Brevet FR2881599A1 — publié le 20060804

L'invention concerne un procédé pour remplacer des pixels défectueux dans des caméras FPA ( Focal Plane Array = matrice à plan focal), dans lequel des cadres se succédant dans le temps sont évalués pour gagner des informations d'images, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Comme certains cristaux de semi-conducteurs sensibles à la lumière présentent une densité relativement haute d'imperfections de réseau moléculaire (par exemple, des dislocations) et que des circuits d'élimination des détecteurs FPA modernes possèdent une structure très complexe, des pixels qui ne possèdent aucune sensibilité à la lumière ou une sensibilité fortement réduite sont générés dans la production des FPA ( Focal Plane Array = matrice à plan focal). Ces pixels défectueux doivent être remplacés car ils apparaissent sinon avec un effet gênant pour l'observateur ou l'algorithme de traitement d'images. Le nombre typique de pixels défectueux des caméras infrarouges modernes atteint en général 0,1% ... 2%, ce qui correspond à quelques centaines jusqu'à quelques milliers de pixels. Toutefois, la limite inférieure (0, 1%) peut être atteinte uniquement par une sélection rigoureuse des FPA, ce qui influe nettement sur le prix du capteur. En outre, il est pratiquement impossible de générer des FPA exempts de pixels défectueux. Cela est gênant spécialement dans le domaine des applications militaires et astronomiques, car un objet qui est reproduit sur un ou plusieurs pixels défectueux ne peut pas être découvert. C'est pourquoi on s'efforce généralement de générer aussi des images qui sont le plus possible exemptes de défauts, avec des FPA qui présentent un plus grand nombre de pixels défectueux. Les procédés connus jusqu'alors pour le remplacement des pixels défectueux utilisent à ces fins, soit le pixel avoisinant qui a été éliminé au préalable dans le temps et reprennent sa valeur de gris, soit ils forment une moyenne à partir des valeurs de gris des huit pixels avoisinants. Les deux procédés présentent plusieurs désavantages. Lors de la reprise de la valeur de gris du pixel qui précède dans le temps, on obtient à l'intérieur d'une ligne, si plusieurs défectueux sont disposés directement l'un à côté de l'autre, une zone comportant plusieurs pixels qui montrent la même valeur de gris. Cela est surtout gênant si un saut de contraste important a lieu dans cette zone. Il se produit un autre problème lors du calcul de la moyenne des pixels avoisinants. Afin de pouvoir calculer la moyenne, il faut tout d'abord que les valeurs de gris de tous les pixels avoisinants soient disponibles. Mais cela signifie que le pixel défectueux peut être remplacé seulement si les pixels arrivant plus tard dans le temps ont été éliminés, à savoir les trois pixels avoisinants de la prochaine ligne. C'est pourquoi un tampon doit exister pour mettre à disposition toutes les valeurs de gris décisives pour la correction et la correction peut avoir lieu seulement avec un retard d'une ligne et d'un pixel. De plus, pour calculer la valeur de gris moyenne, huit additions et une division doivent être exécutées en temps réel. Cela signifie une complexité de calcul considérable lors de fréquences de pixels typiques dans la plage de quelques MHz jusqu'à quelles dizaines de MHz en fonction du nombre de pixels et de la fréquence de répétition d'image. Dans les deux procédés, la valeur de gris du pixel défectueux est générée à partir de pixels dont le pendant dans l'espace objet (scène réelle) se trouvent sur d'autres endroits. C'est-à-dire, on ne peut régénérer la valeur de gris de l'information d'image réelle à la place du pixel défectueux, dans aucun des deux cas. C'est l'objectif de l'invention de créer un procédé pour remplacer les pixels défectueux et des dispositifs pour son exécution, dans lesquels les désavantages mentionnés sont évités. Suivant une première version de l'invention, le procédé du type précité est caractérisé en ce que: - les informations pour le remplacement des pixels défectueux sont générées à partir des cadres antécédents dans le temps; - le contenu d'image est déplacé de cadre en cadre de l'un vers l'autre d'un nombre entier de pixels et - sur la position d'un pixel défectueux, sur laquelle se trouvait, dans un des cadres antécédents, un pixel en état de fonctionnement, on utilise la valeur de gris de ce dernier pour le remplacement. Suivant une autre version de l'invention, le dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la première version de l'invention est caractérisé en ce que le FPA peut être déplacé du nombre désiré de pixels, par des moyens appropriés. Suivant une autre version, le dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la première version de l'invention est caractérisé en ce qu'il présente un dispositif de balayage optoélectronique avec un décalage d'image de 1, 2, 3 pixels ou plus. Suivant une autre version, le dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la première version de l'invention est caractérisé en ce qu'il contient un