Brevet FR2865456A1 — publié le 20050729

L'invention part d'un élément d'enveloppe d'aéronef avec un corps d'enveloppe qui forme une cavité intérieure et comprend une fenêtre transparente. L'invention part en outre d'un procédé de prise d'un certain nombre d'images de l'environnement d'un dispositif à caméra, dans lequel un élément optique est déplacé dans une position initiale, une image est prise à travers une fenêtre transparente d'un élément d'enveloppe d'aéronef entourant au moins partiellement l'élément optique, l'élément optique est déplacé dans une nouvelle position et une nouvelle image est prise à travers la fenêtre transparente. o Pour prendre des images de l'environnement d'un aéronef, par exemple pour cartographier l'environnement, il est connu de prendre des images à travers une fenêtre transparente de l'enveloppe de l'aéronef. Si l'on prend des images au grand angle de l'environnement ou un nombre d'images tout autour de l'aéronef, on peut envisager de loger une caméra dans un dôme en verre avec vue entièrement circulaire. La réalisation d'un dôme de ce type, qui convient en particulier pour prendre des images infrarouges, est toutefois complexe. De plus, la courbure de l'enveloppe du dôme entraîne forcément des distorsions optiques qui rendent plus difficile le traitement d'images à grande résolution. La présente invention a donc pour but de créer une possibilité d'améliorer la prise d'images à grande résolution, depuis un aéronef. Ce but est atteint avec un élément d'enveloppe d'aéronef du type précité dans lequel le corps d'enveloppe est monté de manière à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation. L'invention part de la réflexion selon laquelle pour prendre des images de haute résolution depuis un aéronef, il est inévitable de désaccoupler un dispositif à caméra de prise de vues du mouvement de l'aéronef. Dans le cas d'un désaccouplement des mouvements de la caméra et de 3o l'aéronef, la caméra est déplacée également par rapport à un dôme en verre. Ce mouvement relatif entraîne des mouvements de distorsion 2865456 2 optique dans les images prises, lesquelles distorsions ne peuvent être que difficilement éliminées. L'inconvénient des distorsions optiques et de la grande complexité de fabrication d'un dôme en verre, peut être évité par une fenêtre transparente constituée d'un certain nombre de vitres individuelles aux faces planes et parallèles, ce qui permet d'obtenir aussi une vue circulaire autour du dispositif à caméra. Mais les transitions entre les différentes vitres entraînent une perte optique inévitable par un obscurcissement et une division pupillaire. Si l'on réduit le nombre de to vitres individuelles, leur taille augmente, et l'angle d'incidence du rayonnement devient d'autant plus grand, le problème du traitement de la réflexion se posant ici notamment dans le cas d'un dispositif à caméra prenant des vues dans l'infrarouge. De plus la complexité technique pour la fabrication d'une fenêtre à facettes avec une transmission infrarouge pour une optique conçue à la limite de diffraction, est considérable. L'invention est basée d'autre part sur la réflexion selon laquelle on peut éviter l'inconvénient d'une fenêtre à facettes si la fenêtre transparente est formée d'une fenêtre individuelle, par exemple d'une seule vitre à faces planes et parallèles, qui peut suivre le mouvement du dispositif à caméra. De ce fait, les images dans différentes directions sont toujours prises à travers la même fenêtre transparente. On peut obtenir cette mobilité de la fenêtre transparente en la disposant dans un corps d'enveloppe qui est monté de manière à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation. Un élément d'enveloppe d'aéronef équipé d'un tel corps d'enveloppe et d'une fenêtre transparente de ce type est largement exempt de distorsions optiques, robuste, simple et d'une fabrication à un coût avantageux. Un élément d'enveloppe d'aéronef est un élément qui est prévu pour former une partie de l'enveloppe extérieure de l'aéronef. Il peut comprendre, outre le corps d'enveloppe, un moteur, une commande ou un palier par rapport au coussinet extérieur duquel le corps d'enveloppe