Brevet FR2866504A1 — publié le 20050819

L'invention concerne un procédé pour la correction dynamique des courbes caractéristiques d'un détecteur d'images matriciel. En particulier, l'invention concerne la correction des courbes caractéristiques dans le cas de détecteurs d'images matriciels qui fonctionnent dans la gamme spectrale de l'infrarouge. De tels détecteurs d'images sont utilisés par exemple dans des tètes chercheuses ou autodirecteurs passifs à. infrarouge avec traitement des images, au moyen desquels des missiles guidés ou des projectiles guidés en phase finale sont dirigés vers une cible. Les détecteurs d'images matriciels sont ordinairement constitués par un système bidimensionnel d'éléments 15 détecteurs. Une image d'une scène observée est formée sur ce système. Chacun des éléments détecteurs délivre un signal dans la mesure de la luminosité de l'élément d'image détecté par l'élément détecteur. Ces signaux sont convertis en numérique et soumis à un traitement 20 d'image. Le signal de sortie dépend ainsi de la luminosité de l'élément d'image selon une courbe caracteristique du détecteur. Cette courbe caractéristique est différente d'un élément détecteur à. l'autre. Il peut être en outre superposé, à la luminosité de l'élément d'image produite par le rayonnement issu de la scène, un rayonnement qui frappe l'élément détecteur en provenance d'éléments fixés au 10 missile, par exemple d'une coiffe qui s'échauffe au cours du vol. En conséquence, une seule et même luminosité de l'image de la scène peut conduire, au niveau d'éléments détecteurs différents, à des amplitudes différentes des signaux. De ce fait, les courbes caractéristiques des détecteurs ont des décalages différents et des pentes (gains) différentes. Ces différences dans les courbes caractéristiques des détecteurs conduisent à ce qu'au niveau du détecteur d'images matriciel, il est superposé, aux informations d'image proprement dites, un modèle fixe dû au détecteur. On désigne cette partie des signaux par "bruit stable. Il est connu de corriger de telles différences dans les courbes caractéristiques des éléments détecteurs individuels au moyen d'une "correction à deux échelons". Dans ce cas, le système entier de prise de vues, y compris le détecteur d'images matriciel, est étalonné à l'aide de deux surfaces de référence homogènes. En admettant que les courbes caractéristiques des détecteurs puissent être considérées comme linéaires avec une exactitude suffisante, cette correction à deux échelons fournit, pour chaque élément détecteur, une valeur de correction pour le décalage et la pente de la courbe caractéristique. Un tel étalonnage ne convient pas pour l'utilisation pratique de tètes chercheuses passives à infrarouge. En particulier, un tel étalonnage ne peut pas prendre en considération la dérive des paramètres qui se produit dans le cas de l'utilisation réelle, ni les modifications qui résultent d'une variation de l'angle bigle du détecteur d'images matriciel par rapport à la structure du missile. Il est connu par ailleurs de déterminer les courbes caractéristiques des éléments détecteurs, sur toute la plage de travail, au cours de la fabrication du système par un processus d'étalonnage compliqué et coûteux. Les courbes caractéristiques des détecteurs sont stockées dans une mémoire numérique. Ce procédé est très coûteux. Les dérives à long terme et les influences provenant des informations en infrarouge elles-mêmes ne peuvent pas être compensées de cette manière. L'invention a pour but de corriger de manière simple les différences dans les courbes caractéristiques des éléments détecteurs d'un détecteur d'images matriciel. D'après l'invention, ce but est atteint par le fait L'idée de base de l'invention est la suivante: lorsqu'une scène est balayée sur une grande distance au moyen du détecteur d'images matriciel, les éléments détecteurs voisins du détecteur d'images matriciel observent, au cours de ce mouvement de balayage, des contenus d'image qui coïncident pratiquement. Lorsqu'un élément détecteur détecte successivement, au cours du mouvement de balayage, des nuages, un ciel dégagé et une forêt, l'élément détecteur voisin détectera lui aussi successivement des nuages, un ciel dégagé et une forêt, avec a peu près les mêmes valeurs de luminosité. Les allures des signaux délivrés par les éléments détecteurs voisins sont semblables, bien qu'elles puissent différer légèrement l'une de l'autre dans la chronologie et dans la forme du signal. Mais les allures des signaux présentent des différences dans la fluctuation du signal et dans la valeur moyenne des signaux. De telles différences sont essentiellement dues à des différences dans les courbes caractéristiques des éléments détecteurs voisins qui sont comparés l'un à l'autre. Lorsque les courbes caractéristiques des détecteurs sont identiques, les valeurs moyennes et les fluctuations