scanner pour évaluer un cadre composé de plusieurs souscadres. Des détails de l'invention résultent de la description dans laquelle un mode de réalisation est 10 expliqué à l'aide des dessins. La méthode présentée ici pour remplacer les pixels défectueux se différencie essentiellement des procédés appliqués jusqu'alors. Il est possible de contourner des restrictions essentielles des variantes connues. La différence la plus prononcée consiste en ce que les informations pour le remplacement des pixels défectueux ne sont plus prises à partir du même cadre, mais à partir des cadres antécédents dans le temps. Le contenu d'image est alors déplacé de cadre en cadre d'un nombre entier de pixels l'un vers l'autre. Cela mène à ce que, dans le cas idéal, un pixel en état de fonctionnement se trouvait dans un des cadres antécédents, sur la position d'un pixel défectueux et que sa valeur de gris peut être utilisée pour le remplacement. Le déplacement peut avoir lieu de plusieurs manières, comme par exemple: É déplacement du FPA selon le nombre de pixels souhaité ; É utilisation d'un scanner, tel qu'il est 30 utilisé dans le procédé de micro-balayage, mais avec un décalage d'images de 1, 2, 3 pixels ou plus (état de la technique, voir le document DE 195 25 153 Al Procédé de balayage optoélectronique de M. Arnold) ; É utilisation d'un scanner selon le procédé pour agrandir le champ d'image d'une caméra FPA (balayage interrompu, demande de brevet: DE 102 596 67.0), mais ici aussi avec un décalage d'image de 1, 2, 3 pixels ou plus. La figure 1 doit expliquer le mode de fonctionnement 10 de la méthode. L'organigramme de déroulement selon la figure 2 explique l'algorithme de remplacement de la méthode conforme à l'invention pour remplacer des pixels défectueux. Comme la scène dans le plan focal de la caméra est déplacée dans le cadre antécédent, des parties d'image identiques sont disposées sur des pixels différents. Si maintenant un pixel est défectueux dans l'image actuelle, le contenu d'image qui vient se placer sur ce pixel peut se trouver sur un pixel qui fonctionne dans le cadre antécédent. Maintenant, l'information de valeur de gris de ce pixel peut être transmise sur le pixel défectueux dans le cadre actuel. Si le pixel correspondant est aussi défectueux dans le cadre antécédent, il est possible de chercher des pixels qui fonctionnent dans les cadres antécédents antérieurs (de manière adaptée au contenu d'image du pixel initialement défectueux). Il faut alors noter que, lors de scènes fortement mouvementées, la scène est si modifiée dans certaines circonstances à cause de l'âge différent des images de sorte que l'ancienne information d'image ne concorde plus avec l'image initiale sur le pixel défectueux. En raison de ce 2881599 6 fait, une rétrospective jusqu'à un moment quelconque sur des cadres antécédents n'est pas utile. Selon l'application, il faut bien plus définir un nombre sensé de cadres qui peuvent être pris en considération pour la correction (dans l'organigramme mmax). En outre, on utilise en général dans la réalisation technique des procédés techniques pour le déplacement d'image (micro-balayage, procédé de balayage interrompu) de sorte qu'une limitation de mmax mcycle représente alors le nombre de cadres dans une période après laquelle l'image vient à nouveau se placer sur elle-même. Si aucun pixel qui fonctionne n'est trouvé au cours de mmax cadres, le pixel défectueux doit être remplacé dans l'image actuelle selon l'une des méthodes mentionnées. On notera que, dans la réalisation technique, le déplacement n'est en général pas quelconque, mais qu'il est défini et répété cycliquement. C'est pourquoi une mémorisation intermédiaire de tous les mmax cadres n'est pas nécessaire, car la position des pixels défectueux et le déplacement par rapport aux images précédentes sont connus pour ne remplacer que les informations des pixels de remplacement correspondants . De plus, il est possible, selon la position connue des pixels défectueux pour un FPA spécial, de déterminer un modèle de décalage optimal entre les images d'un cycle pour lequel la plupart des pixels défectueux peuvent être remplacés avec la méthode proposée ici. Dans une simulation Monte-Carlo, on a simulé des FPA 30 présentant une répartition de pixels défectueux selon le schéma suivant. Une zone quelconque de la taille 32 x 32 pixels doit contenir au maximum: 1 cluster de la dimension 10... 16 pixels; ou 2 clusters de la dimension 4... 9 pixels; ou 5 clusters de la dimension 2... 