peut tourner. Le corps d'enveloppe est prévu pour un support tournant, par exemple par le fait qu'il porte un palier ou qu'il est prévu pour la fixation dans ou sur un palier. Le corps d'enveloppe peut présenter une forme semisphérique, cylindrique avec ou sans couvercle, ou être au moins de forme en partie sphérique. Il est possible aussi que le corps d'enveloppe présente une forme sphérique au moins sur quelques degrés de sa largeur et qu'il soit monté de manière à se déplacer suivant deux dimensions dans des coordonnées sphériques. Un axe de rotation du corps d'enveloppe est disposé avantageusement à l'extérieur de la to fenêtre transparente, ce qui fait que l'on peut prendre des images sur une grande plage angulaire. En outre, la fenêtre transparente peut évidemment tourner en étant fermé vers l'extérieur, de sorte qu'en cas de rotation de la fenêtre transparente, le dispositif à caméra reste protégé contre des forces externes. De manière avantageuse, le corps d'enveloppe est monté de manière à pouvoir tourner de 360 . Ceci autorise une vue circulaire à travers la fenêtre transparente. Par un support pouvant tourner de 360 , on entend un support de la fenêtre transparente tel, que la fenêtre transparente puisse entièrement tourner autour de l'axe de rotation. On entend par là aussi un champ visuel conique complet. Un autre avantage de l'invention s'obtient par au moins deux fenêtres transparentes montées tournantes autour d'un axe de rotation commun. Une caméra peut prendre des images successivement à travers les deux fenêtres transparentes ce qui fait que l'on peut éviter que la fenêtre transparente ne suive avec un grand mouvement de pivotement de la caméra ou d'un élément optique de la caméra. Il est possible aussi que deux caméras prennent simultanément des images à travers les deux fenêtres transparentes. En particulier pour la prise d'images de grande résolution, la fenêtre transparente comprend avantageusement une vitre transparente à faces planes et parallèles. On peut obtenir par là une vue largement sans distorsion à travers la fenêtre transparente. L'invention propose en outre un système optique avec un élément d'enveloppe d'aéronef comme décrit précédemment, qui comprend un élément optique disposé dans la cavité intérieure. A l'aide de l'élément optique, on peut prendre des images à haute résolution sensiblement sans distorsion, à travers la fenêtre transparente mobile. Le système sert à prendre des vues de son environnement, l'élément optique pouvant être une caméra, une lentille ou un miroir. Si la cavité intérieure est disposée de manière à ressortir au moins en partie de l'enveloppe extérieure environnante de l'aéronef, ceci rend possible une vue circulaire de l'élément optique à travers la fenêtre transparente. De manière avantageuse, l'élément optique est monté de manière à pouvoir tourner indépendamment du corps d'enveloppe. On peut obtenir par là une commande simple du mouvement du corps d'enveloppe et la complexité pour le mouvement du corps d'enveloppe peut être maintenue réduite. Une grande accélération d'un élément optique éventuellement léger peut être désaccouplée d'une accélération du corps d'enveloppe. En particulier, le corps d'enveloppe est monté de manière à pouvoir tourner autour d'un premier axe et l'élément optique autour d'un deuxième axe qui est mobile indépendamment du premier axe. Le support du corps d'enveloppe peut être maintenu simple avec un mouvement important de l'élément optique. L'élément optique peut être supporté par exemple par un joint à la Cardan. On obtient un autre avantage si le système optique comprend un dispositif de commande qui est conçu pour la commande d'un mouvement de l'élément optique et du corps d'enveloppe, les mouvements étant en relation les uns avec les autres. L'élément optique peut suivre un mouvement de la fenêtre transparente et inversement, sans que ceci entraîne une complexité mécanique particulière. De manière avantageuse, le dispositif de commande est prévu pour une rotation continue du corps d'enveloppe avec rotation pas à pas simultanée de l'élément optique. Le corps d'enveloppe, éventuellement lourd, peut être mu de cette façon avec