du signal d'éléments détecteurs voisins doivent être pratiquement identiques. A l'inverse, on peut donc conclure, d'après de telles différences des allures des signaux, qu'il existe des différences dans les courbes caractéristiques des détecteurs. Cela rend possible une égalisation des courbes caractéristiques des détecteurs et, par suite, une réduction au minimum du "bruit stable". Cette égalisation peut être effectuée au cours du fonctionnement du détecteur d'images matriciel devant n'importe quel arrière-plan et elle ne nécessite pas de surfaces de référence supplémentaires. Un avantage décisif consiste en ce que cette égalisation des courbes caractéristiques des détecteurs est effectuée en tout point de travail effectif du détecteur d'images matriciel. Des formes de réalisation de l'invention seront indiquées plus loin à propos d'un exemple de réalisation de l'invention qui est décrit ci-après de façon plus détaillée, en référence aux dessins annexés. La fig. 1 est une représentation schématique et illustre le mouvement de balayage sur la scène observée par le détecteur d'images matriciel, avec trois éléments détecteurs immédiatement voisins. La fig. 2 montre schématiquement les allures des signaux qui sont obtenus, au cours d'un tel mouvement de balayage, au niveau des trois éléments détecteurs voisins. La fig. 3 est un organigramme de traitement et illustre le déroulement du procédé d'étalonnage pour des détecteurs d'images matriciels. La fig. 4 représente le dispositif pour l'exécution de la correction dynamique. 2866504 5 Sur la fig. 4, un système optique est désigné par 10. Le système optique forme, sur un détecteur d'images matriciel 12, l'image d'une scène située à l'infini. Le détecteur d'images matriciel 12 comporte un système bidimensionnel d'éléments détecteurs en lignes et en colonnes. Chacun des éléments détecteurs délivre un signai dans la mesure de la luminosité de l'élément d'image détecté par l'élément détecteur, en fonction d'une courbe caractéristique de cet élément détecteur. De tels détecteurs d'images matriciels sont connus en soi et, pour cette raison, ne seront pas décrits ici en détail. Le détecteur d'images matriciel fait partie d'un dispositif CCD Le signal qui est délivré par un élément détecteur dépend de la luminosité de l'élément d'image détecté par l'élément détecteur, selon la courbe caractéristique de l'élément détecteur. Au niveau d'un point de travail, la courbe caractéristique du détecteur peut être considérée comme approximativement linéaire. La courbe caractéristique du détecteur présente un décalage et une pente. Décalage signifie ici qu'un signal fini de l'élément détecteur est associé à un contraste de luminosité nul dans la scène dont l'image est formée. Des parties de ce signal fini peuvent être dues aux caractéristiques de l'élément détecteur. Mais le signal fini peut aussi être produit par le fait que l'élément détecteur est frappé en permanence par un rayonnement constant provenant de la structure du missile. Dans ce dernier cas, le décalage dépend aussi de l'angle bigle du détecteur d'images matriciel par rapport à la 2866504 6 structure. La pente de la courbe caractéristique du détecteur est la modification du signal en cas de changement de la luminosité, c'est-à-dire la sensibilité de l'élément détecteur. Les courbes caractéristiques des éléments détecteurs sont différentes d'un élément détecteur à l'autre. Même en cas d'illumination uniforme du détecteur d'images matriciel, il existerait donc, dans les informations d'image représentées par les signaux des éléments détecteurs, un bruit sous forme d'un modèle fixe Dans le système décrit en référence à la fig. 4, les différentes courbes caractéristiques des éléments détecteurs sont égalisées entre elles. A cette fin, un dispositif de pivotement 18 provoque un mouvement oscillant, sur une grande distance, du champ de vision embrassé par le détecteur d'images matriciel. Cela est indiqué par la liaison 20 sur la fig. 4. Le dispositif de pivotement 18 est commandé par un calculateur de correction 22. Cela est indiqué sur la fig. 4 par une liaison 24. Le calculateur de correction 22 effectue une pré-correction analogique de signaux analogiques délivrés successivement par les éléments détecteurs du détecteur d'images matriciel 12. Les signaux qui apparaissent sur une sortie 26 du détecteur d'images matriciel 12 sont appliqués à l'une des entrées d'un amplificateur différentiel 28. A l'autre entrée de l'amplificateur différentiel 28 est appliqué un signal d'un convertisseur numérique/analogique 30. Par le convertisseur numérique 30 et l'amplificateur différentiel 28, une partie constante du signal peut être superposée au signal de l'élément détecteur. De la sorte, le décalage de la courbe caractéristique de l'élément détecteur peut être corrigé. Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 28 est appliqué à un amplificateur 32 à gain variable. Le gain de l'amplificateur 32 peut être modifié par un signal de commande analogique qui est délivré par un convertisseur numérique/analogique 34. Cela est indiqué sur la fig. 4 par la liaison 36. De la sorte, la pente de la courbe caractéristique de l'élément détecteur peut être corrigée. Les convertisseurs numérique/analogique 30 et 34 reçoivent des signaux d'entrée en provenance du calculateur de correction 22. De la sorte, les courbes caractéristiques des différents éléments détecteurs du détecteur d'images matriciel 12 sont égalisées entre elles dans une large mesure. Les signaux de sortie de l'amplificateur 32 sont appliqués au convertisseur analogique/numérique 14. Les données numériques de sortie du convertisseur analogique/numérique 14 sont transmises à un second calculateur de correction 38. Le calculateur de correction 38 délivre, sur une sortie 40, des données d'entrée pour le dispositif de traitement d'images 16. Le calculateur de correction 22 est commandé par une sortie 42 du dispositif de traitement d'images 16. Les calculateurs de correction 22 et 38 sont en relation d'échange de données par des liaisons 44 et 46. Le mouvement oscillant du détecteur d'images matriciel 12 sur une grande distance est représenté sur la fig. 1 pour trois éléments détecteurs. Les trois éléments détecteurs sont disposés sur une ligne du détecteur d'images matriciel dans les colonnes i-1, i et il-1. Lors du mouvement oscillant, les éléments détecteurs se déplacent le long de trois trajets 48, 50 et 52 étroitement parallèles les uns aux autres. Ces trajets 48, 50, 52 balaient par exemple, dans la scène observée, d'abord des nuages 54, puis une zone à ciel dégagé 56 et enfin une forêt 58. Dans ces conditions, il apparaît des allures de signaux Si-1(t), St Il est visible que les trois éléments détecteurs détectent des contenus d'image semblables. Les allures des signaux issus des différents éléments détecteurs doivent donc être identiques, bien que de légères différences se produisent naturellement. Dans l'élément d'image détecté par l'élément détecteur i à un instant déterminé, la forât peut être un peu plus foncée que dans l'élément d'image voisin, détecté à cet instant par l'élément détecteur i-1. Mais il est détecté une "foret" dans un cas comme dans l'autre, ce qui fait que l'écart des valeurs de luminosité doit être petit. Mais en particulier le caractère général des allures des signaux sur tout le trajet balayé doit être le même. Les valeurs moyennes et les fluctuations des allures des signaux doivent essentiellement coïncider. En ce qui concerne les allures des signaux St-,(t) et Si(t) représentées schématiquement, le caractère général de ces allures est le même. Mais il est visible que les allures des signaux ne coïncident pas exactement. La valeur moyenne des allures des signaux est différente et les fluctuations des signaux sont plus petites dans le cas de l'allure du signal inférieur Si L'allure du signal S,.., (t) de l'élément détecteur i+1 diffère nettement de celle des signaux St-l(t) et St(t). Elle ne présente pas le caractère général de ces allures 2866504 9 de signaux, comme on aurait pu s'y attendre d'après le tracé du trajet 52. On supposera que les autres éléments détecteurs voisins, par exemple un élément détecteur i+2, délivrent des signaux dont l'allure est identique a celle des signaux des éléments i-1 et i. Dans ce cas, on peut conclure à un défaut de l'élément détecteur. Le signal S,-w, (t) de l'élément détecteur défectueux peut être remplacé par un signal qui est formé par exemple par interpolation à partir des signaux des éléments détecteurs voisins. Un autre critère d'incident au niveau d'un élément détecteur est l'apparition de parties de signal périodiques. Le mouvement de balayage sur une grande distance peut être choisi de sorte que des parties de signal périodiques soient évitées dans les informations d'image. De telles parties de signal périodiques sont alors attribuables à des dérangements du détecteur au niveau de l'électronique et elles peuvent être ainsi identifiées. Four l'égalisation des courbes caractéristiques, il faut qu'une référence soit préalablement définie. Il faut déterminer une courbe caractéristique d'un élément détecteur sur laquelle les courbes caractéristiques des autres éléments détecteurs sont égalisées. A cette fin, il est d'abord sélectionné deux éléments détecteurs voisins qui présentent une fluctuation marquée des signaux et une bonne coïncidence des allures des signaux. En outre, les éléments détecteurs sélectionnés ne doivent pas délivrer de parties de signal périodiques, dans toute la mesure du possible. Au sujet de ces éléments détecteurs, il ne doit pas y avoir non plus d'autres messages d'erreur en provenance du système détecteur. Ces éléments détecteurs sélectionnés servent d'éléments détecteurs de