Brevet FR2849219A1 — publié le 20040625

PROCEDE D'AGRANDISSEMENT DU CHAMP IMAGE D'UNE CAMERA A GROUPEMENT DANS LE PLAN FOCAL L'invention concerne un procédé d'agrandissement 5 du champ image d'une caméra à groupement d'éléments dans le plan focal, le champ image constitué de N pixels étant produit par la réunion d'images partielles balayées constituées chacune de N pixels L'invention concerne aussi des dispositifs pour la mise en oeuvre 10 de ce procédé. Pour acquérir un grand champ image avec une caméra à groupage d'éléments pour plan focal avec une grande définition, il faut utiliser un détecteur avec un grand nombre d'éléments (pixels) Ceci a un cot élevé, en 15 particulier dans le domaine infrarouge Selon une variante, le grand champ image peut aussi être composé à partir de plusieurs petites images décalées les unes par rapport aux autres Ceci exige un mécanisme de balayage pas à pas (ou "step-scan") par lequel l'axe 20 optique est décalé d'une image individuelle à l'autre mais reste fixe pendant le temps d'exposition Le problème, notamment avec des caméras qui sont montées sur une plate-forme mobile pour être orientées, est que le mouvement pas à pas par à-coup produit des moments 25 de torsion perturbateurs qui peuvent avoir une influence négative sur l'orientation De plus, un mouvement pas à pas est lié à une consommation accrue d'énergie. L'invention vise un procédé produisant un balayage 30 pas à pas avec éléments de balayage à mouvement continu. Pour un procédé du type mentionné en introduction, ce problème est résolu par le fait que, à l'aide d'au moins deux prismes de réfraction à rotation continue, 35 on forme un modèle de balayage cycloidal qui a la forme d'une astrode, le nombre des pointes (sommets) correspondant aux points d'inversion du mouvement de balayage de la figure d'astroide correspondant au nombre des images partielles, et on utilise l'inversion 5 de mouvement aux pointes de la figure d'astroide pour maintenir le flou d au procédé de balayage en dessous de la taille d'un pixel pendant le temps d'exposition d'une image individuelle. Le principe de balayage utilisé est connu depuis 10 longtemps, par exemple par J M Lloyd, Thermal Imaging Systems, 1975 Plenum Press, N Y Avec deux prismes de réfraction (dits réfractifs) rotatifs, on peut, par un choix approprié des angles de déviation et des vitesses de rotation, produire différents modèles de balayage, 15 entre autres le modèle d'astrode proposé selon l'invention Dans le passé, des modèles de balayage analogues (cyclodes) servaient à l'acquisition d'un champ image à deux dimensions à l'aide d'un détecteur unique ou d'une ligne de détecteurs. Au contraire, l'invention propose d'utiliser une image déjà bidimensionnelle à la place d'un point de détecteur individuel ou d'une ligne de détecteurs et d'exploiter l'inversion de mouvement aux pointes de la figure d'astroide pour maintenir le flou d au procédé 25 de balayage en dessous de la taille d'un pixel pendant le temps d'exposition d'une image individuelle. La réalisation du procédé de balayage pas à pas à l'aide de prismes à rotation continue selon l'invention simplifie la commande électronique du système de 30 balayage, diminue la consommation d'énergie, réduit la chaleur dissipée dans le dispositif d'entraînement du système de balayage et empêche la formation de moments de torsion périodiques perturbateurs Ces avantages sont d'une grande importance lors de l'utilisation du 35 système de balayage dans des têtes chercheuses avec plates-formes de pivotement et d'inclinaison, telles celles utilisées par exemple dans des engins balistiques. D'autres détails de l'invention se déduisent de la 5 description ci-après qui explique un exemple de réalisation de l'invention à l'aide des figures annexées, Figure 1 Figure 2 Figure 3 15 Figure 4 Figure 5 20 Figure 6 qui montrent: : schématiquement, la composition de l'image globale à partir de quatre images individuelles; : schématiquement, la structure d'un dispositif de caméra servant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; : la marche des rayons dans les deux prismes tournant en sens contraire; : schématiquement, la production du modèle de balayage; : le modèle de balayage dans une représentation paramétrique; et : une représentation pour le calcul du flou d'image. La figure 1 montre schématiquement la composition de l'image globale ayant par exemple 456 x 456 pixels à partir de quatre images individuelles 1 à 4 ayant 25 chacune 256 x 256 pixels La distance entre les centres d'image vaut 200 pixels; la zone de chevauchement a donc à chaque fois 56 pixels de large Les quatre images sont obtenues à l'endroit des pointes (sommets) d'un mouvement de balayage S en forme d'astrode dont 30 la production est décrite ci-dessous Dans la marge des zones de chevauchement des images individuelles, on a indiqué quatre positions R' pour des repères d'alignement; dans la zone de chevauchement centrale, on a indiqué la position pour un repère d'alignement 35 temporaire R en vue de l'alignement de l'image globale. La figure 2 montre schématiquement la structure d'un dispositif de caméra servant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention Ce dispositif de caméra est constitué d'une caméra 1 en amont de laquelle sont 5 branchés deux éléments optiques 2 pour la déviation de la direction de visée Un dispositif 3 sert à la projection de repères d'alignement. La figure 3 montre la marche des rayons dans les deux éléments de déviation optiques Ces éléments sont 10 constitués de deux prismes A et B à rotation continue autour d'un axe commun mais en sens contraire avec les vitesses angulaires À et ò B L'axe optique du système est dévié selon la position en rotation. Les dispositifs selon les figures 2 et 3 font 15 partie de l'état de la technique; ils servent simplement à illustrer les explications ci-après. La figure 4 montre la déviation de la direction de visée en raison de l'interaction des deux prismes pendant un quart de cycle, à savoir entre les positions 20 de balayage 1 et 2 du mouvement de balayage S Pour le modèle de balayage complet, on a: Angle de déviation de prisme:a A = 3 B Angle maximal de déviation totale: Xmax = 4 B Vitesse de rotation: A = 1/3 B Suivant une observation précise, l'angle de déviation au niveau du prisme B dépend en fait de l'angle sous lequel l'axe optique arrive sur le prisme. La variation dans cet angle d'incidence est toutefois très petite de telle sorte que les déductions ci30 dessous sont valables avec une bonne approximation; de toute façon, seuls les points d'inversion du mouvement de balayage sont importants pour la description du procédé. La représentation paramétrique du modèle de 35 balayage selon la figure 5 correspond à : x = 3 a cos cnt + a cos 3 cnt y = 3 a sin t a sin 3 c 3 t avec (a:facteur de cadrage pour l'angle de déviation Un développement en série à to = O (selon point 11 " 3 " 11) donne: x = 3 ox ( 1 0,5 032 t 2) + a ( 1 4,5 W 2 t 2) = 4 O 6 C c 2 t 2 y = 3 a ct 3 a À ot + O ( 03 t)3 10 = O ( O t)3 c'est-à-dire que la vitesse de balayage à to = O disparaît; pour Ito Ceci est valable pour tous les points d'angles du modèle de balayage. Il en résulte obligatoirement que, pour un modèle de balayage tourné de 45 selon la figure 5, un champ image total rectangulaire est composé de quatre images 20 individuelles rectangulaires. Le calcul du flou d'image à to = O (selon point " 3 ") donne selon la figure 6: x = x O 8 x = 4 (o 6 o 02 ôt 2 ôx = 6 2 ôt 2. Avec xo = 4 c, on obtient Èx = ( 3/2) x O O 2 ôt 2. avec L = J 2 x O et 3 = 2 x / Tper = / ( 2 At) ; et Èt = tint / 2, on obtient: Èx = 3 X 2 / ( 32 X 2) (tint / At)2 À L 30 = 0,65 (tint / At)2 L Avec: ôx Grandeur du flou d'image dans la direction x 6 t Durée déterminante pour le flou d'image L Décalage spatial entre deux images Tper Période de révolution pour la figure d'astrode At Ecart temporel entre deux images partielles successives tint Temps d'intégration pour une image. Le flou d'image pendant le temps d'exposition se produit le long des diagonales de pixels Pour que le flou d'image reste à l'intérieur d'un pixel, de la formule ci-dessus résulte le rapport ci-dessous du 10 temps d'exposition au temps de balayage ("efficacité de balayage") : Èx = 0,65 (tint / At)2 L On attire l'attention sur le fait que, à la place des prismes réfractifs utilisés dans l'exemple de réalisation décrit, on peut aussi utiliser d'autres 20 éléments appropriés pour la déviation de l'axe optique, par exemple des surfaces réfléchissantes ou des éléments optiques actifs, dans la mesure o la plage spectrale à traiter l'autorise. De plus, on peut aussi utiliser le cas échéant 25 plus de deux éléments pour produire le mouvement de balayage. Un ajustage précis de l'axe optique est possible en plus au moyen d'une inclinaison des axes de rotation des prismes. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. En résumé, Le champ constitué de N pixels produit par réunion d'images partielles ( 1 à 4) balayées de n 5 pixels chacune est tel que, avec au moins deux prismes de réfraction à rotation continue (A, B), on forme un modèle de balayage cycloidal, en forme d'astroide, le nombre des pointes qui correspond aux points d'inversion du mouvement de balayage (S) de l'astroide 10 correspondant au nombre des images partielles ( 1 à 4). On utilise l'inversion de mouvement aux pointes de l'astrode pour que le flou d au balayage soit inférieur à un pixel pendant le temps d'exposition d'une image individuelle ( 1 à 4) Le temps 15 d'intégration d'une image individuelle ( 1 à 4) est court comparé au temps entre deux images individuelles ( 1 à 4). $ REVENDICATIONS 1 Procédé d'agrandissement du champ image d'une caméra à groupement d'éléments dans le plan focal, le 5 champ image constitué de N pixels étant produit par la réunion d'images partielles ( 1 à 4) balayées constituées chacune de N pixels, caractérisé en ce que à l'aide d'au moins deux prismes de réfraction à 10 rotation continue(A, B), on forme un modèle de balayage cyclodal qui a la forme d'une astrode, le nombre des pointes, correspondant aux points d'inversion du mouvement de balayage (S) de la figure d'astrode correspondant au nombre des images 15 partielles ( 1 à 4), et on utilise l'inversion de mouvement aux pointes de la figure d'astrode pour maintenir le flou d au procédé de balayage en dessous de la grandeur d'un pixel pendant le temps d'exposition d'une image 20 individuelle ( 1 à 4). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point d'inversion est situé à chaque fois approximativement au milieu du temps d'exposition des images individuelles ( 1 à 4). 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on produit quatre images partielles ( 1 à 4) avec une figure d'astroide à quatre pointes et en ce qu'on les réunit en les faisant se chevaucher. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans la zone de chevauchement des images individuelles ( 1 à 4) , on projette au moins un repère d'alignement (R, R') dont la ou les positions sont mesurées dans chaque image individuelle ( 1 à 4) par 35 traitement d'image et en ce que, à partir de là, on mesure le décalage effectif entre les images individuelles ( 1 à 4) et on assemble exactement l'image globale à partir des images individuelles ( 1 à 4). Procédé selon la revendication 4, caractérisé 5 en ce qu'on projette les repères d'alignement (R') de manière limitée temporellement à quelques cycles de balayage. 6 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on projette les repères d'alignement (R) en 10 permanence dans la zone marginale de l'image globale.