une faible accélération, en particulier uniforme, l'élément optique pouvant être à l'arrêt pour la prise d'une image. Pendant la prise de vues, le corps d'enveloppe continue de tourner. La fenêtre transparente est ici avantageusement plus grande que l'ouverture d'entrée de l'élément optique. Par ailleurs, l'invention propose que le système optique comprenne un dispositif à caméra pour la prise de vues, le dispositif de commande étant prévu pour la commande d'un mouvement de l'élément optique dans une position initiale, la prise d'une image à travers la fenêtre transparente, un mouvement consécutif de l'élément optique dans une to nouvelle position, un mouvement d'entraînement de la fenêtre transparente avec l'élément optique et pour une nouvelle prise d'une image à travers la fenêtre transparente. On peut prendre une succession d'images dans différentes directions à travers une fenêtre transparente relativement petite. L'entraînement est ici tel que les images peuvent être prises à travers la fenêtre transparente entraînée. Les mouvements peuvent être synchrones ou désaccouplés les uns des autres. Par ailleurs il est proposé que le dispositif de commande soit prévu pour la commande de la prise d'une image à travers la fenêtre transparente, pour la commande d'un mouvement de retour de l'élément optique dans la position initiale et pour la nouvelle prise d'une image à travers une autre fenêtre transparente. Un corps d'enveloppe éventuellement relativement lourd ne doit pas de cette façon être entraîné avec un mouvement de retour de l'élément optique, et ne doit être orienté de manière que seule la fenêtre transparente supplémentaire autorise la prise d'une image à partir de la position initiale. Le but mentionné ci-dessus est en outre atteint par un procédé du type précité dans lequel, suivant l'invention, la fenêtre transparente est entraînée avec le mouvement de l'élément optique, de la position initiale à la nouvelle position. Il est possible d'obtenir la prise, largement sans distorsion d'images à haute résolution d'une grande plage angulaire de l'environnement avec un travail de fabrication relativement réduit de l'élément d'enveloppe d'aéronef. Les entraînements peuvent s'effectuer de manière synchrone ou désaccouplés les uns des autres. D'autres avantages ressortent de la description faite ci-après des dessins. Les dessins représentent des exemples de réalisation de 5 l'invention. Il est montré : Fig. 1 un dispositif à caméra dans un système de cadre à joint à la Cardan, Fig. 2 un élément d'enveloppe d'aéronef dans une vue en perspective, to Fig. 3 une vue en coupe de l'élément d'enveloppe d'aéronef, Fig. 4 une vue en coupe schématique d'un autre dispositif à caméra, Fig. 5 un schéma de montage avec un dispositif de commande, Fig. 6 un diagramme de l'angle de rotation d'un élément optique et d'une fenêtre transparente en fonction du temps, Fig. 7 une vue de détail de la figure 7 et Fig. 8 des images prises représentées de manière schématique sur une plage angulaire. La figure 1 montre un dispositif à caméra 2 pour la prise de vues par un élément optique 4 sous forme de lentilles. Le dispositif à caméra 2 est monté dans un système à cadre 6 à joint à la Cardan qui comprend deux axes de rotation 8, 10 disposés perpendiculairement l'un à l'autre, qui maintiennent un plateau tournant 12 de manière qu'il puisse tourner dans deux dimensions. Sur le plateau tournant 12 est fixé le dispositif à caméra 2. Le système à cadre 6 est fixé à l'aide de deux éléments de fixation 14 dans un aéronef non représenté. Le plateau tournant 12 est relié à un dispositif de mouvement 16 qui est mobile, grâce à un dispositif de commande 18 (figure 5) et un entraînement motorisé 20. Le plateau tournant 12 est monté de manière qu'il puisse être désaccouplé de petits mouvements de l'aéronef. En outre, le plateau tournant 12 peut entièrement tourner autour d'un axe de rotation 24, dans une direction de rotation 22. La figure 2 montre un élément d'enveloppe d'aéronef 26 qui dépasse d'un segment d'enveloppe d'aéronef 28 l'entourant. L'élément d'enveloppe d'aéronef 26 comprend un corps d'enveloppe 30 métallique en forme de coupole dans lequel