des mesures des mouvements de translation et de rotation du porteur dans l'espace. A l'aide d'une projection et d'un changement de repère, le module 8 transpose ces mouvements dans le plan du détecteur 1 pour estimer la matrice R et le vecteur T. Les résultats sont fournis au module 7 pour transformer les images primaires suréchantillonnées. Les informations spatiales prises en compte par le module 8 sont riches. Elles permettent de prendre en compte dans le traitement d'image à la fois des mouvements de translation de l'image optique sur le détecteur 1, des mouvements de rotation de l'image dans le plan du détecteur et le grossissement dû au rapprochement entre le vecteur et son objectif. La figure fournit une représentation synoptique des moyens de traitement d'image 5. En pratique, ces moyens 5 peuvent consister en un processeur de signal convenablement programmé ou en un circuit spécialisé. -5- REVENDICATIONS 1. Procédé d'acquisition d'image depuis un porteur mobile équipé d'un groupement d'éléments photosensibles (1), dans lequel on traite des images primaires issues du groupement d'éléments photosensibles sur la base d'informations de mouvement pour déterminer une image hyper-résolue ayant une résolution spatiale plus fine que celle des éléments photosensibles du groupement, caractérisé en ce que les informations de mouvement comprennent des informations sur la trajectoire du porteur. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les images primaires sont obtenues à travers des moyens optiques d'entrée (3) qui, au moins pendant l'acquisition d'une image hyper-résolue, sont immobiles par rapport au groupement d'éléments photosensibles (1). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les informations de mouvement comprennent une information sur la distance entre le porteur et une scène observée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les informations de mouvement comprennent des mesures inertielles provenant de capteurs (10) embarqués sur le porteur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le groupement d'éléments photosensibles (1) est bidimensionnel, et le traitement des images prend en compte des mouvements de translation des images primaires par rapport au groupement ainsi que des mouvements de rotation des images primaires par rapport au groupement. 6. Dispositif d'imagerie pour un porteur mobile, comprenant un groupement d'éléments photosensibles (1), des moyens d'entrée pour recevoir des informations de mouvement et des moyens (5) de traitement d'images primaires issues du groupement d'éléments photosensibles, prenant en compte les informations de mouvement pour déterminer une image hyperrésolue ayant une résolution spatiale plus fine que celle des éléments photosensibles du groupement, caractérisé en ce que les informations de mouvement comprennent des informations sur la trajectoire du porteur. -6- 7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant des moyens optiques d'entrée (3) fixes par rapport au groupement d'éléments photosensibles (1) . 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, dans lequel les informations de mouvement comprennent une information sur la distance entre le porteur et une scène observée. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel les moyens d'entrée sont couplés à des capteurs inertiels (10) embarqués sur le porteur. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le groupement d'éléments photosensibles (1) est bidimensionnel, et les moyens de traitement d'image (5) sont agencés pour prendre en compte des mouvements de translation des images primaires par rapport au groupement ainsi que des mouvements de rotation des images primaires par rapport au groupement.