référence. La valeur moyenne du signal et la fluctuation du signal sont déterminées en ce qui concerne les éléments détecteurs de référence. A partir de ces valeurs, il est établi, pour les éléments détecteurs de référence, une courbe caractéristique linéaire qui passe par le point de travail effectif et qui est adaptée de façon optimale à la plage de transfert du système de traitement des signaux disposé à la suite. Etant donné que la courbe caractéristique ainsi déterminée est située directement dns la zone du point de travail effectif, une approximation linéaire est suffisamment précise. A la suite de quoi, la valeur moyenne du signal et la fluctuation du signal sont déterminées pour un autre élément détecteur à égaliser, qui est voisin d'un élément détecteur de référence. Cette valeur moyenne du signal et cette fluctuation du signal sont comparées avec les valeurs correspondantes de l'élément détecteur de référence. Cela permet d'adapter la courbe caractéristique de l'élément détecteur à égaliser à la courbe caractéristique de l'élément détecteur de référence, de la manière indiquée sur la fig. 4, au moyen de l'amplificateur différentiel 28 et de l'amplificateur à gain réglable 32. L'élément détecteur ainsi égalisé constitue alors à son tour un nouvel "élément détecteur de référence" pour un autre élément détecteur voisin de l'élément détecteur égalisé. De cette manière, par un procédé de récurrence partant des éléments détecteurs de référence, les courbes caractéristiques des autres éléments détecteurs sont égalisées successivement sur les courbes caractéristiques des éléments détecteurs de référence. Ainsi, la plage de correction croît approximativement en cercle autour des éléments détecteurs de référence, jusqu'à ce que le détecteur d'images matriciel soit corrigé en totalité. Dans ces conditions, comme on l'a indiqué précédemment, des défauts au niveau d'éléments détecteurs individuels peuvent aussi être constatés et "guéris" par interpolation. La procédure d'égalisation décrite est répétée, soit pendant le parcours d'un seul trajet de balayage, soit avec le parcours à plusieurs reprises du trajet de balayage. Après l'égalisation des courbes caractéristiques de tous les éléments détecteurs, les allures des signaux d'éléments détecteurs voisins coïncideront dans une large mesure en ce qui concerne leurs valeurs moyennes et leurs fluctuations. Ii existe en tout cas une convergence. D'après les différences des allures des signaux qui subsistent après plusieurs passages, des conclusions peuvent être tirées sur la précision atteinte de l'égalisation. Lorsqu'une précision suffisante est atteinte, l'opération d'égalisation est achevée. Mais l'opération d'égalisation peut aussi être poursuivie de façon continue. L'opération d'égalisation peut également être reprise à tout moment d'après un critère de qualité issu du système de traitement des images. Il existe des applications dans lesquelles on ne dispose pas d'informations d'image structurées. L'arrière-plan de l'image représente alors une surface de référence homogène. Ce cas se présente par exemple lorsqu'une cible ponctuelle, sous la forme d'un avion, doit être détectée devant un arrière-plan homogène (ciel clair). Cette situation ne conduit nullement à un échec du procédé d'égalisation décrit. Au moyen des critères d'évaluation, en particulier en ce qui concerne la coïncidence dans le temps des signaux issus d'éléments détecteurs voisins, il est constaté qu'il s'agit d'un cas avec limitation du bruit. Par le procédé d'égalisation, les valeurs du décalage des courbes caractéristiques sont bien égalisées entre elles. Les valeurs de bruit sont mises à un même niveau sur tout le champ d'image du détecteur d'images matriciel 12. C'est le procédé d'égalisation correct pour la détection de cibles ponctuelles devant un arrière-plan homogène, car on prédéfinit alors des valeurs de seuil qui sont dérivées des niveaux de bruit. Dès que des informations d'image structurées apparaissent dans le champ d'image du détecteur d'images matriciel, les pentes des courbes caractéristiques au point de travail effectif peuvent être déterminées de la manière décrite. Etant donné que la correction est effectuée aux points de travail effectifs, la précision nécessaire pour la détermination des pentes des courbes caractéristiques est faible. La fig. 3 est un organigramme du procédé d'égalisation. Il est effectué une initialisation par le système de traitement des images 16 (fig. 4). Cela est représenté sur la fig. 3 par le rectangle 60. Il est ainsi déclenché un mouvement de balayage, tel qu'indiqué par les courbes 48, 50 et 52 sur la fig. 1. Cela est représenté sur la fig. 3 par le rectangle 62. Le mouvement de balayage peut être déclenché par les moyens mécaniques présents de toute façon dans de nombreux systèmes, tels que des têtes chercheuses, en vue de faire pivoter le champ de vision instantané du détecteur d'images matriciel 12. Mais il est aussi possible que soient déclenchés des mouvements de tangage, de lacet ou de roulis d'un vecteur supportant le détecteur, tel qu'un missile guidé ou un projectile guidé en phase finale. Ce procédé est favorable en particulier dans le cas de systèmes à détecteur rigide. Avec de nombreux missiles guidés et projectiles guidés en phase finale, en raison de la mécanique de vol il existe de toute façon des oscillations résiduelles dans le sens du tangage, du lacet et du roulis qui sont propres à donner au détecteur d'images matriciel 12 un mouvement de balayage sur une distance suffisamment grande. De la sorte, le processus d'égalisation peut étre effectué de façon continue et parallèlement au traitement "normal" des images. Les valeurs moyennes des signaux sont établies à partie des allures des signaux qui sont obtenues pendant le mouvement de balayage pour les différents éléments détecteurs. En outre, les fluctuations des signaux sont évaluées. Cela est représenté sur la fig. 3 par le rectangle 64. Les signaux sont évalués. Des éléments détecteurs de référence sont sélectionnés. Cela est représenté sur la fig. 3 par le rectangle 66. Dans l'évaluation, des informations d'état en provenance du système détecteur sont traitées. Cela est indiqué sur la fig. 3 par une flèche 68. La présence d'une limitation du bruit en cas d'arrière-plan homogène est signalée. Cela est indiqué sur la fig. 3 par une flèche 70. Les courbes caractéristiques des éléments détecteurs sont égalisées entre elles de manière récurrente, de la façon décrite. Cela est représenté sur la fig. 3 par le rectangle 72. Les éléments détecteurs défectueux sont signalés. Cela est représenté dans la figure 3 par la flèche 74. Lors de la répétition de l'opération d'égalisation, 25 il est procédé à une vérification de la convergence, c'est-à-dire des différences qui subsistent entre les allures des signaux d'éléments détecteurs voisins. Cela est représenté sur la fig. 3 par le rectangle 76. Lorsqu'une précision prédéfinie est atteinte ou lorsqu'il ne se produit plus d'autre amélioration de la précision, l'opération d'égalisation est interrompue. Cela est représenté sur la fig. 3 par le rectangle 78. La précision atteinte est signalée. Cela est indiqué sur la fig. 3 par une flèche 80. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la correction dynamique des courbes caractéristiques d'un détecteur d'images matriciel qui se compose d'un système d'éléments détecteurs individuels, caractérisé en ce que a) le détecteur d'images exécute un mouvement de balayage sur le champ de vision observé et b) la correction dynamique des courbes caractéristiques du détecteur est effectuée dans le système de traitement des images à. partir d'une comparaison des signaux issus d'éléments détecteurs voisins au cours de ce mouvement de balayage. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs moyennes des signaux et les fluctuations des signaux sont déterminées pour chaque élément détecteur. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'intensité des signaux et la coïncidence dans le temps des contenus des signaux issus d'éléments détecteurs voisins sont analysées pour faire la distinction entre, d'une part, les parties des signaux qui sont déterminées par le contenu d'image du champ de vision balayé et, d'autre part, les parties des signaux qui sont déterminées par des différences des éléments détecteurs. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que a) les points de travail et les courbes caractéristiques sont adaptées l'un à l'autre pour une paire sélectionnée d'éléments détecteurs voisins et b) à partir de cette paire sélectionnée d'éléments détecteurs, les courbes caractéristiques et les points de travail d'éléments détecteurs chaque fois adjacents sont adaptés de proche en proche au point de travail et à la courbe caractéristique de la paire sélectionnée. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les critères d'évaluation qui président au choix de ladite paire d'éléments détecteurs sélectionnés sont que la fluctuation des signaux soit aussi grande que possible et que la coïncidence dans le temps des allures des signaux soit aussi bonne que possible. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des éléments détecteurs défectueux sont identifiés à partir de la comparaison de l'allure du signal d'un élément détecteur avec les allures des signaux de plusieurs éléments voisins. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'en cas d'identification d'un défaut d'un élément détecteur, des valeurs de signal pour l'élément détecteur défectueux sont établies par le calcul à partir des signaux des éléments détecteurs voisins. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des parties de signal périodiques sont supprimées au cours du traitement des images.