sont disposées quatre fenêtres transparentes 32, 34. Les fenêtres transparentes 32, 34 sont fabriquées en un matériau résistant qui est transparent à la lumière dans une gamme de longueurs d'ondes infrarouges. Les fenêtres transparentes 32, 34 ont des faces planes et parallèles et un périmètre circulaire. Le corps d'enveloppe 30 est monté de manière à pouvoir tourner autour to d'un axe de rotation 36 dans la direction de rotation 38, l'axe de rotation 36 prenant une direction fixe par rapport au segment d'enveloppe d'aéronef 28. Du fait du système à cadre 6 à joint à la Cardan et du plateau tournant 12 mobile, l'axe de rotation 24 du dispositif à caméra 2 est déplaçable par rapport à l'axe de rotation 36 du corps d'enveloppe 30. L'élément d'enveloppe d'aéronef 26 est reproduit dans une vue en coupe schématique sur la figure 3. Le corps d'enveloppe 30 enferme en partie une cavité intérieure 40 dans laquelle est disposé le dispositif à caméra 2 représenté de manière schématique. L'élément optique 4 est orienté vers la fenêtre transparente 32, ce qui fait que le dispositif à caméra 2 est prévu pour prendre des vues d'un environnement de l'élément d'enveloppe d'aéronef 26, à travers la fenêtre transparente 32. A son extrémité inférieure sur la figure 3, l'élément d'enveloppe d'aéronef 26 comprend un palier 42 par lequel le corps d'enveloppe 30 est monté tournant à l'intérieur du segment d'enveloppe d'aéronef 28. Pour assurer l'étanchéité d'une fente, deux éléments d'étanchéité à glissement 44 sont prévus entre le corps d'enveloppe 30 et le segment d'enveloppe d'aéronef 28. Au pied du corps d'enveloppe 30 est fixée une roue dentée 46 dans laquelle s'engage une roue dentée non représentée d'un moteur d'entraînement 48 (figure 5). La figure 4 montre une variante 50 du dispositif à caméra avec un élément optique 52 réalisé sous la forme d'un miroir. Le dispositif à 2865456 8 caméra 50 est monté dans un cadre 54 qui est suspendu par un joint à la Cardan dans un aéronef. Le cadre 54 et avec celui-ci le dispositif à caméra 50 et l'élément optique 52 sont disposés de manière à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation 56. Dans cette forme de réalisation du dispositif à caméra 50, il est possible que seul l'élément optique 52 soit disposé à l'intérieur d'une cavité intérieure d'un corps d'enveloppe d'un élément d'enveloppe d'aéronef, ce qui fait que ce corps d'enveloppe peut être réalisé très petit et dépasser légèrement d'un segment d'enveloppe d'aéronef. Dans une variante de réalisation, seul l'élément optique 52 peut tourner, tandis que le dispositif à caméra 50 est fixe. La figure 5 montre un schéma de montage avec le dispositif de commande 18, l'entraînement 20 pour le mouvement du plateau tournant 12 et un moteur d'entraînement 48 pour l'entraînement en rotation du corps d'enveloppe 30. Au dispositif de commande 18 sont reliés en outre deux capteurs 58, 60, le capteur 58 étant prévu pour détecter un angle de rotation $ du dispositif à caméra 2 et de l'élément optique 4, et le capteur 60 est prévu pour la détection d'un angle de rotation (D du corps d'enveloppe 30 par rapport à un point zéro de l'angle de rotation d'un système définissant le point zéro de l'angle de rotation, par exemple d'un système à gyroscope. En outre, le dispositif de commande 18 est relié à un autre dispositif de commande 62 qui contient des données relatives aux mouvements de l'aéronef et aux images à prendre. La fig. 6 montre dans un diagramme schématique, les angles de rotation et (D du dispositif à caméra 2 ou du corps d'enveloppe 30 pendant la prise d'un certain nombre d'images, pendant le temps t. Un détail à plus grande échelle de la figure 6 est représenté sur la figure 7. A un instant tl, l'élément optique 4 est disposé dans une position initiale qui est indiquée sur les figures 6 et 7 par (D = zéro degré. Entre les instants ti et t2, le dispositif de commande 18 vérifie la position initiale de l'élément optique 4 et constate que l'élément optique 4 est 2865456 9 stabilisé en inertie, c'est-à-dire qu'il se trouve par exemple dans la position angulaire constante c = constante. A l'exception d'une erreur résiduelle possible