Brevet FR2870422A1 — publié le 20051118

DISPOSITIF D'ACQUISITION D'IMAGE POURVU DE MOYENS DE MASQUAGE ET AERONEF EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif de masquage pour caméra permettant d'effectuer dans de bonnes conditions l'acquisition d'une image au moyen d'une caméra vidéo, dans le cas où cette image comporte une zone de forte luminosité et au moins une zone de luminosité moindre dans laquelle on souhaite avoir une bonne vision des détails, notamment pour la réalisation de dispositifs de surveillance de zones particulières sur un aéronef. Les caméras vidéo analogiques ou numériques comportent généralement un réglage de luminosité automatique réalisant une moyenne de l'exposition de l'image. Les réglages de base en cas de fort contraste, et notamment dans le cas où la mise au point est faite sur la zone de forte luminosité, font que les zones de moindre luminosité par rapport à une forte source de lumière sont sombres et qu'il est difficile d'en distinguer les détails. Le réglage peut être fait sur la zone de moindre luminosité mais, dans ce cas, la zone de forte luminosité est surexposée et l'image obtenue à l'écran devient éblouissante. De plus, dans le cas de caméras à poste fixe, une surexposition du capteur de la caméra peut entraîner un vieillissement prématuré du capteur, voire même sa destruction en cas d'exposition directe au soleil notamment. En outre, le réglage permettant la surexposition consiste en un réglage particulier de l'ouverture de la caméra qu'il convient de réajuster en permanence en fonction de la luminosité ambiante, ce réglage n'est donc pas aisé à réaliser. Enfin, l'adjonction d'un système de traitement du signal ne pourra pas corriger les saturations (zones claires) ou le bruit (zones sombres) des capteurs CCD employés dans les appareils numériques, le signal étant définitivement perdu à la source dans le capteur. La présente invention vise à proposer une solution adaptée à la résolution du problème posé par la présence d'objets fixes susceptibles de réfléchir fortement la lumière dans le champ d'une caméra et à la production d'une image offrant une bonne reproduction des détails dans les zones de faible luminosité. Pour ce faire, la présente invention propose principalement un dispositif d'acquisition d'images comportant un capteur, notamment un capteur de caméra, disposé derrière un objectif, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de masquage d'une partie du champ couvert par le capteur du dispositif d'acquisition d'images. Un tel dispositif permet de ne pas saturer le capteur de la caméra lorsque cette dernière est réglée de façon à visualiser correctement les détails de zones de moindre luminosité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs de l'invention accompagnés des figures qui représentent: en figures la, lb: deux vues schématiques de côté et de face de variantes de moyens de masquage et de capteurs d'un dispositif selon l'invention; en figures 2a, 2b: des vues en perspective d'éléments de deux exemples de réalisation de dispositifs selon l'invention; en figure 3: un exemple de moyens de masquage pourvus d'une zone d'opacification de forme particulière; en figures 4a et 4b: un exemple d'images obtenues sans les moyens de 25 masquage et avec les moyens de masquage de la figure 3. Comme vu précédemment, l'invention concerne un dispositif d'acquisition d'images 10 tel qu'une caméra numérique ou un appareil photo numérique. Ces appareils comportent un capteur 1, tel qu'un capteur CCD (dispositif à couplage de charge) comportant une matrice de points de détection de lumière, disposé derrière un objectif 2. Le dispositif selon l'invention est particulier en ce qu'il comporte des moyens de masquage 3 d'une partie du champ couvert par le capteur du dispositif d'acquisition d'images. Selon les exemples représentés et notamment les figures la et 1 b, les moyens de masquage 3 comprennent une zone d'opacification 4 et sont disposés directement en regard du capteur 1. Dans le cas de l'exemple de la figure la, les moyens de masquage comportent une plaquette transparente sur laquelle est matérialisée la zone d'opacification 4 assombrissant la partie du champ comportant un objet fortement lumineux ou fortement réfléchissant de telle sorte que la zone de moindre luminosité est vue correctement. La fabrication du masque peut être réalisée par sérigraphie soit sur du verre soit sur un film plastique, la surface non concernée par la correction devant rester totalement transparente, la zone opacifiée correspondant à l'ombre exacte sur le capteur de la zone à assombrir dans l'image, le masque étant positionné sur le capteur lors de l'assemblage de la caméra. Selon ce principe, les automatismes de la caméra fonctionnent dans une plage correcte par rapport à la lumière traversant l'équipage optique puis