5 pixels. Le nombre de pixels défectueux atteint globalement environ 2,2% du nombre total de pixels, en se référant à un FPA de 384 x 288 pixels. Le nombre de cadres utilisé pour le remplacement des 10 pixels défectueux est 4. Ces quatre cadres sont alors agencés comme suit et parcourus cycliquement: É le contenu d'image dans le cadre 1 n'est pas déplacé ; É le contenu d'image dans le cadre 2 est déplacé de v pixels dans l'horizontale; É le contenu d'image dans le cadre 3 est déplacé de v pixels dans la verticale et de h dans l'horizontale; É le contenu d'image dans le cadre 4 est déplacé de v pixels dans la verticale; É h = v. Remarque: un tel modèle peut être réalisé simplement sur le plan technique, par exemple avec un microscanner modifié. Le tableau suivant montre le nombre total de pixels défectueux en fonction du décalage h ou v des cadres individuels. Déplacement Nombre de pixels défectueux h ou V (pixels) 0 2411 1 53 2 2,7 3 0,13 4 0,03 On voit que, lors d'un déplacement de déjà un pixel, le nombre de pixels défectueux est réduit d'un facteur de 45. Lors d'un déplacement de trois pixels, chaque septième système ne contient plus déjà qu'un seul pixel défectueux. Une observation détaillée montre que des clusters de 2 ne se présentent plus que pour chaque 22ème système à partir d'un déplacement de 2 pixels. Lors de déplacements plus grands, le taux de pourcentage peut être négligé. L'efficience de l'algorithme présenté avec le modèle de déplacement examiné peut être expliqué simplement. Tous les clusters avec une taille atteignant jusqu'à quatre pixels disparaissent déjà à partir d'un déplacement de seulement un pixel. Seul un cluster de 4 avec un agencement quadratique des pixels défectueux résulte après la correction dans un seul pixel non remplaçable. Ce pixel devrait être remplacé par exemple par son pixel voisin. Lors d'une forme appropriée, il est également possible de remplacer au complet des plus grands clusters (plus de 4 pixels). Lors de déplacements plus importants, la taille des clusters remplaçables au complet augmente de manière quadratique avec le nombre de pixels déplacés! On devra noter toutefois que la valeur de gris qui est utilisée pour le remplacement, contient une information d'image quelque peu ancienne. Deuxièmement, la dimension effective du FPA est diminuée faiblement du nombre de pixels déplacés. Il résulte qu'on obtient, à partir d'un système de 10 384 x 288 pixels avec 2411 pixels défectueux, un système de 381 x 285 pixels sans aucun défaut! En se basant sur les systèmes déjà réalisés avec un microscanner, il est possible de réaliser un remplacement des pixels défectueux avec un travail minimal selon le nouveau procédé. Dans le procédé à microbalayage, on enregistre 4 images partielles dont le déplacement de pixels les uns vers les autres est de 0,5 pixels dans l'horizontale, la diagonale et la verticale. Maintenant, si on agrandit le déplacement à 1, 2, ..., n pixels, la condition qui est nécessaire pour appliquer le procédé conforme à l'invention est déjà remplie. Le logiciel doit être adapté au traitement d'images qui s'en suit. A l'aide du procédé conforme à l'invention pour remplacer des pixels défectueux d'un FPA, il est possible d'éviter des désavantages essentiels des méthodes connues jusqu'alors. Les avantages sont récapitulés ci-après: É aucune opération de calcul n'est nécessaire pour le remplacement; É le contenu d'image, correct dans l'espace, du pixel est utilisé pour le remplacement; 2881599 10 É il est possible de générer des systèmes exempts de pixels défectueux avec une faible complexité technique. On mentionnera comme restrictions: É en raison de l'âge différent des images, il se peut dans certaines circonstances que le contenu d'image du pixel qui fonctionne ne corresponde plus à celui du pixel défectueux. Mais cela peut être compensé par une augmentation du taux de répétition d'image selon le facteur nmax; É la taille effective du FPA diminue faiblement du nombre de pixels déplacés. 15 Finalement, on mentionnera que le mécanisme présenté peut aussi être combiné avec le procédé de micro-balayage. Le déplacement doit alors atteindre n+i4 pixel (n tut). De même, il est possible d'utiliser le procédé avec le procédé de balayage interrompu lors de l'agrandissement de la limite de champ. Toutefois, avec la méthode présentée ici, le remplacement des pixels défectueux peut alors être exécuté seulement dans la zone du chevauchement des sous-cadres. En dehors de cette zone, on ne peut utiliser qu'un procédé traditionnel. 2881599 11 REVENDICATIONS 1. Procédé pour remplacer des pixels défectueux dans des caméras FPA ( Focal Plane Array = matrice à plan focal), dans lequel des cadres se succédant dans le temps sont évalués pour gagner des informations d'images, caractérisé en ce que. - les informations pour le remplacement des pixels défectueux sont générées à partir des cadres antécédents dans le temps; - le contenu d'image est déplacé de cadre en cadre de l'un vers l'autre d'un nombre entier de pixels et - sur la position d'un pixel défectueux, sur laquelle se trouvait, dans un des cadres antécédents, un pixel en état de fonctionnement, on utilise la valeur de gris de ce dernier pour le remplacement. 2. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le FPA peut être déplacé du nombre désiré de pixels. 3. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente un dispositif de balayage optoélectronique avec un décalage d'image de 1, 2, 3 pixels ou plus. 4. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient un scanner pour évaluer un cadre composé de plusieurs sous-cadres.