du mouvement de stabilisation par la suspension à cardan du plateau tournant 12, l'élément optique 4 est donc au repos. A l'instant t2, le dispositif de commande 18 autorise la prise d'une première image 64 qui est prise par le dispositif à caméra 2 à travers la fenêtre transparente 32 du corps d'enveloppe 30. De t2 à t3, cette première image 64 est éclairée environ 25 ms. A la fin de l'éclairage, le dispositif de mouvement 16 est commandé de 1 o manière que le plateau tournant 12 - et avec lui le dispositif à caméra 2 et l'élément optique 4 - soit tourné d'un angle de 1 = 9 . De manière analogue à l'exposition de la première image 64, le dispositif de commande 18 vérifie à nouveau la position de repos de l'élément optique, avant d'autoriser la prise d'une deuxième image 64. Après la prise de la deuxième image 64, l'élément optique 4 est à nouveau tourné de 9 et une troisième image 64 est prise. De cette façon, après une rotation de 9 chaque fois, il est pris au total dix images 64, l'élément optique 4 étant disposé dans une position angulaire = 81 pendant la prise de la dixième image 64. Les dix images 64 prises sont représentées de manière schématique sur la figure 8. Elles forment chacune une coupe angulaire de 10 x 10 de l'environnement de l'élément d'enveloppe d'aéronef 26 et se chevauchent de 1 dans la direction de rotation 22. Pendant la prise des dix images 64, la fenêtre transparente 32 suit dans un mouvement de rotation continu l'élément optique 4 (ligne en pointillé), ce qui fait que l'angle de rotation 1 du corps d'enveloppe 30 ou de la fenêtre transparente 32 augmente linéairement. La taille des fenêtres transparentes 32, 34 est choisie ici de manière que pendant tout le temps d'exposition des images 64, il ne se produise aucun obscurcissement du fait des bords des fenêtres transparentes ou du cadre sur les images 64. Le diamètre des fenêtres transparentes 32, 34 i0 est d'environ 15 cm, et à travers la fenêtre transparente 32 on pourrait prendre une image de la taille de 15 x 15 avec le dispositif à caméra 2. Pendant la prise d'une image, le faisceau des rayons s'étend approximativement perpendiculairement à travers les fenêtres transparentes 32, 34 aux faces planes et parallèles, ce qui permet de maintenir très faible la distorsion optique. La vitesse de rotation continue des fenêtres transparentes 32, 34 n'entraîne pas un défaut optique notable pendant la prise de vues. Après la prise de la dixième image 64 dans la position angulaire 4) = 81 , to le dispositif à caméra 2 - et avec lui l'élément optique 4 - est repivoté dans la position initiale ô = 0 . Après que la position initiale a été atteinte et après expiration d'un temps de contrôle, tel que décrit ci-dessus, par le dispositif de commande 18, une onzième image 64 est prise par le dispositif à caméra 2. Pendant la prise de la onzième image 64, la fenêtre transparente 32 atteint la position angulaire (D = 90 . Etant donné que les fenêtres transparentes 32, 34 sont disposées décalées l'une par rapport à l'autre de (D = 90 , la fenêtre transparente 34 est maintenant dans la position (D = 0 . La onzième image 64 est ainsi prise à travers la fenêtre transparente 34. Etant donné que le repivotement de l'élément optique 4 depuis la position angulaire = 81 dans la position initiale, prend quelque temps, le mouvement de rotation du corps d'enveloppe 30 pendant ce temps est légèrement freiné, ce qui fait que la fenêtre transparente 34 parvient, pendant l'exposition de la onzième image 64, dans la position = 0 . La onzième image 64 et ensuite la douzième jusqu'à la vingtième image 64 sont prises de manière analogue, comme décrit pour les dix premières images 64. Pour éviter la petite discontinuité du mouvement de rotation uniforme du corps d'enveloppe 30, il est possible aussi de ne prendre que neuf images 64 dans le sens de rotation 22 et d'utiliser le temps de la dixième image 64 pour repivoter le dispositif à caméra 2. Il serait 2865456 Il possible aussi de ne prévoir que trois fenêtres transparentes 32, 34 dans le corps d'enveloppe 30, de sorte qu'après la prise d'image 64, sur une plage angulaire cl) = 90 , on disposerait encore d'un peu de temps