éventuellement les différents filtres dont est munie la caméra et enfin le masque avant d'arriver sur le capteur. Dans le cas de la figure lb, le masque est directement réalisé sur le capteur en utilisant la surface frontale de ce capteur pour réaliser la zone opacifiée 4. Le masque peut alors être réalisé directement lors du processus de fabrication du capteur. Le masque agit comme un masque de contraste occultant par exemple de 5 à 90% de la lumière transitant de l'objectif vers le capteur en provenance d'une zone à opacifier. Le masque selon l'invention permet ainsi de récupérer une dynamique utile du signal plus importante dans la zone non opacifiée, ce qu'une correction par diaphragme ne peut faire. Les moyens de masquage 3 selon ces deux exemples peuvent notamment comporter une zone d'occultation 4 totalement opaque pour une application particulière où aucune lumière n'est souhaitée en provenance de la zone masquée. Un exemple de dispositif utilisant un tel masque est représenté en figure 2a. Selon cette figure, le masque 3 est positionné dans le chemin optique transitant entre un objectif 2 comportant ici plusieurs lentilles 8a, 8b et le capteur 1 et permet de réaliser une zone d'opacification de surface variable. Selon cet exemple, les moyens de masquage 3, disposés sur un substrat transparent 5 et accolés au capteur 1, sont constitués d'un écran à cristaux liquides 6 en forme de matrice et comportant des pixels pouvant être commandés pour laisser passer la lumière ou la bloquer. Un dispositif de commande 7, 9 apte à faire passer les pixels de l'état transparent à l'état sombre ou opaque permet de commuter différentes formes opaques pour créer une zone d'opacification 4 de surface variable. Une programmation du dispositif, comportant des moyens de commande 7, 9 de la commutation des pixels, est possible pour modifier les forme et dimensions de la zone d'opacification 4. Cette programmation permet de modifier la zone par exemple dans le cas d'une caméra se déplaçant pour balayer une surface à surveiller. Cette commutation permet aussi d'utiliser le dispositif avec une caméra munie d'un objectif à focale variable 8a, 8b. Dans ce cas, les moyens de commande 7, 9 sont configurés pour faire varier la surface de la zone d'opacification en fonction des facteurs de grossissement de l'objectif 2, une liaison entre les moyens 12 de commande de la focale de l'objectif, les moyens 13 de mesure de sa position et les moyens de calcul 9 pilotant les moyens 7 de contrôle de la matrice de l'écran à cristaux liquides permet de faire varier la surface de la zone d'opacification vis à vis du grossissement d'un objet fixe par rapport à la caméra et susceptible de causer une surexposition de l'image. Selon le cas, les moyens de masquage 3 peuvent comporter une zone d'opacification 4 d'opacité croissante avec la quantité de lumière reçue. Une telle zone peut être réalisée par l'utilisation d'un verre photosensitif ou par un dispositif commandé tel que représenté en figure 2b utilisant des moyens de masquage 3 comportant un dispositif obturateur sélectif dynamique 11 asservi à un balayage électronique des pixels en cours d'acquisition, le dispositif obturateur réduisant le temps d'exposition pour des pixels du capteur soumis à une forte luminosité par rapport au temps d'obturation pour les pixels soumis à une faible luminosité. Un tel dispositif offre les mêmes possibilités en terme de surface variable pour la zone d'opacification mais a en outre l'avantage de permettre de graduer la différenciation des zones sombres et lumineuses. L'invention est particulièrement adaptée pour équiper des aéronefs de 30 grandes dimensions avec des caméras à poste fixe pour la surveillance d'une zone particulière de l'aéronef et/ou de son environnement.. Un aéronef 100 peut comporter un ou plusieurs dispositifs d'acquisition d'images selon l'invention disposés par exemple sur la queue de l'aéronef comme dans le cas des figures 4a et 4b pour le guidage de l'avion ou la surveillance de son environnement ou disposées dans des zones particulières de l'aéronef notamment des parties difficilement accessibles comme la soute de l'avion pour surveiller l'environnement de la porte de cette soute. Les figures 4a et 4b représentent un exemple d'application du dispositif selon l'invention particulièrement bien adapté à des caméras embarquées positionnées à poste fixe, et concerne une caméra sur la dérive d'un aéronef 100 visualisant le dessus du fuselage et la voilure de l'aéronef, ses trains d'atterrissage et une partie de la piste, cette caméra permettant notamment de visualiser précisément la position des roues de l'aéronef sur la piste et les éventuels obstacles lors du roulage au sol de l'aéronef. Les trains d'atterrissage 14 sont particulièrement difficiles à visualiser du fait qu'ils sont en partie