pour le repivotement, avant que la fenêtre transparente 34 suivante ne parvienne dans la position initiale 1 = 0 . l2 Liste des références 2 dispositif à caméra 4 élément optique 6 système à cadre 8 axe de rotation 10 axe de rotation 12 plateau tournant 14 élément de fixation 16 dispositif de mouvement 18 dispositif de commande entraînement 22 direction de rotation 24 axe de rotation 26 élément d'enveloppe d'aéronef 28 segment d'enveloppe d'aéronef 30 corps d'enveloppe 32 fenêtre transparente 34 fenêtre transparente 36 axe de rotation38 direction de rotation 40 cavité intérieure 42 palier 44 élément d'étanchéité à glissement 46 roue dentée 48 moteur d'entraînement dispositif à caméra 52 élément optique 54 cadre 56 axe de rotation 58 capteur capteur 62 dispositif de commande 64 image angle de rotation (D angle de rotation REVENDICATIONS 1. Elément d'enveloppe d'aéronef (26) avec un corps d'enveloppe (30) qui forme une cavité intérieure (40) et une fenêtre transparente (32, 34), caractérisé en ce que le corps d'enveloppe (30) est monté de manière à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation (36). 2. Elément d'enveloppe d'aéronef (26) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps d'enveloppe (30) est monté de manière à pourvoir tourner de 360 . to 3. Elément d'enveloppe d'aéronef (26) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins deux fenêtres transparentes (32, 34) sont montées de manière à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation (36) commun. 4. Elément d'enveloppe d'aéronef (26) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fenêtre transparente (32, 34) comprend une vitre transparente à faces planes et parallèles. 5. Système optique avec un élément d'enveloppe d'aéronef (26) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par un élément optique (4, 52) disposé dans la cavité intérieure (40). 6. Système optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément optique (4, 52) est monté de manière à pouvoir tourner indépendamment du corps d'enveloppe (30). 7. Système optique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par un dispositif de commande (18) qui est aménagé pour la commande d'un mouvement de l'élément optique (4, 52) et du corps d'enveloppe (30), les mouvements étant en relation les uns avec les autres. 8. Système optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de commande (18) est prévu pour une rotation continue du corps d'enveloppe (30) avec rotation pas à pas simultanée de l'élément optique (4, 52). 9. Système optique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par un dispositif à caméra (2, 50) pour prendre une image (64), le dispositif de commande (18) étant prévu pour la commande d'un mouvement de l'élément optique (4, 52) dans une position initiale, d'une prise d'une image (64) à travers la fenêtre transparente (32, 34), un mouvement consécutif de l'élément optique (4, 52) dans une nouvelle position, un mouvement d'entraînement de la fenêtre transparente (32, 34) avec l'élément optique (4, 52) et pour une nouvelle prise d'une image (64) à travers la fenêtre transparente (32, 34). 10. Système optique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de commande (18) est prévu pour la commande d'une prise Io d'une image (64) à travers la fenêtre transparente (32, 34), pour la commande d'un mouvement de retour de l'élément optique (4, 52) dans la position initiale et pour la nouvelle prise d'une image (64) à travers une autre fenêtre transparente (32, 34). 11. Procédé de prise de vues d'un nombre d'images (64) de l'environnement d'un dispositif à caméra (2, 50), dans lequel un élément optique (4, 52) est déplacé dans une position initiale, une image (64) est prise à travers une fenêtre transparente (32, 34) d'un élément d'enveloppe d'aéronef (26) entourant au moins partiellement l'élément optique (4, 52), l'élément optique (4, 52) est déplacé dans une nouvelle position et une nouvelle image (64) est prise à travers la fenêtre transparente (32, 34), caractérisé en ce que la fenêtre transparente (32, 34) est entraînée avec le mouvement de l'élément optique (4, 52), de la position initiale à la nouvelle position.