masqués par l'ombre des ailes 15 de l'avion et du fait que le fuselage 16 peut réfléchir énormément la lumière du soleil. La figure 4a illustre cette situation, le fuselage imposant par sa luminosité 15 une réduction de l'exposition de la caméra. Pour cette application, un masque, représenté en figure 3, est conçu pour assombrir le profil projeté sur le capteur des ailes et du fuselage de l'avion. La figure 4b correspond à l'image obtenue dans la même position que celle de la figure 4a avec le masque décrit en figure 3 et une surexposition de l'image pour encore faire mieux ressortir les détails sombres. Sur cette figure, la dynamique de l'image hors partie opacifiée est meilleure et en particulier les roues sont parfaitement visibles sans fatigue excessive de l'opérateur qui ne subit en outre aucun phénomène d'éblouissement. Une autre application peut être une caméra de soute d'aéronef sur laquelle un masque adapté à l'image de la porte de la soute permet d'éviter un assombrissement de l'image lors de l'ouverture de cette porte, un tel assombrissement risquant de ne plus permettre la visualisation d'objets dans la soute. Pour une telle application où la zone à masquer n'est pas toujours lumineuse et peut nécessiter d'être visible dans certains cas ou à certains moments, une solution telle que celles décrites ci-dessus en rapport avec les figures 2a, solution avec écran de masquage à cristaux liquides ou figure 2b, obturateur dynamique, peut être préférée. Le dispositif peut dans ce cas comporter un pilotage du dispositif de masquage du capteur de la caméra au travers d'une liaison externe 16 reliée par exemple à des moyens de détection d'ouverture de la soute pour activer ou désactiver la zone d'opacification ou pour réduire ou augmenter le taux d'opacification. Une solution avec un masque 3 pourvu d'une zone d'opacification 4 sensible à la lumière ou teintée pour réduire la luminosité sans totalement occulter la zone d'opacification 4 peut aussi être envisagée pour réduire le coût du dispositif tout en permettant de voir tout de même des objets ou des personnes dans l'ouverture de la porte. La présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation représentés et, en particulier pour les dispositifs actifs tel que le dispositif comportant un écran LCD, plusieurs zones assombries sont envisageables. 7 REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'acquisition d'images (10) comportant un capteur (1), notamment un capteur de caméra vidéo ou d'appareil photo numérique, disposé derrière un objectif (2) caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de masquage (3) d'une partie du champ couvert par le capteur du dispositif d'acquisition d'images. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de masquage (3) comprennent une zone d'opacification (4) assombrissant ladite partie du champ. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les 10 moyens de masquage (3) sont disposés directement en regard du capteur (1) dans le chemin optique transitant entre l'objectif (2) et le capteur (1). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens de masquage (3) comportent une zone d'opacification (4) d'opacité croissante avec la quantité de lumière reçue. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de masquage (3) comportent une zone d'opacification (4) de surface variable. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de masquage (3) sont disposés sur un substrat 20 transparent (5). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'il est muni d'un objectif à focale variable (8a, 8b) et en ce qu'il comporte des moyens de commande (7, 9) configurés pour faire varier la surface de la zone d'opacification en fonction des facteurs de grossissement dudit objectif (2). 8 - Dispositif selon les revendications 5 et 6 caractérisé en ce que les moyens de masquage (3) sont constitués d'un écran à cristaux liquides (6) apte à commuter différentes formes opaques pour créer ladite zone d' opacification (4) de surface variable, le dispositif comportant des moyens de commande (7, 9) de la commutation. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de masquage (3) comportent une zone d'occultation (4) totalement opaque. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de masquage (3) comportent un dispositif obturateur sélectif dynamique (11) asservi à un balayage électronique des pixels en cours d'acquisition, le dispositif obturateur réduisant le temps d'exposition pour des pixels du capteur soumis à une forte luminosité par rapport à des pixels soumis à une faible luminosité. 11 - Aéronef (100) comportant au moins un dispositif d'acquisition d'images (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif est disposé à poste sur l'aéronef (100) pour la surveillance d'une zone particulière de l'aéronef et/ou de son environnement.